Тон: Звукові коливання синусоїдальної форми

Звучання, це накладення багатьох тонів. Сприйняття звуку визначає висоту тону, гучність. забарвлення звучання.

Звучання: Фізично чистий тон зі своїм синусоїдним коливанням – неживий і безбарвний. Від чистого тону зі своїм гармонійним синусоїдним коливанням слід відрізняти звучання. Звучання характеризується тим, що графік коливань не є чисто синусоїдним, а над чистим основним тоном з нижчою частотою ще є накладені на нього обертони, які в основному є більшою мірою октавними, але також і в меншій мірі в обертонах присутні квінти і кварти. При цьому говорять про забарвлення звучання. Цими обертонами в кожному музичному інструменті створюється своя специфічна проформа звучання. Чистими тонами ми не в змозі ідентифікувати джерело, однак звучанням, а саме забарвленням звучання ми можемо це зробити.

Звуковий тиск р

Явище звуку надає повітрю коливання. Це відбувається тому, що імпульс передається на молекули повітря, а від них – на наступні молекули повітря. Таким чином виникають поперемінно зони розрідження та ущільнення повітря. При цьому виникає звуковий тиск, який в нашому вусі викликає відчуття звуку.

Під звуковим тиском розуміють зміну атмосферного тиску всередині за певний період часу. Це найменший тиск звуку, що може ще сприйняти людина з неушкодженим слухом (поріг чутності).

Звукова потужність Р

 Звуковою потужністю називають усю звукову енергію, що випромінюється джерелом звуку в усіх напрямках у приміщенні.

Звукова енергія Е

  Звукова енергія залежить як від потужності звуку, так і від часу його дії.

Інтенсивність звуку І

 Під інтенсивністю звуку розуміють звукову потужність (Вт) на одиницю площі (м²). Поріг чутності має місце при інтенсивності звуку 0 = 10·Вт/м².

Рівень звукового тиску

 Якщо дві інтенсивності звуку співвіднести в логарифмічній залежності, то таке відношення інтенсивності двох звуків названо на честь американського фізика А.Б. Белла «Бел». Він удосконалив винайдений Дж. Ф. Рейсом телефон і розповсюдив його в Америці.

Встановлення одиниці Децибел, а також розрахунки можуть також проводитися за допомогою логарифмічних відношень звукової енергії, звукової інтенсивності або звукового тиску. Щоб по можливості уникнути величини з комами, рівні звукового тиску приводять у децибелах. Складати і віднімати слід у логарифмічних співвідношеннях, оскільки наше вухо чує «в логарифмічному масштабі». Джерело звуку, яке знаходиться на порозі чутності, тобто ще не може бути почутим, має рівень звукового тиску 0 дБ. Його називають порогом чутності. Як у потенціюванні, так і в логарифмуванні в будівельній практиці має місце потенціювання на базі 10 (десяткові логарифми), а також логарифми з іншою базою.

Швидкість звуку С

  Швидкість звуку залежить:

· від матеріалу, в якому поширюється звук;

· від температури цього матеріалу;

· від частоти.

Чим вища температура матеріалу, тим краща звукопроникність, так як теплі молекули більш рухливі, ніж холодні.

Довжина хвилі

Звук поширюється хвилеподібно. Довжина хвилі залежить від величини відстані поширення звуку в повітрі та від частоти.

Довжина хвилі може бути виміряна:

· від максимуму до максимуму;

· від нульової точки до нульової точки.

Звідси випливає: чим нижча частота, тим більша довжина хвилі.

Звукові хвилі можуть падати на будівельну конструкцію перпендикулярно або під кутом. Падаючі під кутом звукові хвилі викликають у будівельній конструкції більші хвилі згинальних коливань, ніж ті, що відповідали б довжині звукових хвиль.

Якщо швидкість поширення хвиль, згинальних у перегородці і проекція довжини хвилі однакові, то згинальні хвилі в стіні будуть мати свою максимальну амплітуду. Якщо це має місце, то звукоізоляція погіршає. Коефіцієнт звукопередачі (звукопровідність) при косому падінні звукових хвиль завжди більший. Цей ефект називають ефектом хвильових збігів.

Гранична частота

 Частота, при якій виникає хвильовий збіг, називається граничною частотою. Якщо звук падає на конструкцію під кутом, то відбувається хвилевий збіг. Гранична частота чи частота хвильового збігу – це частота, при якій довжина хвилі повітряного шуму відповідає довжині хвилі вільних коливань перегородки. Чим нижча гранична частота будівельного матеріалу, тим він більш цінний з точки зору захисту від шуму.

Рівень гучності

Рівні гучності даються у фонах. Ця величина, суб’єктивно виражається відчуттям звукового фактора, тоді, як Децибел є фізичною величиною. Фізична величина рівня звуку має одиницю Децибел (дБ). При частоті 1000 Гц Децибели відповідають фонам. Щоб уникнути поняття «Фон», рівні гучності оцінюють як рівні звукового тиску за шкалою А шумоміра (приладу, що вимірює рівні звукового тиску), і одиниця називається дБ (А). Таким чином фізична величина рівня звуку вимірюється в децибелах (дБ).

Звук буде сприйнятий як у два рази гучніший, якщо рівень гучності (рівень звуку) збільшити на 10 дБ (А). Якщо виміряти рівень гучності в 65 фон шумоміром, то він буде показувати тільки 60 дБ, що означає, що наше вухо такі високі частоти сприймає як більш заважаючі, ніж більш низькі частоти.

Розмірність Децибел (дБ) застосовується не тільки для вимірювання інтенсивності джерел звуку, але і для вимірювання звукоізоляції конструкцій. Якщо інтенсивність звуку на стороні приймача і на стороні джерела відносяться один до одного як 1000:1, то звукоізоляція стіни складе 30 дБ.

Акустика приміщень

При цьому прагнуть забезпечити слухача у всіх місцях приміщення по можливості рівномірним прямим звуком. Передача звуку відбувається виключно повітрям. Акустика приміщень має значення для таких приміщень, як житлові приміщення, приміщення бюро, концертні зали, конференцзали, церкви, спортивні зали, зали багатоцільового призначення. Для акустики приміщень, тобто дії звуку на те приміщення, в якому він виникає, особливо важливо наступне:

Час реверберації

Можливості звукопоглинання поверхнями конструкцій, таких, як стіни, стелі, підлоги, а також меблювання приміщень.

Рівномірне поширення та розподіл звуку для забезпечення на кожному місці приміщення однакової чутності і зрозумілості посланого звукового сигналу (розмова, музика) поглиначі, резонатори. Якщо ці всі пункти оптимально вирішені, то відвідувач або слухач не відчуває ні в одному місці приміщення, що він приголомшений звуком або він не скаржиться на недостатню зрозумілість (розбірливість) і чіткість того, що він хотів почути.

Будівельна акустика досліджує проблему передачі звуку в будинках. Тут джерело звуку сприймає звук осіб що перебувають у різних приміщеннях. Передача звуку відбувається повітрям (повітряний шум), а також через будівельні конструкції – через стіни і перекриття (корпусний шум, ударний шум). Для концертних залів, приміщень для доповідей, лекційних залів, класних кімнат і т.п. оптимальний час реверберації має велике значення. Так у приміщеннях для доповідей через необхідність чіткої і розбірливої чутності вимовних слів потрібний малий час реверберації, близько 1 секунди. У концертних залах, навпаки, внаслідок необхідної повної і живої звукової картини, необхідно забезпечити більш високі значення часу реверберації (від 1 до 2 секунд). Приміщення з вокальними уявленнями і зали для камерної музики вимагають також забезпечення великих значень часу реверберації, щоб створити більш повне об'ємне звучання. У спортзалах та ландшафтних офісах через велике шумове навантаження необхідний час реверберації складає близько 0,5 секунди. Для житлових приміщень встановлений час реверберації, рівний 0,5 секунди.

У церквах великі значення часу реверберації мають місце тому, що форма приміщень у них (високі приміщення, гладкі прямі стіни), меблювання та оздоблення (майже немає поглиначів на підлозі, стелі і стінах, наприклад, немає завіс, м'яких меблів, килимів) – не дають передумови для більш низьких значень часу реверберації. У багатоцільових приміщеннях і, в першу чергу, в універсальних залах необхідно застосовувати мобільні елементи, такі, як важкі фіранки на вікнах і, якщо потрібно, на стінах, а також змінювані за висотою і кутом повороту елементно регульовані стелі, які мають на меті забезпечити відповідний завданню час реверберації.

11.3. Звукоізоляція будівельних конструкцій

Звукопоглинання

Звукопоглинання – це один із факторів, які дозволяють створити приємну акустику в приміщенні. При цьому обробка поверхонь будівельних конструкцій має центральне значення, тому що вони є нерухомими складовими частинами приміщення. Чим більше звукопоглинання, тим менше шуму в приміщенні, в якому знаходиться джерело звуку. Поглинання звуку залежить від частоти.

Резонансні поглиначі

Якщо покласти в порожній простір волокнистий ізоляційний матеріал, то можна ще більше збільшити ефект поглинання. Однак необхідно стежити за тим, щоб ізоляційний матеріал не заважав коливанням оздоблювальної плити. Повітряний проміжок не повинен бути занадто малим, тому що в противному випадку пружна дія повітряної подушки пропадає (мінімально 50мм). У концертних залах поглиначі сприймають низькі частоти, тоді як люди і крісла сприймають і поглинають високі та середні частоти. Вплив поглинання звуку людьми може бути різним, і тому часто непередбачуваним, так як заповнення залу – скільки місць зайнято, де ці люди сидять у залі, тобто спереду, ззаду, посередині, групами; пору року (зима - вовняний одяг; літо - легкий одяг) – можуть бути дуже різними.

Цю непередбачуваність пробують враховувати тим, що нижню сторону відкидних крісел влаштовують перфорованими з текстильною оббивкою. Це дозволяє компенсувати недостатню заповненість глядачами залу. Іноді для цієї мети в стелі влаштовують висувні, регульовані панелі з додатковими поглиначами.

Підвісні поглиначі значно ефективніші, ніж такі, які безпосередньо закріплені на стінах. Укріплені на огороджувальних поверхнях поглиначі поліпшують тільки звукопоглинання, але не забезпечують зниження рівня звуку. Пористі поглиначі тільки тоді діють ефективно, коли вони мають відкриті пори. Матеріали із закритою пористою структурою, як наприклад полістирольний пінопласт, не підходять для звукопоглиначів. Величина, кількість і розподіл (рівномірний - нерівномірний) пор, а також перетин і зв'язок між порами є визначальними для коефіцієнта звукопоглинання.

Відображення звуку

Тоді, як звукопоглинальники служать для зниження часу ревербераціі, відбивачі звуку мають завдання за допомогою своєї геометричної форми забезпечити максимально сприятливу і рівномірну пряму передачу звуку. Відбивачі звуку необхідні особливо у великих приміщеннях, так як із збільшенням відстані від джерела інтенсивність звуку знижується. Це зниження інтенсивності прямого звуку повинно компенсуватися, особливо в задніх частинах зали, спеціально створюваними звуковими відбивачами. Відбивачі повинні по можливості бути розташовані за джерелом звуку, але також і на певній відстані від нього, проте внаслідок ефекту відлуння вони ніколи не повинні розташовуватися в задніх частинах приміщення. На задніх стінках і стелі великих приміщень повинні розташовуватися звукопоглинальники і розсіювачі звуку – дифузори. Розсіювачі звуку опуклі. Це, як правило, вигнуті назовні плити, які розсіюють звук у всіх напрямках.

Якщо відбитий звук потрапляє в межах 0,05 секунди від джерела до приймача, то його дія позитивна. Якщо різниця за часом між посилкою звуку джерелом і прийомом звуку більше, ніж 0,05 секунди, тобто відбитий звук буде сприйнятий пізніше, ніж прямий, то говорять про наявність луни. Відображення звуку може бути організовано геометрією зали в розрізі та плані, а також за допомогою додаткових акустичних відбивачів. Відображення за рахунок геометрії зали стіни і поверхні стелі, розбиті на окремі ділянки, опуклі викривлені поверхні стелі або частини стелі діють як розсіювачі звуку. Перевищення за висотою задніх місць перед передніми поряд з поліпшенням видимості покращують забезпечення глядачів прямим звуком.