Hangelnyelési kritérium

Az építőanyagok általában alacsony hangelnyelési kapacitással rendelkeznek. Függönyök és egyéb textíliák, kárpitozott bútorok és az emberek is hozzájárulnak a hangelnyelés összértékéhez. Ezt hívjuk természetes hangelnyelésnek.

A természetben jelenlévő hangelnyelők általában soha nem elegendőek. Ekkor van szükség a nagyteljesítményű hangelnyelő anyagok használatára.


Hangelnyelési kritérium

Elnyelési mechanizmus
Abszorpciós Együttható – Elméleti definíció
Elnyelés mérése

A hangelnyelés a hanghullámok kinetikus energiájának átalakítása hőenergiává. Egy anyag hangelnyelési kapacitását az abszorpciós együtthatóval lehet kimutatni.

Bizonyos mértékű hangelnyelés természetesen létezik egy teremben. Minden építőanyagnak van bizonyos elnyelési kapacitása. Függönyök és egyéb textíliák, kárpitozott bútorok és az emberek is hozzájárulnak a hangelnyelés összértékéhez. Ezt hívjuk természetes hangelnyelésnek. Egy hanghullám magas frekvenciájú energiájának egy kis része elvész a légelnyelés által.

A természetben jelenlévő hangelnyelés azonban soha nem elegendő. Ekkor van szükség a hangelnyelő anyagok használatára. A kereskedelmi hangelnyelő anyagok számos fajtája található meg a piacon.

Az elnyelésnek két fő típusa van: porózus elnyelés és rezonáns elnyelés.

Elnyelési mechanizmus

Porózus elnyelés

A porózus elnyelés olyan anyagokban érhető el, amelyek nyílt, levegős pórusúak. Ilyen anyagok például az ásványgyapot, textíliák, kárpitozott bútorok, lyukacsos rostlemezek, néhány burkolóanyag, stb.

Az abszorpciós együttható a frekvenciával együtt növekszik. Az ilyen típusú elnyelők a legfontosabbak, amikor az általános zaj megszűntetéséről van szó.

A hatékony porózus hangelnyelés egy másik alapfeltétele természetesen az, hogy az anyag felülete akusztikailag nyitott legyen.

Rezonáns elnyelés

A rezonáns elnyelés nem úgy függ az anyag tulajdonságaitól, mint a porózus elnyelésnél. Itt az elnyelés a rezgő rendszer energiaveszteségéből ered (lásd alább).

Az abszorpciós együttható nem növekszik a frekvenciával, mint a porózus elnyelőknél, hanem van egy maximuma a meghatározott frekvenciánál, a rezonancia frekvencia.

Kétfajta rezonátor létezik: membrán és üreges (Helmholtz) rezonátor.

Üreges (Helmholtz) rezonátorok

Egy egyszerű üreges rezonátor áll egy zárt levegőmennyiségből, amely egy szűk nyílású teremhez kapcsolódik.

Egy üvegpalack például üreges rezonátor. Itt a zárt levegőmennyiség az üvegpalack széles része és a szűk nyílás a palack nyaka.

A hanghullám, ami az üreges rezonátor nyílásához ütközik, mozgásba hozza a nyílásban lévő levegőt (palack nyaka). A folyamat ugyanaz, mint a membrán rezonátornál, csak itt egy kis levegőmennyiség rezeg egy nagyobb levegőmennyiség tetején. A rezgő rendszernek is van rezonancia frekvenciája, amit a két levegőtérfogat relatív alakja határoz meg. Egy üreges elnyelő hangelnyelése egy szűk frekvenciasávban koncentrálódik a rezonancia frekvencia körül.

Helmholtz hangelnyelő

ahol 

fo = rezonancia frekvencia (Hz)

c = hang sebessége (340 m/s)

S = nyak nyitott része (m2)

V = üreg térfogata (m3)

l = nyak mélysége

b = nyak nyílásának sugara

Egy üreges rezonátor nem feltétlenül egy különálló egység. Perforált lemezek és hornyolt hangelnyelő anyagok is üreges rezonátorként működnek. A rezonancia frekvencia kiszámítása ilyenkor valamivel komplikáltabb.

Membrán rezonátorok

A membrán rezonátor egy vékony, tömör lemez, amely bizonyos távolságban van a merev faltól és közöttük zárt légtér van.

Ez a típusú hangelnyelő általában hatékonyan elnyeli az alacsony frekvenciájú hangot. Gyakran alkalmazzák zenei előadásokra tervezett termekben, hogy a természetes magas frekvencia elnyelést ellensúlyozzák (lásd légelnyelés), vagy más típusú termekben, ahol speciális alacsony-frekvenciás zajproblémák vannak.

Amikor a hanghullám a rendszernek ütközik, a membrán mozgásba lendül. A membrán mögötti légtömeg megpróbál ellenállni ennek a mozgásnak.

A membrán rezgési amplitúdója és a légtömeg ellenállása is függ a frekvenciától. Egy bizonyos frekvencián a rezonancia frekvencia, a membrán rezgésének amplitúdója és a légtömeg ellenállása közötti kapcsolat eléri a maximális szintet. A nagy amplitúdó és a kismértékű ellenállás a mozgással szemben nagy energiaveszteséget okoz a rezgő rendszerben. A membrán hangelnyelő abszorpciós együtthatója ezáltal eléri a maximumot a rezonancia frekvencián.

Membrán hangelnyelő

ahol 

fo = rezonancia frekvencia (Hz)

m = felületi tömeg (kg/m2)

d = membrán és merev fal közötti távolság (m)

Az abszorpciós együttható eléri a maximumot a rezonancia frekvenciánál, fo.

A tömeg és a faltól mért távolság különböző kombinációjával ugyanaz a rezonancia frekvencia érhető el. Az abszorpciós görbe magassága és szélessége azonban változhat. Egy könnyű membrán nagy távolságban a faltól, magasabb és keskenyebb abszorpciós görbét mutat, mint egy nehezebb membrán közelebb a falhoz, de a rezonancia frekvencia ugyanaz.

Egy telítetlen membrán hangelnyelő anyag magas és keskeny abszorpciós görbét mutat. Ha az üreg részben ásványgyapottal töltött, a görbe kisebb lesz, de szélesebb. A legtöbb teremakusztikai alkalmazásnál a szélesebb abszorpciós görbét részesítik előnyben.

Abszorpciós együttható – Elméleti definíció

Az abszorpciós együttható egy anyag hangelnyelési kapacitásának kimutatására szolgál – egy hanghullám kinetikus energiájának átalakítása hőenergiává. Ez egy fontos tényező a teremakusztikában, különösen az utózengési idő kiszámításánál.

Az abszorpciós együtthatót ( α ) százalékban adjuk meg, ami a továbbított és elnyelt energia összege elosztva a beérkező hangenergia összegével.

α= továbbított energia + elnyelt energia
beérkező hangenergia

Az energia egy része mindig visszaverődik.

A hanghullám a hangelnyelő felületbe ütközik

Az abszorpciós együttható 0% lesz, ha a hanghullám energiája visszaverődik amint a felületbe ütközik. Ha minden energia elnyelődik és/vagy átadódik, az abszorpciós együttható 100% lesz.

Az abszorpciós együttható a frekvenciával és a beesési szöggel együtt változik. Ezt akkor kell figyelembe venni, amikor hangelnyelési méréseket végzünk, vagy számértékkel szeretnénk kifejezni a hangelnyelést.

Hangelnyelő anyagok

Minden olyan anyagot és tárgyat, amelynek van egy bizonyos hangelnyelési kapacitása, hangelnyelőknek nevezünk. Különböző fajta elnyelőket tűntetünk fel ebben a fejezetben.

Építőanyagok

Az építőanyagok gyakran kemények és hangvisszaverők. Továbbá hangelnyelési kapacitásukat figyelembe kell venni, mivel felületül gyakran elég nagy.

Kereskedelmi forgalomban lévő elnyelő anyagok

A kereskedelmi forgalomban lévő elnyelő anyagokat leggyakrabban különösen hangelnyelésre fejlesztettek ki. Hangelnyelő kapacitásuk meghatározott beépítési körülmények között érvényesül.

Természetes hangelnyelő anyagok

Belső dekorálásra használt anyagok és bútorok nevezhetők természetes hangelnyelő anyagoknak. Minden olyan anyag és tárgy, ami jelentősen hozzájárul egy terem teljes hangelnyeléséhez, de nem feltétlenül hangelnyelő kapacitásuk miatt használják őket, természetes hangelnyelő anyagnak tekinthető. Még maga a levegő is egy természetes magas frekvencia elnyelő.

Természetes hangelnyelő anyagok

Bútorok, dekorációs anyagok, az emberek és különböző tárgyak is hozzájárulnak egy terem hangelnyelésének összértékéhez. Ezek a természetes hangelnyelő anyagok főként porózus hangelnyelők, amelyek magas frekvenciájú hangelnyelést biztosítanak. A levegő maga is elnyeli a magas frekvenciájú hangenergia egy részét.

Az utózengési idő kiszámításakor figyelembe kell venni a különböző anyagok hangelnyelését úgy, hogy az anyag területét megszorozzuk az abszorpciós együtthatójukkal. A szorzás eredménye az egyenértékű elnyelési felület (m2Sabine). Egy felületet (függöny, szőnyeg) borító anyag hangelnyelése ezáltal könnyen kimutatható: a felületét megszorozzuk az abszorpciós együtthatójával. Néhány tárgy (személyek, székek) felületét nem lehet négyzetméterben megadni. Hangelnyelésüket ezért közvetlenül az egyenértékű elnyelési felülettel lehet mérni és kifejezni.

Légelnyelés

A légelnyelést magas frekvenciánál kell figyelembe venni, amikor egy terem utózengési idejét számítjuk ki. Ez a levegő részecskék közötti súrlódás miatt van így, mivel a hanghullám a levegőn keresztül áramlik.

Egy diffuzív légterű terem utózengési idejét a Sabine-képlettel lehet kiszámítani:

 

ahol

V = a terem térfogata

4*m*V = hangelnyelés

S = a szoba felületeinek teljes nagysága

 = a hangelnyelési együttható középértéke

A 4mV tényező a légelnyelés részesedése egy terem egyenértékű elnyelési felületéhez. A levegőben történő energiagyengülés, a 4m (m-1) a frekvencia, a környezeti hőmérséklet és a levegő relatív páratartalmának függvénye.

Példa:

Egy terem méretei (hosszúság x szélesség x magasság) = 20m x 15m x 5m, a térfogata 1500 m3.

4mV = 37 m2 4000 Hz-en (20 °C, 50 % RH).

Az egyenértékű elnyelési felület megegyezik a legkisebb fal felületével (15 x 5m), 48 % abszorpciós együtthatóval 4000 Hz-en.

Hagyományos építőanyagok

Minden építőanyagnak van bizonyos elnyelési kapacitása.

Az alábbi függvény néhány általános építőanyag abszorpciós együtthatóját mutatja.

A kemény, tömör anyagoknak, mint a beton vagy tégla, szinte nincs hangelnyelésük. Habár ezt az elnyelést figyelembe kell venni az utózengési idő kiszámításakor, mivel a falak és mennyezetek felületei nagyok, szemben egy terem többi felületével.

Az építőanyagok membrán hangelnyelőként működnek (könnyű farost válaszfalak, ablakok és a gerendákon lévő különböző lemezek és padlózatok) és jelentősen hozzájárulnak az alacsony frekvenciájú hangelnyeléshez.

Szövetek

Az alábbi függvény néhány teremdekorációra használatos szövet abszorpciós együtthatóját mutatja.

Tárgyak

Az alábbi függvény egy teremben előforduló tárgyak hangelnyelését ábrázolja. Kérem vegyék figyelembe, hogy a hangelnyelést itt az egyenértékű elnyelési felület mutatja (m2Sabine) és nem az abszorpciós együttható! Az egyes abszorpciós együtthatók kisebbek az olyan tárgyaknál, amelyek felülete 1 m2-nél nagyobb, és nagyobb értékűek az 1 m2-nél kisebb felületű tárgyaknál.

Kereskedelmi forgalomban kapható hangelnyelő anyagok

A kereskedelmi forgalomban kapható hangelnyelők olyan anyagok vagy szerkezetek, amelyeket azzal a céllal készítenek, hogy hatékony hangelnyelést biztosítsanak egy meghatározott frekvenciatartományban. Ezek általában megbízható, garantált hangelnyelést nyújtanak. A hangelnyelést leggyakrabban egy oktáv frekvencia tartományban fejezik ki egy számértékkel.

Minden fajta kereskedelmi forgalomban kapható hangelnyelő anyagok közös jellemzője, hogy a hangelnyelésüket jelentősen befolyásolja a kasírozás és egyéb felületi kezelések.

Porózus kereskedelmi forgalomban kapható hangelnyelő anyagok

Többféle porózus kereskedelmi forgalomban kapható hangelnyelő anyag létezik.

Puha álmennyezeti és puha válaszfal lapok Bazalt- vagy üveggyapot lapok festett vagy textíliával borított felülettel. Az ásványi szálas lapok hangelnyelése függ a lap testsűrűségétől és vastagságától, felületi kezelésétől és kasírozásától. 

Megbízható, garantált hangelnyelők és beépítésük, karbantartásuk igen könnyű és gazdaságos. Az ilyen típusú álmennyezetekbe könnyen beépíthetők olyan műszaki berendezések, mint lámpatestek, szellőztetők, légkondicionálók, fűtés, stb.

Az ilyen lapok jellemző vastagsága 20-40 mm (néha akár 80 mm is) között van, és a lapok általában egy bizonyos távolságban vannak felszerelve a mennyezettől.

Préselt ásványi szálas vagy cellulóz lapok Ezek a lapok akár háromszor nehezebbek a fent leírtaknál, habár területsúlyuk nem tér el nagymértékben, mivel jellemző vastagságuk 12-15 mm. 

Felületük festett, hasított, texturált vagy perforált. Az ilyen típusú hangelnyelők kevésbé hatékonyak magas frekvencián, mint a fent bemutatott lapok, de műszaki berendezések beépítése ugyanúgy lehetséges.

Farostlemezek A farostlemezeket cementtel rögzítik és általában közvetlenül a mennyezetre szerelik. Vastagságuk 25 mm és 100 mm között változik. 

Amennyiben a lapokat a mennyezettől egy bizonyos távolságra szerelik fel, akkor a mennyezet és a lap közötti akusztikai borítás alkalmazásával növelhető a hangelnyelési teljesítmény.

Felszórt ásványi vagy cellulóz szál Ezt az anyagot közvetlenül a mennyezetre vagy falakra szórják fel. Leggyakrabban tűzvédelemre használják.
Akusztikai (Izolációs) paplan Üveg- vagy bazaltgyapotból készült paplanok, amelyek felülete perforált acéllemezzel vagy textil anyaggal védett.

A leghatékonyabb hangelnyelő anyagok a puha álmennyezeti és válaszfali lapok. Hangelnyelésük számos tényezőtől függ: a légáramlási ellenállásuktól és térfogatsúlyuktól, a lap és tömör fal közötti telítettségtől, és a felületi kezeléstől.

Puha akusztikai álmennyezetek

Egy puha akusztikai álmennyezet könnyű ásványgyapot lapokból készül, amelyeket leggyakrabban fém tartószerkezettel rögzítenek.

Számos oka van, amiért érdemes a puha akusztikai álmennyezeteket választani:

Akusztikai szempont

Puha akusztikai álmennyezetet kiváló hangelnyelési kapacitása jellemzi. 

Ez a minőség különböző célokat szolgál a különböző termekben:

Javítja a beszédérthetőséget olyan termekben, amelyekkel szemben speciális akusztikai elvárások vannak, mint például tárgyaló és konferenciatermek, előadóterem, iskolai osztályterem és egyéb terek, ahol fontos a verbális kommunikáció.

Csökkenti a gépekből és berendezésekből áramló, valamint az emberi tevékenység okozta zavaró zajokat minden típusú teremben iskolákban, irodákban, az egészségügyben és az ipari épületekben.

Esztétikus

Széles színskálájú felületi kezelésük, élkiképzéseik, méretük és alakjuk korlátlan lehetőséget biztosítanak egy új és érdekes környezet kialakításához.

Páraállóság, mérettartóság és szigetelés

A puha akusztikai álmennyezetek további minőségi jellemzője közé tartozik egyedülálló páraállósága és mérettartósága. 

Ez azt jelenti, hogy ezek a lapok különösen párás környezetnek is ellenállnak, anélkül hogy méretük vagy alakzatuk megváltozna.

Továbbá az ásványgyapotban nem fejlődnek ki mikróbák.

A puha akusztikai álmennyezetek elősegítik a hő- és hangszigetelést.

Az álmennyezeti rendszerek egyéb jellemzői többek között:

  • könnyű súly
  • műszaki beépítések eltakarása, vagy hozzáférhetősége (szellőző, fűtés, áram, víz…)
  • könnyű karbantartás
  • Lámpatestek és szellőzőnyílások beépítése, valamint különböző beltéri dekoráció rögzítése
  • Tűzállóság