Problem niskich częstotliwości

Projekt akustyczny dla pomieszczeń generujących znaczne ilości niskich częstotliwości jest wyzwaniem zarówno dla inżynierów akustyków jak i dla firm produkujących materiały izolujące akustycznie. Trzeba zauważyć, że kontrola niskich częstotliwości jest zawsze jedną z najtrudniejszych części projektu akustycznego. Dodatkowo w wyborze standardowych rozwiązań nie pomoże nam najczęściej podawany wskaźnik izolacyjności Rw, gdyż jego pomiar zaczyna się od częstotliwości 100Hz. W rzeczywistych warunkach, w większości pomieszczeń występują częstotliwości poniżej tej granicy. Plusem rozwiązań skupiających się na niskich częstotliwościach jest ich wysoka skuteczność w izolacji częstotliwości wysokich, które charakteryzują się znacznie mniejszą energią.

Jedną z najskuteczniejszych metod izolacji akustycznej jest rozdzielenie warstw konstrukcji. Tak rozdzielone warstwy zachowują się jak sprężyna i posiadają swoją częstotliwość rezonansową, określoną przez układ Masa - Powietrze - Masa. Dla dalszych rozważań przyjmiemy, że nasza konstrukcja (ściana) posiada częstotliwość rezonansową 70Hz.

Dla przyjętych 70Hz nie będzie możliwe zatrzymanie znacznej ilości dźwięku, ponieważ rezonans ułatwia jego przenikanie. Zastosowana izolacja akustyczna zacznie być skuteczna dopiero dla częstotliwości od około 100Hz. Poniżej tej częstotliwości, izolacyjność akustyczna jest coraz gorsza i osiąga swoją najniższą wartość dla częstotliwości rezonansowej. Na podstawie obliczeń matematycznych i badań, przyjmuje się, że spadek izolacyjności akustycznej spowodowany częstotliwością rezonansową występuje w przedziale od częstotliwości rezonansowej do 1.5x jej wartość.

Porównajmy dwa przypadki, w których w jednym przesuniemy częstotliwość rezonansową niżej:
Przypadek #1 - częstotliwość rezonansowa 70Hz, izolacyjność akustyczna pogorszona w zakresie od 70Hz do 105Hz. (70 x 1.5= 105).
Przypadek #2 - częstotliwość rezonansowa 40Hz, izolacyjność akustyczna pogorszona w zakresie od 40Hz do 60Hz. (40 x 1.5= 60).
Łatwo zauważyć, że przypadek #2 jest zdecydowanie bardziej korzystny.

Dlatego też, wysiłki inżynierów akustyków są w znacznej mierze skierowane na zmniejszanie częstotliwości rezonansowych dla niskich częstotliwości. Pamiętając, że nasz system odseparowanych warstw zachowuje się jak sprężyna, jakie rozwiązania możemy zastosować?

• Możemy zwiększyć absorpcję akustyczną poprzez zwiększenie izolacji (standardowa wełna mineralna). To rozwiązanie zmniejszy częstotliwość rezonansową tylko trochę.
• Możemy zwiększyć masę całego systemu. To rozwiązanie zwiększy masę drgającą, spowolni oscylacje czyli obniży częstotliwość rezonansową. Jest to zdecydowanie lepsza opcja niż zwiększenie izolacji.
• Możemy zwiększyć odstęp pomiędzy ściankami systemu. Podobnie jak w przypadku zwiększenia ilości izolacji (więcej powietrza pomiędzy ściankami) to rozwiązanie też nie jest tak skuteczne jak zwiększenie masy.

Wnioski:

• Zwiększenie masy układu (ścian, sufitu, podłogi) obniża częstotliwość rezonansową.
• Niższa częstotliwość rezonansowa oznacza mniejsze pasmo częstotliwości, w którym spada skuteczność izolacji akustycznej.