مفهوم جذب در آکوستیک

مفهوم جذب در آکوستیک

مفهوم جذب در آکوستیک اتلاف انرژی به هنگام برخورد موج صدا به یک سطح و سپس انعکاس آن است.

کلمه جذب را اغلب اشخاص عادی برای بیان عمل یک اسفنج هنگامی که آب را به خود می کشد به کار می گیرند، که این معنا شامل آکوستیک نمی شود. آب جذب شده توسط اسفنج تنها با فشردن اسفنج دوباره در دسترس خواهد بود اما نوفه جذب شده توسط اکوستیک تایل را نمی توان دوباره به دست آورد.

زیرا به صورت حرارت تلف شده است. مفهوم جذب اکوستیکی در درجه نخست شامل فضاهای داخلی می شود. اگر دیواری وجود نداشته باشد صدا فقط در اثر افزایش فاصله منبع کاهش می یابد.اگر فرض کنیم که یک موج با انرژی تابشی معینی با زاویه ای تصادفی به سطحی برخورد کند، مقداری از انرژی تابشی به طرف محیطی که سرچشمه شعاع تابشی در آن قرار گرفته است، منعکس می شود و بقیه انرژی تابشی به داخل ماده سطح مزبور نفوذ و غالباً از میان آن عبور می کند. با استفاده از روش شعاعی ضریب جذب به صورت زیر تعریف می شود.

ضریب جذب شعاعی

انرژی بازتابی

بنابراین ضریب جذب نمایانگر نسبتی از انرژی صوتی تلف شده به انرژی سرچشمه صداست که مقدار آن از صفر تا یک متغیر است (یعنی از صفر درصد تا صد درصد). بنابراین اگر ضریب جذب مساوی صفر باشد، به این معناست که انرژی تلف شده نداریم و تمام صدا در فضایی که سرچشمه در آن است باقی می ماند. یعنی اینکه تمام دیوارها از نظر اکوستیکی سخت هستند و انرژی بازتابیده  شده با انرژی تابشی برابر است. همان طور که این ضریب به سمت ۱٫۰  میل می کند، یعنی انرژی بیشتر و بیشتر تلف شده است و انرژی بازتابشی رفته رفته جزء کوچکتری از انرژی تابیده شده خواهد شد. از نظر آکو ستیکی به چنین سطحی ‏نرم  ‏گفته می شود.

به طریق مشابه، ضریب عبوری را می توان به صورت زیر تعریف کرد:

ضریب عبوری

انرژی کلی موج از جمع ضریب جذب (آلفا) و ضریب عبوری (tc) به صورت زیر به دست می آید:

ضریب جذب (آلفا)

از اتلافی که به علت اصطکاک به وجود می آید (تبدیل به حرارت) صرفنظر شده است. این اتلاف براثراصطکاک، بسیارا تلاف ناچیزی است، حتی در بالاترین مقدارش.خواهیم دید که که معادله ضریب عبوری به عنوان پایه بحث بعدی، راجع به اتلافهای ناشی از عبور صدا از داخل یک ماده است. مقدار عددی ضریب جذب همان طور که قبلا گفته شد  برای تمام موارد شناخته شده مقداری معین بین ۱% ‏(یک درصد) برای سطرح بسیار سخت مثل فولاد صیقلی یا بتن فشرده تا ۹۹ % ‏برای مواد بسیار جاذب است. ضریب جذب یک پنجره باز ۱۰۰ درصد در نظر گرفته می شود.

‏در شکل زیر حدود تغییرات عملی ضرایب جذب نشان داده شده است. در اینجا خوب است یادآور شویم که بعضی از کارخانه ها، مواد جاذب آکو ستیکی با ضریب جذب بالاتر از یک (یعنی جذب بهتر از ۱۰۰ درصد) را هم در فهرستهای خودگنجانده اند که البته این کار  سود بردن از فقدان دانش پایه ای در مورد مفهوم جذب است.

میدان تغییرات ضرایب جذب

در مورد تولیداتی که معمولا با نام یونیت جاذب، مشخص می شوند، ماده جاذب مثل جعبه کوچکی که روی دیوار نصب شده باشد نسبت به سطح دیواره برآمده است. سطح بیرون آمده از دیوار تماما با مواد جاذب پوشیده شده است  ولی جعبه به اندازه یک وجه خود، از سطح دیوار را اشغال می کند.

بنابراین، در این حالت در هرفوت مربع دیوار جذب بیشتری نسبت به حالتی که سطح دیوار به طور عادی پوشیده شده باشد، خواهیم داشت. بنابراین سازندگان ضریب جذب این تولیدات را بیشتراز صد درصد ذکر می کنند. حال اگر این یونیتها متصل به هم نصب شوند به طوری که صدا با وجه های کناری برخورد نداشته باشد، ادعاهای سازندگان تحقق نخواهد یافت. برای اینکه یونیتهای جاذب مؤثر باشند باید با فاصله از یکدیگر قرار بگیرند. در غیر این صورت جذب در هر فوت مربع سطح دیوار به کمتر از صد در صد نزول می کند.

‏ضریب جذب همچنین تابعی از فرکانس امواج صداست. طول موجهای کوتاهتر (فرکانسهای بالا) نسبت به طول موجهای بزرگتر (فرکانسهای کمتر) خاصیت نفوذ بیشتری در دیوارها دارند و آسانتر به انرژی حرارتی تبدیل می شوند. شکل بالا این مفهوم را نمایش می دهد  همانطور که مشاهده می شود  در فرکانسهای بالاتر نسبت به فرکانسهای پایین عموما ضریب جذب بالاتری داریم.

یکی ازخواص عمومی برای اینکه مواد جاذب موثر واقع شوند، داشتن سطح شفاف یا غیر حایل برای امواج صداست. همان طور که شیشه برای نورشفاف محسوب می شود، مواردی هم برای عبور صدا شفاف هستند. دیگر اینکه مواد جاذب صدا باید دارای مکانیزمی باشند که امواج ‏صوتی، هنگام عبور از آنها دراثراصطکاک به انرژی حرارتی تبدیل بشوند.

‏شفافیت برای صدا را می توان توسط سطح پر منفذ، یا مواد سخت سوراخ سوراخ شده ‏همراه با مواد متخلخل و یا به وسیله پوشاندن مواد متخلخل با یک پرده  خیلی سبک وزن، نازک ، انحنا پذیر و غیرقابل عبور برای هوا تامین کرد. همه اینها اثر جذب کنندگی مشابهی دارند؛ اختلاف در نوع محیطی است که در آن مورد استفاده قرار می گیرند. همه انواع ذکر شده که مجموعه ای ازجرمها هستند، به عنوان راکتانس آکوستیکی عمل می کنند و به هرحال همه آنها با افزایش فرکانس نسبت به حالت مطلوب طرح، شفافیت کمتری در مقابل صدا از خود نشان می دهند.