POJAVNE OBLIKE ZVOČNEGA VALOVANJA

POJAVNE OBLIKE ZVOČNEGA VALOVANJA Tretji del Prof dr Mirko Čudina Ljubljana, 010/011 31 Komponente zvočnega valovanja 1 5 Slika 31 Komponente valovanja 3 4 1 = + 3 + 4 + 5 Vpadlo zvočno valovanje (1) se deloma: - odbije (), - absorbira (3), - prenaša po strukturi (4) in - gre skozi (5) Pri zadevanju valovanja ob oviro se lahko pojavi: - refleksija ali odboj - difrakcija ali uklon in - difuzija (scattering) ali razprševanje Pri prehodu valovanja skozi neko snov pa nastopijo: - absorpcija ali vpijanje - disipacija ali sipanje in - refrakcija ali ukrivljanje Vpliv odboja, absorpcije in difuzije na razumljivost govora Obstajata trije fenomeni, ki vplivajo na akustično obdelavo prostora, to so odboj, absorpcija in difuzija Slika 31 Učinek odboja, absorpcije in difuzije na razumljivost govora v prostoru 1

Ravni prostor Absorpcija zvočnega valovanja Če valovanje potuje skozi medij, kateremu se nenadoma spremeni gostota, se to deloma zaduši (se mu deloma zmanjša amplituda), deloma pa se odbije Slika 3 Sprememba valovanja pri prehodu skozi različi medij Vpliv odboja, absorpcije in prenosa zvoka na zvočno izolirnost Slika 33 Interferenca z odbitim zvokom od prevleke debeline λ/4 Če je intenziteta obeh žarkov R 1 in R popolnoma enaka, bosta interferirala destruktivno in se med seboj izničila, ker sta točno v protifazi, kar pomeni, da ni odboja od površine, bo pa le del T, ki je šel skozi steno 311 Refleksija ali odboj zvočnega valovanja Kotno zrcalo Odbiti zvok Vpadni zvok zvok, ki je prešel skozi prepreko θ θ Ovira Slika 34 a) Refleksija ali popolni odboj zvoka od ravne površine, b) odboj zvoka v gluhi sobi od toge zrcalne stene brez vpliva stranskih odbojev P a Vir h Direktno R valovanje eflektirano va lovanje α i α r Sprejemna točka Odbojna površina a) P a b) Virtualni vir P a Vir h h Direktno R valovanje eflektirano v alovanje α i α r α Sprejemna točka Odbojna površina Slika 35 Nadomeščanje odboja z virtualnim virom zvoka

Refleksija ali odboj zvočnega valovanja od ravne toge stene d p P = p v +p r P p r p v ϑ p r Slika 36 a) Odboj pravokotnega in interferenca z vpadnim valovanjem in b) odboj poševnega valovanja Q d p d P vir opazovalec h p r h R imaginarni vir QP = d RP = r Slika 37 Odboj valovanja in interferenca z vpadnim valovanjem r > d Amplituda odbitega valovanja je: pr = pd d / r Zakasnitev reflektirajočega za direktnim valovanjem je: t = ( t t ) = t t ( r d ) c r d r d / Refleksija ali odboj zvočnega valovanja od hrapave površine f < a) f > Primer velike valovne dolžine b) f < f > Primer kratke valovne dolžine c) Slika 38 Odvisnost kota odboja od hrapavosti: a) za velike valovne dolžine, b) za male valovne dolžine vpadnega valovanja in c) primer vpada valovanja z nizkimi in visokimi frekvencami Refleksija ali odboj zvočnega valovanja od ravne in profilirane površine c) d) Slika 39 Oblike odbojev pri različnih profilih površin difuzorjev Refleksija ali odboj zvočnega valovanja od ravne in ukrivljene toge stene Slika 310 Odboj zvočnih žarkov od različnih ploskev: a) odboj od ravne ploskve, b) odboji zvočnih žarkov, ki prihajajo iz točkastega vira, c) odboj od konveksne (izbočene) ploskve in d) odboj od konkavne (vdolbene) ploskve 3

Refleksija ali odboj zvočnega valovanja od konkavne stene c) Slika 311 Odboj zvoka od konkavne (vdolbene) površine pri različnih legah vira; a) lega vira pri r = r/4, b) lega vira pri r = r/, c) lega vira pri r = 3r/4; r je žariščna razdalja c) Slika 31 a) in b) Odboja zvočnega valovanja od konkavnega in c) od konveksnega zrcala z virtualnim virom zvoka, S je lega vira, S je lega virtualnega vira zvoka Refleksija ali odboj zvočnega valovanja od ravne in ukrivljene stene Slika 313 a) Odboj paralelnega snopa žarkov od sferične konkavne zrcalne površine velikega razpona, b) zbiranje oz koncentracija zvočnih žarkov v eliptično oblikovanem prostoru Slika 314 Odboj kroglastega vala ob ravno ploskev 31 Difrakcija ali uklon zvočnega valovanja ob oviri Difrakcija L= λ/ Refleksija λ = valovna dolžina Slika 315 Pojav difrakcije in refleksije diffractintroswf 4

Difrakcija ali uklon zvočnega valovanja ob oviri diffseawall1swf huygenswf Odbiti zvok zvok neovirano širjenje f > vir zvoka zvočna ovira zvočna senca uklonjeni zvok f < Slika 316 Pojav difrakcije in refleksije Difrakcija ali uklon zvočnega valovanja ob oviri Zvočne sence pri nizkih frekvencah praktično ni Pri visokih frekvencah se zvočna senca praktično pokriva z direktnim zvočnim žarkom Slika 317 Pojav difrakcije pri različnih frekvencah zvočnega valovanja vhflongswf Difrakcija ali uklon zvočnega valovanja ob oviri Večji koti uklona rezultirajo v večje zmanjšanje hrupa Lega vira relativno glede na vrh ovire določa obseg zvočne sence in kot uklona pri sprejemniku Odbiti zvok Dirktni zvok Uklonski kot Reflektirajoči zvok Dirktni zvok Uklonski kot Prenešeni zvok Reflektirajoča stena Prenešeni zvok Reflektirajoča stena Slika 318 Pojav difrakcije pri različnih višinah ovir in oddaljenosti vira Stene z absorpcijskimi lastnostmi, zlasti, če sta dve, so bolj učinkovite Ker se zvočna senca ne da natančno definirati raje govorimo o zmanjšanju hrupa kakor o odsotnosti zvoka 5

Difrakcija ali uklon zvočnega valovanja ob malih ovirah ali odprtinah diffractionobjectswf diffractionslitswf diffractiondoubleslitswf diffractionsliderswf columnsourcesswf Slika 319 Difrakcija zvoka preko majhne prepreke c) d) Slika 30 a) in b) Difrakcija zvoka skozi majhno luknjo c) in d) difrakcija zvoka skozi veliko luknjo Difrakcija v različnih geometrijah ob malih odprtinah (b) Ta je posledica lastnosti valovanja da se širi krožno oz sferično v D ali 3D prostoru To je Huygensov princip a) b) Slika 31 Difrakcija zvoka: dbe skozi manjše luknje Difrakcija ali uklon zvočnega valovanja ob malih ovirah ali odprtinah Slika 3 Difrakcija zvoka skozi odprtine različnega prečnega prereza; velika odprtina ne predstavlja nobene motnje (več zvoka prehaja skozi eno veliko kot več malih odprtin enako velikih) Slika 33 Difrakcija zvoka ob ovirah različnih dimenzij; majhna ovira ne predstavlja nobene motnje 6

313 Difuzija ali razprševanje (scattering) zvočnega valovanja Slika 34 Izbokline na stenah za povečanje difuznosti zvoka v prostoru c) d) Slika 35 Različne oblike razpršilcev zvočnih valov ali difuzorjev Difuzija ali razprševanje (scattering) zvočnega valovanja Ravnina 1 Ravnina 3 Slika 36 Zvočni difuzorji Refleksija ali odboj zvočnega valovanja od profilirane površine a) b) Slika 37 a) Primer matematično razvitega QRD difuzorja (Quadratic Residual Diffuser) za uniformno razprševanje zvočne energije, b) panel za razprševanje zvoka v srednjem frekvenčnem območju 7

Določanje stopnje razpršenosti oz scattering zvočnega valovanja Dve periodi c) Slika 38 a) Polarna porazdelitev usmerjenosti amplitude zvočnega tlaka, ki je razpršen (scattered) od precej nepravilnega stropa, b) QRD difuzor za N = 7 in c) Scattering diagram QRD difuzorja z N = 7, ki sestoji od 14 elementov z enakomernimi presledki dimenzij λ/ (izračunano s precej natančno teorijo od Schroederja) Vpadno valovanje Zrcalno odbito Vpadno valovanje Rezultirajoče valovanje razpšeno (scattered) valovanje Slika 39 Vpliv razpršenega zvoka (scattered) na rezultirajoči odboj valovanja Difuzorji za razprševanje zvoka (b) Slika 330 Izvedba hemifuzorja: a) iz ekspandiranega polistirena in b) iz lesa Koeficient absorpcije Koeficient difuzije Legenda Hemifuzor Reflektor Frekvenca v Hz Frekvenca v Hz Slika 331 a) Koeficient absorpcije hemifuzorja in b) primerjava koeficienta absorpcije med referenčnim difuzorjem in hemifuzorja Difuzorji za razprševanje zvoka (d) 600 mm 3D pogled Tloris 600 mm a) 600 mm 600 mm 00 mm 00 mm Stranski pogledi a) b) Slika 33 Praktičen primer Skyline difuzorja: a) praktična izvedba Skyline difuzorja in b) njegova montaža na stropu 8

Difuzorji za razprševanje zvoka (e) Smer vpadna zvoka Slika 333 a) Pol-cilindrični (konveksni) difuzor, b) ločna oblika kombiniranega absorberja in difuzorja Difuzijsko število v db Ukrivljeni BAD Ravni BAD Koeficient absorpcije Frekvenca v Hz Frekvenca v Hz Slika 334 a) Povečanje difuzije in b) koeficient absorpcije v funkciji frekvenc 314 Absorpcija in definicijad koeficienta absorpcije Absorpcija predstavlja del zvočne energije, ki se po vdoru zvočnega valovanja, zaradi trenja delcev zraka, ki nihajo v porah materiala spremeni v toploto in shrani v mediju v katerem potuje Ta energija je za vedno izgubljena Koeficient absorpcije α pa pomeni sposobnost materiala za absorpcijo zvočne energije in predstavlja razmerje med absorbirano P absorb in vpadno P vpadla zvočno močjo oz zvokom a P absorb α = 0 α 1 (31) P Sab A A = = S S vpadla 1 S1 ( αsab ) 1 + S ( αsab ) Sn ( Si ( αsab ) i + + = = S i S cel αsab ) n cel pri čemer je A absorpcijska površina po Sabinu, S i je parcialna notranja površina prostora v m, S je celotna notranja površina prostora v m, in ( αsab ) 1, ( αsab ), ( αsab ) n so ustrezni absorpcijski koeficienti po Sabinu za posamezno površino, brez dimenzije (3), Slika 35 Zvočno izolacijske plošče Koeficient absorpcije α je odvisen od vrste, gostote in debeline absorpcijskega materiala ter od zgradbe panela in frekvence zvoka, ki vpada na steno Iz praktičnih razlogov se omejujemo na debeline do 30 cm, oz na frekvence nad 1000 Hz Praviloma podajamo vrednosti koeficienta absorpcije pri frekvencah: 15, 50, 500, 1000, 000 in 4000 Hz V tabeli 73 so podani koeficienti absorpcije za različne materiale 9

Tabela 31 Absorbcijski koeficienti za različne materiale Koeficient absorpcijeαpri različnih frekvencah Hz Materiali Frekvenca v Hz 15 50 500 1000 000 Odprto okno 0 0 0 0 0 Zaprto okno 03 0 014 01 005 Parket 005 003 006 009 010 Lesen pod 015 06 010 010 010 Pod iz gume ali plutovine 003 003 004 005 008 Beton, neometan 036 044 031 09 039 Ometan strop ali stena 003 003 00 003 004 Bombažna zavesa 005 010 015 00 05 Srednje debela preproga 007 05 050 050 060 Lesene zidne obloge 015 00 010 009 010 Vezana plošča cm od zida 030 017 015 010 010 Lesen sedež 007 010 015 015 018 Tapeciran sedež 01 018 08 030 03 Poslušalec na lesenem sedežu 016 030 040 041 044 Poslušalec na tapeciranem stolu 019 040 047 0,47 0,51 4000 0 003 00 010 006 05 005 030 065 01 008 00 037 040 0,47 Učinek absorpcije zvoka je odvisen od strukture poroznega materiala, slika 336 Idealiziran izgled strukture poroznega materiala Zvočno vlovanje Slika 336 Struktura poroznega materiala: a) idealizirana slika in b) dejanska slika mikro strukture različnih vrst poroznega materiala Absorpcija zvoka v poroznem materialu c) Slika 337 Mejna plast v kateri nastanejo izgube: a) pred ravno površino, b) pred hrapavo površino in c) pred in v poroznem materialu 10

Absorpcija zvoka v poroznem materialu 1 Koeficient absorpcije Debelina materiala večja manjša Struktura materiala 0 Frekvenca v Hz Slika 338 Vpliv debeline in strukture poroznega materiala na koeficient absorpcije Debelina materiala poveča učinek absorpcije le pri nižjih frekvencah, medtem ko pri višjih ostane nespremenjena Absorpcija zvoka v poroznem materialu Dušenje nižjih frekvenc lahko dosežemo z lego, oz razdaljo absorpcijskega materiala na razdalji λ/4 od toge stene, ali s pomočjo resonančnih absorberjev Slika 339 a) Vpliv debeline in b) vpliv lege poroznega materiala Slika 340 a) Absorpcija zvoka v poroznem materialu, b) absorpcija zvoka se poveča, če je absorpcijski material odmaknjen od stene za λ/4 Zračna rega deluje kot Helmholtzov resonator Nekaj primerov izmerjenih koeficientov absorpcije v odmevnicah KOEFICIENT ABSORPCIJE ZVOKA?s Koeficient absorpcije zvoka 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0, 0,1 0,0 Mineralna volna debeline a cm Penjeni poliester debeline cm (zaprte pore) b 15 50 500 1000 000 4000 F Frekvenca R E K V E N C A v Hz(Hz) Koeficient absorpcije zvoka Slika 341 a) Absorpcija zvoka poroznega materiala z odprtimi in zaprtimi porami, b) odvisnost absorpcije zvoka mineralne volne od debeline sloja 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0, 0,1 0,0 Mineralna volna debeline b 5 cm 15 50 500 1000 000 4000 F RFrekvenca E K V E N C A v Hz(Hz) a Mineralna volna debeline cm 0 cm medprostor Koeficient absorpcije Koeficient absorpcije Koeficient absorpcije 40 cm medprostor Frekvenca v Hz Frekvenca v Hz Frekvenca v Hz c) Slika 34 Koeficient absorpcije: a) za tepih debeline 1 cm na betonu, b) za mineralno volno debeline,5 cm na trdi podlagi, c) za zelo gosto mineralno volno debeline 15 cm na razdalji od zidu 0 in 40 cm 11

Koeficient absorpcije α Lastnosti absorpcijski materialov Najpogostejši absorpcijski (porozni) materiali so steklena in kamena volna, tekstil, pluta, filc, klobučevina in podobno Ti se praviloma zaščitijo navzven s perforirano pločevino iz kovinskih, lesenih ali gips-kartonskih plošč, ki hkrati varujejo mehko površino absorpcijskega materiala proti poškodbam in vdoru prašnih delcev Material perforacije je lahko navaden tekstil, lahko pa je tudi les ali jeklena ali plastična pločevina Perforacija se izvajaja od 5 do 30%, najpogosteje 1,5%, včasih tudi do 0% perforirane površine z luknjicami premera 3 mm ali manj Absorpcija zvoka z membranskimi resonančnimi absorberji 10 09 08 07 06 05 04 03 0 01 perforacija; σ = 8% perforacija; σ = 16% perforacija; σ = 0% 00 65 15 50 500 1000 000 4000 Frequency [Hz] Slika 343 Membranski absorber: a) s perforiranim resonančnim panelom b) za perforiranim resonančnim panelom z 11% perforacije in za njim še 1,5 mm debeli porozni material in c) koeficient absorpcije Čim manjši je odstotek perforacije bolj se premika-mo proti nižjim frekvencam Odstotek perforacije znaša od 0 (pri membranskih resonatorskih absorberjih) do 5% in največ do 30% Absorpcijska obloga s perforirano ploščo porozni material perforirana plošča Slika 344 Koeficient absorpcije resonatorja z različnimi % perforacije KOEFICIENT Koeficient ABSORPCIJEZVOKA absorpcije zvoka?s 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0, 0,1 0,0 63 15 50 500 1000 000 4000 Frekvenca v Hz F R E K V E N C A (Hz) Slika 345 a) Slika absorpcijske obloge s perforirano ploščo in b) koeficient absorpcije obloge 1

Lamelni resonator Resonančna frekvenca lamelnega resonatorja (za frekvence od 100 do 500 Hz) je: f o c b = π + [ l + ( ) b 1,1 ln ]S π π b c fo (33) Mikroperforirane obloge Slika 346 Zgradba lamelnega resonatorja - debelina stekla: 5,00 mm - premer luknjic: 0,55 mm - razdalja med luknjicami: 3,50 mm Slika 347 Zgradba mikroperforirane obloge iz akrilnega stekla in koeficient absorpcije Membranski resonator L 60 cm a) Slika 348 Mehanski resonator vezana plošča na različnih razdaljah (6, 1, 4 cm) od stene z medprostorom zapolnjenim z mineralno volno b) Membranski resonator Koeficient KOEFICIENT ABSORPCIJE absorpcije ZVOKA zvoka?s 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0, 0,1 0,0 63 15 50 500 1000 000 4000 Frekvenca v Hz F R E K V E N C A (Hz) Slika 349 a) Zgradba membranskega resonatorja in b) koeficient absorpcije zvoka Resonančna frekvenca je: f o = 1 π ρ c = Md 600 M d [Hz] (34) pri tem je M masa plošče na enoto površine v kg/m in d je razdalja med ploščo in steno (globina zračne blazine) v cm 13

Helmholtzov resonator Slika 350 Helmholtzov resonator različnih oblik in velikosti Helmholtzov (akustični) resonator (a) l' = l + 0, 8 c) Slika 351 a) Mehanski elastični sistem in b) slika Helmholtzovega resonatorja; m je masa zraka v vratu resonatorja (m = Slρ), vzmet pa stisljiv zrak v prostornini resonatorja V Resonančna frekvenca fo je: 1 k f o = [Hz] π (35) m f o c S = π V l' S [Hz] (36) korigirana dolžina prenosne izgube L TL L TL 10 db 8 7 6 5 4 3 1 0 0,1 0, 0,5 Helmholtzov resonator je primeren za dušenje zvoka (hrupa) v zelo ozkem območju frekvenc in se v prostorski akustiki uporablja za absorpcijo zvoka nizkih frekvenc 1 razmerje frekvenc β = 1 β = α = β / α = β 5 10 Absorber v obliki Helmholtzovega resonatorja a) M površinska masa v kg/m r s je realni člen kompleksne impedance panela r S /ρ o c ρ o c specifična akustična impedanca ca 41 kg/m s b) ω lastna frekvenca panela ω o resonančna frekvenca panela Slika 35 Helmholtzov resonator različnih oblik, b) Koeficient absorpcije α (izračunan) za resonančni absorber v odvisnosti od frekvenc za normalni vpad zvoka in za Mω o = 10ρ o c; parameter je razmerje r S /ρ o c 14

Absorber v obliki Helmholtzovega resonatorja Slika 353 Različne oblike odprtin Helmholtzovega resonatorja Primerjava koeficienta absorpcije za različne metode KOEFICIENT ABSORPCIJE ZVOKA α s 1,0 1,0 0,9 POROZNI MATERIALI 0,9 PERFORIRANE PLOŠČE 0,8 0,8 0,7 a 0,7 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0, 0, 0,1 b 0,1 0,0 0,0 15 50 500 1000 000 4000 63 15 50 500 1000 000 4000 F R E K V E N C A (Hz) K OEFICIEN T ABSORPCIJE ZVOK A α s K O E F IC IE N T A B S O R P C IJ E Z V O K A α s F R E K V E N C A (Hz) 1,0 0,9 RESONATORJI 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0, 0,1 0,0 63 15 50 500 1000 000 4000 F R E K V E N C A (Hz) Slika 354 Primerjava koeficienta absorpcije med poroznim materialom, perforirano ploščo in resonatorjem Difuzorji zvoka Absorberji zvoka Slika 355 Difuzorji in absorberji zvoka 15

Praktični primeri uporabe akustičnih absorberjev c) Slika 356 Absorberji zvoka v obliki: a) piramide, b) valjev in c) podolgovatih plošč Soundblox - betonski akustični votlak Slika 357 Različne izvedbe absorberjev zvoka v obliki votlih zidakov Primerjava med absorpcijo, odbojem in difuzijo zvočnega valovanja Slika 358 Primerjava odbojev pri absorpciji in difuziji glede na površino stene 315 Disipacija ali sipanje zvoka v zraku Relaticvno zmanjšanje re 1 m(db) 0-10 -0-30 -40-50 -60-70 -80-90 disipacia ~1,5 db/100 m zakon "6 db" celotno zmanjšanje Relativna raven zvoka (db) 0-10 -0-30 -40 r = 1, m r = 4 m r = 1 m r = 40 m -100 0 500 1000 1500 000 500 Oddaljenost od vira zvoka (m) -50 100 0 1000 10000 Frekvenca (Hz) Slika 359 a) Zmanjšanje ravni zvoka z oddaljenostjo in z disipacijo zvoka v zraku, b) vpliv disipacije na zmanjšanje ravni zvoka na različnih razdaljah in frekvenci zvoka Lp L W=100 db Vir L = L p, p,1 Lp=89 db Lp=83 db Lp=77 db r=1m r= m r=4m r r 0log 10 r1 Slika 360 Zmanjšanje ravni z oddaljenostjo od vira hrupa r = 1 m Lp =LW 11 r = m Lp =LW 17 r = 4 m Lp =LW 3 16

Disipacija ali sipanje zvoka v zraku Slika 361 a) Slabljenje zvoka v zraku v odvisnosti od frekvence in relativne vlažnosti zraka, b) Slabljenje zvoka pri temperaturi 0 C v odvisnosti od relativne vlažnosti zraka Slika 36 Širjenje in zmanjšanje zvoka je odvisno od razdalje in frekvence zvočnega valovanja 316 Refrakcija ali ukrivljanje zvočnega valovanja na meji dveh medijev z različno gostoto Z 1 = ρ 1 c 1 upornost snovi a) α = β Z1 <Z b) Z1 >Z sinα sin β = Z Z 1 (37) Vpadno valovanje Odbito valovanje Medij 1 Hitrost c 1 α i αr Medij αr Mejna površina Uklonjen žarek Hitrost c Slika 363 Pojav odboja in refrakcije zvočnega valovanja zaradi spremembe gostote medija: a) samo odboj zvočnega valovanja na ravni površini, ko je Z 1 < Z, b) in c) samo refrakcija, ko je Z 1 > Z c) 17

Refrakcija ali ukrivljanje zvočnega valovanja zaradi različnih gostot medijev ali (38) v je hitrost valovanja n je indeks refrakcije Slika 364 Snell-ov zakon loma valovanja Slika 365 Pojav refrakcije Valovne fronte od točkastega vira v kontekstu Snell-ova zakona http://enwikipediaorg/wiki/refractive_index Žarek se ne lomi le, če je kot θ 1 =0, takrat je tudi θ =0 Območje pod sivo linijo ima višji indeks refrakcije in proporcionalno manjšo hitrost valovanja kot območje nad njo Primerjava med refrakcijo v različnih medijih in difrakcijo v odprtini ravne plošče Slika 366 Huygens-Fresnel princip: a) Refrakcija na meji med dva različna medija in b) Difrakcija na odprtini plošče z mrežo Refrakcija v medijih z različno gostoto Dodaten zvok kot posleica refrakcije Vir Direktni zvok Poslušalec http://wwws-coolcouk/gcse/physics/properties-of-waves/refraction-of-waveshtml hladno veter toplo toplo veter hladno Refrakcija navzgor Refrakcija navzdol Slika 367 Pojav refrakcije v okolju pri različnih temperaturah in različnih hitrostih vetra Hitrost zvoka narašča z višino, bodisi zaradi naraščanja temperature z višino (inverzija) ali zaradi širjenja zvoka z vetrom, ki piha proti smeri širjenja valovanja), zvočno valovanje se ukloni navzdol proti tlom, če veter piha v smeri širjenja valovanja 18

λ Refrakcija v medijih z različno gostoto To stran zadene prvo Hitro Globoka voda Počasi Plitva voda Virtualna predstava Opeka Počasi Hitro Počasi Zrak Vrata Zrak Slika 368 Pojav refrakcije Refrakcija ali ukrivljanje zvočnega valovanja zaradi vremenskih prilik Temperatura upada z višino Temperatura upada z višino Valovna fronta Temperatura narašča z višino Valovna fronta c <c 1 c 1 Valovna fronta Zvočna senca Temperatura narašča z višino c >c 1 c 1 Valovna fronta Slika 369 Pojav refrakcije: a) zaradi padanja temperature z višino in b) zaradi naraščanja temperature z višino (inverzija) Hitrost vetra Hitrost vetra c <c 1 c >c 1 Vir zvoka Vir zvoka Slika 370 Pojav refrakcije zaradi hitrosti vetra c 1 c 1 317 Vzbujanje zvoka v togi strukturi (strukturalni hrup) Vzbujanje zvočnega valovanja v plošči z zvokom v zraku c u smer upogibnega valovanja σ σ = 1 sin ϑ Sprejemnik (39) 1 σ - faktor sevanja ϑ - vpadni kot valovanja ϑ ϑ λ λ sinϑ λ u 1 vpadno valovanje Slika 371 Vpad zvočnega valovanja na neskončno ploščo pod kotom ϑ 0 0 ϑ =90 o vpadni kot ϑ Slika 37 Faktor sevanja σ v odvisnosti od vpadnega kota zvočnega valovanja ϑ pri delovanju zvoka v zraku na ploščo 19

Vzbujanje zvočnega valovanja v plošči z zvokom v zraku a) c) b) d) e) Slika 373 Pri delovanju zvoka v zraku lahko nastanejo dve vrsti valovanj: a) kompresijska ali longitudinalna valovanja (v fluidih) in b) in c) transverzalna ali prečna valovanja v togih strukturah imenovana tudi kvazi-longitudinalna oz kvazi-transverzalna ali raztezna in fleksijska valovanja ter d) in e) transverzalna ekstenzijska valovanja Vzbujanje zvočnega valovanja v plošči z delovanjem mehanske sile na ploščo A B A B B B σ σ= 1 0 0 WA v RMS ρc (310) σ faktor sevanja WA zvočna moč vrms hitrost vibracij ρc specif akust Imped frekvenca Hz Slika 374 Faktor sevanja σ v odvisnosti od frekvence pri delovanju mehanske sile na ploščo 3 Zvočna izolirnost enojne pregrade R (Transmission Loss) Zvočna izolirnost R enojne pregradne stene proti zvoku v zraku se določi po naslednji enačbi: R == 10 log I1 = 10 log I ωρ s cosϑ ω B sin 4 ϑ ωρ s cosϑ ω B sin 4 ϑ + 1 1 + η 4 c 4 ρ s ρc c ρ s ρc (311) pri tem je I1 vpadna in I prepuščena zvočna intenzivnost zvoka v zraku v W/m, η - brezdimenzijski mešani faktor izgub, ω - krožna frekvenca (πf) v rad/s, ϑ - vpadni kot zvočnega valovanja na pregrado, ρc - specifična akustična impedanca zraka v Ns/m3, B - togost, ki ponazarja vpliv togosti plošče, v Nm, ρs - gostota na enoto površine, ki ponazarja vpliv površinske gostote plošče ali mase, v kg/m, fr resonančna frekvenca v Hz, fc kritična ali koincidenčna frekvenca v Hz 0

λ 33 Analiza vplivov togosti, resonance, mase in koincidence na prenose izgube v enojnih pregradah Slika 375 Idealizirani potek prenosnih izgub R v odvisnosti od frekvence f 331 Kritična ali koincidenčna frekvenca (a) Kritično frekvenco pri kateri nastopi koincidenca dobimo z en: c ρs fc = [Hz] (31) π B Kritične frekvence za različne debeline pregrad in za značilne gradbene materiale so prikazane na sliki 35 Slika 376 Kritične frekvence za različne debeline pregrad in za različne gradbene materiale: 1-mehka vlaknena pregrada, - svinčene plošče, 3-porobeton 700 kg/m 3, 4- mavčnokartonske plošče, 5-iverne plošče, 6- mavec, lahki beton 1400 kg/m 3, 7-organsko steklo, 8-opečni zid, 9-vezana plošča, 10- beton 00 kg/m 3, 11-steklo, jeklo, aluminij Najbolj je pomembno območje med 80 in 000 Hz, to pomeni debeline med 0,7 in 50 mm Pojav koincidence Koincidenčni efekt se pojavi, ko je izpolnjen pogoj, da je koincidenčni kot ϑ enak izrazu po enačba (313): ( λ ) ϑ = arcsin / λ u oziroma, ko je valovna dolžina vpadnega zvoka λ enaka valovni dolžini upogibnega valovanja stene λ u, (slika 377) panel in sin ϑ = c / = λ / λ c c u u c u upogibnega valovanja (313), λ smer vpada zvočnega valovanja ϑ λ u vpadno valovanje ϑ λ sinϑ λ υ vibrirajoča plošča (panel) Slika 377 Koincidenčni efekt Kritična frekvenca se pojavi pri oplazilnemu kotu pri ϑ = 90 o 1

ra ZDA31A 6DV5RAV 0 36 Širjenje zvoka v odmevnem prostoru Zmanjšanje ravni zvočnega tlaka v db 0 Živ prostor -6-1 polodmevni prostor -18-4 mrtev prostor -36 1 4 8 16 3 Razdalja od vira v m Slika 378 Širjenje zvoka v prostem in odmevnem zvočnem polju 37 Dopplerjev efekt in zvočni udar (a) f slišna f = 1 ± ( vzvoč zvoč vira vira / c zvoka ) (314) Slika 379 Fronte udarnih valov okrog krogle (a) in okrog stožca (b) merjeno v zračnem tunelu ct vt α v < c v = c v > c c) Slika 380 Tvorba Machovega stožca pri nadzvočni hitrosti http://wwwyoutubecom/watch?v=-zu5sgllmwc&feature=related Dopplerjev efekt in zvočni udar (b) stožčasto valovanje (Machov stožec) smer letala sled na tleh stranski profil intenzivnosti hrupni koridor Slika 381 Machov stožec pri nadzvočnem letalu v/c > 1 čelni val smer leta valovanje za repom letala udarni val od krila v/c < 1 manever letala Y nihanje tlaka vzdolž udarnega vala v/c < 1 v/c > 1 v bum slišimo tukaj v bum slišimo tukaj udarna hitrost c (malenkostno večja) Slika 38 Nastanek zvočnega udara pri preletu nadzvočnega letala: a) pri konstantni višini in Ma številu in b) pri nestacionarnem letu s spremenljivim Ma številom in nagli spremembi višine in smeri leta

Dopplerjev efekt in zvočni udar (c) Slika 383 Zvočni udar pri preletu nadzvočnih letal http://wwwyoutubecom/watch?v=-d9aoq1n38&feature=related 3