عایق کاری صوتی و کاهش صدا از طریق جذب آن

صدا نیز مانند هر موج دیگر در زمان برخورد با سطح جامد به سه قسمت تقسیم می شود، بخشی از موج از سطح جسم منعکس می شود و دوباره بر می گردد، بخشی از آن جذب ماده می شود (که مقدار جذب آن به خاصیت میرایی ماده (damping) بستگی دارد) و بخش دیگر از جسم عبور می کند و در محیطی که در طرف دیگر آن وجود دارد منتشر می شود.
نحوه ی تقسیم شدن صوت را می توان بطور خلاصه با رابطه زیر بیان کرد:

که I_I: شدت صوت اولیه موج برخورد کننده به سطح جسم
I_R: شدت صوت موج منعکس شده
I_A: شدت صوت موج جذب شده
I_tr: شدت صوت موج عبور کرده از جسم (منتشر شده)

در عایق کاری صوتی دو ضریب مختلف تعریف می شود:یکی ضریب جذب صوت و دیگری ضریب انتشار صوت

ضریب جذب صوت: عبارت است از جمع شدت صوت جذب شده و شدت صوت عبور کرده از جسم به میزان شدت اولیه صوت

ضریب انشتار صوت: مقدار شدت صوت عبور کرده از جسم به شدت صوت اولیه

عدد ضریب انتشار صوت معمولا یک عدد کوچک می باشد بنابراین معمولا آن را با ضریب کاهش صوت و یا با واحد لگاریتمی دسیبل تعریف می کنند:

عایق کاری صوتی (آکوستیک) را معمولا ضریب کاهش صوت عایق می سنجند که در باندهای اکتاو 1/3 اندازگیری می شود.

کاهش شدت صوت پنل یک لایه

عوامل زیر در کاهش شدت صوت یک پنل یک لایه و یا دیوار تاثیر می گذارد:
– جرم پنل و یا دیوار
– مقاومت خمشی آن
– خاصیت ارتجاعی/الاستیسیته پنل و یا دیوار
– چگونگی نصب
– زاویه صدا
– وجود داشتن شکاف یا سوراخ درون پنل و دیوار و میزان سفتی آن ها

امواج صوتی منتشر شده درون ماده با فرکانس ها و سرعت های مختلفی حرکت می کنند. صدا با زوایای مختلفی به پنل برخورد می کند و همیشه زاویه ای وجود دارد که تحت آن طول موج امواج برخورد کننده با طول موج امواجی که از پنل عبور می کنند برابر است که به این اثر انطباق می گویند (coincidence). اگر پدیده ی انطباق رخ دهد صدا راحت تر درون محیط ماده و پنل عبور می کند و ضریب کاهش صوت به شدت کاهش می یابد. اثر این پدیده در فرکانس های بحرانی بیشتر است. در پنل ها و صفحات نازک فرکانس انطباق و یا بحرانی معمولا بین 1000 تا 4000 هرتز است.

راه حل این مشکل افزایش ضخامت پنل است اما این روش مناسب نیست و بهتر است از پنل های چند لایه عایق صوتی مانند پشم سنگ که به خوبی طراحی شده اند استفاده کرد.
فرکانس بحرانی برای پنل های تک لایه به روش زیر محاسبه می شود:

K_C: ثابت ماده
h: ضخامت
f_C: فرکانس بحرانی

جرم آکوستیکی

مقدار جذب آکوستیک یک پنل یک لایه را می توان از طریق جرم آکوستیکی اندازه گیری کرد. طبق این قانون مقدار جذب آکوستیک پنل با افزایش چگالی سطحی (Kg/m²) و فرکانس افزایش می یابد. رابطه ی زیر بیان کننده این مطلب است:

                                       
m: چگالی سطحی (kg/m²)
f: فرکانس (Hz)

این رابطه نشان می دهد که با دو برابر کردن چگالی سطحی، ضریب کاهش شدت صوت پنل تقریبا 6dB افزایش می یابد.
البته این نکته نیز باید ذکر شود که برای هر ماده ای قانون جرم آکوستیک تنها در محدوده ی فرکانس مشخصی معتبر است و عوامل دیگر می توانند بر قابلیت جذب صوت تاثیر بگذارند.
در شکل زیر نمودار کلی ضریب کاهش صوت یک پنل معمولی با افزایش فرکانس نشان داده شده است.

                                   
f11: فرکانس رزونانس در صفحه
fc: فرکانس بحرانی
فرکانس رزونانس: این فرکانس به ابعاد پنل بستگی دارد. در بیشتر موارد اولین فرکانس رزوناس باعث کاهش شدید ضریب شدت کاهش صوت می شود اما رزونانس های دیگر چنین تاثیری ندارد.
فرکانس بحرانی: فرکانس بحرانی فرکانسی است که در آن سرعت انتشار صوت در ماده تقریبا برابر با سرعت انشتار آن در هوا می شود. به عبارت دیگر فرکانس امواج عبور کننده از پنل با فرکانس امواج برخورد کننده با آن یکسان است. این فرکانس نیز ضریب کاهش صوت را به شدت کاهش می دهد.

این دو فرکانس نقش مهمی در تعیین مشخصات عایق کاری منبع صوت دارند.

سازه های دو لایه (Double Construction)

در عایق کاری صوتی ساختمان ها اغلب از پنل های صوتی استفاده می شود این پنل ها دارای دو پوسته از جنس فلز یا کامپوزیت و یا پلاستیک می باشند. فضای بین این دو لایه می تواند خلاء باشد و یا با ماده عایق صوتی مانند پشم سنگ پر شده باشد. این عایق صوتی به عنوان جاذب صوت عمل می کند.