Građevni materijali općenito imaju nizak kapacitet apsorpcije. Zavjese i ostali tekstilni materijali, tapecirani namještaj i ljudi, često pridonose ukupnoj količini apsorpcije. Ovo se naziva prirodna apsorpcija.
Prirodno prisutna apsorpcija gotovo nikada nije dovoljna. Postoji potreba za uvođenjem apsorbera zvuka visoke razine.
Kriteriji apsorpcije zvuka
Mehanizmi apsorpcije
Koeficijent apsorpcije – Teoretska definicija
Mjerenja apsorpcije
Apsorpcija zvuka je pretvaranje kinetičke energije zvučnog vala u toplinsku energiju. Kapacitet apsorpcije zvuka nekog materijala izražava se koeficijentom apsorpcije.Određena količina apsorpcije prirodno je prisutna u prostoriji. Svi građevni materijali imaju određeni kapacitet apsorpcije. Zavjese i ostali tekstilni materijali, tapecirani namještaj i ljudi, često pridonose ukupnoj količini apsorpcije u prostoriji. Ovo se naziva prirodna apsorpcija. Manji dio visoko-frekventne energije zvučnog vala gubi se uslijed zračne apsorpcije.Prirodno prisutna apsorpcija gotovo nikad nije dovoljna. Postoji potreba za uvođenjem apsorbera zvuka. Na tržištu postoji više vrsta komercijalnih apsorbera.Dvije su glavne vrste apsorpcije: porozna apsorpcija i rezonantna apsorpcija.
Apsorpcijski mehanizmi
Porozna apsorpcija
Porozna apsorpcija dobiva se od materijala s otvorenim porama ispunjenim zrakom. Primjeri takvih materijala su mineralne vune, tkanine, tapecirani namještaj, porozne iverice, neki materijali za podstavu itd.Apsorpcijski koeficijent raste zajedno s frekvencijom. Ova vrsta apsorbera najvažnija je kada se radi o općem potiskivanju zvuka.
slika
Pretvorba kinetičke energije zvučnog vala u toplinsku nastaje uslijed trenja između pokretnih čestica zraka i samoga materijala. To je razlog zašto materijali moraju imati otvorene, zrakom ispunjene pore. Da su pore zatvorene (kao na primjer u pjenastoj plastici) zvučni val ne bi prodirao u materijal te ne bi bilo gubitaka nastalih trenjem.Drugi temeljni uvjet za efikasnu poroznu apsorpciju, naravno, jest taj da je površina materijala akustički otvorena. Idealno, obrada površine trebala bi kreirati mekanu promjenu između razlike u akustičkom otporu zraka i poroznog materijala.
Rezonantna apsorpcija
Rezonantna apsorpcija ne ovisi o svojstvima materijala na isti način kao porozna apsorpcija. Apsorpcija nastaje usljed gubitka energije u oscilirajućem sistemu (vidi dolje).
Apsorpcijski koeficijent ne povećava se zajedno s povećanjem frekvencije, kao kod poroznih apsorbera, ali ima svoj maksimum oko utvrđene frekvencije, frekvencije rezonancije.
Postoje dvije glavne vrste rezonatora: membranski i šupljinski rezonatori (Helmholtz).
Šupljinski rezonatori (Helmholtz)
Rezonatori s jednom šupljinom sastoje se od zatvorenog volumena zraka povezanog s prostorijom preko uskog otvora.
Boca je šupljinski rezonator. Ovdje je zatvoreni volumen zraka široki dio boce, dok je uski otvor grlo boce.
slika
Rezonator s jednom šupljinom sastoji se od zatvorenog volumena zraka povezanog s prostorijom preko uskog otvora.
Zvučni val koji udara u otvor šupljinskog rezonatora pokreće zrak u otvoru (grlu). Funkcija je ista kao i kod membranskih rezonatora samo što ovdje mali volumen zraka oscilira iznad većeg volumena zraka. Ovaj oscilirajući sustav također ima frekvenciju rezonancije zadanu relativnom geometrijom dvaju volumena zraka. Apsorpcija šupljinskog apsorbera koncentrirana je na uzak frekvencijski pojas oko frekvencije rezonancije.
Šupljinski rezonator nije nužno samostalna jedinica. Perforirani paneli i apsorberi s prorezom također djeluju kao šupljinski rezonatori. U tom slučaju je izračunavanje rezonantne frekvencije ponešto kompliciranije.
Apsorpcija perforiranog panela s razmakom od tvrdog zida te s mineralnom vunom u praznini varirat će ovisno o otvorenom području.
Na slici su apsorpcijske krivulje prikazane za različite stupnjeve perforacije tvrdog vlaknastog panela.
Panel je debljine 3,2 mm s perforacijama radijusa R = 5 mm. Smješten je na udaljenosti 50 mm od
tvrdog zida te ima 12 mm debelu mineralnu vunu u praznini.
Apsorber djeluje više ili manje kao porozni ili membranski apsorber već prema stupnju perforacije. Opažanja za različite perforacije:
25%: apsorpcijska krivulja se gotovo podudara s apsorpcijskom krivuljom mineralne vune bez panela.
0,8%: apsorbera djeluje kao membranski apsorber
Membranski rezonatori
Membranski rezonator je tanak, čvrsti panel s razmakom prema tvrdom zidu te sa zatvorenim volumenom zraka između.
Ova vrsta apsorbera je redovito efikasna za apsorpciju nisko frekventnog zvuka. Koristi se u prostorijama oblikovanima za glazbu kako bi se uravnotežila prirodna visoko-frekventna apsorpcija (vidi Apsorpcija zraka) ili u drugoj vrsti prostorija s posebnim problemima s nisko-frekventnom bukom.
slika
membranski apsorber izgrađen od tankog panela (membrane) koji je fiksiran na određenom razmaku prema tvrdom zidu.
Kada zvučni val udari ovaj sistem pokrenut će se membrana. Volumen zraka iza membrane pokušat će se oduprijeti ovom kretanju. I amplituda oscilacije membrane i otpor volumena zraka su ovisni o frekvenciji. Pri određenoj frekvenciji, frekvenciji rezonancije, odnos između amplitude oscilacije membrane i otpora volumena zraka dosiže svoj maksimum. Velika amplituda i mali otpor kretanju znače velike gubitke energije u oscilirajućem sistemu. Koeficijent apsorpcije membranskog apsorbera stoga doseže svoj maksimum na frekvenciji rezonancije.
Apsorpcijski koeficijent dosiže svoj maksimum pri frekvenciji rezonancije f0.
Nekoliko kombinacija mase i udaljenosti od zida može proizvesti istu rezonantnu frekvenciju. Ipak, varirat će visina i širina apsorpcijskog maksimuma. Lagana membrana na velikoj udaljenosti od zida proizvest će višu i užu apsorpcijsku krivulju nego teža membrana na manjoj udaljenosti od zida, dok frekvencija rezonancije ostaje ista.
Membranski apsorber s praznim plenumom proizvest će visok i uzak apsorpcijski vrhunac. Ukoliko se praznina djelomično napuni mineralnom vunom, vrhunac će biti niži i širi.
slika
Šira apsorpcijska krivulja preferira se za većinu prostorija s akustičkom namjenom.
Koeficijent apsorpcije – teoretska definicija
Koeficijent apsorpcije koristi se kako bi se izrazila sposobnost materijala da apsorbira zvuk - pretvori kinetičku energiju zvučnog vala u toplinsku energiju. Ovo je važna karakteristika u akustici prostorija, posebno za izračunavanje vremena reverberacije. Koeficijent apsorpcije izražava se postotkom te je to odnos između ukupne ulazne zvučne energije podijeljene sa zbrojem reflektirane i apsorbirane energije.
Dio energije se također uvijek reflektira.
Zvučni val udara o površinu koja apsorbira zvuk.
Koeficijent apsorpcije bit će 0% ukoliko se sva energija zvučnog vala reflektira onako kako udari u površinu. Ukoliko se sva energija apsorbira i/ili prenese, koeficijent apsorpcije bit će 100%.Koeficijent apsorpcije varira s frekvencijom i kutom upada. Ovo treba uzeti u obzir kad se mjeri apsorpcija zvuka i izražava apsorpcija zvuka s jednoznamenkastom vrijednošću.
Difuzija
Difuzna površina reflektirani zvuk dijeli u mnoštvo smjerova.
Difuzna refleksija.
Difuzne površine koriste se da bi se izbjegla jeka i koncentracija zvuka. Difuzija je također važna i na suptilniji način, primjerice u prostorijama uređenima za glazbu.Postoje mnogi načini konstruiranja difuzne površine. Zid ili strop može se opremiti nagnutim, zakrivljenim ili pomaknutim panelima. Dimenzije difuznih panela moraju se usporediti s valnom dužinom zvuka koji treba raspršiti. Jedno od osnovnih pravila jest da izbočine moraju doseći najmanje jednu sedminu valne dužine zvuka.
Refleksija
Velik dio energije zvučnog vala reflektira se kad udari o površinu tvrdog građevnog materijala. Kut upada 'a' jednak je kutu refleksije 'b' za ravne površine. Ukoliko se površina ne može smatrati ravnom, refleksija će biti difuzna.
Zvučni val odbija se od ravne površine (potrebni su drugi simboli za kutove kako bi se izbjegla zabuna između a i a)
Općenito, refleksija nikad nije potpuna kao što je prikazano na slici gore, čak i kod vrlo tvrdih građevnih materijala. Betonski zid primjerice tipično ima koeficijent apsorpcije 1% pri niskim frekvencijama te 3% pri visokim frekvencijama.
Refleksija zvučnog vala, kad on udari u materijal, događa se zbog posebnog akustičkog svojstva koje se može nazvati akustički otpor (akustička impedancija). Svi materijali imaju vlastiti akustički otpor, od vrlo malog kod zraka, do vrlo visokog na primjer kod betona ili stakla. Snažna refleksija, koja nastaje kad zvučni val koji putuje zrakom udari u betonski zid, uzrokovana je činjenicom da se akustički otpori zraka i betona drastično razlikuju. Ako zamislimo mogućnost stvaranja materijala s akustičkim otporom koji varira progresivno između akustičkog otpora zraka i otpora betona, onda ne bi postojala refleksija.
Apsorberi
Svi materijali i objekti koji imaju određeni kapacitet apsorpcije zvuka mogu se nazvati apsorberima. U ovom poglavlju može se naći nekoliko vrsta apsorbera.
Građevni materijali
Građevni materijali često su tvrdi te reflektiraju zvuk. Ipak, mora se uzeti u obzir njihov kapacitet apsorpcije zvuka, budući da im je površina vrlo velika.
Komercijalni apsorberi
Komercijalni apsorberi su najčešće posebno razvijeni da bi apsorbirali zvuk. Njihov kapacitet apsorpcije zvuka specificiran je za zadane uvjete montiranja.
Prirodni apsorberi
Tkanine koje se upotrebljavaju za unutrašnje uređenje i namještaj primjeri su prirodnih apsorbera zvuka. Svi materijali i predmeti koji značajnije doprinose ukupnoj količini apsorpcije u prostoriji ali nisu izabrani nužno zbog njihovih apsorpcijskih svojstava, mogu se nazvati prirodni apsorberi. Čak je i sam zrak prirodni visoko-frekventni apsorber.
Prirodni apsorberi
Namještaj, tkanine koje se koriste za uređenje, prisutnost ljudi i raznih objekata često značajno doprinose ukupnoj količini apsorpcije zvuka u prostoriji. Ti prirodni apsorberi uglavnom su porozni apsorberi koji apsorbiraju visoko-frekventnu zvučnu energiju. Sam zrak također apsorbira mali dio visoko-frekventne zvučne energije.
Kada se izračunava vrijeme reverberacije, apsorpcija različitih materijala uzima se u obzir množeći površine materijala s njihovim apsorpcijskim koeficijentima. Ovo množenje daje ekvivalent apsorpcijskog područja (m2 Sabine). Apsorpcija materijala koji je primijenjen u prostoriji (zavjese, tepisi itd.) može se stoga lako izraziti množeći površinu s njegovim koeficijentom apsorpcije. Površina individualnih objekata (osobe, stolice itd.) ne može se izmjeriti u kvadratnim metrima. Njihova se apsorpcija stoga mjeri i izražava direktno kao ekvivalentno apsorpcijsko područje (vidi Mjerenje apsorpcije).
Apsorpcija zraka
Apsorpcija zraka mora se uzeti u obzir kod visokih frekvencija prilikom izračunavanja vremena reverberacije prostorije. Nastaje uslijed trenja između čestica zraka kad zvučni val prolazi kroz njih.Vrijeme reverberacije u prostoriji s difuznim zvučnim poljem može se izračunati po Sabine formuli:
Faktor 4mV je doprinos zračne apsorpcije ukupnom apsorpcijskom području u prostoriji. Slabljenje energije u zraku 4m (m-1) jest funkcija frekvencije, temperature okoliša i relativne vlažnosti zraka.
Primjer :
Za prostoriju s dimenzijama (dužina x širina x visina) = 20m x 15m x 5m,
volumen je 1500 m3.4mV = 37 m2 pri 4000 Hz (20°C, 50% RH).
Ovo ekvivalentno apsorpcijsko područje odgovara površini velikoj kao najmanji zid (15 x 5 m) s apsorpcijskim koeficijentom od 48% u 4000 Hz.
Uobičajeni građevni materijali
Svi građevni materijalni imaju određeni kapacitet apsorpcije.
Slika dolje pokazuje koeficijente apsorpcije za neke uobičajene građevne materijale.
Čvrsti, otporni materijali kao što su beton i cigla gotovo da nemaju apsorpciju. Ipak, i ova se apsorpcija mora uzeti u obzir pri izračunu vremena reverberacije, budući da su površine zidova velike u usporedbi s ostalim površinama u prostoriji.
Građevni materijali djelujući kao membranski apsorberi (lagani gipsani zidovi, prozori te razni paneli ili uzdignuti podovi) značajno doprinose nisko-frekventnoj apsorpciji.
Tkanine
Na slici dolje prikazane su neke uobičajene tkanine koje se koriste za dekoraciju u prostoriji.
Predmeti
Na slici dolje prikazana je apsorpcija nekih predmeta koji mogu biti prisutni u prostoriji. Molimo obratite pažnju da je apsorpcija izražena kao ekvivalentno apsorpcijsko područje (m2 Sabine), a ne s apsorpcijskim koeficijentom! Odgovarajući apsorpcijski koeficijenti bili bi manji za objekte s površinom u stvarnosti većom od 1 m2 i veći za objekte s površinom manjom od 1 m2.
Komercijalni apsorberi
Komercijalni apsorberi su materijali ili konstrukcije koji su zamišljeni s namjerom da pruže efikasnu apsorpciju u zadanom frekvencijskom pojasu. Takvi materijali redovito imaju pouzdanu, garantiranu zvučnu apsorpciju. Apsorpcija se najčešće izražava u oktavnim frekventnim pojasevima s dodatnim jednoznamenkastim vrijednostima (vidi Mjerenje apsorpcije). Svim vrstama apsorbera zajednička je činjenica da postavljanje i površinska obrada značajno utječe na apsorpciju.
Porozni komercijalni apsorberi
Postoji nekoliko vrsta poroznih komercijalnih apsorbera.
| Meki stropovi i meki zidni paneli |
Ploče od kamene ili staklene vune s obojanom ili tekstilnom prednjom stranom. Apsorpcija ploča od mineralnih vlakana ovisi prvenstveno o gustoći i debljini ploče, njezinoj površinskoj obradi i postavljanju same ploče.One imaju zajamčenu, pouzdanu apsorpciju dok je instalacija i održavanje relativno lagano i ekonomično.Tehničke instalacije za rasvjetu, prozračivanje i grijanje te hlađenje itd. mogu se lako integrirati u ovu vrstu stropova.Uobičajena debljina ovih ploča je oko 20-40 mm (ponekad i do 80 mm), a ploče se najčešće montiraju na određenom razmaku od nosivog stropa.
|
| Wetfeld mineralna vlakna ili celulozne ploče |
Ova vrsta ploča je obično 3 puta teža od vrste opisane gore, iako se površinska težina ne razlikuje previše budući da je uobičajena debljina 12-15 mm.Površina je obojana, s pukotinama, s uzorkom ili perforirana. Ova vrsta apsorbera manje je efikasna pri visokim frekvencijama nego prva opisana vrsta ploča, ali i ovdje ostaju prisutne iste prednosti koje se tiču integracije i instalacije.
|
| Ploče iz drvene vune |
Drvena vuna se fiksira cementom te se ploče redovno montiraju bez ostavljanja razmaka od stropa. Debljina varira od 25 mm do 100 mm.Montiranje ploča na određenom razmaku od stropa, s akustičkim slojem u međuprostoru, može povećati apsorpciju.
|
| Prskani minerali ilicelulozna vlakna |
Ovaj materijal direktno se nanosi prskanjem na zidove ili stropove. Često se koristi za zaštitu od vatre.
|
| Akustički(izolacijski) pokrov |
Pokrovi od staklene ili kamene vune sa zaštitnom površinom od perforiranog čeličnog panela ili tekstilnih vlakana.
|
Meki stropovi
Mekani akustički strop izrađen je od panela mineralne vune male težine koji su najčešće poduprti metalnom rešetkom. Postoje različiti razlozi za odabir mekog akustičkog stropa.
| Akustički |
|
 |
Mekani akustički strop karakterizira neusporedivi kapacitet apsorpcije zvuka. Ova kvaliteta služi različitim namjenama u prostorijama s različitom svrhom:unapređenje razumljivosti govora u prostorijama sa specijalnim akustičkim zahtjevima, kao što su konferencijske prostorije i prostorije za sastanke, auditoriji, učionice i ostali prostori gdje je bitna govorna komunikacija. Redukcija ometajuće buke strojeva i opreme kao i od ljudske aktivnosti u gotovo svakoj vrsti prostorija u školama, uredima, zdravstvenim i industrijskim građevinama.
|
| Estetski |
|
 |
Širok izbor boja, obrada površine, rubova, dimenzija te oblika nudi bogate mogućnosti kreiranja novih i interesantnih okruženja.
|
| Vlaga i dimenzije Stabilnost i izolacija |
 |
Ostale kvalitete koje karakteriziraju mekani akustički strop su neusporediva stabilnost glede vlage i dimenzija. To znači da ploče podržavaju ekstremno vlažna okruženja bez promjena u obliku i dimenzijama. Mikroorganizmi se također ne razvijaju u mineralnoj vuni. Mekani akustički stropovi pridonose toplinskoj i zvučnoj izolaciji. |
Neke druge prednosti spuštenih stropova su:
- mala težina
- zaklanjanje i pristup tehničkim instalacijama (ventilaciji, grijanju, struji, vodi…)
- lako održavanje
- integracija rasvjetnih tijela i otvora ventilacije, kao i ovjesa za razne unutarnje dekoracije
- zaštita od vatre