Acustica in constructii

Acustica cladirilor se ocupa cu studiul problemelor legate de propagarea si receptionarea energiei acustice în unitatilefunctionale din cladiri si în teritoriul construit, în scopul asigurarii confortului acustic.

Problemele de acustica se refera la:‐ Izolarea fonica a cladirilor, urmarind diminuarea nivelului de tarie al zgomotelor sau al sunetelor suparatoare; în acest caz sunetul este studiat ca factor nociv în cladiri; se studiaza masuri de combatere, protectie sau izolare necesare, conform cerintelor de confort;‐Tratarea fonoabsorbanta a salilor de auditie, unde obiectivul principal este punerea în valoare a sunetelor si difuzarea , p p plor pentru o auditie de calitate.

O problema de acustica presupune cunoasterea urmatoarelor elemente fundamentale si a relatiilor dintre ele:∙ Sursa de putere acustica; reprezinta orice sistem fizic care, aflându‐se în stare de oscilatie, este capabil sa radieze p ; p , , penergie acustica în mediul înconjurator. Se deosebesc:

‐ Surse construite special pentru a raspândi sunetul în spatiu (instrumente muzicale, difuzoare, sirene etc.);‐ Surse la care radierea energiei acustice apare ca un fenomen secundar în timpul functionarii (motoare, 

esapamente etc.).p )∙ Mediul de propagare; poate fi omogen sau neomogen, limitat sau nelimitat. Vibratiile sursei produc comprimari si dilatari succesive ale particulelor mediului cu care sunt în contact direct. Particulele puse astfel în miscare antreneazaparticulele învecinate si asa mai departe, fenomenul se repeta, în continuare formându‐se unde elastice, care iau alternativ forma unor compresiuni sau dilatari succesive ale mediului. Particulele mediului nu se deplaseaza odata cu p punda elastica. Ele efectueaza numai o miscare oscilatorie, de o parte si de alta a pozitiei lor de echilibru, facând operatiade transmitere a undei elastice prin mediul respectiv.Gazele, lichidele si solidele sunt medii care prezinta proprietati de unda si de elasticitate, deci pot transmite unde elastice.În cadrul problemelor de acustica a cladirilor intereseaza în mod special anumite situatii particulare:

‐ Propagarea în mediul aerian semi‐infinit (cazul propagarii în exteriorul cladirii);‐ Propagarea în mediul aerian limitat (cazul propagarii în interiorul unor unitati functionale din cladiri).

În ambele situatii în mediul aerian se pot gasi obstacole care sa influenteze comportarea undelor acustice.p g p

∙ Receptorul de semnal (organ auditiv uman sau animal)

CARACTERIZAREA FIZICĂ A SUNETELORViteza de propagare (c) reprezinta spatiul pe care s‐a propagat miscarea oscilatorie originara, în unitatea de timp. Viteza de propagare depinde de caracteristicile inertiale si elastice ale mediului, de temperatura si umiditatea acestuia. În aer, la temperatura de 20°C si umiditatea relativa de 65%, viteza de propagare a undelor longitudinale este de , p , p p g gaproximativ 340 m/s.În tabelul de mai jos sunt prezentate valorile vitezei sunetului în diverse medii. Viteza de propagare a sunetului este mai mare în lichide decât în gaze si mai mare în solide decât în lichide si gaze.

Produsul "ρ*c" poarta numele de impedanta acustica a mediului prin care are loc propagarea. Cu cât "ρ*c" este mai mare, cu atât mediul prezinta conditii mai favorabile de propagare a sunetului.Lungimea de unda (λ) este distanta pe care se propaga unda în intervalul de o perioada.λ=c*T

Acustica este stiinta sunetului, consideratã ca fiind acea parte a fizicii care se ocupã cu studiul fenomenelor privindproducerea, propagarea, receptia sunetelor precum si efectele acestora. În folosirea curentã, termenul “sunet “ se referã nu numai la fenomenul din aer responsabil pentru senzatia de auzire dar si la om sau animal. Sunt considerate ca “sunet” si perturbatiile cu frecvente joase (infrasunetele) sau cu frecvente înalte (ultrasunetele) care sunt receptionatep j ( ) ( ) pde un organ auditiv uman sau animal; se poate vorbi de sunet subacvatic, sunet în solide sau sunet în structuri.Calitãtile sunetuluiCalitãtile sunetului desemneazã tipurile de efecte subiective corespunzãtoare caracteristicilor cantitative ale undeiincidente.Sunetul prezintã urmãtoarele calitãti:∙  înãltimea corespunzãtoare frecventei;∙  tãria corespunzãtoare intensitãtii;∙  timbrul corespunzãtor continutului în armonici al unui sunet compus (Timbrul prezintã definitii diferite dar toate se p p ( preferã la continutul spectral al sunetului compus.)

Cele 4 caracteristici de baza ale sunetului sunt: frecventa, amplitudinea, lungimea de unda si viteza de propagare.Sunetul nu se propaga in vid, lumina este singura care se poate propaga in vid. Toate mediile (gazoase,solide,lichide) p p g , g p p p g (g , , )permit propagarea sunetului. Cu cat ne aflam mai departe de sursa sonora sunetul pe care il auzim este tot mai slab, el fiind atenuat in timpul propagarii .

∙  înãltimea corespunzãtoare frecventeireprezintã calitatea senzatiei auditivedeterminatã de frecventã. Datoritã acesteicalitãti douã sau mai multe sunete de aceeasi tãrie pot fi diferentiate printr‐o scalã subiectivã astfel încât poate apare organuluiauditiv mai înalt (acut)sau mai profund(grav), adicã de la sunete înalte la sunete(g ),joase; însã, corespunzãtor unei scale obiective a frecventelor, rezultã frecventeînalte (mari) si respectiv frecvente joase(mici). În acest caz, douã sunete sunt( ) ,considerate ca având înãltimi egale dacã au aceeasi frecventã.

Datoritã dependentei de frecventã a înãltimii s‐au pututdefini cele trei tipuri de sunete:defini cele trei tipuri de sunete:infrasunete (1Hz ‐16Hz); ‐ sunete (16Hz ‐ 16KHz) siultrasunete (16KHz ‐ 200MHz); ‐ hipersunete (> 200 MHz)Astfel producerea unui sunet mai înalt duce la o cât maimare frecventã a procesului ondulatoriumare frecventã a procesului ondulatoriu.Un corp solid (material) posedã o serie de frecvente propriide oscilatie dintre care una o putem considera ca fundamentalã, care determinã înãltimea sunetului si corespunde unui ton purcorespunde unui ton pur.Inãltimea sunetului reflectã sensibilitatea organului auditivuman la variatii ale frecventei; la tonuri pure apare o diferentã de 0,2% în intervalul de frecventã 400Hz ¸ 4000Hz care se manifestã sub forma unei modificãri a înãltimiicare se manifestã sub forma unei modificãri a înãltimii.Dupã scara înãltimilor aceastã frecventã dintre înãltimile a douã tonuri cu frecvente diferite poartã denumirea de interval iar în muzicã de interval muzical.

a) Sunetul pur (ton) caracterizat de o singurã frecventã si amplitudine, care corespundeoscilatiei celui mai simplu corp material (sursã). In naturã, sunetele pure se pot ( ) , p pobtine foarte rar ; cel mai des pot fi obtinuteîn laborator cu ajutorul generatoarelor de ton si utilizate în mãsurãtori acustice si audiometrie;;b) sunetul muzical ‐ este produs de oscilatiaperiodicã a unui corp oarecare . Acest suneteste compus dintr‐un sunet pur , fundamental urmat de un numãr oarecarede armonici care reprezintã un multiplu al sunetului fundamental . Deci, sunetulmuzical este un sunet complex format dintr‐o fundamentalã si mai multe armoniciobtinute de la un corp material de o anumitã formã geometricã (instrumente muzicale). Datoritã timbrului se poate distinge o notã muzicalã produsã de un instrument muzical, p ,de aceeasi notã produsã de alt instrument (vioarã si flaut ).c) zgomotul ‐ este un sunet prin excelentã complex ,alcãtuit din componente foartep , p fnumeroase dar haotic distribuite pe bandafrecventelor. Oscilograma unui zgomot nu prezintã periodicitate iar componentele sale sunt nearmonice. Ca efect fiziologic , gzgomotul produce o senzatie auditivã neplãcutã.

∙  tãria corespunzãtoare intensitãtii: Se defineste intensitatea sunetului într‐un punct al câmpului sonor ca fiindcantitatea de energie sonorã care strãbate în unitatea de timp unitatea de suprafatã planã situatã în acel punct siorientatã perpendicular pe directia de propagare a sunetului. Intensitatea sunetului se masoara in unitati numitedecibel (dB), denumirea provine de la numele inventatorului telefonului A.G.Bell( ), p∙  timbrul corespunzãtor continutului în armonici al unui sunet compus. Timbrul prezintã definitii diferite dar toate se referã la continutul spectral al sunetului compus.

Nivelul de presiune a sunetuluiNivelul de presiune al sunetului arata cat de tare este acesta intr‐un anumit mediu. Atat varfurile cat si mediile inalte ale presiunii sunetului pot produce in timp afectiuni serioase. UE a definit nivelul maxim de expunere la 85dB si in uneletari, evenimentele publice la 96dB.  Poate atinge valori ridicate in gradinite. Depinde de capacitatea sursei, de forma , p g g p p ,spatiului si de calitatea de absorbire a suprafetelor.

Reverberatia: Cand un sunet ajunge in spatiu undele sonore vor continua sa reflecte catre pereti, pardoseala si tavan. Prelungireasunetului reflectat se numeste reverberatie.Timpul de reverberatie reprezinta numarul de secunde necesar pentru ca sunetul sa scada de 1 milion de ori (saup p p (60dB). Depinde de volumul spatiului, de calitatile finisajelor din acel spatiu. 

Alte caracteristici fizice ale sunetului: primele reflexii si reverberatia

Reverberatia

Refractia sunetului: in timpul zilei, aerul de langa pamant este maicald, undele sonore sunt reflectatecatre cer; noaptea, aerul de langa; p , gsol este mai rece, undele sonoresunt refractate catre suprafatapamantului.  

Acustica fiziologicã:Producerea si propagarea undelor elastice provenite de la o sursã împreunã cu receptionarea acestora sub formã de sunete reprezintã un proces continuu, legat, indisolubil. Toate aceste informatii receptionate sunt preluate în timp real de cãtre creierul uman care creeazã si senzatia de sunet. Astfel, pentru ca o undã elasticã (mãrime obiectivã) sã fie , p ( )transformatã în senzatia de sunet (mãrime subiectivã) trebuie îndeplinite conditii de frecventã si de sensibilitate.Urechea este un organ specializat care analizeazã excitatiile , le sorteazã si le clasificã dupã frecventã, dând senzatia de înãltime, dupã intensitate, dând senzatia de tãrie si dupã compozitia spectralã dând senzatia de timbru. De aceea, urechea umanã este si un spectroscop sau analizor selectiv senzorial deoarece printr‐un proces de analizã si sintezã a p p p pstimulilor externi (undele elastice) creeazã senzatia de sunet.Simplu, urechea este un organ auditiv intermediar care transformã undele elastice în senzatia de sunet.

Limitele de audibilitateUrechea umanã poate percepe sunetele dacã undele elastice se încadreazã între anumite limite de frecventã , intensitate si duratã .Limitele de frecventã. Organul auditiv uman are ca interval de audibilitate 16Hz (20Hz) ‐16KHz (20KHz) deoarecef g ( ) ( )depinde în mare mãsurã de individ; cu vârsta limita superioarã începe sã scadã.Limitele de intensitate. Acestea depind în principal de frecventã dar si de individ. Pentru o anumitã frecventã existã o limitã inferioarã de intensitate sonorã , dar si o limitã superioarã când sunetele produc o senzatie dureroasã si dãunãtoare. Sensibilitatea cea mai mare a urechii umane este pentru sunete normale (sunete de frecventã 1000Hz), p ( ),deoarece diferenta dintre limitele superioarã si inferioarã este maximã.Pragul de audibilitate este valoarea minimã a presiunii acustice sau a intensitãtii sonore pe care urechea umanã o maireceptioneazã sub formã de sunet. În functie de frecventã , pragul de audibilitate are valoarea minimã (sensibilitatemaximã) în intervalul 1000Hz ‐ 3000Hz, care este practic o valoare constantã. Mãsurãtori recente au arãtat cã) , psensibilitatea urechii umane este maximã în jurul frecventei de 2500Hz iar la frecvente învecinate pragul de audibilitate creste considerabil.