Akademia Górniczo-Hutnicza
im. St. Staszica w Krakowie
Katedra Mechaniki i Wibroakustyki
Podstawy wibroakustyki
Sprawozdanie z ćwiczeń laboratoryjnych nr 3
Pomiar pochłaniania dźwięku w komorze pogłosowej
Grupa WA
Rok IV,
Data ćwiczeń:
Rok akad. 2007/2008
Wstęp teoretyczny:
Poziom dźwięku pogłosowego w zamkniętej przestrzeni podczas działania źródła dźwięku, a następnie jego spadek po wyłączeniu źródła, zależą od chłonności akustycznej otaczających powierzchni i przedmiotów. Od kąta padania zależy ile mocy akustycznej zostanie pochłonięte przez powierzchnie. Do celów normalizacji przyjmujemy jednolity rozkład oraz warunek, że poziom dźwięku jest w całej objętości jednakowy (rozproszone pole akustyczne).
Pomiary i obliczenia wykonuje się wg zaleceń normy PN-EN ISO 354.
Terminy i definicje:
Krzywa zaniku - graficzne przedstawienie zaniku poziomu ciśnienia akustycznego w funkcji czasu, po wyłączeniu źródła.
Czas pogłosu - czas, w którym poziom ciśnienia akustycznego spada o 60dB, po wyłączeniu źródła dźwięku.
Równoważne pole powierzchni dźwiękochłonnej (chłonność akustyczna) pomieszczenia - hipotetyczne pole powierzchni całkowicie pochłaniającej, bez efektów dyfrakcyjnych, przy którym czas pogłosu byłby taki sam jak rozważanego pomieszczenia, jeśli powierzchnia ta byłaby jedynym elementem pochłaniającym w pomieszczeniu.
Równoważne pole powierzchni dźwiękochłonnej (chłonność akustyczna) badanej próbki - różnica pomiędzy równoważnym polem powierzchni dźwiękochłonnej komory pogłosowej z badaną próbką i bez badanej próbki.
Współczynnik pochłaniania dźwięku - αs - iloraz równoważnego pola powierzchni dźwiękochłonnej badanej próbki i pola powierzchni badanej próbki. (może wyjść >1, ze względu na np. efekty dyfrakcyjne)
Zakres częstotliwości
Pomiary powinny być wykonywane dla pasm 1/3 oktawowych o częstotliwościach środkowych 100-5000 Hz.
Komora pogłosowa.
Objętość winna się mieścić w zakresie 150-500m3. Długość najdłuższego odcinka linii prostej w komorze: lmax < 1,9V1/3. W celu zapewnienia rozproszenia wiesza się elementy rozpraszające (u nas grube szkła organiczne) lub wirujące łopatki.
Badane próbki.
Powierzchnia winna mieć 10-12m2 dla Vkomory=200m3. Kształt prostokątny (a/b=0,7-1). Odległość min 1m od ściany komory, brak równoległych krawędzi do najbliższej ściany.
Znormalizowane typy montażu:
A - bezpośrednio na powierzchni komory (położona, przyklejona…); przykryte krawędzie: zaklejone, okryte ramą, czasami zostawia się wolne;
B - przyklejanie do twardej powierzchni przylepną płytą akustyczną (pozostaje cienka przestrzeń powietrzna pomiędzy wyrobem a powierzchnią, do której przylega);
E - z przestrzenią z tyłu za próbką;
G - zawieszona równolegle do powierzchni komory (kotary, zasłony);
I - materiał nałożony na odpowiednie podłoże (stosowany np. dla tynku);
J - stosowany dla pochłaniaczy przestrzennych - jedna krawędź spoczywająca lub dotykająca powierzchni komory, ewentualnie z prześwitem przy podłożu.
Temperatura i wilgotność.
Niewielkie zmiany. Wilgotność: 30-90%. Temp >15ºC.
Pomiary czasu pogłosu.
Stosuje się różne pozycje mikrofonów, źródła dźwięku (głośnika). Mikrofony powinny być oddalone od siebie przynajmniej o 1,5 m, od źródła dźwięku o 2m i od powierzchni komory i badanej próbki o 1m. Liczba przestrzennie zmierzonych krzywych zaniku winna być nie mniejsza niż 12 (12 punktów pomiarowych).
Metoda szumu przerywanego - stosuje się długi sygnał (szum szerokopasmowy), by utworzyć ustalony poziom ciśnienia akustycznego we wszystkich interesujących pasmach częstotliwości. Uzyskana krzywa zaniku jest wynikiem przetwarzania statystycznego i wymagane jest uśrednianie pomiarów (co najmniej 3 pomiary dla jednego punktu pomiarowego).
Metoda całkowania odpowiedzi impulsowej - stosuje się krótki impuls (strzał pistoletowy itp.) o wystarczającej szerokości pasma i energii. Uśrednianie wyników nie jest konieczne, gdyż całkowanie impulsowe komory jest funkcją deterministyczną.
Ocena krzywej zaniku dla każdego zakresu częstotliwości powinna zaczynać się 5dB poniżej początkowego poziomu ciśnienia akustycznego. Zakres oceny winien wynosić 20dB. Dolna granica powinna być minimum 10dB powyżej szumu tła układu pomiarowego.
Tok obliczeniowy:
Obliczenie A1 (równoważne pole pow. dźwiękochłonnej pustej komory pogłosowej) i A2 (równoważne pole powierzchni … z próbką):
V - objętość komory [m3]
c - prędkość dźwięku: 
[m/s] (2),
T1(2) - czas pogłosu komory pustej (z próbką) [s]
m1(2) - mocowy współczynnik tłumienia [1/m], obliczony wg ISO 9613-1 dla warunków klimatycznych, jakie występują w pustej komorze w czasie pomiaru:
- współczynnik tłumienia [dB/m], obliczony wg ISO 9613-1:
gdzie:
- częstotliwość środkowa badanego pasma [Hz]
- ciśnienie atmosferyczne w komorze [kPa]
= 101,325 kPa - ciśnienie odniesienia,
- temperatura w komorze [K],
= 293,15 K - temperatura odniesienia (
)
- częstotliwość relaksacyjna tlenu (azotu) [Hz], obliczona wg wzorów:
, gdzie
h - molowe stężenie pary wodnej [%], obliczone wg wzorów:
, 
- wilgotność względna [%], 
Obliczenie AT (równoważne pole pow. dźwiękochłonnej badanej próbki):
Obliczenie αs (współczynnik pochłaniania dźwięku):
AT - jw.
S - pole powierzchni pokrytej próbką [m2]
Dokładność:
Względne odchylenie standardowe czasu pogłosu:
- odchylenie standardowe czasu pogłosu 
T - zmierzony czas pogłosu
f - środkowa częstotliwość pasma 1/3 oktawowego
N - liczba ocenianych krzywych zaniku
Wyniki pomiarów i obliczenia:
Dane i obliczenia wstępne:
Warunki atmosferyczne w komorze pogłosowej:
Objętość komory pogłosowej w KMiW AGH:
Prędkość dźwięku w komorze:
Współczynnik C:
Molowe stężenie pary wodnej h:
h = 1,44808536104007 %
Częstotliwość relaksacyjna tlenu
:
Częstotliwość relaksacyjna azotu
:
Pole powierzchni badanej próbki S:
Pomiary
W trakcie pomiarów zastosowano metodę szumu przerywanego. Z powodu ograniczeń czasowych wykonano tylko 4 pomiary w 3 punktach pomiarowych w przypadku komory pustej oraz 6 pomiarów w 6 punktach pomiarowych w przypadku komory z próbką.
Próbkę stanowiły 33 gąbki w kształcie kwadratu (wymiary 0,5 na 0,5 metra) bezpośrednio położone na powierzchni pomieszczenia (zgodnie z montażem
typu A).
Wyniki zostały zarejestrowane na komputerze przy użyciu programu Sample Champion, oprócz dwóch ostatnich pomiarów komory z próbką, gdzie wyniki zarejestrowano przy pomocy miernika SVAN 945A.
Zarejestrowane czasy pogłosu zostały uśrednione i na podstawie średnich czasów pogłosu dla danej częstotliwości zostały obliczone równoważne pole powierzchni dźwiękochłonnej i współczynnik pochłaniania.
Wyniki pomiarów:
Powtarzalność pomiaru czasu pogłosu
Powtarzalność pomiaru czasu pogłosu można przedstawić przy pomocy względnego odchylenia standardowego czasów pogłosu T20 (wg punktu 3.1):
Wnioski:
Komora pusta |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1/3 Band (Hz) |
100 |
125 |
160 |
200 |
250 |
315 |
400 |
500 |
630 |
1. pp - pom. 1 |
RT20 (ms) |
7230,1 |
9778,4 |
11093,9 |
13040,7 |
11933,1 |
11299,7 |
9703,6 |
9616,25 |
8799,64 |
1. pp - pom. 2 |
RT20 (ms) |
7240,53 |
9799,98 |
11157,2 |
13088,7 |
11962,2 |
11248,6 |
9714,58 |
9608,97 |
8845,32 |
2. pp |
RT20 (ms) |
10071,2 |
10725,1 |
11443,4 |
12106,7 |
10837,3 |
11265,7 |
10034,3 |
9324,21 |
8778,83 |
3. pp |
RT20 (ms) |
9267,31 |
10884,5 |
12577,7 |
13032,5 |
11325 |
10478,1 |
9034,81 |
8590,6 |
8276,08 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Komora z próbką |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. pp |
RT20 (ms) |
6830,91 |
5925,98 |
7084,3 |
5899,79 |
5053,65 |
4501,48 |
3790,97 |
3678,06 |
3274,66 |
2. pp |
RT20 (ms) |
4729,23 |
6335,89 |
7102,15 |
6113,67 |
5610,34 |
4738,52 |
3898,99 |
3810,31 |
3202,83 |
3. pp |
RT20 (ms) |
6908,91 |
6434,55 |
7151,19 |
6887,06 |
6643,1 |
5088,6 |
3515,65 |
3593,43 |
3210,18 |
4. pp |
RT20 (ms) |
6541,73 |
6434,65 |
6734,95 |
5969,17 |
6321,62 |
4801,46 |
3823,34 |
3422,74 |
3558,71 |
5. pp (Svantek) |
RT20 [sec] |
5,61 |
4,08 |
6,57 |
6,81 |
5,88 |
4,53 |
3,54 |
3,66 |
3,57 |
6. pp (Svantek) |
RT20 [sec] |
4,2 |
5,79 |
5,49 |
8,16 |
5,79 |
3,72 |
3,72 |
3,09 |
3,33 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Komora pusta |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1/3 Band (Hz) |
800 |
1000 |
1250 |
1600 |
2000 |
2500 |
3150 |
4000 |
5000 |
1. pp - pom. 1 |
RT20 (ms) |
8415,77 |
7413,4 |
6673,07 |
5297,22 |
4737,48 |
4323,46 |
3276,28 |
2635,02 |
2035,14 |
1. pp - pom. 2 |
RT20 (ms) |
8404,52 |
7420,15 |
6678,07 |
5266,18 |
4712,93 |
4275,71 |
3360,45 |
2639,42 |
2004,47 |
2. pp |
RT20 (ms) |
8401,33 |
7355,56 |
6620,13 |
5170,39 |
4661,06 |
4218,35 |
3290,45 |
2626,9 |
1965,97 |
3. pp |
RT20 (ms) |
8005,08 |
7264,56 |
6633,69 |
5152,02 |
4787,15 |
4205,97 |
3397,92 |
2572,77 |
1976,24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Komora z próbką |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. pp |
RT20 (ms) |
3081,76 |
2820,86 |
2621,23 |
2465,6 |
2249,1 |
2095,6 |
1894,44 |
1649,67 |
1279,99 |
2. pp |
RT20 (ms) |
3066,28 |
2869,35 |
2658,39 |
2296,95 |
2515,25 |
2095,06 |
2060,17 |
10514,3 |
1301,16 |
3. pp |
RT20 (ms) |
3098,27 |
2893,7 |
2627,84 |
2405,64 |
2256,95 |
2056,17 |
1909,49 |
1919,54 |
1290,97 |
4. pp |
RT20 (ms) |
3150,22 |
2872,32 |
2553,22 |
2308,58 |
2164,24 |
2197,62 |
2426,57 |
2000,34 |
1279,91 |
5. pp (Svantek) |
RT20 [sec] |
3 |
2,79 |
2,64 |
2,43 |
2,22 |
2,04 |
1,86 |
1,68 |
1,38 |
6. pp (Svantek) |
RT20 [sec] |
3,48 |
2,7 |
2,49 |
2,07 |
2,19 |
1,98 |
1,86 |
1,56 |
1,29 |
4.4. Tabela obliczeń:
f [Hz] |
100 |
125 |
160 |
200 |
250 |
315 |
400 |
500 |
630 |
α [dB/m] |
0,000252064 |
0,000382383 |
0,000595877 |
0,000870113 |
0,001234652 |
0,001708402 |
0,002283164 |
0,002870456 |
0,003509385 |
m [1/m] |
5,80398E-05 |
8,8047E-05 |
0,000137206 |
0,000200351 |
0,000284289 |
0,000393374 |
0,000525718 |
0,000660947 |
0,000808066 |
T20,1 [s] |
8,8579 |
10,4662 |
11,7155 |
12,7346 |
11,3699 |
11,0059 |
9,5927 |
9,1758 |
8,6257 |
T20,2 [s] |
5,8034 |
5,8335 |
6,6887 |
6,6399 |
5,8831 |
4,5633 |
3,7148 |
3,5424 |
3,3577 |
A1 [m2] |
1,1 |
0,9 |
0,8 |
0,6 |
0,7 |
0,6 |
0,7 |
0,6 |
0,6 |
A2 [m2] |
1,7 |
1,7 |
1,4 |
1,3 |
1,5 |
1,9 |
2,3 |
2,3 |
2,4 |
AT [m2] |
0,6 |
0,8 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
1,3 |
1,6 |
1,7 |
1,8 |
αS |
0,07 |
0,09 |
0,08 |
0,09 |
0,1 |
0,16 |
0,2 |
0,21 |
0,22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f [Hz] |
800 |
1000 |
1250 |
1600 |
2000 |
2500 |
3150 |
4000 |
5000 |
α [dB/m] |
0,004213626 |
0,004967371 |
0,005919506 |
0,0074071 |
0,009426291 |
0,012496102 |
0,017437629 |
0,025542532 |
0,037447448 |
m [1/m] |
0,000970223 |
0,001143779 |
0,001363017 |
0,001705548 |
0,002170484 |
0,002877334 |
0,004015162 |
0,005881385 |
0,008622593 |
T20,1 [s] |
8,2721 |
7,3456 |
6,6431 |
5,2013 |
4,7244 |
4,2413 |
3,3355 |
2,6122 |
1,9873 |
T20,2 [s] |
3,146 |
2,8243 |
2,5984 |
2,3294 |
2,2659 |
2,0774 |
2,0017 |
3,2206 |
1,3036 |
A1 [m2] |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,6 |
0,5 |
0,2 |
0,1 |
-0,6 |
-1,425 |
A2 [m2] |
2,5 |
2,7 |
2,8 |
3 |
2,8 |
2,7 |
2 |
-1,3 |
1,2 |
AT [m2] |
2 |
2,2 |
2,3 |
2,4 |
2,3 |
2,5 |
1,9 |
|
|
αS |
0,24 |
0,26 |
0,28 |
0,29 |
0,28 |
0,3 |
0,24 |
|
|
W przypadku pasm o częstotliwościach środkowych 3150 i 4000 Hz wystąpiły ujemne wartości chłonności akustycznej (te częstotliwości nie zostały uwzględnione w dalszych obliczeniach). Mogło to wyniknąć z przesterowania podawanych sygnałów. W przypadku obliczania chłonności akustycznej dla poszczególnych zmierzonych czasów pogłosu ich wartości również były ujemne.
W wyniku doświadczeń nie było możliwe wyznaczenie współczynnika pochłaniania dźwięku w pełnym paśmie wymaganym przez normę, jak wspomniano wyżej.
Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że współczynnik pochłaniania dźwięku rośnie wraz ze wzrostem częstotliwości, osiągając najwyższe wartości w pasmach 1250-2500 Hz.
W przypadku pomiaru miernikiem SVAN 945A wystąpiły różnice w wynikach czasu pogłosu w porównaniu z programem Sample Champion, rzędu nawet dwóch sekund.
Te znaczne różnice wystąpiły w niskich częstotliwościach, co mogło być spowodowane faktem, że filtry o niskich częstotliwościach są `węższe', występują tam fluktuacje gęstości widmowej i słabo uśredniają się.
W trakcie ćwiczenia wykonano znacznie mniej pomiarów, niż jest to wymagane w normie, co również wpłynęło na dokładność uzyskanych wyników.
Na podstawie wyznaczonych względnych odchyleń standardowych można stwierdzić, że mniejsze rozrzuty wyników wystąpiły w wysokich częstotliwościach.
Wyszukiwarka