5 Absorptiomateriaalit - MyCourses - Aalto
Meluntorjunta L ELEC-E5640 Absorptiomateriaalit 7.9.2015 Valtteri Hongisto [email protected] Ir Absorptio It Ii 1.0 1654) • Absorptiosuhde 0.8 0.7 Ii I r a Ii 0.6 0.5 0.4 • Vaimennus heijastuksessa: 0.3 D 10 lg 1 a 0.2 1/3 octave band 0.1 1/1 octave band Centre frequency of third octave band, f 5000 4000 3150 2500 2000 1600 1250 1000 800 630 500 400 315 250 200 160 125 0.0 100 Sound absorption coefficient, aS 0.9 [Hz] 1.0 0.9 Aalto-yliopisto,0.8 Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet. ap 0.7 2 Ir Absorptio vs. eristys Ii I r Ii Ii • Ilmaääneneristys R [dB] • Vaimennus D=LIi-LIr [dB] D 10 lg1 a ISO 717-1:1996: 1.0 Rw Perusteet.50 Aalto-yliopisto, 0.9Meluntorjunta ELEC-E5640. C 0.8 ap -2 50 40 30 20 10 dB dB Centre frequency of the third-octave band f (Hz) 3 5000 4000 3150 2500 2000 1600 1250 1000 800 630 500 0 400 [Hz] f according Centre frequency of third octave band, Rating to 11654) 60 315 1250 1000 800 630 500 400 315 250 200 160 125 100 0.0 70 250 0.1 80 200 0.2 1/3-octave bands ISO 717-1 1/1-octave bands 160 0.3 I 10 lg i It 1 90 Airborne sound reduction index R (dB). 0.4 4000 0.5 3150 0.6 1/1 R R (dB) (dB) 24.8 23.2 19.6 16.1 24.0 29.0 27.3 35.3 39.5 40.9 41.4 46.6 47.7 50.8 50.0 53.3 56.6 58.4 58.2 60.3 61.3 band octave 60.1 54.2 50.1 band octave 48.4 54.7 51.9 58.1 2500 0.7 2000 ** 0.8 1600 ** Sound absorption coefficient, aS 0.9 f (Hz) 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 1/3 2000 2500 1/1 3150 4000 5000 5000 1/3 1.0 R 10 lg 125 a 100 • Absorptiosuhde It Absorptio- ja läpäisysuhteiden vertailu Absorptiosuhde a 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 0.99 0.999 Vaimennus D [dB] 0.0 0.5 1.0 1.5 2.2 3.0 4.0 5.2 7.0 10.0 20.0 30.0 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet. Läpäisysuhde 1 0.1 0.01 0.001 0.0001 0.00001 0.000001 0.0000001 0.00000001 0.000000001 Ilmaääneneristävyys R [dB] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 4 Absorptiosuhteen mittaus, normaali tulokulma Impedanssiputkimenetelmä ISO 10534-2 Normalisoitu impedanssi 1.0 10 0.9 5 0.8 Sound absorption coefficient 0 -5 -10 Impedance real part -15 Impedance imaginary part -20 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 Taajuus • • • • • • • • • 3111 2896 2681 2466 2252 2037 1822 1607 1392 963 1177 748 533 318 103 -25 0.1 0.0 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 Frequency [Hz] normaali tulokulma pieni näyte nopeahko mittaus vaativa menetelmä tuotekehitys ja tutkimuskäyttöön soveltuva menetelmä 80-6300 Hz antaa alempia arvoja kuin kaiuntahuonemenetelmä tarkka, jos näyteasennus on asianmukainen laskentamallit tarkkoja Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 5 Absorptiosuhteen riippuvuus tulokulmasta • • • Yuzawa (1975) lasivilla Normaalitulokulmalla 0 absorptioarvot pienempiä kuin 60 asteen kulmalla. Pyyhkäisykulmalla (90) absorptio on nolla (kokonaisheijastus). Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 6 Aaltoluku ja impedanssi • Huokoisten materiaalien akustinen karakterisointi – kompleksinen etenemisvakio a [1/m] ja – kompleksinen karakteristinen impedanssi Za [Pas/m]: • Ilmassa häviöt katsotaan lähes mitättömiksi, jolloin – Za=r0c0=Z0 – a =jk0 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. p x, t Zx u x x, t Γ a a ja Z a Z a jZ a Γ j jk0 2 2f k0 c0 c0 7 Etenemisvakio • Ilmassa positiivisen x-akselin suuntaan oletetaan yleensä, että ääniaalto on vaimenematon ja häviötön. Tällöin etenemisvakio on puhtaasti imaginäärinen =j''=jk0=j/c0: • Sen sijaan absorbenteilla on voimakkaita häviöitä ja käytettävä: • Etenemisvakio voidaan määrittää mittaamalla paksussa väliainekappaleessa etäisyyden funktiona – reaaliosa ': äänenpainetason vaimenema – imaginaariosa '': vaiheen muutos – yksikkö [1/m] e i cos i sin j t k0 x ˆ px, t pe Γ a a ja px, t pˆ e Γa x e jt Γ a x jΓ ax jt ˆ pe e e häviötermi värähtelevä termi Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 8 Spesifinen virtausresistiivisyys • Virtausresistanssi R [Pas/m3] Dp R qv – ilmanpaine-ero Dp näytteen yli [Pa] – näytteen läpi virtaavan ilman tilavuusvirtausnopeus qv [m3/s]. • spesifinen virtausresistanssi Rs [Pas/m] Rs RA • spesifinen virtausresistiivisyys r, [Pas/m2, Rayl/m] on spesifinen virtausresistanssi metrin paksua ja neliömetrin levyistä näytettä kohti Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. Rs r d 9 Huokoisuus • porosity h määritellään materiaalin sisältämän ilman tilavuuden V' ja materiaalin kokonaistilavuuden V suhteena: V' h V • Jos huokoiset arvonaisia, absorptiosuhde kasvaa huokoisuuden kasvaessa. • Huokoisuus vaikuttaa hiukkasnopeuteen u materiaalissa ja sitä kautta impedanssiin u' us h • s=rakennetekijä Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. Erilaisia rakennetekijöitä (a) täysin verkkomainen vaahtomuovi, (b) osittain verkkomainen vaahtomuovi, (c) lasikuitumatto, (d) mineraalivilla 96 kg/m3. 10 Delany & Bazleyn empiirinen työ 1968 E r0 f r Mittasivat satojen huokoisten materiaalien virtausresistiivisyyden, impedanssin sekä etenemisvakion. Määrittivät empiirisen suhteen näiden välille. Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 11 Huokoisten materiaalien karakteristiset ominaisuudet • materiaalin karakteristinen impedanssi Za ja etenemisvakio a voidaan laskea, kun spesifinen virtausresistiivisyys r tunnetaan 1 0.0978 E 0.700 j 0.189 E 0.595 c0 Z a Z'a jZ' 'a Z a e j r0c0 1 0.0571E 0.754 j 0.087 E 0.732 Γ a Γ'a jΓ' 'a • m on pitkittäisaallon pituus aineessa [m] ja on vaihekulma. E r0 f r Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 12 Karakteristinen impedanssi ja pintaimpedanssi • Karakteristinen impedanssi Za [Pas/m] kertoo paineen ja hiukkasnopeuden suhteen materiaalissa etenevälle tasoaallolle: • Pintaimpedanssi Z kertoo materiaalin rajapintaan osuvan äänen kokeman impedanssin. Arvo ei riipu vain materiaalin ominaisuuksista vaan myös rajapinnan takana olevista asioista. • Za riippuu pitkälti äänen nopeudesta materiaalin sisällä; mitä suurempi äänen nopeus, sitä suurempi impedanssi p x, t Za u ( x, t ) – hyvin absorboivat materiaalit: pieni nopeus ja impedanssi • Eristävät huonosti ääntä – hyvin ääntä eristävät materiaalit: suuri nopeus ja impedanssi • Absorboivat huonosti ääntä Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 13 Heijastuminen kahden materiaalin rajapinnassa Kohtisuora tulokulma • Oletetaan kaksi väliainetta, joilla on ääretön paksuus. • Absorptiosuhteen määritelmä Za0, a0 pr pi Ii I r Ir a 1 Ii Ii • Aalto-opin perusteella saadaan impedansseista 2 a 1 R 1 väliaine 0 Z a1 Z a 0 Z a1 Z a 0 pt x väliaine 1 2 • Normalisoitua impedanssia käyttämällä saadaan 2 Z z a1 1 z a 1 z a1 1 Za1, a1 • Sievennetty muoto (Z=Z'+jZ'') 2 a 1 R 4Z '1 Z 0 Z '1 Z 0 2 Z ' '12 Z0 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 14 Huokoisen levyn absorption mallintaminen a) paksu huokoinen levy, ilmaa ympärillä b) ohut huokoinen levy heijastavaa taustaa vasten c) ohut levy, ilmaväli ja heijastava tausta huokoinen levy Za Za Za Za Za 1 23 0 1 0 ilma Z1 a) huokoinen levy ilma ilma jäykkä tausta ilma Z= Za0 b) jäykkä tausta Za Za Z= 1 23 Z1 Z2 Z1 Za0=Za2=Z0 huokoinen ilma levy Za0=Z0 c) Za0=Za2=Z0 Za karakteristinen impedanssi Z1 pintaimpedanssi Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 15 ilma huokoinen levy ilma Za0 Za1 Za2 a) Paksu huokoinen levy • Levy katsotaan paksuksi, jos ainepaksuus on yli kolmasosan äänen aallonpituudesta sen sisällä: 'a d 2d a 2 • Tällöin ääni on vaimentunu materiaalin läpäistyään niin paljon, ettei sen takapinnalta syntyvällä heijastuksella ole enää merkitystä etupinnalla. • Absorptiosuhde tällöin 2 a 1 R Z1 a) Za0=Za2=Z0 4Z 'a1 Z 0 Z 'a1 Z 0 2 Z ' '2a1 • missä Z1=Za1 Mechelin mallilla. • Pintaimpedanssi on tässä tapauksessa sama kuin karakteristinen impedanssi, koska takana olevat materiaalikerrokset eivät vaikuta etupintaan. Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 16 Luentoesimerkki 5.1 Absorptiosuhdelaskenta Mechelin mallilla äärettömän paksulle mineraalivillakerrokselle r 8000 Pas/m2 f 1000 Hz Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 17 huokoinen levy ilma b) ohut huokoinen levy heijastavaa taustaa vasten Za1 Za0 Za2 • Jäykästä taustasta tapahtuva heijastus vaikuttaa absorptiolevyn pintaimpedanssiin Z1. • Pintaimpedanssi Z1 [Ns/m3] riippuu materiaalin karakteristisesta impedanssista Za1 Zja1 levyn paksuudesta d [m] seuraavasti: a) Za0=Za2=Z0 huokoinen levy ilma ilma Za0 Za1 jäykkä tausta Z= Z1 b) Za0=Z0 Z1 jZ a cot Γ a d Z a coth jΓ a d coth Γ • Absorptiosuhde eΓ eΓ eΓ eΓ cos ' ' e ' e ' j sin ' ' e ' e ' cos ' ' e ' e ' j sin ' ' e ' e ' 2 a 1 R Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 4Z '1 Z 0 Z '1 Z 0 2 Z ' '12 18 Heijastavalle taustapinnalle sijoitetun huokoisen levyn optimipaksuus Absorptiolla maksimi, kun hiukkasnopeus on suuri. Täydellinen absorptio vain jos materiaalia sijaitsee hiukkasnopeuden maksimissa, eli d on luokkaa /4 tai yli. Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 19 Lasivillan paksuuden vaikutus: heijastava tausta a0 1.0 0.9 a) 50 mm glass wool 0.8 0.7 0.6 b) 100 mm glass wool 0.5 0.4 0.3 c) 150 mm glass wool 0.2 0.1 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 0.0 d) 200 mm glass wool 1/3-octave band frequency [Hz] density 18 kg/m3 Oliva ym, 2010 Heijastava tausta Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 20 huokoinen ilma levy ilma huokoinen ilma jäykkä ilmaväli ja c) ilmaohut huokoinen levy, levy tausta heijastava tausta Z Za1 Z= Za0(paksuus • a2 Ilmakerroksen t) pintaimpedanssi huokoisen levyn takapinnalla: Za0 Za1 Za2 jäykkä tausta Z= 3 Z 2 jZ0 cot k0t • heijastussuhde absorptiokerroksen takapinnasta Z 2 Z a,1 b) Z1 R Z 2 Z a,1 Za0=Z0 Z1 Z2 c) • impedanssi huokoisen materiaalin (paksuus d) etupinnalla: Z1 Z a • Absorptiosuhde: Za0=Za2=Z0 Z 2 cosh Γ a d Z a sinh Γ a d Z a cosh Γ a d Z 2 sinh Γ a d 2 a 1 R 4Z '1 Z 0 Z '1 Z 0 2 Z ' '12 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 21 Alaslaskun vaikutus kivivillan absorptiosuhteeseen a0 1.0 0.9 a) 50 mm glass wool 0.8 0.7 0.6 b) 50 mm glass wool + 50 mm air 0.5 0.4 0.3 c) 50 mm glass wool + 150 mm air 0.2 0.1 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 0.0 d) 50 mm glass wool + 350 mm air 1/3-octave band frequency [Hz] d=50 mm, r=18 kg/m3, r=9600 Pa·s/m2 Oliva et al. (2010) Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 22 Levyresonaattorit 0 Ilma (Z0) 1 Levy (Za1) 2 Tiivis ilmaväli (Za2=Z0) Z1 Z2 d Jäykkä heijastava tausta • tiivis rei'ittämätön levy, jonka takana kaviteetti, joka on tyhjä • levyn impedanssi Z a1 jm' tai täytetty absorptiomateriaalilla • resonanssiabsorptio pienillä • takana olevan ilmakerroksen taajuuksilla impedanssi Z 2 jZ0 cot k0d • levynä voi olla – rakennuslevy tai metalli • etupinnan impedanssi – muovikalvo Z1 Z 2 Z a1 – tiivis maalipinta • absorptiosuhde • Mitä löysempi levy, sen 4Z '1 Z 0 2 paremmin resonoi ja absorboi a 1 R Z '1 Z 0 2 Z ' '12 pienillä taajuuksilla. • resonanssitaajuus ja 62 maksimiabsorptio f0 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. m' d 23 Levyresonaattori verrattuna villaan 1.0 0.9 a) 0.20 mm plastic foil + 50 mm air 0.8 0.7 0.6 b) 0.20 mm plastic foil + 50 mm glass wool 0.5 0.4 0.3 c) 50 mm glass wool 0.2 0.1 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 0.0 1/3-octave band frequency [Hz] • Oliva ym. 2010 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 24 Höyrynsulkumuovin (=levyresonaattori) paikan vaikutus a0 1.0 a) steel plate 4.0 mm perforations 24 % + 100 mm glass wool 0.9 0.8 0.7 b) steel plate 4.0 mm perforations 24 % + plastic foil + 100 mm glass wool 0.6 0.5 0.4 c) steel plate 4.0 mm perforations 24 % + 50 mm glass wool + plastic foil + 50 mm glass wool 0.3 0.2 0.1 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 0.0 d) steel plate 4.0 mm perforations 24 % + plastic foil + 50 mm glass wool + plastic foil + 50 mm air 1/3-octave band frequency [Hz] Oliva et al. 2010 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 25 Luentoesimerkki 5.2 Laske levyresonaattorin resonanssitaajuus. a) Villa 50 mm pinnoitettuna höyrynsulkumuovilla, 100 gr/m2. b) Villa 50 mm pinnoitetttuna kovalevyllä 3.2 mm, 2.5 kg/m2 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 26 Yksittäinen Helmholtz-resonaattori • Yksittäinen Helmholtz-resonaattorin maksimiabsorptio saavutetaan resonanssitaajuudella (Tanttari 2011) 𝑐0 𝑆𝑛 𝑓0 = 2𝜋 𝑙𝑛,𝑒𝑞 𝑉𝑐 – Sn kaulan poikkipinta-ala [m2], esim. (dn/2)2 – ln,eq on kaulan ekvivalentti pituus [m] dn ln Vc • = fyysinen pituus + 0.82 kertaa kaulan halkaisija (ln + 0.82 dn) – Vc on ontelon tilavuus [m3] • Resonaattoreita käytetään harvemmin huoneakustiikassa mutta sitä käytetään mm. kanavaäänenvaimentimissa vaimentamassa ääneksiä, joita koneet aiheuttavat. Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 27 Paksut reikälevyt • Helmholz-resonaattorien hila • Käytännössä huokoinen kerros (huopa) aina reikien takana, mikä määrää absorptiosuhteen • Levypaksuus 9-20 mm – kipsi, puu, yms. Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 28 Tuote-esimerkkejä reikälevy (takana huopa+villa) reikätiili (takana villa) Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. reikäkipsilevy (takana huopa+ilmaväli reikäpelti (takana huopa+villa)29 0.8 Ilmavälin paksuuden vaikutus reikäkipsilevyillä 0.7 0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0.0 0.0 2000 1000 0.3 0.2 0.1 1/3-oktaavikaistan keskitaajuus [Hz] 1/3-oktaavikaistan keskitaajuus [Hz] 1.0 Gyptone 13 % 0.9 1.0 Gyptone 13 % Belgravia M1 13 % 0.9 Belgravia M1 13 % Belgravia Q1 19 % 0.8 Belgravia Q1 19 % 0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0.0 0.0 Belgravia M1 13 % Belgravia Q1 19 % 1000 0.4 1/3-oktaavikaistan keskitaajuus [H Gyptone 13 % 500 0.5 2000 0.5 1000 0.6 500 0.6 250 0.7 125 0.7 400 mm 250 0.8 125 200 mm 0.0 1000 0.4 0.4 500 0.5 Resonanssitaajuus pienenee ilmavälin kasvaessa 250 0.5 500 0.6 0.5 125 0.6 500 0.7 250 0.7 125 100 mm 0.8 250 50 mm 0.8 a0 0.6 2000 0.9 125 0.9 2000 1.0 1000 1.0 1/3-oktaavikaistanMeluntorjunta keskitaajuus [Hz] 1/3-oktaavikaistan keskitaajuus [Hz] Aalto-yliopisto. ELEC-E5640. Absorptio. Oliva ym. 2010 30 Takakerroksen paksuuden vaikutus, paksut reikälevyt - takana ilma 1.0 0.9 a) 13 mm gypsum board 12x12 mm perforations 19 % 0.8 0.7 b) 13 mm gypsum board 12x12 mm perforations 19 % + 50 mm air 0.6 0.5 0.4 c) 13 mm gypsum board 12x12 mm perforations 19 % + 100 mm air 0.3 0.2 0.1 d) 13 mm gypsum board 12x12 mm perforations 19 % + 200 mm air 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 0.0 1/3-octave band frequency [Hz] • Rei'itetyn 13 mm kipsilevyn absorptiosuhteen riippuvuus ilmavälin paksuudesta, kun ilmaväli on tyhjä. Mittaustulokset saatu normaalilla tulokulmalla. Kipsilevyn takapintaan oli liimattu huopa (r=1183 Pas/m). (Lähde: Oliva et al. 2010) Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 31 Takakerroksen paksuuden vaikutus, paksut reikälevyt - takana villa 1.0 0.9 a) 13 mm gypsum board 12x12 mm perforations 19 % + 50 mm glass wool 0.8 0.7 0.6 0.5 b) 13 mm gypsum board 12x12 mm perforations 19 % + 100 mm glass wool 0.4 0.3 0.2 c) 13 mm gypsum board 12x12 mm perforations 19 % + 200 mm glass wool 0.1 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 0.0 1/3-octave band frequency [Hz] • Rei'itetyn 13 mm kipsilevyn absorptiosuhteen riippuvuus ilmavälin paksuudesta, kun ilmaväli on täytetty mineraalivillalla (r=18 kg/m3, r=9600 Pa·s/m2). Mittaustulokset saatu normaalilla tulokulmalla. Kipsilevyn takapintaan oli liimattu huopa (Rs=1183 Pas/m). (Lähde: Oliva et al. 2010) Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 32 Ohuet reikälevyt • Levypaksuus alle 1 mm. • Käyttäytyvät kuten paksut reikälevyt mutta valmistetaan useimmiten niin suurella reikäprosentilla, ettei heikennä taustalla olevan materiaalin absorptiokykyä • Ohuita reikälevyjä käytetään parantamaan ulkonäköä, kulutuskestävyyttä ym. ominaisuuksia. • Rei'itysprosentin ollessa yli 25 % ei reikälevy yleensä vaikuta absorptioon lainkaan • Pienellä rei'itysprosentilla resonanssiominaisuudet tulevat esiin. • Reikäkoolla ei paljon merkitystä ellei ole alle 1 mm Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 33 Rei'itysprosentin vaikutus, ohuet reikälevyt takana villa a0 1.0 a) perf. steel 4.0 mm perforations 1 % + 50 mm wool 0.9 0.8 b) perf. steel 4.0 mm perforations 4 % + 50 mm wool 0.7 0.6 c) perf. steel 4.0 mm perforations 15 % + 50 mm wool 0.5 0.4 d) perf. steel 4.0 mm perforations 24 % + 50 mm wool 0.3 0.2 0.1 e) perf. steel 4.0 mm perforations 34 % + 50 mm wool 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 0.0 f) 50 mm wool 1/3-octave band frequency [Hz] • Reikäpellin (paksuus 0.9 mm) rei'itysprosentin vaikutus sen takana olevan olevan jäykkää taustaa vasten asennetun mineraalivillan (d=50 mm, r=18 kg/m3, r=Pa·s/m2) absorptiosuhteeseen. (Lähde: Oliva et al. 2010) Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 34 Rei'itysprosentin vaikutus, ohuet reikälevyt takana ilma a0 1.0 0.9 a) perf. steel 4.0 mm perforations 1 % + 50 mm air 0.8 0.7 0.6 b) perf. steel 4.0 mm perforations 4 % + 50 mm air 0.5 0.4 0.3 c) perf. steel 4.0 mm perforations 15 % + 50 mm air 0.2 0.1 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 0.0 d) perf. steel 4.0 mm perforations 24 % + 50 mm air 1/3-octave band frequency [Hz] • Reikäpellin (paksuus 0.9 mm) rei'itysprosentin vaikutus kun reikäpellin takana on 50 mm ilmakerros. Normaalin tulokulman absorptiosuhde (Lähde: Oliva et al. 2010). Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 35 Mikroperforoidut levyt • reikäkoko pienenee alle 1 mm kokoiseksi, jolloin reiän viskositeetti aiheuttaa kitkahäviöitä kuten huokoisissa materiaaleissa • Mikrorei'itys mahdollistaa mm. läpinäkyvän absorbentin teon. • www.microsorber.com Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 36 Oliva & Hongisto 2012 Applied Acoust Monikerrosrakenteen mallintaminen Kerroksen numero: Karakt. impedanssi: 0 Za0 Z1 Pintaimpedanssi: 1 Za1 2 Za2 Z2 Z3 N+1 ZaN+1 N ZaN ZN ZN+1 Heijastuva ääni Tuleva ääni 1 Za 1 Ilmakerros Absorptiokerrokset Taustakerros (ilma tai seinä) Ketjutusyhtälö Absorptiosuhde jZ i 1Z a,i cot( Γ a,i d i ) Z i2 Zi Z i 1 jZ a,i cot( Γ a, i d i ) a 1 R Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 2 Z1 Z 0 Z1 Z 0 37 Monikerrosrakenteen mallintaminen Oliva & Hongisto 2012 Applied Acoust Kerrosten karakterististen ominaisuuksien määritys 1 Huokoinen materiaali • impedanssi määritetään luvun 5.6.1 mukaan 2 Ilmakerros • Karakteristinen impedanssi: – Za=Z0=r0c0=443 [kg/m2s]. • Etenemisvakio: – a=jk0 [1/m]. 3 Rei'itetty tai rei'ittämätön levy • paksuus d [m], reikähalkaisija a [m] • Karakteristinen impedanssi Z a R jm'Z 0 cot kd • Rei'ittämätön levy: levy määrää – Resistanssi R=0 Rayl – m' on levyn pintamassa [kg/m2] • Rei'itetty levy: reikien ilmamassa ja vastus määräävät: r0 8 0 d m' 1 d a a ν0=16.7·10-6 Ns/m2 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. Sa S 0.8 1 1.4 r0 d R 8 1 a 38 Mineraalivillan mallinnustulos 50 mm villa, 76 kg/m3 28000 rayl/m. • 50 mm villa, 18 kg/m3, 9600 rayl/m + 150 mm ilmaväli Oliva D, Häggblom H, Hongisto V, Monikerroksisten absorptiorakenteiden mallintaminen, Akustiikkapäivät 2009. Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 39 Reikälevyjen mallinnustulos 0.9 mm rei'itetty pelti, •reikähalkaisija 1.3 mm, •rei'itysprosentti 1.3 % + 50 mm villa, 18 kg/m3, 9600 rayl/m3. • 13 mm rei'itetty kipsi •12x12 mm, 19 %, •huopa 91000 rayl/m + 200 mm ilmaväli. Oliva D, Häggblom H, Hongisto V, Monikerroksisten absorptiorakenteiden mallintaminen, Akustiikkapäivät 2009. Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 40 Tilastollisen absorptiosuhteen mallintaminen • Määritetään kulmariippuvasta absorptiosuhteesta a(): • Huomattavasti monimutkaisempaa • Mallit epätarkempia, koska mikään testilaboratorio ei anna "oikeaa mittaustulosta" • Mitatun absorptiosuhteen arvo riippuu /2 a st 2 a cos sin d 0 – mittaushuoneesta: tulokulmien jakaumat huomattavan erilaisia jopa kaiuntahuoneiden välillä (kaiunta, näytteen paikka, koko, muoto, diffuusius) – asennustavasta: reunat häiritsevät mittausta sitä enemmän mitä paksumpi näyte on Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 41 Sirontakerroin • Pinnat eivät heijasta kaikkea ääntä spekulaaristi Snellin lain mukaan • Mitä pienempi kappale ja mitä epätasaisempi pinta sitä diffuusimpi heijastuskulma • Sirontakerrointa tarvitaan huonetilojen akustisessa mallinnuksessa (säteenseuranta) • Diffusorit hajottavat äänikenttää ilman, että absorboivat ääntä • Diffuusiopintoja tarvitaan esitystiloissa • Kuvat: Oliva 2006 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 42 Absorptiosuhteen mittaus, tilastollinen tulokulma Kaiuntahuonemenetelmä ISO 354 aS 1/1 aS 1/1 1.0 ap 0.9 (Hz) 0.90 1250 0.82 1600 0.80 0.75 2500 0.75 1/3 octave band 0.1 1/1 octave band Centre frequency of third octave band, f Absorption class (EN ISO 11654) 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 ap Class A Class B Class C Class D Class E 125 ap B f Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. [Hz] [Hz] 43 5000 4000 0.70 5000 0.68 3150 0.0 3150 0.71 4000 0.67 0.69 0.2 2500 2000 0.73 0.76 0.3 2000 0.95 0.4 1600 800 1000 0.92 0.90 0.85 1250 0.92 4000 0.89 0.85 630 1000 500 0.5 2000 0.74 800 0.60 400 0.6 630 315 0.55 1000 0.53 0.54 0.7 500 250 ** 500 0.47 400 0.36 200 0.8 315 160 0.30 ** 250 0.31 0.28 250 125 200 0.18 160 100 125 • • 1/3 f 100 • • • • • • "virallinen" huoneakustiikka-tuotteiden testimenetelmä huomioi kaikki tulokulmat huonetilavuus 150-250 m3 kaiunnan oltava pitkä huonekosteus > 60 % näytekoko 10-12 m2 arvot korkeampia kuin putkimenetelmällä mitatut arvot voiva olla yli 1 laskentamallit epätarkkoja Sound absorption coefficient, aS • Absorptiosuhteen mittaus, tilastollinen tulokulma Kaiuntahuonemenetelmä ISO 354 Mittausepävarmuus 23 testilaboratorion Round Robin testi A: 15 mm kova huopa B: 50 mm pehmeä villa C: reikäkipsi Andersson, Forum Acusticum 2011 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 44 Absorptioluokitus EN 11654 Absorptiosuhde a p 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 250 500 A B C D E luokittelematon 1000 Taajuus [Hz] Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 2000 • Tilastollisesta absorptiosuhteesta (ISO 354) määritetään käytännön absorptiosuhde ap pyöristämällä 0.05 tarkkuuteen • Verrattaessa käyrään, eitoivottujen poikkeamien summa on korkeintaan 0,10 4000 Tilastollinen absorptiosuhde 45 Tyypillinen absoptiosuhde, a Tilastollinen absorptiosuhde 1.0 ast 20 mm mineraalivilla, liimattu betonia vasten 0.9 70 mm mineraalivilla, liimattu betonia vasten 0.8 20 mm mineraalivilla, takana 200 mm ilmaväli 0.7 Rei'itetty kipsilevy, takana 200 mm ilmaväli, reikäala 18 % 0.6 0.5 Kokolattiamatto, kuidun paksuus 8 mm 0.4 Pehmeä toimistotuoli, tyynyn paksuus 30 mm 0.3 Puuvillaverhot, 330 gr/m2, laskostettu 75 % pinta-alasta 0.2 Kevytväliseinä (kipsi + villa + kipsi) 0.1 0.0 125 Betoni- tai tiiliseinä, kovapintainen lattia 250 500 1000 2000 4000 Kirjahylly, täynnä tavaraa Taajuus f, Hz Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Absorptio. 46
© Copyright 2024