Ακουστική - Υπολογισμοί συντελεστών ηχοαπορρόφηση υλικών

Abstract

Το θέμα που έχω ασχοληθεί στην πτυχιακή εργασία μου αποτελείται από τρεις τομείς της επιστήμης της Φυσικής: την ακουστική, τις ταλαντώσεις – κύματα και την ηχοαπορρόφηση – απώλειες διαδόσεως ήχου.

Σαν ήχο χαρακτηρίζουμε τα ελαστικά κύματα που διαδίδονται μέσα στα στερεά, τα υγρά και τα αέρια και που η συχνότητά τους είναι ικανή να ερεθίζει το αισθητήριο της ακοής και να προκαλεί το αντίστοιχο αίσθημα. Τους ήχους τους διακρίνουμε σε απλούς και σύνθετους ήχους. Στον απλό ήχο ή τόνο η ταλάντωση είναι αρμονική, ενώ στον σύνθετο ήχο ή φθόγγο η ταλάντωση είναι περιοδική.

Επίσης τους ήχους τους κατατάσσουμε σε θορύβους και κρότους. Στον θόρυβο η ταλάντωση είναι μεγάλης διάρκειας και ασαφούς συχνότητας, ενώ στον κρότο η ταλάντωση είναι απότομη.

Ορισμένες γνωστές πηγές οι οποίες παράγουν ήχους είναι: α) η σειρήνα όπου αποτελείται από ένα μεταλλικό κυλινδρικό δίσκο, που έχει στην περιφέρειά του τρύπες σε ίσες αποστάσεις μεταξύ τους, β) το διαπασών το οποίο είναι μια χαλύβδινη ράβδος λυγισμένη σε σχήμα U, γ) τις χορδές οι οποίες είναι επίμηκες κυλινδρικά στερεά σώματα, δ) τους ηχητικούς σωλήνες οι οποίοι είναι κυλινδρικοί ηπρισματικοί σωλήνες από ξύλο ή μέταλλο και τους οποίους διακρίνουμε σε ανοιχτούς ή κλειστούς και ε) το κουδούνι το οποίο είναι μια κοίλη πλάκα άνισου πάχους και σχήματος περίπου κωνικού.

Η ανίχνευση και μελέτη των ήχων γίνεται με την χρήση μικροφώνων τα οποία είναι συνδεδεμένα με παλμογράφο. Επίσης η ανάλυση των ήχων γίνεται με σκοπό τον προσδιορισμό των εντάσεων και των συχνοτήτων των αρμονικών και μη που αποτελούν τον ήχο. Επιπλέον, η ανάλυση γίνεται με ηλεκτρική μέθοδο.

Ο ήχος αποτελείται από κυματικά φαινόμενα τα οποία είναι: α) η ανάκλαση του ήχου, β) η διάθλαση του ήχου, γ) η συμβολή των ήχων, δ) τα διακροτήματα, ε) τα στάσιμα ηχητικά κύματα, στ) η περίθλαση των ήχων και ζ) το φαινόμενο Doppler στους ήχους.

Επίσης, ένα άλλο φαινόμενο από τα οποία αποτελείται η ακουστική είναι οι υπέρηχοι. Ως υπέρηχους χαρακτηρίζουμε τους ήχους που έχουν συχνότητα μεγαλύτερη από 20000 Hz και δεν γίνονται αντιληπτοί από το ανθρώπινο αυτί.

Τα χαρακτηριστικά των ήχων είναι το ύψος του ήχου, η ακουστικότητα του ήχου και η χροιά του ήχου. Η ακουστικότητα μετράται σε Phon και τα όρια της εξαρτώνται από ένα άνοιγμα ακουστότητας που εκτείνεται μεταξύ μιας ελάχιστης τιμής εντάσεως του ήχου.

Ως ταλαντώσεις χαρακτηρίζονται διάφορες δυνάμεις που ασκούνται σε ένα σώμα. Οι δυνάμεις οι οποίες τείνουν να ελαττώσουν το πλάτος των διαδοχικών ταλαντώσεων γύρω από την θέση ισορροπίας του σώματος ονομάζονται δυνάμεις αποσβέσεως.

Ένα είδος ταλαντώσεων είναι οι εξαναγκασμένες ταλαντώσεις το εύρος των οποίων εξαρτάται από το εύρος και την συχνότητα της διεγείρουσας δυνάμεως και των παραμέτρων του συστήματος στο οποίο εφαρμόζονται.

Επίσης, ηχοαπορρόφηση ονομάζουμε την μετατροπή της ηχητικής ενέργειας σε θερμική κατά την πρόσπτωση των ηχητικών κυμάτων στις οριακές επιφάνειες του χώρου εντός του οποίου αυτά διαδίδονται.

Τέλος, τα ηχοαπορροφητικά υλικά τα κατατάσσουμε σε τρεις κατηγορίες: τα πορώδη υλικά, τα απορροφητικά πλαίσια ή τα διάτρητα απορροφητικά και τους συνηχητές. Τα πορώδη υλικά έχουν πολυάριθμα μικρά διάκενα τα οποία επικοινωνούν αφ’ενός μεν μεταξύ τους και αφ’ετέρου δε με τον εξωτερικό χώρο ο οποίος περιβάλλει το υλικό. Τα πορώδη υλικά παράγονται είτε σε στρώματα, είτε σε φύλα. Τα απορροφητικά πλαίσια ή τα διάτρητα απορροφητικά είναι χωρίσματα (πλάκες) μικρού πάχους και τα οποία τοποθετούνται σε μικρή απόσταση από την επιφάνεια, ενώ οι συνηχητές είναι κοιλότητες με μικρό στόμιο οι οποίοι συντονίζονται σε χαμηλές συχνότητες τις οποίες και απορροφούν.