Nieco o ZVUKU

Ako a co vlastne clovek pocuje?
Z tohoto grafu mozeme vyčítať veľa.

Na grafe si všimnime krivku “práh slyšeni” ktora hovori o tom ako nade ucho subjektívne vnuma zvuk. Vysvetlenie toho co vidime je nasledovne: aby sme poculi nizke a vysoke  frekvencie tak nade ucho potrebuje aby ich intenzita bola vyssia ako naoriklad v strednom pasme. Z toho vyplyva ze nase ucho je citlivé na pasmo asi 200Hz az 8000Hz a v pasme 2000Hz az 5000Hz je výrazná jama. Ide o zvuky na ktore ludske ucho reaguje najviac. Toto pasmo je oblasť roznych šuchotancov, šum lístia, praskanutie konárov a podobe a je dane evolúciou v tom zmysle ze clovek musel byt na tieto zvuky citlivý ak chcel v prirode prežiť.

Pre hudobne nástroje je rozloženie frekvencii nasledovne

Tu si mozeme taktiez všimnúť kde sa nachádza ludsky hlas.

Ľudské ucho zdraveho cloveka pocuje frekvencie v rozmedzi 16Hz az 16.000Hz a  20.000Hz vynimocne.

Pri stavebnych konštrukciách v zasade plati to ze vyssie frekvencie sa nam dari úspešne utlmiť bez problemov ale to co nam vzdy vadi a asi sa toho nikdy nezbavíme su nizke tzv basové frekvencie hlavne rozne dudenia vyvolané následnou rezonanciou roznych konstrukcii pochádzajúcich od roznych zdrojov.

Stavebnou konstrukciou myslim hlavne steny a priecky. Ide o rovinné dosky ktore maju idealny tvar na to aby pohltili co najviac energie a mohli s nou dalej pracovat.

Na obrazku vidime ako stena pracuje so zvukom.

Cast energie pohltí, časť odrazí a časť prenesie. To kolko čoho je vsak zlozitejsie.

Cize vidime ze povodna energia zvuku sa rozložila v doske na:

• odrazenie
• pohltenie
• a vyziarenie do priestoru

Kolko z povodnej energie sa pohltí a kolko odrazí alebo prejde stenou je vecou clanku nizsie.

Ako iste viete tak v akustike reprodukovanej hudby sa vyuzivaju na prenos bázových tónov velke teproduktory a na prenos výškových tónom malinke reproduktory.

Tak si predstavme ze nasa stena je membrana reproduktora ktora tym ze je velka tak je predurčená na prenos basovych tónov.

Intenzita tohoto zvuku, teda “hlasitosť” je Dana “silou” povodneho zvuku a tuhosťou, poddajnosťou, hmotnosťou a vychylkou dosky ktora zvuk prenasa.

AKO SA STAVIA K UTLMU ZVUKU OREDAJCA STAVEBYCH MATERIALOV?

Samozrejme ako ku vsetkemu = PPVRCHNE a absolutne diletantsky!

Vyrobca udava pri zvukovoizolacnych materiáloch záhadnú hodnotu Rw. Vsade o nej citam a vsetci sa jej drzia ako keby slo o nejaku velavravnu zalezitost.

O com Rw hovori v skutocnosti?

Ide o parameter ktory udava utlm v -dB pre frekvenciu 500Hz. Tento parameter nam vlastne nehovori vobec nic o tom ako sa zvuk sprava v danej konstrukcii pri inych frekvenciach.

Niekedy vyrobca udava j koeficient útlmu α co je pomer medzi dopadajucim zvukom na stenu a zvukom ktory nakoniec stenou prejde. Ide teda o bezrozmernu jednotku.

Niektori vyrobcovia ju tak isto udavaju pri frekvencii 500Hz.

α vieme zložito vyjadrit z tohoto vzorca.

Udaj Rw a α su vsak absolutne nedostatočné na hodnotenie utlmu steny, lebo rozne materialy sa správajú v roznych frekvenciach rozne.

Rw a α spolu úzko suvisia Cize ak na nasledujúcich grafov vidime hodnoty ore α tak preRw by boli krivky tvarovo rovnake ale obrátene.

Nasledujúce grafy pre vybrané zvukovoizolačné vaty nam ukazuju ako sa sorava akustická vata na roznych frekvenciach. Cize tu vidime FRKVENČNU CHARAKTERISTIKU vaty.

Aby sme vedeli stenu zhodnotit realne tak musime vidiet závislosť útlmu na frekvenciach aby sme vedeli usidit ktore zvuky odfiltrujeme a ktore nie a prave taketo grafy nam v tom pomozu.

Tu musim pochváliť vyrobcov ze udali komolexnu informaciu. Toto sa v stavebnictve naozaj len tak nevidi!

Najviac ma zaujal druhy obrazok v poradi. Tento.

Ak si všimneme modru krivku ktora plati pre danu vatu o hrubke 140mm tak zistime ze ak by sme sa riadili iba utlmom Rw teda na 500Hz tak by sme nic nezistili lebo pre danu hrubku nie je utlm najdokonalejší ale maximum dosahuje pri 250Hz a na hodnotu podobnu aka bola na 500Hz sa vracia az niekde pod 200Hz.

Ak by sme vsak hodnotili tu istu vatu pri hrubke 80mm tak tej schopnost tlmiť zvuk od 500Hz uz iba klesa.

A tu zrazu vidime ze šírenie zvuku v materiali je zvlastne a neda sa lebo ako vidime tak pre ten isty material moze byt krivka utlmu rôzna.

Je to dame viacerymi vplyvmi ako su: vnutorne trenie materiqlu, modul pružnosti, hmotnost, poddajnost (opak tuhosti), hrubka, plocha dosky a podobne.

Ak chceme vytvorit seriozny utlm a dopredu bejako odhadnut co by mohlo a nemohlo mat volyv a aky velky, tak musime najskor vediet akými spôsobmi sa siri zvuk a ako ho vieme utlmiť.

Sirenie zvuku:

– vzduchom

– alebo inym materialom

V tabulke vidime rychlosti šírenia pre rozne materialy pri 20°C

Útlm zvuku vieme vykonat:

– znížením plochy

(Ide o rozne predsadene steny a fasady ktore prenášajú zvuk iba cez kotviace prvky cim sa plocha znizi XXX nasobne.

– vzduchotesnost stavby

(Cim zabránime prestupu zvuku vzduchom škárami)

– utlm v utornym trením v materiáli

(Ide o princip trenia jednotlivych vrstiev kompozitu o seba alebo o trenie molekúl vo vnutri materialu)

– utlm volyvom zvýšenia zdanliveho objemu materialu

(Rozne vaty a podobne. Tieto vlny a vaty zvyšujú zdanlivý objem aj v reprodebniach)

– zabráneniu kmitania “ozvucnice” steny

( to dosahujeme absolútnou hmotnosťou materialu)

Ak by sme sa chceli lepsie orientovat v hodnotách tak utlm -6dB je utlm akustického tlaku 2 nasobne.

Ak by sme chceli vediet utlm zvukového vykonu tak -3dB je opäť utlm 2x.

Cize utlm -60dB je 20 násobný utlm akustického tlaku oproti pôvodnému zvuku.

Pri zvuku je kľúčová aj vlnová dlzka zvuku.

Dĺžka a výška steny nam potom charakterizuje najnižšiu a najvyssiu  frekvenciu ktoru dokaze preniest v rezonancii.

Ak uvazujeme ze zvuk ma rychlost 340m/s vo vzduchu tak frekvencia 1Hz na vlnovú dlzku 340m (na obrazku vidime ze pri frekvenciu 1000x vyssiu je vlnová dlzka 1000x mensia).

2Hz –  ma vlnovú dlzku 170m,

20Hz – 17m,

200Hz –  ma λ=1,7 atd.

Z toho mozeme usúdiť ze steny dlhe 17m mozu idealne prenášať az zvuk 20Hz ale takuto frekvenciu nedokážeme úspešne utlmiť asi nikdy. Tu pripominam ze ludske ucho pocuje od 16Hz.

Ak mame napriklad zaves predsadenej fasady siroky povedzme 17mm co je 0,017m tak takyto zaves prenesie frekvenciu 20.000Hz teda 20kHz.

Toto bol jeden z prikladov ako vieme správnou geometriou predpovedať prenos frekvencii. Samozrejme ak sa tymto rozmerov vyhneme tak sa vyhneme aj daným frekvenciam. Lens dostavba pozostava z XYZ detailov roznych velkosti a touto cestou sa da ist len v špecifických pripadoch.

Čiže ciest mame X. Ide len o to ake su v realnom pripade moznosti a co klient strpí a co nie.

MOŽNÉ KOMBINACIE V PRAXI

Podla vyssie uvedeného vidime ze niektori vyrobcovia dokazu udávať frekvenčne charakteristiky materialov v celom spektre frekvencii. Takyto graf nam ukaze ktory z materialov nam utlmí aku frekvenciu a ako “silno”. Tu pripominam ze pri dB sa bavime o logaritmockej zavislosti cice -6dB z povodnych povedzme 100dB nie je utlm o 6% ale o 50%!

Na vyssie uvedených grafoch vidime ze jeden a ten isty materiql sa inak sorava ak zmenime jeho hrubku a teda aj celkovu hmotnost.

Na dalsim grafe vidime ze zalezi aj od uhla dopadu. Z coho by sa dalo dedukovať ze miestnosti kde sa spi umiestňujme radsej mimo zón z ktorych prichadza hluk.

Tento graf nak hovori ale aj to ze ak si hudobne skupiny davaju na steny obaly z vajíčok tak to ma svoje opodstatnenie.

Takze moznosti mame naozaj vela a teraz si to podme najako zhrnúť.

Čo vieme o našej stavbe a možnostiach stavebnych materialov a konstrukcii  z hladiska zvuku:

• Škáry by mali byt utesnene lebo zvuk sa siri hlavne vzduchom. (Predpokladame ze odtatne casti stavby su tak hmotné ze povodny zvuk uz prenášajú s vysokym utlmom a iba vzduch ho stale prenasa v povodnej intenzite)
• Hmotné stenyz velkej miery hlavne zvuk odrazia a zbytok pohltia svojou hmotou a dalej ho neširia nakolko nedokazu pri svojej hmotnosti kmitať. Cize tu ide o opačný efekt ako naoriklad pri doske gitary, klavíra, huslí atd kde lahke dosky svojim kmitanim vytvaraju rezonanciu a zvuk zosilňujú akustickým obvodom.
• Priecky vsak maju s hmotnosťou priblem lebo su tenke a mozu knitat a aj kmitajú. Ale vieme ich ukotviť pružne pripadne ich dalej utlmovať. Cize tento bod sa zaoberá – pružnými spojmi.
• Ak je priecka lahka a tenka tak pracuje ako doska gitary. Ak ju nevieme utlmiť v jej ukotvení (všimnime si rychlost šírenia zvuku v gume…) tak ju musime utlmiť niecim v com sa zvuk “strati” vplyvom dodatočných odrazov (obrazok v úvode kde sa zvuk odráža a je pihlcovany a nasledne vyčistený za dosku). Cise priečku  musime vyhotoviť tak aby zvuk pohltila. A tu prichadza na rad vata.
• Ďalšou moznostou je pouzit predstenu ktora zvuk odrazí ciastocne svojou hmotnosťou, pohlti nasledkom tohto ze sa sklada z mnoho malych komponentov, a dalej sice vyžiari ale ak sa tato predstena dotýka hlavnej steny iba bodovo tak rozložením tychto bodov vieme urcit charakteristickú frekvenciu a ak bude vysoka tak ju vieme úspešne utlmiť. Ide napriklad o tehlové predsteny zname z anglicka za ktorymi je casto drevene stlpikova konstrukcia s vatou ktora vysoke frekvencie utlmí.

V interiéroch sa svák stretávame s problemom priestou a nemozeme si dovolit pouzit priecky hrube ani 300mm nakolko by sa nam plocha domu významne zvysila. Uvedomme si se dlzka priecok dosahuje vezne aj 50m a pri hrubke 30cm by slo o jalovú plochu 15m2 co predstavuje cenu cez 10.000€ na cene stavby.

Tqkze musime hladat ine cesty a to su hlavne materialy:

• s vysokou hustotou ako beton, VPC tvarnice. Urcite sa treba vyhybat porobetonove ktore su ľahke a dobre kmitaju cim vytvaraju rezonančné obvody
• s velkym zdanlivý povrchom ktory neustale obráža, pohlcuje, prepúšťa a zase odráža pohlcuje atd atd. Cize bavime sa o vatach a vlnách. Tu olati ze cum ťažšia vata tym viac pohlti, ale nesmie byt zase moc “tuhá” aby sa nesprávala ako lmitajuca doska. Cize musime hladat vlny ktorych vlákna sú “ťažké” ako napriklad ovčia vlna alebo drevovlakno a podobne. Lenze tu narážame na cenu a hladqt budeme komoromis u slnečnej vaty spôsobne.
• Dalsim sposobom su materialy doskové, ktoré su sice relativne lahke ale maju vysoky vnutorny utlm, Cize vyrobca ich vyvinul tak aby vnutorne trenie komponentov z ktorych doska pozostava mali medzi sebou moznost trenia cim sa energia zvuku premení na teplo. Ide o soecialne akustické dosky ako SDK HABITO alebo XY inych akustických dosiek. Sem patria aj FERMACELL, alebo Heraklit, Cerris a podobne. Na Heraklit by som chcel v tomto pripade upozornit lebo ide o zaujimavu kombinaciu v ktorej sa uz aj “komunistom” podarilo spojit vlastnosti vaty a ťažkej dosky.
• a nakoniec vyhotovenie detailov tak aby spoje boli akusticky nevodivé.

Čiže ako by som ja vytvoril akusticky stenu?

Priznam sa ze ored tymto článkom som neurobil vela akustických stien ale vzdy dim da snazil spojit vsetky vyssie vypísané vlastnosti

Zaujimave riesenia by boli napriklad:

• VPC tvarnica + vata + VPC tvarnica. Ak ale uvazim ze najtenšia VPC  tvarnica ma myslim 12cm tak ide o velmi hrubu stenu.
• Akusticky SDK + Heraklit + VPC + Heraklit + alusticky SDK. Tu uz sme s hrubkou oveľa nizsie kedze Heraklit vie mat aj 2cm.
• Akusticky SDK + akustická vata + akusticky SDK a vsetky kontaktné body vyhotoviť akusticky nevodivo.

Ďalšou variantou je hladat v katalógoch vyrobcov a ori vybere nimi ponúkaných moznosti mat na zreteli zasady uvedene v tomto clanku.

Pri kompozitovych riešeniach, teda viac vrstvach nevieme dopredu urcit utlm nakolko s ati neda realne spocitat. Vieme to len odhadovať alebo zmerat v laboratóriu no ani tam nenapidobnime realitu nasej stavby.

Preto ak nemam cas na experimenty musime intuitívne vyuzit to co zvuku s útlme vieme a som si isty ze sa nam podari velki dibry vysledok.