REABILITAREA ACUSTICĂ

CURS MASTER ANUL II

ANUL UNIVERSITAR 2014 - 2015

BIBLIOGRAFIE

• ANDREICA, H.-A., MUNTEANU, C., MUREŞANU, I., MOGA, L., TĂMAŞ-GAVREA R., Construcţii civile, Editura U.T. PRESS, Cluj-Napoca, 2009.

• ANDREICA, H.-A., Construcţii, Editura U.T. PRESS, Cluj-Napoca, 2002.• STAS 6156-1986 - Protecţia împotriva zgomotului în construcţii civile şi social-

culturale. Limite admisibile şi parametrii de izolare acustică.• STAS 9783/0, 1, 2, 3, 4 - Parametrii pentru proiectarea şi verificarea acustică a

sălilor de audiţie publică.• C 125-2013 - Normativ privind proiectarea şi executarea măsurilor de izolare

fonică şi a tratamentelor acustice în clădiri.• P 121-1989 - Instrucţiuni tehnice pentru proiectarea şi executarea măsurilor de

protecţie acustică şi antivibratilă la clădiri industriale.• P 122-1983 - Instrucţiuni tehnice pentru proiectarea măsurilor de izolare fonică la

clădiri civile, social-culturale şi tehnico-administrative.• P 123-1983 - Instrucţiuni tehnice privind proiectarea şi executarea sălilor de audiţie

publică din punct de vedere acustic.Având în vedere complexitatea fenomenelor acustice, se recomandă ca proiectarea acustică să fie efectuată de preferinţă de către specialişti în domeniu.

• Normativ privind protecţia la zgomot – Prevederi generale. • SR EN ISO 717-1: 2000 - Acustică. Evaluarea izolării acustice a clădirilor şi a

elementelor de construcţii. Partea 1: Izolarea la zgomot aerian. • SR EN ISO 717-2: 2001 - Acustică. Evaluarea izolării acustice a clădirilor şi a

elementelor de construcţii. Partea 2: Izolarea la zgomot de impact.

OBIECTUL ŞI SCOPUL PROIECTĂRII ACUSTICE A CLĂDIRILOR

Acustica are ca obiect studiul legilor care guvernează propagarea sunetelor şi zgomotelor în clădiri şi în teritoriul construit.

Domeniile care fac obiectul proiectării acustice sunt:- proiectarea măsurilor de combatere a zgomotelor şi

vibraţiilor în clădiri şi în teritoriul construit;- proiectarea sălilor de audiţie publică.

Scopul proiectării acustice constă în:- limitarea zgomotelor şi vibraţiilor la valorile limită

impuse de cerinţele de confort acustic, în unităţile funcţionale din clădiri şi în teritoriul construit.

- asigurarea unei calităţi corespunzătoare a sunetului în sălile de audiţie publică;

SUNETUL CA FENOMEN FIZIC

Ca fenomen fizic sunetul este rezultatul vibraţiei particulelor materiale.

Undele elastice sunt perturbaţii mecanice care se produc în medii elastice ce constau în deplasarea particulelor mediului respectiv de o parte şi de alta a poziţiei de echilibru, creând astfel stări alternative de compresiune şi dilatare.

Gazele, lichidele şi solidele sunt medii care prezintă proprietăţi de masă şi de elasticitate, deci pot transmite unde elastice. În lichide şi gaze apar numai unde longitudinale, pe când în solide pot sa apară atât unde longitudinale cât şi unde transversale.

Dacă particulele oscilează în direcţia de propagare a mişcării, unda se va numi longitudinală.

Dacă oscilaţia particulelor este perpendiculară pe direcţia de propagare, unda se va numi transversală.

Undele acustice reprezintă o formă particulară a undelor elastice, respectiv sunt undele elastice pe un anumit domeniu (interval) de frecvenţe, numit domeniul audibil, cuprins între 16 şi 16.000 Hz.

Caracteristicile de bază ale undelor sonore sunt următoarele:amplitudinea oscilatiei a, reprezintă deplasarea

maximă faţă de poziţia de repaus a particulei materiale;

perioada de oscilaţie T, reprezintă timpul în care se efectuează o oscilaţie completă;

frecvenţa de oscilaţie υ, reprezintă numărul de oscilaţii în unitatea de timp, în Hz;

lungimea de undă λ, reprezintă drumul parcurs de frontul undei acustice în timpul unei perioade.

Fig.11.1. Caracteristicile undei sonore

Lungimea de undă, frecvenţa şi viteza de propagare a undei acustice pot fi exprimate prin următoarea relaţie:

unde: c – viteza de propagare a undei acustice, în m/s; υ – frecvenţa, în Hz.

Lungimea de undă se mai poate defini ca fiind distanţa între două puncte succesive, în care au loc concomitent comprimări sau dilatări ale mediului elastic prin care se transmite unda acustică.

c

Tc

Viteza undelor acustice c [m/s], este distanţa de propagare a undelor acustice într-un mediu elastic în unitatea de timp. Determinarea vitezei undelor se poate efectua utilizând formula lui Newton:

unde: E – modulul de elasticitate al mediului de propagare, în N/m2; ρ – densitatea mediului, în kg/m3.

În funcţie de mediul prin care are loc transmisia sonora (solid, lichid sau gazos), relaţia va avea forme diferite:

Pt. medii gazoase: ρ0 – densitatea mediului;p0 – presiunea mediului;χ– raportul căldurilor specifice

Pt medii lichide: K – coeficient de compresibilitate;

ρ – densitatea mediului.

Pt. medii solide: E – modulul lui Young;

ρ – densitatea mediului;σ – coeficientul lui Poisson

Ec

0

0L

pc

K

1cL

2L1

1Ec

Conform tabelului următor se observă că sunetul se propagă mult mai repede prin lichide şi solide decât prin aer.

*) În funcţie de esenţe şi de sensul fibrelor

Materialele sau mediile compacte propagă bine sunetele, cu viteze mari. Materialele moi, poroase, absorb sunetele şi le propagă cu viteze mici, motiv pentru care acestea se utilizează ca materiale izolante acustic.

• Sunetul ca fenomen fizic se caracterizează prin:

presiune acustică

energie acustică

intensitatea acustică

nivelul de intensitate sonoră

nivelul de presiune sonoră

SUNETUL CA FENOMEN FIZIOLOGIC

• Urechea omenească are capacitatea de a percepe, sub formă de sunete, undele acustice caracterizate prin anumite frecvenţe şi anumite valori ale presiunii sau intensităţii acustice, care delimitează domeniul de audibilitate.

• Pentru un ascultător otologic normal, domeniul de audibilitate este cuprins între frecvenţele de 16 şi 16.000 Hz (pentru frecvenţe mai mici de 16 Hz avem infrasunete, iar pentru frecvenţe mai mari de 16.000 Hz avem ultrasunete), respectiv între pragul de audibilitate şi pragul senzaţiei dureroase.

SUNETUL CA FENOMEN FIZIOLOGIC

• Urechea omenească are capacitatea de a percepe, sub formă de sunete, undele acustice caracterizate prin anumite frecvenţe şi anumite valori ale presiunii sau intensităţii acustice, care delimitează domeniul de audibilitate.

• Pentru frecvenţa de 1.000 Hz pragul de audibilitate se caracterizează prin presiunea acustică minimă audibilă (pentru a avea loc senzaţia auditivă), care este po = 2·10-4 bari = 2·10-5 N/m2 (pentru comparaţie se menţionează că presiunea atmosferică normală este de 106 μbari = 105 N/m2), respectiv prin intensitatea acustică Io =10-12 W/m2, iar pragul senzaţiei dureroase prin Pmax= 2·102 bari, respectiv prin Io = 1 W/m2.

Din punct de vedere fiziologic sunetele se caracterizează prin:

1) Înălţimea sunetului este caracteristica după care un sunet este perceput de ureche ca fiind grav (jos) sau ascuţit (înalt). Înălţimea creşte aproximativ cu logaritmul frecvenţei, adică intervalul de înălţime între două sunete cu frecvenţele f1 şi f2 (f2 > f1) depinde de raportul f2/f1 (nu de diferenţa f2 - f1).

Experimental s-a arătat ca înălţimea nu este funcţie numai de frecvenţă, ci şi de nivelul presiunii sonore, deoarece sensibilitatea organului auditiv la variaţia înălţimii sunetului descreşte odată cu scăderea nivelului de intensitate sonoră.

2) Tăria sunetului este o însuşire a senzaţiei auditive, conform căreia sunetele sunt percepute ca fiind slabe sau puternice. Aceasta depinde de intensitatea (sau presiunea) acustică şi de frecvenţă.

• Pentru a aprecia sunetele după tărie se defineşte nivelul de intensitate acustică (L) şi nivelul de presiune acustică (Lp), care se măsoară în dB (decibeli):

• Practic L = Lp (diferenţa fiind de cca 0,2 dB).

• În relaţiile de mai sus Io şi po corespund pragului de audibilitate.

• Pentru I = Imax sau p = pmax rezultă L = 120 dB, corespunzător pragului de durere.

• Tăria sunetului fiziologic depinde şi de frecvenţă. Urechea omului este mai puţin impresionată de sunete joase, domeniul de frecvenţe cu cea mai mare sensibilitate fiind cuprins între 2.000 şi 5.000 Hz.

• În felul acesta, în funcţie de frecvenţă, se pot reprezenta curbele de egal nivel de tărie.

[dB] I

I lg 10 = L

o

[dB] p

p lg 20 =

p

p lg 10 = L

oo

2

2

p

• Dacă se consideră punctele A, B şi C (din figura 4.20) pentru frecvenţele de 50, 100 şi 1.000 Hz, se constată că pentru toate avem L = 20 dB, însă punctul A este în domeniul infrasunetelor, punctul B pe pragul de audibilitate şi numai în punctul C avem, într-adevăr, L = 20 dB.

• Având în vedere acest aspect, pentru nivelul de tărie se foloseşte şi fonul ca unitate de măsură (ca mărime 1 fon = 1 dB).

• În felul acesta curbele de egal nivel de tărie se raportează la pragul de audibilitate, fiind independente de frecvenţă.

Unitatea de măsură pentru tăria sunetului este sonul, care reprezintă un sunet având frecvenţa de 1.000 Hz şi un nivel de tărie de 40 foni. Exprimată în soni, tăria este numărul care arată de câte ori un sunet este apreciat de un ascultător otologic normal ca fiind mai intens decât un sunet pur la 1.000 Hz şi 40 foni.

Legătura dintre nivelele de tărie exprimate în soni (N) şi foni (Λ) este dată de relaţiile:

3) timbrul sunetului reprezintă calitatea sunetelor complexe de intensităţi sensibil egale de a putea fi diferenţiate subiectiv în funcţie de compozitia lor spectrală. Dacă armonica fundamentală este însoţită de armonice ridicate, sunetul este ascuţit sau chiar strident, iar dacă dimpotrivă, nu are decât puţine armonice şi în proporţie convenabilă, timbrul este moale.

[soni] 2 = N 10

40 -

[foni] N lg 33 + 40 =

FENOMENE CARACTERISTICE PROPAGĂRII UNDELOR

Reflexia si refracţia undelor acustice

Dacă în calea undelor acustice nu există un obstacol cu caracteristici diferite faţă de mediul de propagare, acestea se propagă neperturbate, sub formă de unde progresive.

În situaţia în care o undă sonoră întâlneşte pe direcţia sa un obstacol se produc modificări ale direcţiei de propagare şi a caracteristicilor sale energetice, o parte din energia incidentă reflectându-se după legi similare undelor luminoase, altă parte propagându-se pe direcţia razei refractate, transformându-se parţial în căldură.

Energia netransformată în căldură ajunge pe faţa opusă a obstacolului sub formă de energie sonoră transmisă.

Fig. 1. Reflexia, absorbţia, transmisia sunetelor prin elementele de construcţie.

Pentru a putea preciza cantitativ gradul de reflexie si gradul de transmisie a undelor sonore, care trec dintr-un mediu în altul se utilizează coeficienţii:

coeficientul de reflexie sonoră αr al unei suprafeţe

Ir - intensitatea sonoră reflectată

Ii - intensitatea sonoră incidentă

coeficientul de transmisie sonoră αtr al unui element

Itr - intensitatea sonoră transmisă prin element

Ii - intensitatea sonoră incidentă

coeficientul de absorbţie sonoră αa al unui element

Ia - intensitatea sonoră absorbită de element

Ii - intensitatea incidentă

i

rr I

I

i

trtr I

I

i

aa I

I

• Difracţia undelor acustice

• Abaterea unei unde progresive de la propagarea rectilinie produsă de prezenţa unor obstacole de masă diferită decât a mediului de propagare, se numeşte difracţie acustică.

Fig. 2. Difracţia undelor acustice: a – cu lungime de undă mică; b – cu lungime de undă mare

• Dacă lungimea de undă este mare în raport cu dimensiunile obstacolului,(ex: f = 100Hz, λ = 3,4m) undele acustice ocolesc obstacolul, astfel încât nuexistă practic „zonă de umbră” acustică.

Astfel, atenuarea acustică prin obstacole se înregistrează în special pentru frecvenţe ridicate, iar în cazul frecvenţelor joase numai la obstacole de

dimensiuni mari.

• Ecoul şi reverberaţia acustică

• Fenomenul de ecou reprezintă perceperea de două ori, în mod distinct, a unui sunet provenind de la aceeaşi sursă.

• Durata de reverberaţie T reprezintă timpul necesar, în secunde, pentru ca intensitatea sunetului să scadă până la a milioana parte din valoarea pe care a avut-o în regim staţionar de emisie, sau cand nivelul de intensitate sonoră scade cu 60dB, din momentul încetării emisiei sursei.

• Determinarea duratei de reverberaţie:

• relaţia lui Sabine:

V – volumul încăperii, în m3;A – absorbţia acustică, în m2 a suprafeţelor

interioare Si ale încăperii.

• relaţia lui Eyring:

α - reprezintă coeficientul de absorbţie mediu.

• relaţia lui Millington:

A

VT

161,0

1ln

161,0

S

VT

iiS

VT

1ln

161,0

Fenomenul de reverberaţie este favorabil audiţiei când contribuie la

sonorizarea cuvântului şi muzicii şi este defavorabil când prin durata prea

mare de reverberaţie se produce mascarea sunetelor.

Fig. 3. Reverberaţia şi efectul de mascare: a – mascarea parţială a sunetului datorită reverberaţiei; b – creşterea excesivă a reverberaţiei.

DETERMINAREA CARACTERISTICILOR DE IZOLARE ACUSTICĂ

Zgomotele şi sunetele se produc atât în exteriorul clădirilor cât şi în interiorul acestora. Ele se propagă pe două căi:

sub formă de energie sonoră transmisă prin conducţie aeriană (zgomote aeriene - zgomote care se propagă prin aer, acţionând asupra elementelor de construcţie care delimitează încăperea sau pătrund prin orificii).

sub formă de energie sonoră transmisă prin conducţie solidă (zgomote de impact - zgomotele ce rezultă prin impactul (ciocnirea) unor obiecte cu elementele de construcţie).

ECHIVALENŢA CU INDICII UTILZAŢI ANTERIOR

• Se dau în continuare echivalenţele între indicii folosiţi în reglementările tehnice anterioare (în special STAS 6156-86) şi indicii definiţi în Normativul C125-2013 de proiectare acustică.

I.1. Izolare la zgomot aerian

I.2. Izolare la zgomot de impact

NORMATIV PRIVIND ACUSTICA ÎN CONSTRUCŢII ŞI ZONE URBANEINDICATIV C125-2013

• NIVEL DE ZGOMOT – În contextul prezentului normativ reprezintă denumirea prescurtată pentru „NIVEL DE PRESIUNE ACUSTICĂ”, Lp, exprimat în dB, dB(A) sau numărul curbei Cz.

• dB este o unitate de măsură pentru valoarea fizică. Pentru definirea unui zgomot se utilizează spectrul său; valorile – în benzi de frecvenţă de 1/1 sau 1/3 octavă – se dau în dB.

• dB(A) este o unitate de măsură a nivelului de zgomot fiziologic, ponderat pe curba de ponderare A, care ţine seama de modul de percepere al urechii umane. În dB(A) se dă o singură valoare globală.

• Numărul curbei Cz este valoarea în dB la 1000 Hz a curbei nivelului de presiune acustică ce nu poate fi depăşită în nici un punct al spectrului (vezi Anexa II).

• In cazul exprimării nivelului de zgomot în dB(A), măsurarea se face cu ajutorul unui sistem electroacustic care ponderează componentele pe frecvenţe ale zgomotului, similar cu răspunsul urechii umane. Curba de ponderare A iniţial stabilită pentru niveluri de zgomot sub 55 dB, este general acceptată astăzi pentru măsurări în contextul protecţiei împotriva zgomotului.

LIMITE ADMISIBILE ALE NIVELURILOR DE ZGOMOT ÎN CLĂDIRI

• Limitele admisibile ale nivelurilor de zgomot în clădiri, indicate în tabelul 3.2.1 din Normativul C 125-2013 sunt stabilite considerându-se climatul corespunzător specific utilizării şi activităţilor ce se desfăşoară în unităţile funcţionale respective.