شرح مبانی اولیه صدا و معرفی عایق صوت پلی یورتان

                                           پارس بهینه ساز          

اصول آکوستیک در صنعت و معماری

بخش اول: مبانی اولیه صدا و معرفی عایق صوت پلی یورتان

پیشگفتار مولف

در راستای اهداف شرکت مهندسی پارس بهینه ساز مبنی بر بهره مندی از تخصص و تجارب علمی پژوهشگران کشور در انجام پروژههای شرکت، نویسنده این مقاله با اتکا به تجارب دانشگاهی و آزمایشگاهی در نظر دارد با ارائه مجموعه مقالاتی در زمینه آکوستیک و عایق های صوتی به منظور توانمندسازی مهندسان و کارشناسان، شرکت مهندسی پارس بهینه ساز را در نیل به این هدف والا همراهی کند. لذا در بخش اول این مجموعه مقالات مبانی اولیه صدا و رفتار شناسی آکوستیکی و عایق های آکوستیک معرفی می گردد.

1-  مقدمه بر ماهیت صدا

صدا در علوم مهندسی با ماهیت موج شناخته می شود. این پدیده که به صورت موج کروی در محیط پخش می شود برای انتقال از جایی به جای دیگر نیازمند ماده می باشد. یعنی می توان نتیجه گرفت که در فضا که خلا وجود دارد صدا منتشر نخواهد شد. مهندسان آکوستیک از همین خصوصیت بهره برده و ساخت پنجره های دوجداره با لایه میانی خلا نسبی توانستند مهندسی آکوستیک را وارد علوم ساختمان سازی نمایند.

با توجه به ذات موجی صدا شاید بهتر باشد قبل از هر موضوعی کلیاتی در مورد موج مطرح کنیم. در فیزیک موج پدیده ای است که بر اساس نوسان ایجاد شده و دارای چند پارامتر مهم می باشد. اولین پارامتر سرعت انتشار موج می باشد. این پارامتر بیش از هر چیزی به چگالی محیطی که موج در آن پخش می شود وابسته است. سرعت پخش موج در هوای خشک 20 درجه سانتی گراد 344 متر بر ثانیه می باشد. شاید جالب باشد بدانیم سرعت انتشار موج در آب حدود 1500 متر بر ثانیه است. یعنی بالاتر بودن چگالی مواد به بالاتر رفتن سرعت پخش موج کمک می کند.  با همین معیار می توان گفت سرعت پخش موج در فولاد حدود 5800 متر بر ثانیه می باشد.

فرکانس و طول موج دو پارامتر وابسته به هم در رابطه مستقیم با سرعت پخش موج می باشند. به عبارت دیگر می توان گفت حاصلضرب طول موج بر حسب متر ضرب در فرکانس بر حسب هرتز برابر با سرعت پخش موج بر حسب متر بر ثانیه خواهد بود. فرکانس تعداد نوسانات در واحد زمان بوده و مفهوم طول موج هم در شکل زیر نمایش داده شده است.

مفهوم شماتیک طول موج

 

شاید جالب باشد بدانیم در محیط اطراف ما خیلی از صدا ها وجود دارد که گوش انسان قادر به شنیدن آنها نیست. بازه شنوایی انسان بصورت متوسط بین 20 هرتز تا 20000 هرتز می باشد. اما بالاترین میزان حساسیت گوش انسان در حدود فرکانس 3000 هرتز می باشد یعنی فرکانسی که برای آژیر خطر، آژیر آمبولانس و ماشین آتش نشانی و پلیس از آن استفاده می شود.

بلندای صوت یا به عبارت علمی سطح فشار صوت برابر است با 20 برابر لگاریتم فشار صوت بر فشار مبنی که واحد این مولفه دسیبل می باشد. شاید بیان روابط و فرمول برای بیان مفهوم بلندای صوت راه مناسبی نباشد لیکن می توان با استفاده از اعداد و ارقام ارائه شده در جدول زیر این پارامتر را بهتر شناخت.

 

میزان بلندای صدا	بلندای صوت (دسیبل)
سکوت کامل در محیط بسته	30
صدای صحبت کردن انسان در فاصله 1 متری	60
خودرو سواری از فاصله 2 متری	60 الی 80
آستانه آسیب دیدن گوش (بسته به زمان)	85
شلوغی ترافیک در فاصله 10 متری	90 الی 100
شلوغی ورزشگاه های ورزشی	100 الی 120
موتور هواپیمای جنگنده از فاصله 100 متری	120 الی 140
بلند شدن موشک از فاصله 100 متری	140 الی 160

 

لازم به ذکر است که با توجه به ماهیت لگاریتمی بلندای صوت، اضافه شدن هر 6 دسیبل به معنای 2 برابر شدن فشار سطح صوت است.

امپدانس آکوستیکی به زبان ساده مقاومت ماده در مقابل پخش صوت می باشد. این پارامتر که حاصلضرب چگالی ماده در سرعت پخش صوت می باشد در بکارگیری مواد برای انتخاب جنس عایق این پارامتر اهمیت بسزایی ایفا می کند.

2- مقدمه ای بر عایق صوت

عایق های صوتی در صنایع مختلف کاربردهای فراوان و گسترده ای دارند. اما هدف تمامی کاربردهای آن تنها یک اصل مهم است: کاهش بلندای صوت یا همان سطح فشار صوت. به منظور آشنایی با عایق های صوتی قبل از هر چیز می بایست رفتار شناسی آکوستیکی مواد بیان شود.

در مواجهه صوت با مواد حالت های زیر همگی توامان بوجود می آیند: بخشی از صوت در مواجهه با سطح ماده بازتابش شده و در محیط اولیه باقی می ماند. میزان بازتابش صوت به شدت به چگالی مواد مرتبط است. بخش دیگری از صدای مورد مواجهه با سطح مواد در ماده منتشر شده و با از دست دادن بخشی از انرژی خود از ماده عبور می کند. میزان صدای کاهش یافته بشدت به ساختار ماده و چگالی ماده مرتبط است. مواد دارای تخلخل و چگالی پایین انرژی قابل ملاحظه ای از صدا را میرا کرده و بالعکس مواد متراکم با چیدمان سلولی منظم تنها محیطی مناسب برای پخش صوت را فراهم می کنند.

مفهوم مواجهه صوت با مواد

 

در رفتارشناسی عایق های صوت می بایست به این موضوع اشاره شود که انتخاب این دسته از مواد به منظور ایزولاسیون آکوستیکی در معماری و ساختمان سازی کاربرد ویژه داشته بالاخص پلی اورتان سلول باز که پرکاربردترین عایق صوت در جهان می باشد. لیکن در انتخاب عایق صوت می بایست دانست که هر عایق صوت در بازه فرکانسی خاصی خوب عملکرده و انتخاب ضخامت مناسب، هم در کنترل هزینه ها و هم در حفظ اصول کاربرد نقش بسزایی دارد.

•  مهم ترین پارامتر در انتخاب عایق صوت، عملکرد ضخامت مشخص از عایق در حوزه فرکانس می باشد. می بایست آزمون کاهش صدا بر ماده عایق انجام شود و نمودار سطح فشار صوت کاهش یافته بر حسب فرکانس برای ضخامت خاص مشخص گردد.