Ljudabsorption - Rumsakustik. Hur stoppar vi ljudet? Kvantifiering Isolering. 2. Absorption

Transkript

1 Ljudabsorption - Rumsakustik Akustisk Planering VTA070 Infrastruktursystem VVB090 Hur stoppar vi ljudet? 1. Isolering - Blockera ljudvägen ingen energiförlust 2. Absorption - Omvandla ljud till värme energiförlust Kvantifiering Π i Π r Π t Π a Infallande vågens effekt Reflekterade vågens effekt Transmitterade vågens effekt Effektminskning pga absorption 1

2 Koefficienter Transmissionskoefficient: t i [-] Absorptionskoefficient: a i [-] Reflektionskoefficient r i [-] 1 Rumsakustik 3 områden Statistisk rumsakustik Diffust ljudfält, exponentiellt avtagande ljudnivå Vågteoretisk rumsakustik Egenfrekvenser, stående vågor, interferens... Geometrisk rumsakustik Strålgångsakustik, spegelkällor Statistisk rumsakustik 2

3 Statistisk Rumsakustik: Efterklangstid Oberoende av hur starkt direktljudet är Ljudenergin i ett rum klingar av exponentiellt: t Et E 0 e T 60 = tiden det tar tills ljudnivån har sjunkit med 60 db efter att källan stängts av. Mätning av efterklangstid Typiska efterklangstider 3

4 Rekomenderade efterklangstider Tal: T 60 < 0,8 s. Tolerans 0,1 s, eller 10% över frekvensområdet 125Hz f 8 khz Rekomenderade efterklangstider 4

5 Absorptionsarea S a i Absorptionsarea: A = S [m²] eller [m 2 S] Absorptionskoefficienter - α Väggar: k 2k 4k Betong 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,03 Tegel 0,03 0,03 0,03 0,04 0,05 0,07 Tegel, putsad 0,02 0,02 0,03 0,04 0,05 0,05 Tegel, målad 0,01 0,02 0,02 0,02 0,03 0,03 Gipsskivevägg 0,12 0,1 0,08 0,06 0,06 0,06 13 Gips på 25 reglar 0,16 0,15 0,07 0,07 0,05 0,06 13 Gips på 25 reglar med mineralull 0,26 0,2 0,1 0,07 0,04 0,07 13 Gips på 100 reglar 0,29 0,1 0,05 0,04 0,07 0,09 50 Träpanel 0,1 0,07 0,05 0,05 0,04 0,04 Absorptionsareor - [m 2 S] Ljudasbsorption per föremål (m2/st): k 2k 4k Stående person i ytterkläder 0,17 0,41 0,91 1,3 1,43 1,47 Stående person i innekläder 0,12 0,24 0,59 0,98 1,13 1,12 Sittande person 0,17 0,36 0,47 0,52 0,5 0,46 Trästol 0,02 0,02 0,02 0,04 0,04 0,03 Trästol med klädd sits 0,09 0,13 0,15 0,15 0,11 0,07 Stol med klädd sits och rygg 0,17 0,23 0,23 0,22 0,19 0,18 Stoppad teaterstol, tom 0,17 0,24 0,31 0,37 0,36 0,31 Stoppad teaterstol, med en pers/stol 0,24 0,38 0,49 0,6 0,61 0,63 5

6 Sabines formel - Statistisk rumsakustik Koppling mellan efterklangstid och absorptionsarea: V T60 0, 16 A A : absorptionsarea V : rummets volym Wallace C. Sabine ( ) Förutsättningar för Sabines formel Idealt diffust ljudfält Medelabsorptionsfaktor d < 0,3 Ljudabsorberande ytor jämnt fördelade i rummet Rummet har inte alltför extrem form (tex korridor eller kontorslandskap) Mätning av i efterklangsrum Rum utan absorbent: V A I T60 0, 16 I Rum med absorbent: II V T60 0, 16II A Tillsatt absorptionsarea: 11 II I AAA,0 16 VII I TT

7 Ex: Hur mycket absorptionsmaterial krävs i en konsertsal? Önskade efterklangstider: Frekvens Hz Efterklangstid, s 2,6 2,0 Rummets volym: 23 7, m 3 Antal åhörare: 1000 pers. T606,2 A m V V TK 60 AK T600,2 A m A T60 T 7,1 A m Ex: Absorptionsmaterial i konsertsal Absorptionsarea för en person: Frekvens, Hz Absorptionsyta A, m 2 0,17 0,36 0,47 0,52 0,50 0,46 Dra bort absorptionsareorna för 1000 pers: Frekvens, Hz Absorptionsyta A, m Ex: Absorptionsmaterial i konsertsal Golv (1058m 2 ): trägolv på regel Frekvens, Hz Absorptions koefficient 0,15 0,11 0,10 0,07 0,06 0,07 Absorptionsyta A, m Återstående absorptionsyta A, m = = 174 = 175 = 153 = 163 = 153 Sido- och podieväggar (900 m 2 ): plywood Frekvens, Hz Absorptions -koefficient 0,28 0,22 0,17 0,09 0,10 0,11 Absorptionsyta A, m Avvikelse från önskat A, m = = = = = = 56 7

8 Ex: Absorptionsmaterial i konsertsal Slutresultat: Frekvens, Hz Önskad absorptionsarea, m Erhållen absorptionsarea, m Önskad efterklangstid (s) 2,6 2,0 Erhållen efterklangstid (s) 2,2 1,9 1,8 1,9 1,9 1,9 Hur kan man variera T 60 i en befintlig lokal? Variabla absorbenter Studio Acusticum Piteå T 60 = s 8

9 Acusticum Ljudvägar i rum - Geometrisk rumsakustik Direktljud: Ljud som ej reflekterats. Diffusa ljud: oregelbundna, slumpvisa, tex sidoväggsreflexer. (se upp för fokuseringar) Bla bla bla bla byggakustik bla Diffusorer och reflektorer Spegling av ljudreflexer om ytans ojämnhet << λ Reflektor Diffus reflex om ytans ojämnhet > λ/4 Diffusor Var placera vad i en tallokal? I en musiklyssningslokal? 9

10 Geometrisk rumsakustik Precedence-effekt Om man hör ett ljud dels direkt från talaren och dels som en reflex (eller en fördröjd högtalar återgivning) inom 25 ms därefter, så uppfattar man bara det första direktljudet (talaren), fast starkare. 10

11 Fladdereko uppstår när ett rum har två hårda parallella väggar och övriga ytor antingen absorberar eller diffuserar ljudet Vågteoretisk rumsakustik Tryck: pxt (,) psint 0 x c Hastighet: vxt (,) vsint 0 x c x x Egenfrekvenser och egenmoder 3-dimensionellt rum med måtten L B H: där c = ljudhast. n x, n y och n z är heltal = 0, 1, 2 11

12 Egenfrekvenser och egenmoder Endimensionella modformer Hastighetsfördelning: Varje modform motsvarar en frekvens Tvådimensionella modformer Tryckfördelning Reflektion: Superposition av vågor Stående våg: 2 vågor med samma möts 12

13 Reflektion mot hård yta Absorbenttyper Porösa absorbenter Ljudenergin (rörelseenergin) omvandlas till värme när luften strömmar mellan fibrerna. Tex mineralullsmattor, porösa träfiberplattor, filt, tyg Resonansabsorbenter Ljudenergin omvandlas till rörelseenergi i någon kropp, tex en platta. Tex en perforerad platta med luftspalt till vägg. Porösa absorbenter Luftmolekylernas rörelse omvandlas till rörelse och värme i absorbenten Mattor dämpar luftljud dåligt. Rak gardin dämpar enstaka frekvenser bra Porösa plattor bäst för höga frekvenser mm tjock absorbent mot vägg Tunt tyg 200 mm framför vägg frekvens f [Hz] 13

14 Ex: Absorbent Hur tjock måste en mineralullsabsorbent vara för att dämpa riktigt bra ända ner till 100 Hz? 1 om d /4 = c abs /4f = 280/(4 100) = 0,70 m Resonansabsorbenter membranabsorbent Tar upp luftmolekylernas rörelse och därefter sker värmeförluster Lätt att sätta igång: fjäder + massa Fungerar bäst vid resonansfrekvensen resonans f Resonansabsorbenter D60 22 Md Md 1 f 0 f [Hz] 14

15 Resonansabsorbent Helmholzresonator Tips för hemmalyssnaren: Sitt inte för nära väggen Inte högtalare för nära väggen Lagom mycket absorbenter Bokhyllor bra diffusorer Lyssna justera lyssna! 15