GiG, IIIŚ 2010/2011 semestr letni	Temat ćwiczenia: Identyfikacja pól akustycznych, materiały i ustroje dźwiękochłonne	Data wykonania ćwiczenia: 16.05.2011 30.05.2011
Grupa dziekańska: 4/1 Wykonujący ćwiczenie: Trojan Wiktoria Trybulec Arleta Wielgus Katarzyna Wiśniowska Anna	Podtemat zadania zespołu wykonującego: pole swobodne pole rzeczywiste, rozproszone (próba Fakudy)pole dyfuzyjne	Ocena:

1. Cel ćwiczenia i jego zakres:

Ćwiczenie obejmowało pomiar równoważnego poziomu dźwięku w polu swobodnym (komora bezechowa), polu dyfuzyjnym (komora pogłosowa) oraz w polu rzeczywistym rozproszonym (laboratorium 6E). Pola zostały wytworzone przez to samo punktowe źródło emitujące hałas ustalony.Komory oraz laboratorium znajdują się w Katedrze Mechaniki i Wibroakustyki AGH.

Celem ćwiczenia było porównanie tych trzech pól akustycznych.

1. Wstęp teoretyczny:

Pole akustyczne jest to obszar przestrzeni, w którym istnieją (rozchodzą się) fale akustyczne, pobudzając cząstki tego obszaru do drgań. Pole akustyczne tworzone jest przez dwa rodzaje fal: fale odbiegające od źródła i fale odbite powracające do źródła. Może być ono wytworzone przez nieograniczoną liczbę źródeł, a także w przestrzeni ograniczonej występować może wiele odbić.

W przypadku gdy pole akustyczne jest nieograniczone lub powierzchnie ograniczające obszar pola doskonale pochłaniają dźwięki → nie ma fal odbitych – pole takie nazywamy polem akustycznym swobodnym. W polu takim pomijamy więc wpływ powierzchni ograniczających jego obszar a także znajdujących się w nim przedmiotów.

Jeśli przestrzeń jest ograniczona, a ściany ograniczające tę przestrzeń nie pochłaniają fal akustycznych, odbijają się one i tworzą fale odbite. Wówczas do czynienia mamy z polem rozproszonym. Pole rozproszone jest polem dyfuzyjnym tylko w przypadku, gdy odbicia mają charakter równomiernego statystycznego rozkładu niezależnie od kierunku (na przykład w komorze pogłosowej).

Współczynnik pochłaniania dźwięku jest ilorazem energii akustycznej pochłoniętej E_pochł do energii akustycznej fali padającej E_c:

$$\alpha = \frac{E_{pochl}}{E_{c}}$$

Izolacyjność akustyczna to odporność przegrody na przenoszeniedźwięków powietrznych lub dźwięków uderzeniowych (definicja zgodna z PN-B-02153).

Komora bezechowa to zamknięte, odizolowane od zewnętrznych zakłóceń wibro-akustycznych pomieszczenie, którego ściany pokryte są ustrojami dźwiękochłonnymi, zapewniającymi warunki akustyczne zbliżone do warunków panujących w przestrzeni nieograniczonej. W komorze takiej poziom tła powinien być porównywalny z progiem słyszalności. Głównym zadaniem komory bezechowej jest zapewnienie pola swobodnego. W przypadku komory bezechowej Katedry Mechaniki i Wibroakustyki AGH, ściany wewnętrzne komory, podłoga i sufit wyłożone są klinami akustycznymi mocowanymi w specjalnych kasetonach (po 4 sztuki na każdym). Kasetony przytwierdzone są do drewnianej konstrukcji znajdującej się 5 cm od ściany komory. Na suficie komory, kliny mocowane są za pomocą specjalnego zawieszenia.

Komora pogłosowa jest również zamkniętym pomieszczeniem, odizolowanym od zewnętrznych zakłóceń wibroakustycznych – ma ona jednak nieregularny kształt i zapewnia w swym wnętrzu właściwości pola rozproszonego. W budowie komór pogłosowych dąży się do tego, aby fala akustyczna rozpraszała się w miarę równomiernie – a więc aby rozkład energii akustycznej nie zależał od miejsca. Aby nie powstawały fale akustyczne stojące, przeciwległe ściany komory, sufit i podłoga powinny być usytuowane względem siebie skośnie, muszą być one wykonane z gładkiego twardego materiału o małym współczynniku pochłaniania dźwięku. W przypadku komory pogłosowej Katedry Mechaniki i Wibroakustyki AGH, ściany wykonane są z 25-centymetrowej warstwy betonu i pokryte z zewnątrz 5-centymetrową warstwą wełny mineralnej.

1. Użyte przyrządy:

• analogowy miernik Sonopan

• cyfrowy miernik Bruel-Kjaer 2231 – klasa modułowa, rodzaj pomiarów: całkujący, zakres pomiarów: 24÷146 dB, charakterystyki korekcyjne: A i C, uśrednianie: L_eq, SEL, zakres dynamiczny: 70 dB

1. Przebieg ćwiczenia, wyniki i obliczenia pomiarów:

   1. Laboratorium ergonomii 6E, WiMiR, Katedra Mechaniki i Wibroakustyki

• rodzajpola akustycznego: pole rzeczywiste, rozproszone

• schemat stanowiska pomiarowego:

Opis stanowisk:

1 – odległość od źródła: 1,5m, pomiędzy ścianą a źródłem dźwięku

2 – odległość od źródła: 1,5m

3 – odległość od źródła: 3m

4 – odległość od źródła: 5m, stanowisko przed kotarą

5 – odległość od źródła: 6m, stanowisko za kotarą

6 – odległość od źródła:7,5m, stanowisko w kabinie dźwiękoszczelnej

7 – odległość od źródła: 7m, stanowisko przed kabiną dźwiękoszczelną

8 –odległość od źródła: 3m, stanowisko przed drzwiami

9 – odległość od źródła: 4m, stanowisko za drzwiami

nr	LAeq	SPL	Lc
1	87,7	-	-
2	88,4	-	-
3	84	-	-
4	80,9	81,3	-
5	75,3	76,2	-
6	52,4	-	64,8
7	80,1	-	81,9
8	85	85,4	-
9	69,1	69,5	-

• różnica poziomu dźwięku przy podwojeniu odległości pomiaru:

88,4 – 84 = 4,4 dB

• izolacyjność kotary:

80,9 – 75,3 = 5,6 dB

współczynnik pochłaniania dla kotary:

$$\alpha = \frac{5,6dB}{80,9dB} = 0,07$$

• izolacyjność kabiny dźwiękoszczelnej:

charakterystyka A:

80,1 – 52,4 = 27,7 dB

współczynnik pochłaniania:

$$\alpha = \frac{27,7dB}{80,1dB} = 0,35$$

charakterystyka C:

81,9 – 64,8 = 17,1 dB

współczynnik pochłaniania:

$$\alpha = \frac{17,1dB}{81,9dB} = 0,21$$

• izolacyjność drzwi:

85 – 69,1 = 15,9 dB

współczynnik pochłaniania dla drzwi:

$$\alpha = \frac{15,9\text{dB}}{85\text{dB}} = 0,19$$

1. Komora bezechowa AGH

• rodzajpola akustycznego: swobodne

• tło akustyczne: wykonano pomiar z charakterystyką LIN i otrzymano wynik 50 dB, poziom tła z charakterystyką A wyniósł ok. 20 dB.

• pomiary z jednym źródłem dźwięku:

1 – w odległości 1,5m od źródła dźwięku

2 – w odległości 3m od źródła dźwięku

3 – w kącie komory

4 – w odległości 3m, za podwójną przesłoną z gąbek

nr	LAeq
1	81,5
2	76,6
3	71,3
4	68,3

• spadek ciśnienia akustycznego na podwojeniu odległości:

81,5 – 76,6 = 4,9 dB

• sumowanie źródeł:

1. sumowanie dwóch jednakowych źródeł dźwięku – oba źródła miały taki sam poziom ciśnienia akustycznego - L_Aeq= 78,9 dB; na odległości 1,5m od obu źródeł dźwięku zanotowano zsumowany poziom ciśnienia akustycznego równy L_Aeq= 80,9 dB.

2. sumowanie dwóch różnych źródeł dźwięku – źródło pierwsze posiadało poziom ciśnienia akustycznego L_Aeq= 70,2 dB, źródło drugie L_Aeq= 79,8 dB, na odległości 1,5m zanotowano zsumowany poziom ciśnienia akustycznego równy L_Aeq= 79,8 dB.

   1. Komora pogłosowa AGH

• rodzaj pola akustycznego: dyfuzyjne

• pomiarów dokonano w trzech miejscach – dwóch odległych od źródła dźwięku o 1,5m, jednym odległym o 3m (podwojenie odległości). Zanotowano wyniki:

- na odległości 1,5m:

L_Aeq= 90 dB

L_Aeq= 92 dB

- na odległości 3m:

L_Aeq= 92,3 dB

1. Wnioski:

Jak widać z otrzymanych wyników, najwyższy poziom ciśnienia akustycznego występuje w komorze pogłosowej, natomiast najniższy w komorze bezechowej. Wynika to z rodzaju pola akustycznego występującego w danym pomieszczeniu – w komorze pogłosowej prócz fal akustycznych bezpośrednich, tworzą się także fale odbite. W komorze bezechowej fal odbitych nie ma, toteż poziom ciśnienia akustycznego jest niższy.

W laboratorium ergonomii 6E zarówno stanowisko 1, jak i stanowisko 2 znajdowało się w odległości 1,5m od źródła dźwięku. Otrzymane wyniki nie są jednak takie same, ponieważ stanowisko 1 znajdowało się w bliskiej odległości od ściany. Na stanowisku 3, znajdującym się na podwojeniu odległości stanowiska 2 od źródła dźwięku, zanotowano poziom ciśnienia akustycznego równy 84 dB. Oznacza to, iż na podwojeniu odległości od źródła poziom spadł o 4,4 dB. Teoretycznie, powinien on spaść o 6dB – różnica wynikać może z zakłóceń swobodnego rozchodzenia się fali dźwiękowej, którymi mogły być np. przedmioty znajdujące się na drodze fali – stoliki, krzesła etc.

Sprawdzaliśmy również izolacyjność kotary, kabiny dźwiękoszczelnej oraz drzwi – otrzymane wyniki potwierdziły nasze przypuszczenia – największy współczynnik pochłaniania (α = 0,35) posiada kabina dźwiękoszczelna. Izolacyjność drzwi jest dwa razy mniejsza i wynosi α = 0,19, natomiast izolacyjność kotary jest najmniejsza i wynosi zaledwie α = 0,07 – kotara po części pochłania dźwięk, po części izoluje od niego, jak jednak widać – w niewielkim stopniu.

Różnica we współczynniku pochłaniania dla charakterystyki A i C wynika z właściwości charakterystyki korekcyjnej A – wycina ona najniższe częstotliwości.

W przypadku komory bezechowej, na podwojeniu odległości pomiaru od źródła, zanotowano spadek ciśnienia akustycznego o 4,9 dB. Tutaj także powinien on wynosić 6dB – różnicę mogły spowodować zakłócenia z powodu obecności wielu osób w komorze. Pomiar nr 3 potwierdza, że im większa odległość od źródła dźwięku, tym niższy poziom ciśnienia akustycznego. Pomiar 4 natomiast dowodzi, że gąbka pochłania fale dźwiękowe – za mini-ekranem utworzonym z tego materiału (również na podwojeniu odległości pomiaru 1), poziom dźwięku spadł o 13,2 dB.

Przy sumowaniu źródeł dźwięku o jednakowym jednakowej wartości poziomu ciśnienia akustycznego, poziom ten powinien wzrosnąć o ok. 3dB. W naszym przypadku wzrósł on dokładnie o 2dB, można więc uznać, iż wynik jest zbliżony do poprawnego.

W przypadku sumowania źródeł dźwięku o różnych poziomach ciśnienia akustycznego – jednym wyższym od drugiego o ok. 10dB (w przypadku naszego badania była to różnica o 9,6dB), po zsumowaniu poziom ciśnienia akustycznego przyjął wartość poziomu źródła głośniejszego.

W komorze pogłosowej panowało pole dyfuzyjne, a więc odbicia powinny mieć równomierny rozkład, niezależnie od kierunku. Potwierdzają to nasze badania – równoważny poziom dźwięku badany w trzech miejscach komory, miał niemalże jednakową wartość. Ze wszystkich badanych środowisk, w komorze pogłosowej równoważny poziom dźwięku przyjmował najwyższe wartości, ponieważ odbite fale powodowały pogłos. Jest to ważny aspekt w przypadku projektowania miejsc pracy – niewiele da oddalenie miejsca pracy od źródła dźwięku, konieczne będzie zastosowanie kabiny dźwiękoszczelnej.

Literatura:

Zbigniew Engel, „Ochrona środowiska przed drganiami i hałasem”, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1993