Πολιτικός Μηχανικός Ph.D.

Βασίλειος Μαχαιράς Πολιτικός Μηχανικός Ph.D. Ηχομονωτική προστασία κτιρίου Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Πολυτεχνική Σχολή ΤμήμαΠολιτικών Μηχανικών Διάλεξη 11 η /2016

Ακουστική Ακουστική είναι η επιστήμη που ασχολείται με τη μελέτη του ήχου: Διάδοση σε κάποιο μέσο Αλληλεπίδραση του με την ύλη (στερεά, υγρή, αέρια) Αντίληψη του ήχου από τον άνθρωπο

Ακουστική άνεση Κανονισμός ηχομόνωσης Σκοπός της ηχομόνωσης είναι η προστασία του κτιρίου από τους εξωτερικούς και εσωτερικούς θορύβους, ώστε να παρέχεται «ακουστική άνεση». Ο κανονισμός ηχομόνωσης καθορίζει τις παραμέτρους ακουστικής άνεσης που αφορούν στην ηχομόνωση από εσωτερικές και εξωτερικές πηγές. Καθορίζονται για διάφορες χρήσεις κτιρίων (π.χ. κατοικία, γραφείο, εκπαίδευση, υγεία, βιομηχανία) οι παράμετροι για ηχομόνωση μεταξύ χώρων κύριας ή βοηθητικής χρήσης και για θορύβους εξωτερικούς ή εγκαταστάσεων.

Ακουστικές απαιτήσεις χώρων Ένας κλειστός χώρος έχει καλή ακουστική όταν: ο ήχος φτάνει σε όλα τα σημεία χωρίς αισθητή μείωση και με την ίδια κατανομή, δεν εμφανίζεται το φαινόμενο της επικάλυψης από άλλους ήχους, ο χρόνος αντήχησης επιτρέπει την απρόσκοπτη παρακολούθηση κάποιας ομιλίας, δεν υπάρχει «ηχώ», «ηχητικές σκιές», «ηχητικές παραμορφώσεις», «ηχητική εστίαση», έχει επαρκή ηχομόνωση.

Ήχος Ως «ήχος» χαρακτηρίζεται οτιδήποτε διεγείρει το αισθητήριο της ακοής. Μεταξύ της ηχητικής πηγής και του δέκτη μεσολαβεί ένα ελαστικό μέσο, το οποίο είναι απαραίτητο για τη διάδοση του ήχου. Μέσα στο ελαστικό μέσο ο ήχος διαδίδεται με τη μορφή ηχητικών κυμάτων. Το ανθρώπινο αισθητήριο ακοής λειτουργεί για συχνότητες 16Hz μέχρι 16kHz, οπότε ως «ήχος» μπορούν να οριστούν οι μηχανικές ταλαντώσεις στις αντίστοιχες συχνότητες.

Διάδοση του ήχου Ο ήχος διαδίδεται διαφορετικά ανάλογα με το ελαστικό μέσο. Τα είδη κυμάτων είναι διαφορετικά και αλλάζουν οι ιδιότητές τους και τα χαρακτηριστικά τους. Γι αυτό ο ήχος διαχωρίζεται σε: διάδοση σε ρευστά (αέρια και υγρά) και διάδοση σε στερεά.

Ήχος στον αέρα (αερόφερτος) Τα ηχητικά κύματα στον αέρα προκαλούνται από τοπικές χρονικές μεταβολές της πίεσης στην περιοχή της ηχητικής πηγής. Αυτά μεταβάλλουν την πυκνότητα του αέρα και εμφανίζουν πυκνώματα και αραιώματα. Η διάδοση αυτών των πυκνωµάτωνκαι αραιωµάτωνστον αέρα αποτελεί τον αερόφερτοήχο και έχει ως χαρακτηριστικό ότι η διεύθυνση διάδοσης συμπίπτει µε τη διάδοση ταλάντωσης του µέσου(διαµήκη κύµατα).

Ήχος στα στερεά (στερεόφερτος) Η διάδοση του ήχου στα στερεά είναι πολύπλοκη. Τα εγκάρσια και τα διαμήκη κύματα είναι οι κύριοι φορείς του κτυπογενήήχου και η αιτία εκπομπής ήχου από δομικά στοιχεία που διεγείρονται σε ταλαντώσεις.

Ήχος στα στερεά (στερεόφερτος) Διαμήκη κύματα: Αυτό το είδος κυμάτων εμφανίζεται σε γραμμικά δομικά στοιχεία (π.χ. υποστυλώματα, δοκοί) και παρουσιάζει ομοιότητες με τα διαμήκη κύματα στον αέρα. Δεν προκαλούν άμεση διάδοση του ήχου, αλλά έχουν ιδιαίτερη σημασία για την ηχομόνωση, γιατί με την ανάκλασή τους σε συνδέσεις μεταξύ των δομικών στοιχείων προκαλούν τη δημιουργία εγκάρσιων κυμάτων, τα οποία είναι φορείς του κτυπογενούς ήχου. Η ταχύτητα διάδοσης είναι σταθερή.

Ήχος στα στερεά (στερεόφερτος) Εγκάρσια κύματα: Αυτό το είδος κυμάτων εμφανίζεται σε όλα τα δομικά στοιχεία που ταλαντώνονται. Η διεύθυνση διάδοσης είναι κάθετη στη διεύθυνση της ταλάντωσης. Η ταχύτητα διάδοσης των εγκάρσιων κυµάτων εξαρτάται από τη συχνότητα και τα χαρακτηριστικά του δοµικούστοιχείου, από την ακαµψίακαι την επιφανειακή µάζα. Το γεγονός αυτό έχει ιδιαίτερη σηµασία για την ηχοµονωτική συµπεριφορά εύκαµπτων, ελαφρών χωρισµάτων.

Στάθμη ηχητικής πίεσης Η μέτρηση του ήχου υλοποιείται μέσω της στιγμιαίας ηχητικής πίεσης p(t), δηλαδή η μεταβολή της πίεσης σε σχέση με τη στατική ατμοσφαιρική πίεση λόγω της λειτουργίας μιας ηχητικής πηγής. Οι τιμές κυμαίνονται από 20μPaέως 10.000.000 μpa. Επειδή οι διακυμάνσεις της πίεσης είναι μικρές και στιγμιαίες χρησιμοποιείται η ενεργός ηχητική πίεση p, η οποία αποτελεί το ενεργειακό περιεχόμενο του ήχου και λαμβάνει τιμές μεταξύ 2x10-4 έως 2 Pa (N/m 2 ). Για την αποφυγή πράξεων με εκθέτες ή μεγάλους δεκαδικούς αριθμούς προκύπτει η ανάγκη χρησιμοποίησης μιας λογαριθμικής κλίμακας για τον χαρακτηρισμό του θορύβου, η οποία έχει μονάδες σε db (decibel)

Είδοςθόρύβου Ενεργός πίεση p(n/m 2 ) Στάθμηηχητικής πίεσης Lp(dB) Θρόισμαφύλλων 2 10-4 20 Συζήτηση 2 10-3 40 Ηλεκτρική σκούπα σε δωμάτιο 2 10-2 60 Δυνατή φωνή (απόσταση 1m) 2 10-1 80 Μοτοποδήλατο (απόσταση 1m) 2 100

Σταθμισμένη Α ηχοστάθμη Το ανθρώπινο αισθητήριο ακοής λειτουργεί για συχνότητες 16Hz μέχρι 16kHz. Η ευαισθησία όμως δεν είναι ίδια σε όλες τις συχνότητες. Γι αυτό στη διάρκεια μετρήσεων χρησιμοποιείται φίλτρο Α, το οποίο δίνει διαφορετική βαρύτητα σε κάθε περιοχή συχνοτήτων, ώστε να προσεγγίζεται η λειτουργία της ακοής. Η στάθμη ηχητικής πίεσης που προκύπτει από τις μετρήσεις που χρησιμοποιείται το φίλτρο Α ονομάζεται σταθμισμένη Α ηχοστάθμηl A και μετριέται σε db(a). Σχεδόν όλες οι μετρήσεις που αφορούν σε θόρυβο γίνονται σε db(a).

Συντελεστής ηχοαπορρόφησης Ηχοαπορρόφησηείναι η µετατροπήτης ηχητικής ενέργειας σε κάποια άλλη µορφήενέργειας (συνήθως σε θερµότητα) που συντελείται όταν ο ήχος διέρχεται µέσααπό ένα υλικό ή προσπίπτει σε µια επιφάνεια. Η ικανότητα του υλικού να απορροφά τον ήχο χαρακτηρίζεται από το συντελεστή ηχοαπορροφησηςa του υλικού που ορίζεται ως ο λόγος της ηχητικής ενέργειας που απορροφάται προς αυτήν που προσπίπτει. Η τιµήτου κυµαίνεταιµεταξύ0(τέλεια ανάκλαση) και 1 (τέλεια απορρόφηση) και εξαρτάται από τη δοµήτου υλικού.

Ηχοαπορροφητικάυλικά Τα τυπικά δομικά υλικά, επιχρίσματα και οι επικαλύψεις παρουσιάζουν συνήθως χαμηλή ηχοαπορρόφηση. Τα υλικά που θεωρούνται ως ηχοαπορροφητικά διακρίνονται σε 3 βασικές κατηγορίες: Πορώδη ηχοαπορροφητικά Συνηχητές μεμβράνης Συνηχητές κοιλότητας

Πορώδη ηχοαπορροφητικά Τα πορώδη υλικά (πετροβάμβακας, υαλοβάμβακας, ινώδη) είναι υλικά με ανοικτούς πόρους. Η βασική ακουστική λειτουργία των υλικών αυτών είναι η απορρόφηση του ήχου μέσα από την μετατροπή της ηχητικής ενέργειας σε θερμότητα μέσα στους πόρους. Πηγή: Ηχομόνωση

Συντελεστής ηχοαπορρόφησηςπορώδους υλικού σε σχέση με τη συχνότητα Πηγή: Ηχομόνωση

Επίδραση του πάχους πορώδους υλικού στο συντελεστή ηχοαπορρόφησης Πηγή: Ηχομόνωση

Επίδραση της απόστασης του πορώδους υλικού από την επιφάνεια τοποθέτησης στο συντελεστή ηχοαπορρόφησης Πηγή: Ηχομόνωση

Συνηχητές μεμβράνης Οι διατάξεις αυτές αποτελούνται από λεπτά, εύκαμπτα φύλλα (π.χ. γυψοσανίδα, ξύλινη πλάκα κ.α.), τα οποία τοποθετούνται σε απόσταση από μια άκαμπτη επιφάνεια, ώστε να υπάρχει μεταξύ τους διάκενο αέρα. Η μετατροπή της ηχητικής ενέργειας σε θερμότητα προκαλείται από την αντίσταση του φύλλου σε απότομη κάμψη και την αντίσταση του εγκλωβισμένου στο διάκενο αέρα να συμπιεστεί. Πηγή: Ηχομόνωση

Συντελεστής ηχοαπορρόφησηςσυνηχητή μεμβράνης (με και χωρίς ηχοαπορροφητικό Πηγή: Ηχομόνωση

Συνηχητές κοιλότητας Οι διατάξεις αυτές αποτελούνται από μια κοιλότητα όγκου V, στην οποία εγκλωβίζεται ο αέρας που επικοινωνεί με τον ελεύθερο χώρο με στενό άνοιγμα διατομής S και μήκους L. Χρησιμοποιούνται για επιλεκτική ηχοαπορρόφηση συγκεκριμένων συχνοτήτων. Πηγή: Ηχομόνωση

Διάτρητα απορροφητικά Κατασκευάζονται σε πάνελ και αποτελούν συνδυασμό των προηγούμενων τύπων. Πηγή: Ηχομόνωση

Επίδραση του ποσοστού διάτρησης στο συντελεστή απορρόφησης Πηγή: Ηχομόνωση

Προστασία από αερόφερτοήχο Ο αερόφερτοςήχος προέρχεται από πηγές όπως ομιλία, μουσική κλπ. και διαδίδεται μέσω του αέρα. Αποτελεί πρόβλημα ηχομόνωσης γειτονικών χώρων και αφορά κυρίως στο σχεδιασμό των τοίχων. Τα μονά ή μονοκέλυφα(συμπαγή) χωρίσματα ταλαντώνονται ως ενιαίο σώμα. Αποτελούνται είτε από ένα υλικό είτε από διάφορες στρώσεις, στερεά συνδεδεμένες μεταξύ τους, ώστε να αποτελούν ένα σώμα. Η ηχομόνωση συμπαγών χωρισμάτων μπορεί να εκτιμηθεί χονδρικά από το «νόμο της μάζας», στον οποίο αναφέρεται ότι ο δείκτης ηχομείωσηςαυξάνεται κατά 6dBγια κάθε διπλασιασμό του βάρους ανά μονάδα επιφανείας.

Προσεγγιστικός μέσος δείκτης ηχομείωσης συμπαγών τοίχων με βάση το «νόμο της μάζας» Πηγή: Ηχομόνωση

Δείκτης ηχομείωσηςσυμπαγών τοίχων Πηγή: Ηχομόνωση

Δικέλυφαχωρίσματα Τα δικέλυφαχωρίσματα αποτελούνται από δύο πλάκες ή κελύφη και ανάμεσα υπάρχει αέρας ή ηχοαπορροφητικό υλικό. Η τοποθέτηση ηχοαπορροφητικού στο διάκενο: αποτρέπει το συντονισμό στο διάκενο (σχηματισμό στάσιμων κυμάτων) με αποτέλεσμα την αύξηση της ηχομόνωσης στις υψηλές συχνότητες. μεταβάλει την ακαμψία S στο διάκενο με αποτέλεσμα τη μετατόπιση της συχνότητας συντονισμού f R σε χαμηλότερη συχνότητα. οδηγεί σε αύξηση των απωλειών ηχητικής ενέργειας στο διάκενο, οπότε μειώνεται το βύθισμα στη συχνότητα σύμπτωσης και βελτιώνεται η ηχομόνωση.

Βελτίωση του δείκτη ηχομόνωσης διπλού χωρίσματος από γυψοσανίδες Πηγή: Ηχομόνωση

Πηγή: Ηχομόνωση

Προστασία από κτυπογενήήχο Ο κτυπογενής(στερεόφερτος) ήχος προέρχεται από την εφαρμογή κτυπημάτων πάνω σε δομικά στοιχεία. Στην πράξη προκαλείται από βηματισμό ανθρώπων, μετακίνηση επίπλων, πτώση αντικειμένων στο δάπεδο κλπ. Το δομικό στοιχείο που δέχεται τη διέγερση, συνήθως το δάπεδο, ταλαντώνεται και εκπέμπει αερόφερτοήχο στους γειτονικούς χώρους. Ο κτυπογενήςήχος μεταφέρεται μέσω του φέροντος οργανισμού σε μεγάλες αποστάσεις με μικρή απόσβεση. Η βελτίωση που επιτυγχάνεται με ελαστικά επιστρώματα είναι περιορισμένη, οπότε είναι σκόπιμη η κατασκευή πλωτών δαπέδων για υψηλή ηχομόνωση. Πλωτό ονομάζεται το δάπεδο που δεν έχει επαφή απ ευθείας με την πλάκα και τους τοίχους, αλλά μεταξύ τους παρεμβάλλεται αντικραδασμικό στρώμα.

Πηγή: Ηχομόνωση