مفهوم جذب در اکوستيک (Acoustic Absorption)

108-1-pictures
مفهوم جذب در اکوستيک، اتلاف انرژي به هنگام برخورد موج صدا به يک سطح و سپس انعکاس آن است.کلمه جذب را اغلب اشخاص عادي براي بيان عمل يک اسفنج هنگامي که آب را به خود مي کشد به کار مي گيرند، که اين معنا شامل اکوستيک نمي شود. آب جذب شده توسط اسفنج تنها با فشردن اسفنج دوباره در دسترس خواهد بود  اما نوفه جذب شده توسط اکوستيک تايل را نمي توان دوباره به دست آورد. زيرا به صورت حرارت تلف شده است. مفهوم جذب اکوستيکي در درجه نخست شامل فضاهاي داخلي مي شود. اگر ديواري وجود نداشته باشد صدا فقط در اثر افزايش فاصله منبع کاهش مي يابد.اگر فرض کنيم که يک موج با انرژي تابشي معيني با زاويه اي تصادفي به سطحي برخورد کند، مقداري از انرژي تابشي به طرف محيطي که سرچشمه شعاع تابشي در آن قرار گرفته است، منعکس مي شود و بقيه انرژي تابشي به داخل ماده سطح مزبور نفوذ و غالباً از ميان آن عبور مي کند. با استفاده از روش شعاعي ضريب جذب  به صورت زير تعريف مي شود.

بنابراين ضريب جذب نمايانگر نسبتي از انرژي صوتي تلف شده به انرژي سرچشمه صداست که مقدار آن از صفر تا يک متغير است (يعني از صفر درصد تا صد درصد). بنابراين اگر ضريب جذب مساوي صفر باشد، به اين معناست که انرژي تلف شده نداريم و تمام صدا در فضايي که سرچشمه در آن است باقي مي ماند. يعني اينکه تمام ديوارها از نظر اکوستيکي سخت هستند و انرژي بازتابيده  شده با انرژي تابشي برابر است. همان طور که اين ضريب به سمت 1.0  ميل مي کند، يعني انرژي بيشتر و بيشتر تلف شده است و انرژي بازتابشي رفته رفته جزء کوچکتري از انرژي تا بيده شده خواهد شد. از نظر آکو ستيکي به چنين سطحي ‏نرم  ‏گفته مي شود.

‏به طريق مشابه، ضريب عبوري را مي توان به صورت زير تعريف کرد:

انرژي کلي موج از جمع ضريب جذب (آلفا) و ضريب عبوري (tc) به صورت زير به دست مي آيد:

از اتلافي که به علت اصطکاک به وجود مي آيد (تبديل به حرارت) صرفنظر شده است. اين اتلاف براثراصطکاک، بسيارا تلاف ناچيزي است، حتي در بالاترين مقدارش.خواهيم ديد که که معادله ضريب عبوری به عنوان پايه بحث بعدي، راجع به اتلافهاي ناشي از عبور صدا از داخل يک ماده است.مقدار عددي ضريب جذب همان طور که قبلا گفته شد  براي تمام موارد شناخته شده مقداري معين بين 1% ‏(يک درصد) براي سطرح بسيار سخت مثل فولاد صيقلي يا بتن فشرده تا 99 % ‏براي مواد بسيار جاذب است. ضريب جذب يک پنجره باز 100 درصد در نظر گرفته مي شود.

‏در شکل زير حدود تغييرات عملي ضرايب جذب نشان داده شده است. در اينجا خوب است يادآور شويم که بعضي از کارخانه ها، مواد جاذب آکو ستيکي با ضريب جذب بالاتر از يک (يعني جذب بهتر از 100 درصد) را هم در فهرستهاي خودگنجانده اند که البته اين کار  سود بردن از فقدان دانش پايه اي در مورد مفهوم جذب است.

‏در مورد توليداتي که معمولا با نام يونيت جاذب، مشخص مي شوند، ماده جاذب مثل جعبه کوچکي که روي ديوار نصب شده باشد نسبت به سطح ديواره برآمده است. سطح بيرون آمده از ديوار تماما با مواد جاذب پوشيده شده است  ولي جعبه به اندازه يک وجه خود، از سطح ديوار را اشغال مي کند.

بنابراين، در اين حالت در هرفوت مربع ديوار جذب بيشتري نسبت به حالتي که سطح ديوار به طور عادي پوشيده شده باشد، خواهيم داشت. بنابراين سازندگان ضريب جذب اين توليدات را بيشتراز صد درصد ذکر مي کنند. حال اگر اين يونيتها متصل به هم نصب شوند به طوري که صدا با وجه هاي کناري برخورد نداشته باشد، ادعاهاي سازندکان تحقق نخواهد يافت. براي اينکه يونيتهاي جاذب مؤثر باشند بايد با فاصله از يکديگر قرار بگيرند. در غير اين صورت جذب در هر فوت مربع سطح ديوار به کمتر از صد در صد نزول مي کند.

‏ضريب جذب همچنين تابعي از فرکانس امواج صداست. طول موجهاي کوتاهتر (فرکانسهاي بالا) نسبت به طول موجهاي بزرگتر (فرکانسهاي کمتر) خاصيت نفوذ بيشتري در ديوارها دارن و آسانتر به انرژي حرارتي تبديل مي شوند. شکل بالا اين مفهوم را نمايش مي دهد  همانطور که مشاهده مي شود  در فرکانسهاي بالاتر نسبت به فرکانسهاي پايين عموما ضريب جذب بالاتري داريم.

يکي ازخواص عمومي برای اينکه مواد جاذب موثر واقع شوند، داشتن سطح شفاف يا غير حايل براي امواج صداست. همان طور که شيشه براي نورشفاف محسوب مي شود، مواردي هم براي عبور صدا شفاف هستند. ديگر اينکه مواد جاذب صدا بايد داراي مکانيزمي باشند که امواج ‏صوتي، هنگام عبور از آنها دراثراصطکاک به انرژي حرارتي تبديل بشوند.

‏شفافيت براي صدا را مي توان توسط سطح پر منفذ، يا مواد سخت سوراخ سوراخ شده ‏همراه با مواد متخلخل و يا به وسيله پوشاندن مواد متخلخل با يک پرده  خيلي سبک وزن، نازک ، انحنا پذير و غيرقابل عبور براي هوا تامين کرد. همه اينها اثر جذب کنندگی مشابهي دارند؛ اختلاف در نوع محيطي است که در آن مورد استفاده قرار مي گيرند. همه انواع ذکر شده که مجموعه اي ازجرمها هستند، به عنوان راکتانس اکوستيکي عمل مي کنند و به هرحال همه آنها با افزايش فرکانس نسبت به حالت مطلوب طرح، شفافيت کمتري در مقابل صدا از خود نشان مي دهند. در مبحث آينده به بررسي نظريه اساسي مواد آکوستيک خواهيم پرداخت. ادامه دارد …