PODRCZNIK FIZYKI BUDOWLI
mgr inż. Elżbieta Nowicka*
Zasady rozprzestrzeniania się dzwięku
W numerze wrześniowym miesięcznika Ma teriały Budowlane (nr 9/07), w ra - ków w polu fali płaskiej określa się ja-
mach Podręcznika Fizyki Budowli , rozpoczęliśmy nowy cykl Akustyka w budow- ko fizyczny współczynnik pochła-
nictwie . W inauguracyjnym artykule dr hab. inż. Barbary Szudrowicz Zakres za- niania dzwięku:
gadnień ob jętych nowym cyklem Akustyka w budownictwie omówiono rodzaje
I E
p p
akustyki technicznej, zródła hałasu oraz osiem działów, które będą prezentowane ą = =
I E
pad pad
w kolejnych wydaniach miesięcznika Ma teriały Budowlane , a w numerze
pazdziernikowym miesięcznika Materiały Budowlane (nr 10/07) zjawisko fizycz- Z warunku zachowania energii wy-
ne, jakim jest dzwięk oraz parametry niezbędne do omówienia zagadnień technicz- nika, że suma wartości współczynni-
nych związanych z ochroną przed ha łasem i drganiami w budynkach i ich ków ą i spełnia warunek:
otoczeniu. Ten artykuł poświęcony jest zjawisku rozchodzenia się dzwięku ą + =1
w przestrzeni otwartej oraz zamkniętej. Współczynnik pochłaniania materia-
łów, wyrobów i ustrojów budowlanych
Odbicie, pochłanianie, su) w punkcie obserwacji. Zjawisko ta- wyznacza się w warunkach pola rozpro-
kie występuje w praktyce. szonego (na powierzchnię padają fale
załamanie i ugięcie fali
Stosunek natężenia dzwięku fali od- akustyczne pod różnymi kątami) i wów-
dzwiękowej
bitej I (energii odbitej E ) do natę- czas nosi on nazwę pogłosowego
odb odb
W przypadku gdy fala dzwiękowa, żenia dzwięku fali padającej I (ener- współczynnika pochłaniania dzwięku.
pad
rozprzestrzeniająca się w danym ośrod- gii padającej E ) w polu fali płaskiej, Fale dzwiękowe, padając na kra-
pad
ku, trafia na inny ośrodek o innej opor- przy prostopadłym padaniu fali dzwię- wędz nieprzenikalnej dla dzwięku
ności akustycznej, zostaje częściowo kowej, określa się jako współczynnik przeszkody, uginają się na jej krawę-
odbita na granicy tych ośrodków, a częś- odbicia fali dzwiękowej: dziach i wnikają w obszar za przesz-
ciowo pochłonięta przez drugi ośrodek. kodą. W praktyce oznacza to, że cień
I E
odb odb
Kąt odbicia fali dzwiękowej płaskiej jest akustyczny ma znacznie mniejszy za-
= =
I E
pad pad
równy kątowi padania na granicę ośrod- sięg niż cień, który powstałby, gdyby
ków. Fala dzwiękowa płaska wnikająca Stosunek natężenia fali pochłoniętej dzwięk rozchodził się wzdłuż linii pros-
do drugiego ośrodka ulega załamaniu, I (energii pochłoniętej E ) przy przeni- tej. Zjawisko ugięcia może być wytłu-
p p
tj. zmienia kierunek w stosunku do fali kaniu do drugiego ośrodka, do natęże- maczone zasadą Huygensa, która
padającej, jeżeli prędkość fal w obu nia dzwięku fali padającej I (energii mówi, że każde chwilowe położenie
pad
ośrodkach nie jest jednakowa, co wystę- padającej E ) na granicę tych ośrod- czoła fali można traktować jako miejs-
pad
puje w przypadku różnych oporności wła- ce geometryczne nowych zródeł fal
ściwych ośrodków. elementarnych i że następne położenie
Wakustyce budowlanej najczęściej czoła fali można otrzymać jako obwied-
mamy do czynienia ze zmianą ośrodka nię czół tych fal elementarnych (rysu-
rozprzestrzeniania się fali dzwiękowej, nek 3). Zasadę Huygensa stosuje się
gdy fala rozprzestrzenia się w powietrzu także do wyjaśnienia zjawiska dyfrakcji
i napotyka przeszkodę w postaci ośrod- dzwięku na przeszkodzie (rysunek 4).
ka stałego (np. przegrodę). W tym przy- Im większa jest długość fali, tym
padku występują analogiczne zjawiska więk sze jej ugięcie na granicy
odbicia, pochłaniania i załamania (rysu- przeszkody. Tym tłumaczy się fakt, że
nek 1). Na skutek pochłonięcia przez cień akustyczny nie jest tak wyrazny jak
przeszkodę części energii akustycznej cień optyczny (większa długość fal akus-
Rys. 1. Zjawisko odbicia, pochłaniania
fala odbita ulega osłabieniu. tycznych niż fal świetlnych). Fale akus-
oraz załamania dzwięku
Kształt powierzchni, od której odbija-
na jest fala dzwiękowa, wpływa
na kształt czoła fali odbitej. Powierzch-
nia płaska odbija fale dzwiękowe bez
zmiany kształtu ich czoła, powierzch-
nia wklęsła skupia, a powierzchnia wy-
pukła rozprasza fale akustyczne, do-
prowadzając do zmiany natężenia po-
la akustycznego (rysunek 2). Kształt
powierzchni, od której odbija się fala
akustyczna, ma więc wpływ na poziom
ciśnienia akustycznego (poziom hała-
* Instytut Techniki Budowlanej Rys. 2. Odbicie dzwięku od powierzchni o różnym kształcie
11 2007 (nr 423)
61
PODRCZNIK FIZYKI BUDOWLI
" 6 dB przy podwojeniu odległości
Rozchodzenie się dzwięku
od zródła punktowego;
w pomieszczeniach
" 3 dB przy podwojeniu odległości
zamkniętych
od zródła liniowego.
yródło punktowe (rysunek 5) jest Pogłos, chłonność, czas pogłosu.
najczęściej rozpatrywane w oblicze- Rozchodzenie się dzwięku w pomiesz-
niach akustycznych, gdyż w dużej czeniu ma inny charakter niż w przes-
odległości większość zródeł można trzeni otwartej. Dzwięk dochodzący
rozpatrywać jako punktowe, w przy- do słuchacza różni się od dzwięku wyt-
padku których dzwięk rozchodzi się worzonego przez zródło, gdyż oprócz
Rys. 3. Dyfrakcja dzwięku na przeszkodzie
w postaci sfery. fali bezpośredniej występują fale odbite
b
b
W przypadku zródeł liniowych, np. od powierzchni ograniczających po-
tras komunikacyjnych (rysunek 5), mieszczenie. W przypadku gdy w po-
dzwięk rozprzestrzenia się w kierunku mieszczeniu zamkniętym zostanie wy-
prostopadłym do linii zródła w postaci łączone zródło dzwięku, słuchacze od-
współosiowego cylindra, w którego osi noszą wrażenie przedłużania się czasu
znajduje się zródło dzwięku. zaniku energii dzwiękowej. Jest to zja-
Najrzadziej spotykanym rodzajem wisko pogłosu, które stanowi o właś-
b = 0,1 m b = 1 m
zródła dzwięku jest zródło powierzch- ciwościach akustycznych pomieszcze-
= 0,344 m (H" f = 1 kHz) = 0,344 m (H" f = 1 kHz)
niowe (rysunek 5). Z pewnym przybli- nia i ma bardzo duży wpływ na czytel-
Rys. 4. Dyfrakcja fali dzwiękowej na prze-
żeniem można przyjąć, że wzrost od- ność mowy, muzyki a także na poziom
szkodzie w zależności od długości fali i wy-
ległości od zródła nie spowoduje spad- hałasu w pomieszczeniu.
miarów przeszkody
ku poziomu ciśnienia dzwięku. Przebieg zanikania dzwięku w po-
tyczne o mniejszej częstotliwości (tym W praktyce, w dostatecznie dużej mieszczeniu charakteryzuje czas pog-
samym o większej długości) w więk- odległości od punktowego czy liniowe- łosu. Jest to czas, w którym energia roz-
szym stopniu ulegają ugięciu niż fale go zródła dzwięku, wycinek kuli lub cy- proszonego pola akustycznego, po wy-
o większej częstotliwości. Wpływa to na lindra można traktować jako wycinek łączeniu zródła dzwięku, zmniejsza się
barwę dzwięku za przeszkodą. Zjawis- płaszczyzny i w związku z tym falę ku- milion razy, co odpowiada zmniejszeniu
ko ugięcia fali dzwiękowej na krawędzi listą lub cylindryczną jako falę płaską. przeciętnego poziomu ciśnienia akus-
przeszkody ma bardzo duży wpływ Wwarunkach rzeczywistych zmiana tycznego o 60 dB (rysunek 6).
na efektywność stosowania ekranów poziomu ciśnienia akustycznego w Miarą zdolno ści pomieszczenia
urbanistycznych i możliwość ochrony funkcji odległości od zródła zależy od: do pochłaniania dzwięku jest chłon-
budynków znacznej wysokości. " charakteru zródła dzwięku; ność akustyczna A. Określa się ją
" odbicia od powierzchni terenu,
Rozchodzenie się dzwięku
ewentualnie od obiektów na nim usy-
w przestrzeni otwartej
tuowanych;
W przypadku gdy zródło dzwięku " ekranowania przez przeszkody
znajduje się w przestrzeni w ośrodku, naturalne (np. ukształtowanie terenu)
wktórym nie następują dodatkowe stra- i sztuczne (budynki, specjalne ekrany
ty energii akustycznej, zmniejszenie po- urbanistyczne);
ziomu ciśnienia akustycznego w funkcji " pochłaniania dzwięku przez po-
odległości od zródła zależy od rodzaju wietrze, zieleń;
tego zródła. Spadek poziomu ciśnienia " warunków meteorologicznych (np.
Rys. 6. Zjawisko czasu pogłosu
akustycznego określa zależność: wilgoć, przeważające kierunki wiatrów).
dla zródła punktowego bezkierun-
kowego:
r2
L2 = L1 20 lg [dB]
r1
dla zródła liniowego:
r2
L2 = L1 10 lg [dB]
r1
gdzie:
L1 poziom ciśnienia akustycznego
w odległości r1 od zródła dzwięku [dB];
L2 poziom ciśnienia akustycznego
w odległości r2 od zródła dzwięku [dB].
Spadek poziomu ciśnienia akustycz-
nego w funkcji odległości od zródła
następuje z prędkością: Rys. 5. Rodzaje zródeł dzwięku
11 2007 (nr 423)
62
PODRCZNIK FIZYKI BUDOWLI
za pomocą równoważnego pola po- ąśr skorygowany średni współczynnik Istnieje pewna odległość graniczna
wierzchni dzwiękochłonnej, które jest pochłaniania dzwięku pomieszczenia. od zródła dzwięku, w której następuje
hipotetycznym polem powierzchni cał- Skorygowany średni współczynnik zrównanie natężenia fali bezpośredniej
kowicie pochłaniającej, tj. o współczyn- pochłaniania dzwięku pomieszczenia i fal odbitych. Odległość graniczna po-
niku pochłaniania 1, przy którym czas określa się wzorem: mieszczenia r wyrażona jest wzorem:
g
pogłosu byłby taki sam jak w rozważa- ą' = ln (1 ąśr) " dla zródła kulistego:
śr
nym pomieszczeniu, jeżeli powierzch- gdzie:
ąśrS
A
nia ta byłaby jedynym elementem poch- [m]
r = 0,14"
g
ąśr = n
1 ąśr
łaniającym. Jednostką chłonności aku-
ŁSi
i = 1
stycznej pomieszczenia jest m2. " dla zródła półkulistego (zródło ku-
Czas pogłosu T [s], objętość po- Wartości współczynników pochłania- liste umieszczone na powierzchni od-
mieszczenia V [m3] i chłonność akus- nia dzwięku przez niektóre materiały bu- bijającej, np. na twardej podłodze po-
tyczna pomieszczenia A [m2] powiąza- dowlane oraz jednostkowe chłonności mieszczenia):
ne są następującymi zależnościami: akustyczne ludzi i przedmiotów poda-
ąśrS
[m]
a) pomieszczenie o ścianach słabo wane są w literaturze specjalistycznej.
r = 0,2"
g
1 ąśr
pochłaniających, tj. pomieszczenie Przeciętny czas pogłosu umeblowa-
o stosunkowo dużym czasie pogłosu nych pomiesz czeń mieszkalnych W obydwu wzorach wyrażenie wys-
(wzór Sabine a): przyjmuje się jako T = 0,5 s (wartość tępujące pod pierwiastkiem nazywa
odniesienia stosowana przy normali- się stałą akustyczną pomieszczenia
0,161 V
zacji izolacyjności akustycznej w bu- i oznacza symbolem R.
T = [s]
A
dynkach). Przy współczesnych wy- Zwiększenie chłonności akustycz-
b) pomieszczenie o ścianach silnie miarach i kształtach pomieszczeń nej pomieszczenia powoduje wzrost
pochłaniających dzwięki (wzór Eyringa): mieszkalnych (duża przestrzeń otwar- odległości granicznej pomieszczenia
ta) oraz sposobie umeblowania i aran- oraz zmniejszenie poziomu ciśnienia
0,161 V
żacji pomieszczeń T > 0,5 s. akustycznego w punktach poza odleg-
T = [s]
A2
łością graniczną o wartość:
Poziom ciśnienia akustycz-
A2 T1
gdzie:
nego w pomieszczeniu
A chłonność akustyczna pomiesz- "L = 10 lg = 10 lg [dB]
A1 T2
ze zródłem dzwięku
czenia (równoważne pole powierzchni
dzwiękochłonnej) [m2]; Po ziom ciśnie nia akustycznego gdzie:
A2 skorygowana chłonność akus- w pomieszczeniu ze zródłem dzwięku A1, T1 równoważne pole powierzchni
tyczna pomieszczenia (skorygowane jest w każdym punkcie pomieszczenia dzwiękochłonnej [m2] i czas pogłosu
równoważne pole powierzchni dzwię- wypadkową poziomu ciśnienia fali [s] przed wprowadzeniem dodatkowej
kochłonnej) [m2]; bezpośredniej i fali odbitej. Poziom ciś- chłonności akustycznej w pomiesz-
V objętość pomieszczenia [m3]. nienia akustycznego fali bezpośred- czeniu;
Równoważ ne pole powierzchni niej zmienia się w funkcji odległości A2, T2 równoważne pole powierzchni
dzwiękochłonnej występujące we wzo- od zródła (rysunek 7). dzwiękochłonnej [m2] i czas pogłosu [s]
rze określającym czas pogłosu w po- Poziom ciśnienia akustycznego fali po wprowadzeniu dodatkowej chłon-
mieszczeniach o ścianach słabo poch- odbitej (w pomieszczeniu o idealnie roz- ności akustycznej w pomieszczeniu.
łaniających wyznacza się ze wzoru: proszonym polu akustycznym) jest stały Zmniejszenie poziomu ciśnienia aku-
n m
i zależy od natężenia pola akustycznego stycznego (poziomu hałasu) w pomiesz-
A = ŁąiSi + ŁAknk
fal odbitych wyrażonego wzorem: czeniu, po zwiększeniu chłonności aku-
i = 1 k = 1
gdzie: stycz nej pomieszcze nia, następuje
4P
I =
[Wm-2]
odb
ąi współczynnik pochłaniania dzwię- A wwyniku zmniejszenia natężenia fal od-
ku i-tej powierzchni ograniczającej po- gdzie: bitych, a zatem dotyczy tylko obszaru
mieszczenie; P moc akustyczna zródła dzwięku pomieszczenia poza promieniem gra-
Si pole i-tej powierzchni o współ- w pomieszczeniu [W]; nicznym. Możliwości zmniejszenia po-
czynniku ąI [m2]; A równoważne pole powierzchni ziomu ciśnienia akustycznego (poziomu
Ak jednostkowa chłonność akustycz- dzwiękochłonnej pomieszczenia [m2]. hałasu) w pomieszczeniu przez zasto-
na k-tego przedmiotu lub ludzi znajdu- sowanie w nim rozwiązań dzwięko-
jących się w pomieszczeniu [m2]; chłonnych są ograniczone, gdyż doty-
nk liczba przedmiotów lub ludzi o jed- czą tylko tej części energii akustycznej,
nostkowej chłonności Ak. która pochodzi od fal odbitych.
Skorygowaną chłonność akustyczną W praktyce pole akustyczne, zwłasz-
pomieszczenia wyznacza się ze wzoru: cza w dużych pomieszczeniach, odbiega
A' = ą' S od opisanego modelu idealnego. Poziom
śr
gdzie: ciśnienia akustycznego w obszarze poza
S pole powierzchni ograniczającej obliczonym teoretycznie promieniem
Rys. 7. Zależność poziomu ciśnienia akus-
n
granicznym ulega zmniejszeniu w miarę
tycznego w pomieszczeniu od odległości
pomieszczenie [m2], przy czym
S = ŁSi;
oddalania się od zródła dzwięku.
od zródła dzwięku
i = 1
11 2007 (nr 423)
63
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Sporządzenie modelu rozprzestrzeniania się zanieczyszczeńinstrukcja przeciwpozarowa zasady poslugiwania sie podrecznym sprzetem gasniczym6 Zasady zachowania się statkówzasady poslugiwania sie podrecznym sprzetem gasniczym(1)ZASADY ZACHOWANIA SIĘModelowanie rozprzestrzeniania się epidemii SARSEtyczny wymiar globalnego rozprzestrzeniania się epidemii AIDS, HIV na świecie – zarys problemu (2)zasady bezpiecznego posługiwania się broniąNowotwory wyłączają ten gen i swobodnie się rozprzestrzeniająZASADY SKUTECZNEGO UCZENIA SIĘ I POWTARZANIAwięcej podobnych podstron