Rychlost podélných zvukových vln a principy akustické izolace

Zvuk je mechanické (akustické) vlnění šířící se pružným prostředím. Je to pohyb částic pružného prostředí kolem rovnovážné polohy. Slyšitelný zvuk je akustické kmitání v kmitočtech, které vnímá lidský sluch, tj. přibližně v kmitočtovém rozsahu mezi 16 a 16 000 Hz. Frekvence udává počet kmitů za sekundu. Vlnová délka je vlastně vzdálenost dvou maxim. Vlna se šíří prostředím konečnou rychlostí.

Charakteristiky a šíření zvukových vln

Šířením vlny v prostředí vznikají místa s naředěním, respektive nahloučením částic. Makroskopicky se to projevuje kolísáním tlaku. Zvuk se šíří v plynech, kapalinách i pevných látkách.

Druhy zvukového vlnění

• Podélné vlnění: Kmitající částice se pohybují ve směru šíření vlny. Tímto způsobem se šíří zvuková vlna v plynech a kapalinách. Zvuková vlna se jakožto podélné vlnění projevuje periodickým zhušťováním a zřeďováním soustavy hmotných bodů vyplňujících prostor. V místech se zhuštěným prostředím je také vyšší tlak, zatímco v místech se zředěným prostředím je tlak nižší. Dochází tak k pravidelné změně tlaku.
• Příčné vlnění: Kmitající částice se pohybují kolmo ke směru šíření vlny.

V pevných látkách mají částice daleko silnější a pružnější vazby, než je tomu v případě kapalin a plynů. Zvuková vlna se zde šíří jak podélně, tak příčně. Ve stavební akustice se rozlišuje zvuk šířící se vzduchem a zvuk šířící se konstrukcí. Ve vzduchu se zvuk šíří postupným podélným vlněním, v tuhých tělesech se zvuk šíří převážně příčným a ohybovým vlněním.

Akustický tlak a jeho měření

Základní a také snadno měřitelnou veličinou pro popis zvuku je akustický tlak p. Akustický tlak se projevuje drobnými změnami barometrického tlaku. Dalším důležitým parametrem zvuku je akustický tlak pt [Pa], přičemž celkový tlak p [Pa] se v určitém čase t skládá ze statického atmosférického tlaku ps [Pa] a z okamžitého akustického tlaku pt [Pa]. Z výše uvedeného vyplývá, že změny akustického tlaku se projevují v hodnotách o několik řádů nižších, než je hodnota barometrického tlaku. Vztah mezi fyzikálními veličinami a lidskými podněty je logaritmický. Pro popis akustického tlaku se proto využívá hladinové vyjádření v logaritmické stupnici, tzv. hladina akustického tlaku.

Rychlost šíření zvuku

Šíření zvukové vlny popisuje tzv. vlnová rovnice. Vlnová rovnice je diferenciální rovnicí, která je odvozena z rovnice kontinuity (zákon zachování hmoty), stavové rovnice (vyjadřující závislost stavových veličin při termodynamických dějích) a 2. Newtonova zákona (zákon zachování hybnosti). Při odvozování se uvažuje spojitost, homogenita, bezeztrátovost, stlačitelnost a izotropnost prostředí, ve kterém se vlna šíří. Z ní lze vyjádřit, že v případě šíření rovinné vlny si vlna zachovává konstantní amplitudu a v případě šíření kulové vlny dochází k poklesu o 6 dB při zdvojnásobení vzdálenosti od zdroje. Z principů šíření zvuku plyne, že zvuk se šíří rychleji v látkách s vyšší hustotou (např. voda, beton, dřevo, ocel) než v látkách s nižší hustotou (např. helium).

Čtěte také: fyzikální vlastnosti a rychlost podélného vlnění

Akustická izolace a pohltivost

Zvuk je všudypřítomný a může mít na naše zdraví a pohodu značný vliv. Nadměrný hluk může způsobovat problémy se spánkem, soustředěním, a dokonce i s naším celkovým zdravotním stavem. Hluk je každý nežádoucí, nepříjemný nebo škodlivý zvuk. Zvuková izolace je strategické použití materiálů a technik k minimalizaci nebo eliminaci přenosu zvuku mezi prostory.

Principy zvukové izolace

Než se začneme zabývat zvukovou izolací, je nezbytné pochopit podstatu samotného zvuku. Když zvukové vlny narazí na povrch, mohou být pohlceny, odraženy nebo přeneseny. K přenosu zvuku dochází, když vlny procházejí materiálem, což může způsobit hlukové znečištění. Cílem je vytvořit prostředí, které přispěje ke snížení hladiny hluku, od absorpčních materiálů až po úvahy o hmotnosti a hustotě. Optimálního akustického prostředí bude dosaženo tou správnou kombinací zvukové pohltivosti a zvukového útlumu.

• Hmotnost a hustota: Těžké a husté materiály, jako jsou sádrokartonové desky, masivní vinyl nebo hustá guma, mohou bránit přenosu zvukových vln. Zvyšují hmotnost obvodového pláště budovy, což pomáhá snižovat množství hluku pronikajícího stěnou.
• Oddělování: Oddělování zahrnuje oddělení stavebních prvků, aby se minimalizoval přenos vibrací.
• Těsnění: Správné utěsnění mezer a trhlin je nezbytné pro zabránění úniku zvuku.

Zvukovou izolaci je potřeba všude tam, kde je potřeba snížit hluk. Lze ji realizovat při výstavbě nového domu nebo při rekonstrukci stávajícího domu. Při výstavbě nového domu je možné použít materiály s dobrými akustickými vlastnostmi. Při rekonstrukci stávajícího domu je možné provést zvukové izolaci stávajících konstrukcí. Vážený stupeň zvukové neprůzvučnosti (Rw) je jednočíselné vyjádření laboratorního měření (vertikální) zvukové vzdušné neprůzvučnosti závěsného podhledu.

Akustické pěny: Mechanismus a typy

Akustické pěny představují účinné řešení problému hluku v různých prostorech. Jejich výkon je založen na schopnosti pohlcovat zvukové vlny, což vede ke snížení odrazů a ozvěny v místnostech. Akustické pěny mají specifickou strukturu, která jim umožňuje účinně pohlcovat zvuk. Základem výkonu akustických pěn je jejich porézní struktura, která se skládá z mnoha vzájemně propojených pórů vyplněných vzduchem. Tato struktura umožňuje zvukovým vlnám snadno pronikat hluboko do materiálu.

Když zvuková vlna vstoupí do akustické pěny, způsobí rozkmitání molekul vzduchu zachycených v pórech materiálu. Tyto vibrace způsobují tření o stěny mikroskopických kanálků, což vede k rozptylu zvukové energie. Proces přeměny zvukové energie na teplo je základem fungování akustických pěn. Tření mezi molekulami vzduchu a pěnovým materiálem vytváří teplo. Tento jev se nazývá rozptyl energie. Viskozita vzduchu hraje klíčovou roli v procesu přeměny zvukové energie na teplo. Při průchodu zvukové vlny porézní strukturou pěny narážejí molekuly vzduchu na odpor způsobený viskozitou. Viskozní efekt je obzvláště výrazný u pěn s malými póry, kde jsou prostory mezi vlákny velmi úzké. Kromě tření molekul vzduchu může pod vlivem zvukových vln vibrovat i samotná struktura pěny. Tyto vibrace způsobují další rozptyl zvukové energie.

Čtěte také: Jak zabezpečit střechu proti větru

Účinnost akustických pěn závisí na řadě faktorů, jako je jejich hustota, tloušťka, tvar a způsob instalace. Velikost pórů má významný vliv na rozsah frekvencí, které pěna dokáže účinně pohlcovat. Pěny s vyšší hustotou si lépe poradí s vysokými frekvencemi, zatímco silnější materiály účinněji pohlcují nízké tóny. Množství energie přeměněné na teplo závisí na řadě faktorů, včetně hustoty pěny, velikosti pórů a frekvence zvuku. Účinnost zvukové absorpce pěny závisí na jejím koeficientu absorpce, který určuje procento zvukové energie pohlcené materiálem. Koeficient zvukové pohltivosti (NRC) je jednočíselný deskriptor namátkově se vyskytujících stupňů absorpce zvuku. Vážený koeficient zvukové pohltivosti (αw) je jednočíselné hodnocení pro namátkové koeficienty pohltivosti zvuku a počítá se podle EN ISO 11654. Při použití této metody se naměřené hodnoty získané v souladu s EN ISO 354 převedou na oktávová pásma 250, 500, 1 000, 2 000 a 4 000 Hz a zanesou se do grafu. Standardní referenční křivka se poté přesunuje směrem k naměřeným hodnotám v krocích po 0,05, až se získá nejlepší shoda. Odvozená hodnota αw se bude pohybovat mezi 0,00 a 1,00, ale vyjadřuje se pouze v násobcích 0,05.

Typy akustických pěn a jejich účinnost

Na trhu existuje mnoho typů akustické pěny, které se liší tvarem, hustotou a účelem. Tvar akustické pěny hraje také důležitou roli v její výkonnosti. Pěny s profilovaným povrchem, jako jsou pyramidy nebo vlnovky, nabízejí další akustické výhody.

• Pyramidální pěny: Jsou jedním z nejoblíbenějších typů akustických materiálů. Vyznačují se povrchem pokrytým pravidelnými pyramidami, které zvětšují plochu pohlcující zvuk. Pyramidální tvary jsou obzvláště účinné při rozptylování zvuku, což pomáhá eliminovat ozvěnu a stojaté zvukové vlny. Tyto pěny vykazují velmi dobrou absorpci při nízkých frekvencích (přibližně 125 Hz) a vysokých frekvencích (nad 5 kHz). Při středních frekvencích (1000-4000 Hz) mohou dosáhnout téměř 100% účinnosti pohlcování zvuku.
• Vlnité pěny: Mají povrch tvarovaný do pravidelných vln. Tato struktura účinně rozptyluje zvukové vlny a zabraňuje vzniku ozvěny. Aby vlnitá pěna účinně fungovala, měla by se její tloušťka pohybovat mezi 4 a 12 centimetry. Vlnité pěny mají rovněž dobré výsledky při tlumení vysokých frekvencí.
• Hladké pěny: Jsou nejjednodušším typem akustické pěny. Mají rovný, neprofilovaný povrch. Hladké pěny se často vyrábějí jako tuhé panely, které lze snadno a rychle instalovat bez větších stavebních úprav. Hladké pěny jsou obzvláště účinné při pohlcování vysokých frekvencí.
• Pěny s vysokou hustotou (např. 140 kg/m³): Jsou zvláštní kategorií akustických materiálů. Výborně pohlcují zvuky šířící se vzduchem, jako jsou rozhovory, hudba nebo zvuk televize.

Účinnost akustických pěn v závislosti na frekvenci

Akustické pěny vykazují různou účinnost v závislosti na frekvenčním rozsahu zvuku. Pochopení principů akustických pěn a jejich účinnosti v různých frekvenčních pásmech umožňuje informovaný návrh akustických úprav v místnostech.

Použití akustické izolace a pěn

Ten, kdo se vyskytuje v prostoru, ať už je to kancelář, učebna, obchod nebo jakékoli podobné prostředí, potřebuje srozumitelnost (abych slyšel a aby mi rozuměli), diskrétnost (abych nebyl slyšen) a soustředění (abych nebyl vyrušován). Akustické pěny se používají v nahrávacích studiích, domácích kinech, konferenčních místnostech i v běžných domácnostech, kde zlepšují kvalitu zvuku, snižují hluk a vytvářejí příjemnější akustické prostředí.

Akustické pěny jsou nezbytnou součástí vybavení domácích nahrávacích studií. Pro kvalitu nahrávek je zde zásadní kontrola odrazů zvuku. Akustické pěny instalované na stěnách a stropech pohlcují nežádoucí odrazy, které by mohly narušit čistotu nahrávky. Strategickým umístěním akustických pěn lze vytvořit tzv. body prvních odrazů. Jedná se o místa na stěnách, stropě a podlaze, kde se zvuk odráží dříve, než dosáhne mikrofonu nebo uší posluchače. V malých místnostech, které často slouží jako domácí studia, pomáhají akustické pěny také zabránit vzniku stojatého vlnění. Akustické pěny jsou ideálním materiálem pro stavbu jednoduché vokální kabiny v domácím studiu. Stavba akustické pěnové vokální kabiny může být velmi jednoduchá - stačí vytvořit pěnovou zástěnu nebo pokrýt pěnou tři stěny v rohu místnosti. Ve vokální kabině nejlépe fungují pěny s různými absorpčními vlastnostmi - silnější a hustší na bočních stěnách a tenčí na stěně za zpěvákem. Řídicí místnost, kde probíhá mixáž a mastering, vyžaduje také vhodné akustické úpravy. V řídicí místnosti se na strategických místech instalují akustické pěny, které kontrolují odrazy zvuku, aniž by prostor příliš tlumily.

Čtěte také: Přečtěte si o testování akustiky

Zvukotěsné závěsy jako doplněk

Zvukotěsné závěsy jako dostupné a univerzální řešení představují další vrstvu ochrany proti nežádoucímu hluku. Tyto závěsy jsou obvykle vyrobeny z hustých materiálů s několika vrstvami, které obsahují jak absorpci, tak hmotnost, aby se minimalizoval přenos zvuku. Při výběru zvukotěsného závěsu je důležité věnovat pozornost jeho hmotnosti, protože ta přímo ovlivňuje jeho účinnost při blokování a pohlcování zvuku. Je pozoruhodné, že mnoho závěsů na trhu obvykle váží kolem 400 gramů na metr čtvereční, což je z hlediska zvukové izolace značně málo.

Příklad dodavatele: ABM Insulation

Společnost ABM Insulation nabízí širokou škálu akustických absorpčních pěn, které účinně snižují hluk a zlepšují akustiku místnosti. Insulation ABM je polský obchod specializující se na prodej izolačních materiálů, včetně akustických pěn. Společnost působí na trhu již řadu let a poskytuje zákazníkům profesionální akustické a tepelně izolační výrobky. Společnost se zaměřuje na kvalitu a spolehlivost nabízených výrobků. Všechny materiály dostupné v prodejně Izolace ABM splňují přísné průmyslové normy a standardy. Prodejna Insulation ABM nabízí široký sortiment akustických absorpčních pěn. Akustické pěny v obchodě ABM Insulation jsou k dispozici v různých barvách, které se hodí k designu vašeho interiéru. Kromě samotných akustických pěn nabízí obchod Isolacja ABM také příslušenství potřebné pro jejich správnou instalaci. Dostupné příslušenství zajišťuje trvalé a estetické upevnění akustických pěn na různé povrchy, jako jsou stěny, stropy nebo nábytek. Obchod nabízí také nástroje, které pomáhají při instalaci, jako jsou speciální nože na řezání pěny nebo šablony usnadňující rovnoměrné umístění prvků.

tags: #rychlost #podelnych #zvukovych #vln #akusticka #izolace

Oblíbené příspěvky:

• jak vybrat betonovou dlažbu
• Značkovací tmely: Typy, vlastnosti a použití
• Jak natřít dřevo proti vodě
• Jak správně namontovat podbití střechy
• profesionální demolice a rekonstrukce budov