جذب آکوستیک

قسمت اول : جذب

در این مقاله، مفهوم جذب آکوستیک و اینکه چگونه صدا می تواند اشکال مختلفی از جمله فشار، جریان و دما داشته باشد را بررسی خواهیم کرد. امواج صوتی هنگام مواجهه با یک جسم، یکی از این دو اتفاق برایش می‌افتد: می‌تواند جذب شود یا منعکس شود. هنگامی که صدا منعکس می شود، به محیط بازگردانده می شود و هنگامی که توسط یک ماده جاذب صدا جذب می شود، به مقدار کمی انرژی گرمایی تبدیل می شود. علم آکوستیک در یافتن تعادل مناسب بین جذب و بازتاب نقش دارد. صداها برای همیشه دوام نمی آورند. در یک فضای باز، صدا از نقطه شروع خود در یک منطقه در حال رشد پخش می شود، انرژی پخش می شود و باعث می شود صدا ساکت تر و آرام تر شود تا در نهایت از بین برود. به طور مشابه، در یک اتاق بسته صدا نیز پخش می شود، اما فقط تا زمانی که اتاق را پر کنید. اما در هر دوی این موارد، تأثیری فراتر از انتشار انرژی آکوستیک وجود دارد که باعث می‌شود صدا آرام‌تر شود: جذب آکوستیک. جذب آکوستیک تقریباً هر فرآیندی را توصیف می‌کند که باعث اتلاف انرژی صوتی می‌شود، و استفاده هوشمندانه از جذب صوتی این است که چگونه از تبدیل سالن‌های کنسرت به اتاق‌های اکو جلوگیری می‌کنیم یا اطمینان حاصل می‌کنیم که گفتار در دفاتر و کلاس‌های درس قابل درک و شفاف باشد. همانطور که صدا از منبع دور می شود، در یک منطقه بزرگتر و بزرگتر پخش می شود.

با این حال کدام قسمت از اتاق مسئول جذب بیشتر امواج صدا است؟

ممکن است طبیعی باشد که فرض کنیم هوا مقدار زیادی صدا را جذب می کند، زیرا صدا بیشتر وقت خود را در آنجا می گذراند. اما از آنجایی که هوا یک رسانه آکوستیک نسبتا خوب است، صدا می تواند تنها با اندکی کاهش در آن حرکت کند. این کاهش فقط در فواصل بسیار طولانی مانند آکوستیک در فضای باز قابل توجه است.  

در مورد دیوارها و سایر سطوح یک فضای بسته چطور؟

با تعداد زیادی زوایای پراکنده برای شکستن امواج، ممکن است انتظار داشته باشید که دیوارها و اشیاء جامد، خوب به کاهش نویز کمک می کنند. با این حال، باز هم، دیوارهای جامد بازتاب دهنده خوبی از صدا هستند و مانند آینه برای نور عمل می کنند. در حالی که دیوارها برای تغییر مسیر صدا خوب هستند، اما برای خلاص شدن از شر آن چندان عالی نیستند. تنها با دیواره های جامد و هوا برای جذب، صدا می تواند برای مدت طولانی طنین انداز شود. مواد خاصی برای جذب صدا بسیار خوب هستند. به عنوان مثال، هر نوع پارچه یا مواد متخلخل، انرژی صوتی را به گرما تبدیل می کند. یک راه برای درک این موضوع این است که به این فکر کنیم که چگونه صدا باعث حرکت هوا می شود. در حالی که صدا به طور کلی به عنوان یک موج فشار در نظر گرفته می شود، حرکت هوا نیز در ارتباط با صدا وجود دارد. نواحی پرفشار و کم فشار ناشی از جریان صدا به داخل و خارج از نواحی مختلف است که در برخی نواحی جمع و در برخی دیگر نازک می شود. معادله ای که یک مهندس در اینجا برای تعیین کمیت این رابطه استفاده می کند، شامل امپدانس آکوستیک خاصی است که رابطه ای بین فشار و جریان هوا نشان می دهد و قدرت آن اتصال به چگالی هوا و سرعت صوت بستگی دارد. به طور طبیعی، هر ماده متخلخلی که جریان هوا را محدود می کند، از آن حرکت جلوگیری می کند و در نتیجه انرژی موج صوتی را کاهش می دهد. حداقل، این راهی است که معمولا توضیح داده می شود. البته توضیحی که نیاز به کمی دانش پس زمینه در مورد نحوه حرکت صدا در یک اتاق دارد. برای بسیاری از این مواد جاذب که مانع جریان هوا می شوند، مانند فرش و کاشی های دیوار، جاذب ها روی سطح جامد یا نزدیک آن قرار دارند. به نظر می رسد که چون آن سطوح صدا را منعکس می کنند، در واقع جریان زیادی در آن مناطق وجود ندارد. در عوض، یک معامله وجود دارد به طوری که جریان کم است اما فشار زیاد است. اما اگر اینطور است، پس چرا فرش ها و کاشی های آکوستیک همچنان جاذب موثری هستند؟ آیا جریان کم نباید از مفید بودن آنها جلوگیری کند؟ برای یافتن پاسخ، ابتدا باید یک ارتباط نسبتاً شگفت انگیز بین صدا و دما را در نظر بگیریم. همانطور که قبلاً گفتیم، صوت یک موج فشار است. اما، همانطور که ممکن است از کلاس فیزیک به یاد داشته باشید، یک گاز تحت فشار در دما افزایش می یابد. معادله ای که باید در اینجا به ذهن بیاید، قانون گاز ایده آل است که به طور مستقیم فشار و دما را به هم مرتبط می کند. در نتیجه، جایی که فشار موج صوتی افزایش می یابد، دما نیز افزایش می یابد. از فهمیدن این واقعیت شگفت زده خواهید شد که یک شاخه کامل از آکوستیک به استفاده از صدا برای دستکاری گرما اختصاص داده شده است، به نام ترموآکوستیک، که منجر به یخچال های آکوستیک و حتی لیزرهای صوتی شده است!   بیشتر بخوانیم:

آکوستیک چیست و چرا یک حرفه عالی وکاربردی است؟

می توان از صدا برای سرد نگه داشتن بستنی استفاده کرد!  آیا کاری هست که آکوستیک نتواند انجام دهد؟

پس دما چه ربطی به جذب صدا دارد؟  معلوم است،بسیار زیاد. درست مانند موادی که مانع از جریان می شوند که در اتلاف انرژی صوتی مرتبط با جریان خوب هستند، موادی که دما را عایق می کنند برای اتلاف انرژی صوتی دما عالی هستند. به همین دلیل است که پنهان شدن زیر پتو برای صدای ضعیف خوب است، چرا عایق فایبر گلاس به جلوگیری از سر و صدای ناخواسته کمک می کند، و چرا اتاق های فرش شده بسیار ساکت تر از اتاق های دارای کاشی هستند. حتی بهتر از آن، چون سطوح بازتابنده باعث می‌شوند فشار (و در نتیجه تغییر دما) در نزدیکی دیوار یا کف به اوج برسد، کاشی‌ و فرش‌های آکوستیک عایق حرارتی برای حداکثر تأثیر در آن مکان‌ها قرار می‌گیرند! فیزیک مملو از معادلاتی است که مقادیر به ظاهر متفاوتی را به هم متصل می کند. معادلاتی مانند قانون گاز ایده آل وجود دارد که فشار و حجم را به دما مرتبط می کند. معادلات حرکت و به اصطلاح قوانین (مانند قانون نیوتن) وجود دارد که نحوه حرکت اجسام را نشان می دهد. در تمام این معادلات، ما بین مقادیر غیرمشابه ارتباط برقرار می کنیم، اما در این فرآیند می توانیم ببینیم که این مفاهیم واقعاً چگونه به هم مرتبط هستند. این قدرت جایگزینی است، احتمالاً مفیدترین ابزار ریاضی که ما به آن دسترسی داریم. با جایگزینی، علم می تواند جهش های بینشی ایجاد کند که درک ما از جهان را بیشتر می کند. صدا از امواج فشار تشکیل شده است، اما از امواج جریان و امواج تغییر دما و امواج چگالی نیز تشکیل شده است. بسته به اینکه کدام زاویه را در نظر می گیریم، راه حل های مختلفی خود را نشان می دهند.   برای مشاهده پنل های جذب کننده اینجا کلیک کنید.