2-19-1 کلیات

واژه آکوستیک از ریشه یونانی به معنای شنیدن گرفته شده و آکوستیکز یعنی دانش اصوات، در باره ایجاد، پخش، انتقال، کنترل و آثار صوت بحث می‌کند. مصالح آکوستیکی، مصالحی هستند که به منظور مقابله با سر و صدای مزاحم در ساختمان به کار می‌روند.

زندگی امروزی مملو از سر و صدا است، رادیو، پخش صوت، تلویزیون، ماشینهای لباسشویی و ظرفشویی، جارو برقی، تجهیزات و تأسیسات گرمایشی و سرمایشی ساختمان گرچه زندگی را آسان‌تر ساخته‌اند ولی در عوض، سر و صداهای مزاحم ایجاد می‌کنند. سر و صدای خارج از ساختمان نیز روز به روز در حال افزایش است. ساختمان بزرگ‌راهها و تند‌راهها در حال گسترش است و شهرها را در بر می‌گیرد، هواپیماهای جت نیز بزرگ‌تر و پر سر و صداتر ساخته می‌شوند.

مصالح ساختمانی جدید و روشهای نوین ساخت و ساز می‌توانند به حل مشکل کمک نمایند. اندودهای صاف (لیسه‌ای) تا (98%) از اصواتی را که با آنها برخورد می‌کنند، منعکس می‌سازند، تیغه‌های جدا کننده پلاستیکی و گچی نازک، سبب انتقال سر و صدا از اطاقی به اطاق دیگر می‌شوند. از آنجا که آپارتمان‌نشینی در حال گسترش است، کنترل جابه‌جایی سر و صدا بین واحدهای زیست مجاور مسئله‌ای است که روز به روز بغرنج‌تر می‌شود. در انتخاب مصالح به منظور کنترل سر و صدا، طراح ساختمان دو جنبه مختلف صوت را باید در نظر بگیرد: جذب صوت و انتقال آن. مصالحی که جاذب سر و صدا هستند ممکن است به آسانی صوت را از محلی به محل دیگر عبور دهند و مصالحی که در برابر عبور صوت از میان دیوارها و سقفها پایداری می‌کنند، می‌توانند مسائلی مانند انعکاس یا طنین صوت در فضای بسته را به وجود آورند. شکل 2-19-1 نحوه میرایی صدا توسط دو نوع مصالح جاذب صوت را نشان می‌دهد.

2-19-2 طبیعت صوت

صوت از ارتعاش به وجود می‌آید و در هوا یا هر محیطی که کم و بیش ارتجاعی باشد، انتشار می‌یابد. یک جسم لرزان بخشی از انرژی خود را به شکل امواج صوتی به محیط پیرامون خود منتقل می‌کند. انرژی صوتی به صورت تغییر در فشار هوا به شکل مثبت یا منفی عمل می‌کند. (شکل 2-19-2 (الف))

امواج صوتی با سرعت حدود 344 متر بر ثانیه در شرایط متعارفی در هوا انتشار می‌یابند، هنگامی که این لرزشها به پرده گوش برخورد می‌کنند، توسط یک دسته از استخوانهای واقع در گوش میانی تقویت شده و به پایانه‌های عصبی اندام حس شنوایی واقع در گوش داخلی منتقل می‌شوند و از آنجا به مغز راه می‌یابند. هر ارتعاشی که موجب نوسان کامل یک ذره شود، یک سیکل نامیده می‌شود، تعداد سیکل در ثانیه را تواتر یا فرکانس نامیده‌اند و واحد آن هرتز می‌باشد.

منحنی یک صدای ساده به صورت سینوسی بوده و به شکل 2-19-2 (الف) نمایش داده می‌شود. زمان نوسان کامل یک ذره یعنی T را زمان تناوب یا پریود نامند و بین این زمان و فرکانس رابطه برقرار است.

هر صدایی مانند صدای انسان، موسیقی و دیگر اصوات، ساده، یعنی تک فرکانس نیست، بلکه ترکیبی از فرکانسهای گوناگون بوده و می‌تواند مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. (شکل 2-19-2 (ب))

احساس شنوایی انسان و یا بلندی ظاهری صوتی که توسط گوش درک می‌شود، به هر دو عامل شدت و فرکانس ارتعاشها بستگی دارد.

2-19-3 فرکانس صوت

دامنه تغییرات فرکانسهای صوتی که به وسیله گوش انسان عادی جوان قابل شنیدن است از 16 تا2000 هرتز است که با افزایش سن به 16000 هرتز کاهش می‌یابد. فرکانس صدای رعد، کم و فرکانس آژیر پلیس، زیاد است. بسیاری از صداهای معمولی دارای دامنه وسیعی از تغییرات فرکانس هستند که در جدول 2-19-3 نشان داده شده است.

برخی مصالح در فرکانسهای زیاد قابلیت جذب صوت مناسب دارند، ولی در فرکانسهای کم، ضعیف هستند، آزار اصوات با زمان تناوب بلند معمولاً از اصوات با زمان تناوب کوتاه، بیشتر و حساسیت انسان به صوت در فرکانسهای میانه (در حدود 1000 هرتز) زیادتر است. کیفیت جذب صوت در فرکانسهای 125، 250، 1000 و 4000 هرتز آزمایش می‌شود.

مقدار جذب صوت توسط یک نوع مصالح یا سیستم ساختمانی بر حسب سابین اندازه‌گیری می‌شود. هر سابین معادل است با جذب صوتی که توسط 0.1 متر مربع از سطوح کاملاً جاذب انجام می‌گیرد. جذب صوت به صورت درصد یا نسبت ارزیابی می‌شود. سطوح سخت توپر غیر متخلخل مانند شیشه، دارای درجه جذب 0.05 سابین هستند، در حالی ‌که مصالح آکوستیکی مناسب، که قادر به جذب در حدود (90%) از انرژی صوتی و بیشتر از آن هستند، درجه جذبشان 0.9 سابین است. سازندگان مواد و مصالح آکوستیکی ممکن است فهرست محصولات خود را با این ضریب معرفی کنند، هرچه این ضریب به یک نزدیک‌تر باشد، توانایی جذب صوت مصالح مربوطه بیشتر خواهد بود.

مصالح ساختمانی معمولاً بر حسب قدرت جذب یا پایداریشان در برابر عبور صوت در یک فرکانس خاص درجه‌بندی می‌شوند. شکل 2-19-3 کاهش شدت صوت در عبور از یک دیوار را نشان می‌دهد.

2-19-4 شدت صوت

گوش انسان قادر به درک دامنه وسیعی از شدت صوت است، شدت یک صدای بلند حدود برابر شدت صدای ضعیفی است که به دشواری قابل شنیدن می‌باشد. هرچند تغییرات شدت احساس شنوایی در گوش، ارتباط مستقیمی با تغییرات شدت واقعی صوت ندارد، اما بر اساس تجربیات علمی ثابت شده است که بین این دو عامل، رابطه لگاریتمی برقرار است، به این ترتیب که اگر شدت واقعی 10، 100 و 1000 برابر شود، احساس بلندی صوت در گوش به نسبت 1، 2 و 3 افزایش می‌یابد. به این دلیل شدت صوت با بلندی ظاهری اندازه‌گیری می‌شود. در دانش آکوستیک فرمول مبنای عمل واقع شده است، در این فرمول dB دسیبل واحد اندازه‌گیری شدت صوت،W شدت صوت مورد نظر و W0 حداقل شدت صوت است که عموماً توسط انسان عادی جوان قابل شنیدن می‌باشد و معادلوات بر سانتیمتر مربع است.

مقیاس دسیبل از مرز یا آستانه شنوایی که صفر است، شروع شده و به مرز احساس درد در گوش که 130 دسیبل است، پایان می‌یابد (جدول 2-19-4). شدت صفر دسیبل مربوط به انرژی صوتی معادل W است.

واحد بلندی صوت فون است، مقدار عددی بلندی هر صوت بر حسب فون، معادل است با شدت مربوط به صدای با فرکانس 1000 هرتز بر حسب دسیبل، مشروط بر اینکه تعدادی شنونده عادی بر سر تساوی بلندی آن دو صدا توافق داشته باشند.

عموماً در یک فضای آرام، تغییر شدتی معادل 3 دسیبل به دشواری قابل درک است. تغییر شدتی برابر 5 دسیبل به وضوح احساس می‌شود و تغییر شدت 10 دسیبل در یک صوت، بلندی آن را دو برابر می‌سازد. این پدیده به این دلیل رخ می‌دهد که تقریباً همیشه یک مقدار حداقل سر و صدا یا صدای زمینه یا همهمه در هر فضایی وجود دارد که صداهای خالص را می‌پوشاند. صدای زمینه ناشی از سر و صدای رادیو، تلویزیون، ترافیک زمینی و هوایی، وسایل تهویه، کولر، موتور یخچال و فریزر، باد و مانند اینها است. ساده‌ترین راه برای فهم ترازهای دسیبل زمینه صوتی، مقایسه آن با صداهای خاص قابل تشخیص است. در جدول 2-19-4 ترازهای تقریبی اصواتی که در زندگی روزمره وجود دارد گنجانده شده است.

2-19-5 چگونگی انتقال صوت

صداهایی که به فضای زندگی و کار می‌رسند، به دو گروه تقسیم می‌شوند:

الف:صداهای هوایی

این صداها در هوا ایجاد شده و از راه بازشوها یا توسط ارتعاش دیوارها و سقفها به فضا وارد می‌شوند.

ب:صداهای کوبه‌ای

صدای کوبه‌ای یا ضربه‌ای در اثر ضربه تولید می‌شوند. این صداها مستقیماً یا از راه لرزاندن مصالح سخت به اطاقها راه می‌یابند.

2-19-6 مصالح آکوستیکی

مصالح آکوستیکی یا جاذب سر و صدا، قادرند امواج صوتی را که با سطح آنها برخورد می‌کنند، به میزانی کمتر از (50%) منعکس سازند، این مصالح همانند بالشی در روبه‌رویی با آثار ناخواسته از انعکاس سر و صدا عمل می‌کنند. مقدار صوتی که توسط مصالح جذب می‌شود، بستگی به اندازه، عمق و تعداد حفره‌های مصالح و فرکانس صوت دارد. ذرات هوایی که در اثر صوت به داخل حفره‌ها رفته و از آنها خارج می‌شوند، سبب ایجاد اصطکاک می‌گردند، بخشی از انرژی صوتی، مستهلک و به گرما تبدیل می‌شود، بخشی از آن از موانع عبور می‌کند یا در داخل فضا منعکس می‌شود. در عمل، دستیابی به کاهش مقادیری بیش از 10 دسیبل با کاربرد مصالح جاذب صوت مقدور نیست. معمولاً کاهشی معادل حدود 5 تا 7 دسیبل در ساختمانهای مسکونی و دفاتر کاری که سقف آنها با آکوستیک تایل پوشیده شده باشد، به دست می‌آید.

مصالح آکوستیکی دامنه وسیعی از مواد را در بر می‌گیرد که زیر نامها و عناوین تجارتی مختلف تولید می‌شوند. گرچه ویژگی جذب صوت آنها مشابه است، طراح، باید مصالحی را انتخاب کند که مناسب و قابل کاربرد برای شرایط خاص هر پروژه باشد.

مصالح آکوستیکی ممکن است به صورت پیش‌ساخته باشند یا در محل اجرا شوند. اندازه کاشیها و صفحات پیش‌ساخته از 300×300 تا 1200×1200 میلیمتر تغییر می‌کند، بسیاری از آنها از الیاف چوب، نی، فیبرهای معدنی یا شیشه‌ای ساخته شده‌اند که آنها را درهم و مخلوط و یکپارچه کرده و به صورت تخته‌هایی با ضخامتهای گوناگون در آورده‌اند. مصرف کاشیها محدود به سقف می‌شود که آنها را یا مستقیماً زیر سقف اصلی نصب می‌کنند یا در سقف کاذب متشکل از نبشی و سپری و میلگردهای آویز به کار می‌برند. مواد و مصالحی که در محل کار قابل مصرف و اجرا هستند، شامل اندودهای گچی آکوستیکی و ترکیبی از قطعات جاذب صوت می‌باشند.

اینک به شرح انواع مصالح آکوستیکی مبادرت می‌شود:

2-19-6-1 عایقهای صوتی سربی

از نخستین شرایط یک عایق صوتی مناسب، زیاد بودن وزن ویژه، نرمی طبیعی، ظرفیت بالای کاهش سر و صدا و غیر قابل نفوذ بودن است. زیادی وزن از این نظر حائز اهمیت است که شدت ارتعاشات صوتی در نبرد با اینرسی یک مانع، کاهش می‌یابد. نرمی ورق سرب، سبب کاهش ارتعاشاتی می‌شود که در سایر مصالح آکوستیکی عادی است. موانع سربی به ویژه روی پارتیشنهایی که در مجاورت سقفهای کاذب آویخته قرار می‌گیرند، مؤثرند. برگه‌های سربی را می‌توان در بسیاری از تیغه‌های نازک مصرف کرد تا بدون افزایش حجم، صدا را کاهش دهند. این ماده را می‌توان به راحتی، با چسب الاستومری روی سایر مصالح نصب نمود تا بدون افزایش سختی وزن آنها اضافه شود.

2-19-6-2 کاشیها و صفحات ساخته شده از فیبرهای سلولزی

کاشیهای سلولزی معمولاً از باگاس (تفاله نیشکر) ساخته می‌شوند، تایلهای الیاف نیشکر از قدیمی‌ترین و معمولاً ارزان‌ترین نوع آکوستیک تایل هستند. فیبرها را زیر فشار قرار می‌دهند و به صورت تخته‌هایی درمی‌آورند، به نحوی که بین الیاف فضاهای تنگی به وجود آید. تایلهای فیبر نیشکر را معمولاً سوراخدار می‌سازند تا صدا بتواند به حفره‌های بین الیاف برسد. این موضوع باعث بهبود کیفیت جذب صوت می‌شود. تنوع در بافت و ظاهر تایل با ایجاد تنوع در نقش و نحوه استقرار سوراخها و سطح تایل به دست می‌آید.

تایلهای فیبر نیشکر در اثر جذب رطوبت، دچار تغییر ابعاد و کاهش مقاومت می‌شوند، گرچه پیشروی آتش در آنها کم است، ولی ضد آتش نیستند. مشخصات فنی کشورهای صنعتی، مصالح ساختمانی را به لحاظ پایداریشان در برابر آتش گروه‌بندی کرده‌اند. در مشخصات فدرال (ایالات متحده آمریکا) معیارهای ویژه‌ای در این مورد وجود دارد، گروه‌بندی از A برای مصالح غیر قابل اشتعال تا D برای درجات مختلف پایداری در برابر آتش انجام شده. تایلهای فیبر نیشکر در گروه D از این تقسیم‌بندی قرار می‌گیرند و برخی از تایلهای پوشش شده در کارخانه در گروه C ، این تایلها معمولاً لب پخ بوده، در کارخانه پوشش می‌شوند و اندازه آنها 300×300 تا 600×600 میلیمتر است.

2-19-6-3 کاشیهای ساخته شده از فیبرهای معدنی

بخش اعظم تایلهای فیبر معدنی از پشم معدنی ساخته می‌شوند، قسمت عمده پشم معدنی که در کشورهای صنعتی تولید می‌شود از سربار کوره آهنگدازی (پشم سرباره) است. این تایلها ممکن است به صورت شکافدار یا سوراخدار ساخته شوند تا کیفیت جذب صوت آنها افزایش یابد، مصالح شکافدار انرژی صوتی را به وسیله ایجاد اصطکاک در حفره‌های ریز موجود بین فیبرهای مستقل از هم، مستهلک می‌سازند. با افزایش سوراخها می‌توان حداکثر کاهش انرژی صوتی را به دست آورد. مصالح شکافدار عموماً موقعی به کار می‌روند که ظاهر کار از بیشترین اهمیت برخوردار باشد. مصالح سوراخدار بیشتر در ساختمانهای صنعتی، فرهنگی و مؤسسات علمی که حداکثر نفوذ و رنگ‌پذیری مورد نظر است، مصرف می‌شوند.

تایلهای فیبر معدنی از نظر پایداری در برابر آتش در گروه A قرار می‌گیرند و در مواردی مثل مکانهای تجمع عمومی و راههای فرار از آتش، که مقررات ساختمانی مصالح غیر قابل اشتعال را تجویز می‌کنند، مصرف می‌شوند. این مصالح در گونه‌های مختلف از نظر اندازه، بافت، ضخامت و قابلیت جذب صوت ساخته می‌شوند. در رنگ‌آمیزی تایلهای شکافدار یا منسوج، باید دقت بسیار زیادی مبذول داشت و مصالح با رنگهای ویژه پوشانده شوند، به قسمی که حفره‌ها بسته نشود و ویژگی آکوستیکی مصالح کاهش نیابد.

2-19-6-4 کاشیهای فلزی سوراخدار

این تایلها متشکل از تاوه‌های فلزی سوراخداری هستند که با مصالح لایی آکوستیکی نظیر پشم معدنی پر شده‌اند. تاوه‌های نازک فلزی سوراخدار، سبب کاهش ویژگیهای جذب صوت مصالح آکوستیکی لایی نخواهند شد، بلکه به صورت دیافراگمی در انتقال صوت به آنها عمل می‌کنند و صوت در آنجا جذب می‌شود.

تاوه ممکن است از آلومینیوم یا ورق فولادی ساخته شود و معمولاً آن را با لعاب پخته شده سفیدی می‌پوشانند. گرچه این تایلها گران قیمت هستند، ولی چون دوامشان زیاد و هزینه نگهداری و تعمیر آنها کم است، مصرفشان روی‌هم رفته اقتصادی و با صرفه است. سطح آنها را می‌توان با کهنه نمدار تمیز کرد و به رنگ‌آمیزی مجدد و تعویض قطعات نیازی ندارند. به علاوه لعاب سخت پوشش آنها باعث تأمین ویژگیهای بازتاب سطوح می‌شود.

2-19-6-5 اندودهای آکوستیکی

اندودهای آکوستیکی دو نوعند:

الف:اندودهای گچی با دانه‌های سبک مانند پرلیت و ورمیکولیت منبسط

ب:اندودهای مشتمل بر فیبرهای معدنی به همراه چسب

اندودهای گچ و پرلیت را از اختلاط گرد گچ، پرلیت و آب درست می‌کنند و یا گچ و پرلیت آماده بسته‌بندی شده را با آب مخلوط کرده روی سطوح صاف زیرسازی که ممکن است بتنی، سیمانی، گچی یا فولادی باشد، می‌کشند یا با ماشین بر روی آنها می‌پاشند، اندودهای ماله‌ای در دو قشر آستر به ضخامت حدود 10 میلیمتر و رویه به کلفتی حدود 3 میلیمتر اجرا می‌شوند و اندودهای ماشینی در دو، سه یا چهار قشر نازک پاشیده می‌شوند، به قسمی که مجموع ضخامت به حدود 12 میلیمتر برسد.

به موجب آزمایشهای انجام شده ”ضریب کاهش سر و صدا“برای اندود 12 میلیمتری دستی، حدود 0.65، برای اندود 25 میلیمتری از همین نوع، 0.75 و برای اندود ماشینی به ضخامت 12 میلیمتر، حدود 0.55 است.

اندودهای فیبری از پنبه کوهی یا پشم معدنی و یک چسب معدنی ساخته می‌شوند. در کشورهای صنعتی این اندودها به صورت آماده و بسته‌بندی عرضه می‌شود. نخست سطح مورد نظر را با قشر ضخیمی از چسب، آغشته می‌کنند و سپس فیبر را روی آن می‌پاشند. اندودهای به ضخامت بیش از 12 میلیمتر، دست کم در دو قشر باید انجام شوند و قشر رویه را می‌توان با سیلر و به صورت رنگی نیز اجرا کرد.

اخیراً در بسیاری از کشورها محدودیتهایی برای مصرف پنبه کوهی به ویژه در اندودکاری به وجود آمده است. ضریب کاهش سر و صدا در اندودهای آکوستیکی متفاوت بوده و بستگی به ضخامت اندود و زیرسازی آن دارد. این ضریب برای اندودی رنگ نشده به ضخامت 18 میلیمتر بر روی زیرسازی سخت، از 0.6 تا 0.7 و بر روی زیرسازی فلزی، 0.8 تا 0.9 و برای ضخامت 36 میلیمتر بر روی زیرسازی سخت، حدود 0.9 است، در حالی‌که ضریب اندود اخیر هنگامی که رنگ‌آمیزی شود، به 0.85 کاهش می‌یابد.

2-19-7 انطباق با مشخصات و استانداردها

مصالح آکوستیکی در هر پروژه باید از نظر ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی (ابعاد، سختی و دیگر مشخصه‌ها) با آنچه در نقشه‌ها، دستور کارها، مشخصات فنی خصوصی و سایر مدارک پیمان ذکر شده است، منطبق باشند. نمونه مصالح آکوستیکی اعم از مصالح مصرفی در سقف، دیوار و کف، باید قبلاً به تصویب دستگاه نظارت برسد.

ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی مصالح آکوستیکی و روشهای آزمایش آنها، باید مطابق استانداردهای ایرانی مربوطه باشد.

تا زمانی که استاندارد ایرانی در برخی موارد تدوین نشده باشد، در درجه اول استانداردهای ”سازمان بین‌المللی استاندارد ISO “ معتبر خواهد بود و در صورت نبودن استاندارد بین‌المللی به ترتیب استانداردهای آمریکایی ASTM ، بریتانیایی BS و آلمانی DIN ملاک عمل قرار خواهند گرفت.

2-19-8 ویژگیها و حداقل حدود قابل قبول

مصالح آکوستیکی باید به لحاظ شکل ظاهری یکنواخت، بدون عیب و عاری از مواد سست و کم دوام و مضر باشند تا در اثر عوامل جوی و هوازدگی خراب نشوند یا مورد حمله میکروارگانیسمها و حشرات قرار نگیرند و به استحکام و کیفیت آنها لطمه وارد نشود.

تاب فشاری، برشی و کششی، وزن ویژه، جذب آب، تخلخل، پایداری در برابر هوازدگی، بخار آب و حمله موجودات زنده، ویژگیهای آکوستیکی، قابلیت حمل مصالح آکوستیکی که در معرض عوامل گوناگون قرار می‌گیرند، باید با استانداردهای مربوطه تطابق نماید. استفاده از مصالح کهنه و غیر استاندارد در صورتی که در نقشه‌ها و مشخصات ذکر شده و نمونه آنها قبلاً به تصویب دستگاه نظارت برسد، مجاز خواهد بود.

2-19-9 مصالح و سیستمهای آکوستیکی مناسب و متداول در ساختمان

برای این موضوع به فصل عایقکاری مراجعه شود.

2-19-10 مصالح نصب

مصالح نصب ترجیحاً باید غیر فلزی و حتی‌المقدور ارتجاعی انتخاب شوند تا باعث انتقال انرژی صوتی نگردند. در موارد اجباری مصالح نصب فلزی باید حتماً زنگ‌نزن باشند یا با مواد محافظ ضد زنگ پوشانده شوند. چسبها باید در هر مورد، مناسب با مصالح آکوستیکی و سطح کار، انتخاب و در نقاط مرطوب از چسب ضد رطوبت استفاده گردد. بهتر است مصالح نصب در شالوده‌ها با قشری از مواد قیر پوشانده شوند.