بهینه سازی عملکرد آکوستیکی جذب کننده های صوتی با تاکید بر تناسبات و ارتفاع فضا(نمونه موردی:هنرستان زهرا مردانی آذر شهرستان تبریز)
الموضوعات :زهرا سخندان سرخابی 1 , فرشاد نصراللهی 2 , عباس غفاری 3
1 - دانشجوی دکتری رشته معماری، دانشگاه هنر اصفهان، استان اصفهان، شهر اصفهان
2 - استادیار گروه معماری، دانشگاه هنر اصفهان، استان اصفهان، شهر اصفهان.
3 - استادیار گروه معماری، دانشگاه هنر اسلامی تبریز، استان آذربایجان شرقی، شهر تبریز
الکلمات المفتاحية: ارتفاع فضا, جذب‌کننده صفحه ای, نرم افزار EASE4.4, تراز شدت صوت, تناسبات,
ملخص المقالة :
پژوهش حاضر درصدد است تا با استفاده از تناسبات ارتفاعی فضا، بازدهی صفحات جذب‌کننده صوت را افزایش داده و حالت بهینه برای میزان مشخصی از جذب‌کننده‌ها را فراهم سازد. متغیرهای مورد مطالعه، ارتفاع صفحات جذب‌کننده، وضعیت و مکان نصب بوده و هدف اصلی، یافتن رابطه‌ای بین ارتفاع فضا، فاصله منبع از کف و ارتفاع صفحات جذب‌کننده است. پژوهش به روش تجربی و با برداشت میدانی از وضعیت موجود آکوستیکی هنرستان مردانی آذر تبریز و روش شبیه‌سازی به‌وسیله نرم‌افزار EASE4.4 انجام شده است. به‌عنوان نتیجه می‌توان گفت سقف مناسب‌ترین و کف نامناسب‌ترین مکان برای جذب صوت بوده و صفحات جذب‌کننده بایستی با فاصله برابر با ارتفاع صفحه از سقف و با زاویه 90 درجه نسبت به آن نصب شوند. درصورتی‌که دو برابر مجموع ارتفاع صفحه جذب‌کننده و فاصله منبع از کف برابر با ارتفاع کل فضا باشد، حداکثر میزان جذب صوت در فضا حادث خواهد شد.
1. اگان، دیوید. (1396). آکوستیک در معماری. (مسعود حسنی، مترجم). تهران: انتشارات یزدا.
2. سخندان، زهرا؛ نصراللهی، فرشاد؛ و غفاری، عباس. (1396). بهینه سازی هندسه فضاهای معماری برای دستیابی به عملکرد حرارتی با استفاده از اثر ترموآکوستیک. هویت شهر، 11(31)،73-82.
3. سعادتی، ناهید. (1391). بررسی اثر شکل های مختلف گوشه بندی در مکان های مذهبی بر وضوح گفتار. پایان نامه کارشناسی ارشد،دانشکده صدا و سیمای جمهوری اسلامی ایران، تهران.
4. غفاری، عباس. (1392). بهبود شرایط آکوستیک در مساجد با نگرش تحلیلی وضوح گفتار در مساجد دوره قاجار تبریز با رویکرد تاثیر آجر و تزئینات آجری بر زمان واخنش. پایان نامه دکتری، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران.
5. فیضی، محسن؛ حسینی، سیدباقر. مجیدی؛ وحید و احمدی، جواد.(1396). ارزیابی مولفه های موثر بر ارتقا کیفیت فضای معماری در کتابخانه های عمومی. هویت شهر، 11(31)، 43-54.
6. قیابکلو، زهرا. (1393). مبانی فیزیک ساختمان 1، آکوستیک. تهران: انتشارات جهاد دانشگاهی.
7. کینزلر، لارنس ئی؛ و فرای،آستین آر. (1382). مبانی آکوستیک. (ضیاالدین اسماعیل بیگی و مهدی برکشلی، مترجمان). تهران: انتشارات امیرکبیر.
8. گل محمدی، رضا. (1387). مهندسی صدا و ارتعاش. همدان: انتشارات دانشجوی همدان.
9. هاشمی، ابوالفضل؛ و داداش زاده، زینب.(1389). آکوستیک و کنترل صدا.تهران: انتشارات یزدا.
10. Cho, W.-H., Ih, J.-G., Katsumata, T., & Toi, T. (2018). Best practice for positioning sound absorbers at room surface. Applied Acoustics, 129, 306-315.
11. Cho, W.-H., Ih, J.-G., & Toi, T. (2015). Positioning actuators in efficient locations for rendering the desired sound field using inverse approach. Journal of Sound and Vibration, 358, 1-19.
12. Chourmouziadou, K., & Kang, J. (2008). Acoustic evolution of ancient Greek and Roman theatres. Applied Acoustics, 69 (6), 514-529.
13. Cox, T. J. & Antonio, P.D. (2009). Acoustic Absorber and Diffuser, Theory, Design & Application. Teylor and francis press.
14. Cook, J. R., & Bank, F. V. (1979). Acoustic absorber and method for absorbing sound. U.S. Patent No. 4, 152, 474. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.
15. Crocker, M. J. (1997). Encyclopedia of acoustics. John Wiley.
16. Dragonetti, R. Opdam, R. Napolitano, M. Romano, R & Vorlander, M.(2016). VorlanderEffects of the wave front on the acoustic reflection coefficient.Acta Acustica United with Acoustica, 102 (4), 675-687.
17. Fahy, F. (2003). Sound Absorption and Sound Absorbers. In F. Fahy (Ed.), Foundations of Engineering Acoustics (pp. 140-180). London: Academic Press.
18. Falsafi, I., & Ohadi, A. (2017). Design guide of single layer micro perforated panel absorber with uniform air gap. Applied Acoustics, 126, 48-57.
19. Fuchs, H. V., & Lamprecht, J. (2013). Covered broadband absorbers improving functional acoustics in communication rooms. Applied Acoustics, 74(1), 18-27.
20. Marbjerg, G., Brunskog, J., & Jeong, C.H. (2018). The difficulties of simulating the acoustics of an empty rectangular room with an absorbing ceiling. Applied Acoustics, 141, 35-45.
21. Pfretzschner, J., Cobo, P., Simón, F., Cuesta, M., & Fernández, A. (2006). Microperforated insertion units: An alternative strategy to design microperforated panels. Applied Acoustics, 67 (1), 62-73.
بهینه سازی عملکرد آکوستیکی جذب کننده های صوتی با تاکید بر تناسبات و ارتفاع فضا(نمونه موردی:هنرستان زهرا مردانی آذر شهرستان تبریز)*
مهندس زهرا سخندان سرخابی**، دکتر فرشاد نصرالهی***، دکتر عباس غفاری****
چکیده
پژوهش حاضر درصدد است تا با استفاده از تناسبات ارتفاعی فضا، بازدهی صفحات جذب‌کننده صوت را افزایش داده و حالت بهینه برای میزان مشخصی از جذب‌کننده‌ها را فراهم سازد. متغیرهای مورد مطالعه، ارتفاع صفحات جذب‌کننده، وضعیت و مکان نصب بوده و هدف اصلی، یافتن رابطه‌ای بین ارتفاع فضا، فاصله منبع از کف و ارتفاع صفحات جذب‌کننده است. پژوهش به روش تجربی و با برداشت میدانی از وضعیت موجود آکوستیکی هنرستان مردانی آذر تبریز و روش شبیه‌سازی به وسیله نرم افزار EASE4.4 انجام شده است. به عنوان نتیجه می‌توان گفت سقف مناسب‌ترین و کف نامناسب‌ترین مکان برای جذب صوت بوده و صفحات جذب‌کننده بایستی با فاصله برابر با ارتفاع صفحه از سقف و با زاویه 90 درجه نسبت به آن نصب شوند. در صورتی که دو برابر مجموع ارتفاع صفحه جذب‌کننده و فاصله منبع از کف برابر با ارتفاع کل فضا باشد، حداکثر میزان جذب صوت در فضا حادث خواهد شد.
واژه‌های کلیدی
جذب‌کننده صفحه ای، تناسبات، تراز شدت صوت، ارتفاع فضا، نرم افزار EASE4.4.
* مقاله حاضر مستخرج از پایان نامه دکتری با عنوان « واکاوی عملکرد حرارتی فضای داخلی مدارس تبریز با تاکید بر همنشینی هندسی و آکوستیکی پوسته فضا و کاواک » به راهنمایی آقای دکتر فرشاد نصرالهی و آقای دکتر عباس غفاری می باشد.
**دانشجوی دکتری رشته معماری، دانشگاه هنر اصفهان، استان اصفهان، شهراصفهان(مسئول مکاتبات).
Email: Zahra.sokhandan@gmail.com
***استادیار گروه معماری، دانشگاه هنر اصفهان، استان اصفهان، شهراصفهان.
Email: f.nasrollahi@udk-berlin.de
****استادیار گروه معماری، دانشگاه هنر اسلامی تبریز، استان آذربایجان شرقی، شهر تبریز.
Email: abbas_ghaffari@yahoo.com
مقدمه
یکی از اصلی ترین مشکلات در فضاهای عمومی معاصر، آلودگی صوتی است که به صورت نوفه در فضا نمود یافته و اختلالاتی مانند احساس آشفتگی و عدم آسایش فضایی را در سیستم روانی انسان نسبت به یک فضا ایجاد می کند، همچنین با تاثیر گذاری در سیستم شنوایی و کاهش سطح تمرکز، آسیب های فیزیکی قابل توجهی را در انسان به وجود می آورد(گل محمدی، 1387). نوفه عامل متقابل در برابر سنجه آرامش و سکوت در فضاهای داخلی است(فیضی و همکاران، 1396) و اصلی ترین راهکار برای کاهش میزان نوفه در فضا استفاده از مصالح جذب کننده صوتی می باشد که مستلزم صرف هزینه بسیاری است(سخندان و همکاران، 1396). با توجه به قوانین فیزیک، صوت می تواند در فضاهای توخالی که فرکانس های طبیعی شان با فرکانس صوت دارای تطابق است، موجب به وجود آمدن طنین گردد. هوای موجود در فضاهای توخالی صرف نظر از حجم آن همانند یک فنر عمل می کند و در فرکانس مربوطه با نوسان حرکت می کند، زیرا یک ساختار طنین انداز، انرژی را از امواج صوتی جذب می کند، که این عمل به واسطه نیرویی که موجب تحریک و یا به اصطلاح به هیجان درآوردن آن می شود، اتفاق می افتد. شایان ذکر است که ابزار و وسایل به وجودآورنده طنین می توانند انرژی صوت را جذب کنند(هاشمی و داداش زاده،1389). اصولا هنگامی انرژی صوتی جذب می شود که تبدیل به نوع دیگری از انرژی گردد که این انرژی معمولا انرژی گرمایشی است و مقدار بسیار کمی از آن به انرژی جنبشی تبدیل می گردد(قیابکلو،1393). بر اثر اصطکاک مولکول های هوا با سایر مواد در اثر تحریک توسط انرژی صوتی و مقاومت مواد در برابر حرکت و تغییر شکل، انرژی صوتی به انرژی گرمایشی تبدیل می شود (Fahy,2003) بنابراین هندسه جذب کننده ها یکی از مواردی است که در میزان جذب صوت موثر بوده و با ایجاد تغییر در وضعیت انعکاس امواج صوتی و هدررفت انرژی صوت در میزان جذب کنندگی صوت در فضا دخالت می کند. پژوهش حاضر به دنبال یافتن تناسبات ارتفاعی فضا به گونه ای است که در فرایند جذب صوت دخالت کرده و آن را تقویت کند. برای انجام این پژوهش با انتخاب یک نمونه موردی با مشکلات آکوستیکی قابل توجه، مطالعات میدانی در نمونه موردی انجام شده و تراز نوفه زمینه به وسیله دستگاه B&K اندازه گیری می شود. نتایج حاصل از برداشت میدانی به عنوان داده های اولیه به نرم افزار EASE داده شده و وضعیت موجود بررسی می گردد. سپس با ارائه پیشنهاداتی در تناسبات ارتفاعی فضا نسبت به صفحات جذب کننده صوت تلاش می شود تا سطح نوفه در فضا کاهش یابد. قدم نهایی پژوهش یافتن رابطه ای برای تعمیم پذیر سازی فرایند پژوهش برای فضاهایی با ویژگی های مشابه است. در این راستا، سوال اصلی پژوهش این است که چگونه می توان با میزان مشخصی از یک ماده جذب کننده و تقسیم آن بر مبنای شاخص های ارتفاعی و مکانی به حداکثر جذب انرژی صوتی دست یافت. هدف اصلی از پژوهش یافتن رابطه ای ساده و کارا برای به دست آوردن بیشترین میزان جذب صوت از میزان مشخصی از یک ماده جذب کننده است که به صورت صفحات معلق از سقف آویزانند. شاخص های مورد بررسی تراز شدت صوت، ضریب خطای شنیداری1(ALC) ، ضریب انتشار صوتی2 (STI) است.
تراز شدت صوت، به معنای شدت صدایی است که در محیط پخش صوت ایجاد می شود و می توان آن را با بلندی صدا معادل دانست. ضریب خطای شنیداری بیانگر درصد همخوان هایی در فضاست که قابل فهم در گفتار نیستند به صورت ساده تر این ضریب، درصد امکان رخداد خطای شنیداری را در موقعیت های مختلف مکانی محیط پخش صوت محاسبه می کند، ضریب انتشار صوتی، شاخصی برای عبور صدای مستقیم می باشد و بیانگر مسافتی است که صوت به صورت مستقیم می تواند طی کند(سعادتی، 1391). چنانچه سه شاخصه تعریف شده در یک محیط آکوستیکی در بازه استاندارد قرار بگیرند. میزان تراز نوفه و وضوح گفتار در حد آسایش انسانی خواهند بود. بنابراین در پژوهش حاضر وضعیت نمونه موردی از نظر سه شاخصه تعریف شده بررسی خواهد شد.
پیشینه موضوع
تا کنون پارامترهای متنوعی از هندسه فضایی جهت بهینه سازی جذب صوت بررسی شده اند که مواردی مانند ضخامت صفحه ها، تغییر زاویه ها، چندجدارگی و ایجاد ستون های آزاد از آن جمله اند. چنانچه دیوارهای فضا به صورت چندجداره با فاصله هوایی ساخته شوند تاثیر قابل توجهی را در کاهش میزان صوت به واسطه جذب آن خواهند داشت، به صورتی که هر چه فاصله بین جداره ها بیشتر باشد، میزان جذب و کاهش صوت بیشتر است (Cook et al.,1979). چرخش 90 درجه در مسیر حرکت امواج صوتی عاملی است که تراز نوفه را 5 دسی بل کاهش می دهد (Pfretzschner et al.,2006 ;Cox & Antonio,2009) فرو رفتگی ها و برآمدگی های کم عمق عامل دیگری است که در افزایش جذب کنندگی فضا موثر است. عباس غفاری در رساله دکتری خود که با استفاده از نرم افزار آکوستیکی EASE انجام شده است ثابت کرد که با فرو رفتگی ها و برآمدگی های در حدود 1.4 تا 1.85 در فضا، میزان زمان واخنش 50% کاهش می یابد (غفاری، 1392). اگر ضخامت جذب کننده های صوتی کاربردی در فضا از یک چهارم طول موج صوتی بیشتر شود در جذب کنندگی فضا موثر خواهد بود(Fuches et al.,2013). کاربرد ستون های آزاد در فضا با تشدید سایه های صوتی، موجبات کاهش شدت صوت به واسطه جذب آن را افزایش می دهند (غفاری، 1392). نحوه تقسیم بندی و چیدمان صفحات جذب کننده بر روی دیوارها در پژوهش های متعدد مورد بررسی قرار گرفته و مشخص شده است که تخمین وضعیت کاهش تراز شدت صوت در فضا وابسته به ضریب جذب صفحات، ابعاد و محل نصب آنهاست (Dragonetti et al.,2016) اجرای صفحات جذب کننده با ایجاد فاصله هوایی اندک از دیوار و با اعمال سوراخ هایی بر روی آن با افزایش میزان نوسان ها بر کاهش تراز شدت صوت موثر بوده و بازدهی آکوستیکی فضا را افزایش می دهد(Falsafi &Ohadi ,2017) چیدمان شبکه ای و یک درمیان خطی صفحات جذب کننده بر روی دیوار، راهکارهای دیگری هستند که بر میزان جذب انرژی های صوتی موثر بوده و آن را افزایش می دهند (Cho et al.,2018) وضعیت قرار گیری صفحات جذب کننده در دیوار نسبت به موقعیت منبع در پژوهش دیگری به صورت تجربی انجام شده و زمان واخنش مقایسه شده است و آنچه قابل توجه است عدم امکان تخمین وضعیت مشخصی برای موقعیت نصب صفحات جذب کننده بر روی دیوار به صورت صفحات کوچک پراکنده، پانل ها و حتی صفحاتی با ارتفاع کل فضا است (Cho &Toi ,2015) استفاده از صفحات معلق از سقف به صورت صفحات پخش کننده، منعکس کننده و جذب کننده صوتی در فضاها از متداولترین رویکردهای کنترل کیفیت صوت در فضاهای بسته است که برای دست یابی به وضعیت جذب صوت، اصلی ترین عامل، فاصله بین صفحات می باشد (Marbjerg et al.,2018). برای دست یابی به بیشترین میزان جذب صوت بهتر است فاصله بین صفحات معلق از سقف از ارتفاع آنها بیشتر بوده و به صورت موازی در فضا نصب شوند. استفاده از صفحات معلق از سقف با رعایت ضریب تراکم 0.5 می تواند بدون ایجاد سپر جذب کنندگی، میزان قابل توجهی از تراز شدت صوت موجود در فضا را کاهش دهند( اگان، 1396). حال پژوهش حاضر در صدد است تا میزان جذب کنندگی صفحات معلق در فضا را وابسته به ارتفاع و محل نصب آنها بررسی کرده و با استفاده از خصوصیات هندسی، رابطه ای بین ارتفاع صفحات معلق و حداکثر جذب کنندگی فضایی برقرار سازد.
روش تحقیق
پژوهش حاضر، پژوهشی ترکیبی به روش های تجربی و شبیه سازی می باشد. ابتدا، مطالعات میدانی بر روی نمونه موردی به روش تجربی با استفاده از دستگاه B&K انجام شده و میزان تراز نوفه موجود در نمونه موردی در بحرانی ترین وضعیت آکوستیکی( کارکرد کل دستگاه ها در یک زمان مشخص) اندازه گیری شده و داده های به دست آمده در نرم افزار EASE4.4 بارگذاری و وضعیت موجود نمونه موردی از نظر شاخص های تراز شدت صوت، ضریب انتشار صوتی، ضریب خطای شنیداری بررسی شده و شاخص هایی که از حد استاندارد خارج شده اند شناسایی گشته اند. در ادامه مدل هایی برای رساندن شاخص های نامطلوب به حد استاندارد ارائه شده و هریک از مدل ها در نرم افزار EASE4.4 آزمون سازی شدند. پس از شناسایی مدل بهینه، با تغییر در عامل موثر، وضعیت بهینه عامل شناسایی شده در مدل با شبیه سازی های مکرر بررسی شده و بهترین وضعیت آکوستیکی مدل ارائه می گردد.
عوامل مورد بررسی در ارائه مدل های پیشنهادی، ارتفاع فضا، فاصله منبع از کف، مساحت جذب کننده به عنوان عواملی که در پژوهش ثابت در نظر گرفته شده و عوامل متغیر ابعاد صفحات نصب شده و موقعیت نصب آنهاست.
نرم افزار تحلیل آکوستیکی EASE4.4 به عنوان نرم افزاری که قابلیت بررسی شاخص های متنوع آکوستیکی مانند Total SPL
Direct SPL-C-L-ALC-STI-RT و....را داراست نرم افزار اصلی شبیه سازی پژوهش محسوب می شود. یکی از قابلیت های منحصر به فرد این نرم افزار امکان ساخت متریال و بلندگو ها با توجه به وضعیت واقعی فضاست که نتایج حاصل از این نرم افزار را واقعی تر می سازد.
در این پژوهش با توجه به استخراج نتایج عددی حاصل از نرم افزار شبیه سازی، پژوهش از منظر ماهیت داده ها از نوع کمی بوده و روش تحقیق از منظر روش، شبیه سازی و تجربی است که بر روی یک نمونه موردی(هنرستان زهرا مردانی آذر شهرستان تبریز) انجام شده است.
مکانیزم جذب صوت
یکی از فرض های اساسی در قوانین انتشار امواج آکوستیکی، این است که تغییرات فشار که توام با انبساط و تراکم موج های صوتی است به صورت بی دررو صورت می گیرد. پس مستلزم این است که دما تغییر کند. بنابراین وقتی سیال در حال ارتعاش است گرما از قسمت متراکم که دمای آن بیشتر است به قسمت منبسط مجاور که دمای آن کمتر است جاری می گردد و در اثر این انتقال گرما، فشار سیال به تعادل می رسد و این پدیده به تدریج دامنه موج ها را در حین انتشار در محیط کاهش می دهد و پدیده جذب صوت به وقوع می پیوندد(کینزلر و فرای، 1382). بایستی توجه کرد که تغییر در میزان جذب کنندگی تغییرات قابل توجهی را در میزان RT 3( زمان واخنش) و SPL4 ( تراز فشار صوتی ) به وجود می آورد که این تغییر در RT محسوس تر است (Chourmouziadou & Kang,2008) .
نمونه موردی و مشکلات آکوستیکی
نمونه موردی پژوهش حاضر یکی از مدارس خیر ساز به نام هنرستان زهرا مردانی آذر در ناحیه 5 آموزش و پرورش شهرستان تبریز می باشد. یکی از مشکلات اصلی طراحی معماری در این هنرستان، مکان یابی کارگاه های دوخت در مرکز و نقطه ثقل مجموعه است که آلودگی صوتی قابل توجهی را برای فضاهای آموزشی مجاور پدید می آورد. با توجه به قرار گیری کارگاه های دوخت در مجاورت دسترسی های عمودی مجموعه، نوفه به کلاس های طبقات بالاتر نیز رسیده و آلودگی صوتی قابل توجهی را ایجاد کرده است(شکل 1).
شکل 1. پلان فضایی هنرستان زهرا مردانی آذر و موقعیت کارگاه های دوخت
بررسی وضعیت آکوستیکی موجود
در کل تعداد 36 عدد چرخ خیاطی روزانه در کارگاه های دوخت مورد استفاده قرار می گیرند بنابراین نوفه قابل توجهی را در فضاهای مجاور ایجاد می کنند. مصالح سقف و دیوارها گچ با روکش رنگ روغنی می باشد و کف فضا از سنگ آذرشیز قرمز پوشانده شده است. جهت بررسی وضعیت موجود ابتدا مطالعات میدانی از وضعیت تراز نوفه با استفاده از دستگاه B&K انجام شده و پس از وارد کردن داده های اولیه در نرم افزارEASE و شبیه سازی فضای موجود در آن، شاخص های زمان واخنش، تراز شدت صوتی، ضریب انتشار صوتی و ضریب خطای شنیداری بررسی شده است پس از شبیه سازی فضایی پلان هنرستان مذکور و بارگذاری آن در نرم افزار EASE هر یک از دستگاه های چرخ خیاطی به عنوان یک منبع تولید صوت در نرم افزار در نظر گرفته شده و تراز شدت صوت در هر یک از فرکانس ها با توجه به برداشت های میدانی به آنها اختصاص داده شد. با مراجعه به نمایندگی های فروش گچ سفید، رنگ روغنی و سنگ به کار برده شده در فضا جدول های ضریب جذب مصالح استخراج شده و در نرم افزار بارگذاری شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی وضع موجود پس از تنظیمات فوق به صورت زیر است:
تراز شدت صوت
تراز شدت صوت در فضای هنرستان در 4 فرکانس 500، 1000، 4000 و 10000 هرتز در نرم افزار EASE مورد تحلیل قرار گرفته است(شکل 2).
الف: فرکانس 500 هرتز |
ب: فرکانس 1000 هرتز |
ج: فرکانس 4000 هرتز |
د: فرکانس 10000 هرتز |
شکل1. وضعیت موجود تراز شدت صوت در فرکانس های مورد مطالعه.
جدول 1. نتایج شبیه سازی تراز شدت صوت و تراز نوفه زمینه در وضعیت موجود.
فرکانس | بازه تراز شدت صوت مجموعه | تراز نوفه کلاس ها | تراز نوفه مجاز کلاس ها |
500 هرتز | 70-73 دسی بل | 70 تا 71 دسی بل | 35-40 دسی بل(Crocker,1997) |
1000 هرتز | 72-76 دسی بل | 72-73 دسی بل | 35-40 دسی بل |
4000 هرتز | 70 – 75 دسی بل | 70 تا 71 دسی بل | 35-40 دسی بل |
10000 هرتز | 73- 79 دسی بل | 73-74 دسی بل | 35-40 دسی بل |
با توجه به شبیه سازی های انجام شده، تراز نوفه زمینه در کلاس ها بسیار بیشتر از حد استاندارد بوده و نیاز به اجرای تمهیدات جدی جهت کاهش سطح تراز نوفه زمینه در کارگاه ها و بالاخص کلاس ها می باشد. پخشایش صوتی در فضای کلاس ها همگون بوده و چنانچه بتوان سطح تراز شدت صوتی فضای کارگاه ها را کاهش داد، امکان رسیدن به تراز نوفه زمینه استاندارد در کلاس ها وجود دارد(شکل 2 و جدول 1). شایان ذکر است که با افزایش فرکانس بر میزان تراز نوفه افزوده می شود، بنابراین لزوم ارائه تمهیداتی جهت کنترل تراز شدت صوت در فرکانس های زیر احساس می گردد.
ضریب انتشار صوتی(STI)
شکل 2. ضریب انتشار صوتی در وضعیت موجود
STI بیش از 0.4 حد استاندارد ضریب انتشار صوتی و اعداد بزرگتر از 0.7 حد عالی این ضریب محسوب می گردد (Crocker,1997). طبق شبیه سازی های انجام شده، میزان STI در مجموعه در بازه 0.77 تا 0.87 واحد متغیر است، بنابراین فضا از نظر انتشار صوت در وضعیت مطلوبی قرار گرفته است(شکل 3).
ضریب خطای شنیداری(ALC)
شکل 3. ضریب خطای شنیداری وضعیت موجود
با توجه به اینکه بازه صفر تا 17 درصد، وضعیت ایده آل خطای شنیداری را تعریف می کند (Crocker,1997) و شاخص اندازه گیری شده در نمونه موردی در بازه 2 تا 3 درصد می باشد، بنابراین ضریب خطای شنیداری در نمونه موردی در وضعیت مطلوب است( شکل 4).
وضعیت موجود و شناسایی آسیب های آکوستیکی
با توجه به شبیه سازی های انجام شده از وضعیت موجود نمونه موردی در نرم افزار EASE می توان گفت میزان STI و ALC در بازه مطلوبی قرار گرفته و در صورت رساندن وضعیت آکوستیکی مجموعه به تراز نوفه زمینه بین 35 تا 40 دسی بل در کلاس ها و تراز شدت صوت 50 تا 55 دسی بل در کارگاه های دوخت، وضعیت آکوستیکی استاندارد در فضا حاکم خواهد شد.
پیشنهاد برای کاهش نوفه زمینه
با توجه به زیاد بودن تراز نوفه زمینه در فرکانس های بم و زیر و همچنین بیشتر شدن تراز شدت صوتی با افزایش فرکانس، استفاده از جذب کننده های الیافی برای جذب فرکانس های زیر و جذب کننده های صفحه ای برای جذب فرکانس های بم و زیر مناسب است(Cox & Antonio,2009).
در پژوهش حاضر جذب کننده های صفحه ای به جهت جذب همزمان فرکانس های بم و زیر به عنوان جذب کننده قالب در فضا انتخاب شده و شبیه سازی شده اند.
یافتن مکان بهینه برای جذب کننده ها
در این مرحله از پژوهش، در نرم افزار EASE، جذب کننده صفحه ای به صورت یکپارچه و با مساحت تقریبی 20 مترمربع در موقعیت های مختلف در کارگاه های دوخت شبیه سازی می شوند تا وضعیت بهینه نصب جذب کننده ها در کارگاه ها مشخص گردد. شبیه سازی در سه مرحله، با قرار گرفتن جذب کننده در دیوارها، سقف ها و کف ها انجام شده و محل مناسب قرارگیری آنها مشخص می گردد، شایان ذکر است که جذب کننده ی صفحه ای از نوع چوبی است و شبیه سازی در فرکانس میانه 1000 هرتز جهت انطباق دانشی با فرکانس های بم و زیر انجام شده است.
جدول 2. نتایج بررسی محل های نصب جذب کننده ها
مکان | تصاویر | تراز نوفه زمینه |
جذب کننده در کف |
| کل: 72-76 دسی بل کلاس ها:71-72 دسی بل کارگاه ها: 73-76 دسی بل |
جذب کننده در دیوارها |
| کل: 69-75 دسی بل کلاس ها: 69-71 دسی بل کارگاه ها: 71- 75 دسی بل |
جذب کننده در سقف |
| کل: 67-75 دسی بل کلاس ها: 67 -70 دسی بل کارگاه ها: 70 تا 75 دسی بل |
بر مبنای نتایج حاصل از شبیه سازی های مکان یابی جذب کننده های صفحه ای مشخص گردید که سقف بهترین مکان برای نصب جذب کننده های صفحه ای است و همچنین گسترش تراز نوفه زمینه با دسی بل حداکثر در صورت استفاده از جذب کننده ها در سقف در حداقل مقدار حادث می گردد(جدول 2).
صفحات جذب کننده و انعکاس های پی در پی
با توجه به اینکه یکی از راهکارهای اصلی در افزایش جذب صوت وابسته به تناسبات صفحه ها، افزایش میزان انعکاس در فضاست بنابراین صفحات جذب کننده از سقف کارگاه به عنوان پر بازده ترین جز آکوستیکی آن آویزان می شوند (شکل 5) تا علاوه بر خاصیت جذب کنندگی صفحات، میزان جذب صوت به واسطه اصطکاک حاصل از انعکاس های پی در پی افزایش یابد. در گام اول این صفحات معلق به سقف می چسبند و در گام بعدی جهت ایجاد فضایی برای به تله انداختن صوت با فاصله از سقف و به حالت معلق قرار می گیرند.
شکل 5. وضعیت قرار گیری صفحات جذب کننده در سقف کارگاه ها.
پس از انجام شبیه سازی در دو حالت چسبیده به سقف و معلق با فاصله از سقف نتایج زیر حاصل می شود(جدول 3).
جدول 3. نتایج جذب کننده های عمودی سقفی.
مکان | تصویر | تراز نوفه زمینه |
جذب کننده با ارتفاع 0.5 متر و چسبیده به سقف |
| کل: 57 – 74 دسی بل کارگاه ها: 69-74 دسی بل کلاس ها: 57-69 دسی بل |
جذب کننده با ارتفاع 0.5 متر و با فاصله 0.1 از سقف |
| کل: 53 – 70 دسی بل کارگاه ها: 65- 70 دسی بل کلاس ها: 53 – 65 دسی بل
|
با جابجا کردن صفحه جذب کننده معلق، میزان جذب صوت در فضا تغییر می کند. به این صورت که اگر نتایج جذب صوتی حاصل از صفحات چسبیده به سقف، حالت پایه در نظر گرفته شود با افزایش فاصله صفحه از سقف بر میزان جذب در فضا افزوده شود تا در ارتفاعی مشخص و با نزدیک شدن صفحه ها به موقعیت میانی فضا مجددا از میزان جذب کاسته شده و روند کاهشی ادامه می یابد. پس از شبیه سازی های متعدد در موقعیت های ارتفاعی متنوع از صفحات جذب کننده، این نتیجه حاصل می گردد که نقطه عطف تبدیل روال افزایشی جذب به کاهش به موقعیت و ارتفاع منبع پخش کننده صوت وابسته است. چنانچه در شکل شماره 6 دیده می شود در صورتی که فاصله صفحه تا سقف با ارتفاع صفحه یکسان باشد، ضریب جذب بیشتری در فضا حاصل خواهد شد( قسمت افقی، فاصله صفحات از سقف و قسمت عمودی تغییرات تراز شدت صوت کل مجموعه می باشد).
شکل 6 . تغییرات تراز شدت صوت در اثر تغییر در فاصله صفحات جذب کننده از سقف
بیشترین بازدهی صفحات جذب کننده در موقعیت واقعی کارگاه های دوخت با در نظر گرفتن ارتفاع100 سانتیمتر برای منابع پخش کننده صوت و استفاده از صفحاتی با ارتفاع 50 سانتیمتر و با فاصله 50 سانتیمتر از سقف به وقوع می پیوندد (شکل 6 و 7).
| |
|
|
شکل7. وضعیت بهینه جذب کننده از نظر ارتفاعی
بهینه وضعیت استفاده از صفحات معلق با فاصله از سقف با ارتفاع 50 سانتیمتر، تراز نوفه در حدود 48 تا 65 دسی بل را ایجاد می کند. تراز نوفه در کارگاه های دوخت 58 تا 65 دسی بل و در کلاس های درس وابسته به میزان فاصله کلاس ها از کارگاه ها 48 تا 58 دسی بل خواهد بود(شکل 7). با توجه به اینکه در وضعیت بهینه نصب صفحات جذب کننده، فاصله قابل توجهی با حد استاندارد نوفه زمینه در کلاس ها دیده می شود، جابجایی افقی جزئی صفحات جذب کننده به صورت یک الگوی آشفتگی مورد شبیه سازی قرار گرفته و نتایج آن ارائه می گردد(شکل 8).
| |
|
|
شکل8. جابجایی جزئی افقی در صفحات جذب کننده و تغییرات تراز شدت صوت
با ایجاد جابجایی جزئی افقی در صفحات معلق از سقف، الگوی هاله های آکوستیکی دچار آشفتگی شده و تراز شدت صوت در کارگاه ها در بازه 41 تا 57 دسی بل و تراز نوفه کلاس ها به 36 تا 47 دسی بل می رسد(شکل 8). در ادامه روند شبیه سازی برای افزایش تولید امواج ساکن در داخل فضا و میرایی انرژی صوتی هریک از صفحات از نظر ارتفاعی به سه قسمت تقسیم شده و قسمت میانی حذف گشته و شبیه سازی تکرار می گردد.
| |
|
|
شکل9. تقسیم صفحات جذب کننده به سه قسمت، حذف قسمت میانی و تغییرات تراز شدت صوت
تراز شدت صوت در کارگاه ها در این حالت در بازه 33 تا 57 دسی بل و تراز نوفه کلاس ها به 32 تا 40 دسی بل خواهد رسید ( شکل 9) جهت مقایسه تطبیقی حالت های مختلف تراز شدت صوت کارگاه ها و تراز نوفه زمینه کلاس های درس (کلاس های 1 تا 4) به تفکیک در جدول شماره 4 ارائه می گردد.
جدول4. مقایسه تطبیقی وضعیت تراز شدت صوت و تراز نوفه زمینه با تمهیدات مختلف آکوستیکی پژوهش
| کارگاه 1 | کارگاه 2 | کارگاه 3 | کلاس 1 | کلاس 2 | کلاس 3 | کلاس 4 |
وضع موجود | 72تا 75 دسی بل | 72 تا 74 دسی بل | 73 تا 76 دسی بل | 72 دسی بل | 72 دسی بل | 72 دسی بل | 72تا 73 دسی بل |
وضعیت های بهینه صفحه های الحاقی | 59 تا 61 دسی بل | 58 تا 62 دسی بل | 57 تا 65 دسی بل | 48 تا 50 دسی بل | 48 تا 50 دسی بل | 51 تا 54 دسی بل | 52 تا 58 دسی بل |
جابجائی افقی جزئی در صفحه های الحاقی با الگوی آشفتگی | 41 تا 52 دسی بل | 42 تا 49 دسی بل | 43 تا 57 دسی بل | 39 تا 47 دسی بل | 38 تا 41 دسی بل | 37 تا 41 دسی بل | 36 تا 41 دسی بل |
حذف قسمت میانی از صفحه الحاقی | 38 تا 50 دسی بل | 38 تا 48 دسی بل | 42 تا 57 دسی بل | 32 تا 35 دسی بل | 32 تا 34 دسی بل | 35 تا 39 دسی بل | 36 تا 40 دسی بل |
شکل 10. مقایسه تطبیقی وضعیت تراز شدت صوت و تراز نوفه زمینه با تمهیدات مختلف آکوستیکی پژوهش
با انجام چهار مرحله تمهیدات آکوستیکی در مجموعه، وضعیت آسایش آکوستیکی حاصل از نوفه زمینه برای کلاس های درس و تراز شدت صوت برای کارگاه ها حاصل می گردد. بر مبنای جدول 4 و شکل 10 می توان گفت استفاده از موقعیت بهینه ارتفاعی صفحات جذب کننده و جابجایی افقی جزئی، تراز شدت صوت و نوفه زمینه به میزان قابل توجهی افت کرده و برای رساندن شاخص به حد استاندارد از تقسیم ارتفاعی جذب کننده می توان بهره برد(جدول4 و شکل 10). برای اعتبار سنجی نتایج حاصل از نرم افزار EASE4.4 شبیه سازی بحرانی ترین کارگاه در نرم افزار COMSOL5.2انجام شده و مشخص می گردد که نتایج در دو نرم افزار تشابه قابل قبولی را دارند(جدول 5).
جدول5. مقایسه تطبیقی نتایج شبیه سازی کارگاه شماره 3 در نرم افزار COMSOL و EASE جهت صحت سنجی نتایج
شبیه سازی کارگاه 3 در نرم افزار Comsol5.2 | نتایج تراز شدت صوت کارگاه 3 در نرم افزار Comsol5.2 | نتایج ترازشدت صوت کارگاه 3 در نرم افزار EASE4.4 |
| 7/72 تا 5/76 دسی بل | 73 تا 76 دسی بل |
| 7/66 تا 6/73 دسی بل | 66 تا 74 دسی بل |
| 8/56 تا 6/65 دسی بل | 57 تا 65 دسی بل |
| 8/43 تا 2/57 دسی بل | 43 تا 57 دسی بل |
| 1/41 تا 9/55 دسی بل | 42 تا 57 دسی بل |
استخراج یک رابطه ساده
با توجه به شبیه سازی های متعدد انجام گرفته در پژوهش حاضر می توان گفت بین ارتفاع منبع صوتی، ارتفاع صفحه جذب کننده و فاصله آن از سقف رابطه معناداری وجود دارد. این رابطه دارای حالت افزایشی یا کاهشی مطلق نبوده و از وضعیت ثابتی تبعیت نمی کند. برای بهینه و بیشینه سازی بازدهی جذب صوت با صفحات معلق جذب کننده ابتدا باید برای منبع صوتی به میزان ارتفاع منبع، سایه صوتی(فضای انتشار صوت) در نظر گرفت و برای هر عامل جذب کننده به اندازه ارتفاع آن، فضای تله را ایجاد کرد. بنابراین بهینه حالت جذب وابسته به ارتفاع صفحه جذب کننده در صورتی است که مجموع دو برابر ارتفاع منبع صوتی و دو برابر ارتفاع جذب کننده برابر با ارتفاع فضا باشد(جدول 6).
جدول 6. رابطه استخراجی
فرمول استخراجی | رابطه‌ها |
| تعاریف |
2T+2M=H | M=N | ارتفاع صفحه الحاقی= M | ارتفاع تله صوتی در قسمت فوقانی صفحات = N |
L=T | فاصله بین منبع تا صفحه‌های الحاقی = L | ارتفاع منبع = T |
نتیجه گیری
در پژوهش حاضر تاثیر ارتفاع جذب کننده ها و محل و نحوه نصب آنها در بازدهی جذب انرژی صوتی بررسی شد و پس از مطالعات میدانی وضع موجود و شبیه سازی آن در نرم افزار EASE مشکلات آکوستیکی فضا که صرفا ناشی از افزایش سطح تراز نوفه در فضا بود، استخراج گردید. با بررسی محل و نحوه نصب جذب کننده ها، موقعیت های مکانی مناسب برای بیشینه سازی میزان جذب در فضا نسبت به ارتفاع صفحات جذب کننده استخراج شده و مشخص گردید که علاوه بر نوع جذب کننده کاربردی، بهترین محل برای نصب انواع جذب کننده ها سقف می باشد. نصب عمودی جذب کننده ها در سقف دارای بازده بیشتری نسبت به نصب افقی است و بازدهی صفحات عمودی جذب کننده در سقف با گرفتن فاصله از سقف در بازه ی مشخصی افزایش و سپس کاهش می یابد که در این پژوهش آستانه افزایشی و کاهشی به صورت یک رابطه ارائه شد. پس از شبیه سازی های متعدد مشخص گردید که میزان جذب صوت در اثر صفحات عمودی جذب کننده معلق از سقف با ارتفاع منبع صوتی و ارتفاع خود صفحات رابطه معناداری دارد، به صورتی که، چنانچه ارتفاع کل فضا با مجموع دو برابر ارتفاع منبع و دو برابر ارتفاع صفحات جذب کننده برابر باشد بیشترین میزان جذب در فضا رخ خواهد داد. جهت دست یابی به حد استاندارد شاخص آکوستیکی تراز شدت صوت و تراز نوفه زمینه می توان از جابجایی افقی جزئی در صفحات معلق از سقف و تقسیم ارتفاعی و مجوف سازی صفحات استفاده کرد.
پی نوشت‌ها
1 Articulation loss of consonants
2 Sound transmission index
3 Reverberation Time
4 Sound Pressure Level
فهرست مراجع
1. اگان، دیوید. (1396). آکوستیک در معماری. (مسعود حسنی، مترجم). تهران: انتشارات یزدا.
2. سخندان، زهرا. نصراللهی، فرشاد و غفاری، عباس. (1396). بهینه سازی هندسه فضاهای معماری برای دستیابی به عملکرد حرارتی با استفاده از اثر ترموآکوستیک. هویت شهر، 11(31)،73-82.
3. سعادتی، ناهید.(1391). بررسی اثر شکل های مختلف گوشه بندی در مکان های مذهبی بر وضوح گفتار. پایان نامه کارشناسی ارشد،دانشکده صدا و سیمای جمهوری اسلامی ایران، تهران.
4. غفاری، عباس.(1392). بهبود شرایط آکوستیک در مساجد با نگرش تحلیلی وضوح گفتار در مساجد دوره قاجار تبریز با رویکرد تاثیر آجر و تزئینات آجری بر زمان واخنش.پایان نامه دکتری، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران.
5. فیضی، محسن. حسینی، سیدباقر. مجیدی، وحید و احمدی، جواد.(1396). ارزیابی مولفه های موثر بر ارتقا کیفیت فضای معماری در کتابخانه های عمومی. هویت شهر، 11(31)، 43- 54.
6. قیابکلو، زهرا.(1393). مبانی فیزیک ساختمان 1، آکوستیک.تهران: انتشارات جهاد دانشگاهی.
7. کینزلر، لارنس ئی و فرای،آستین آر.(1382). مبانی آکوستیک.( ضیا الدین اسماعیل بیگی و مهدی برکشلی، مترجمان). تهران: انتشارات امیرکبیر.
8. گل محمدی، رضا. (1387). مهندسی صدا و ارتعاش. همدان: انتشارات دانشجوی همدان.
9. هاشمی، ابوالفضل و داداش زاده، زینب.(1389).آکوستیک و کنترل صدا.تهران: انتشارات یزدا.
10. Cho, W.-H., Ih, J.-G., Katsumata, T., & Toi, T. (2018). Best practice for positioning sound absorbers at room surface. Applied Acoustics, 129, 306-315.
11. Cho, W.-H., Ih, J.-G., & Toi, T. (2015). Positioning actuators in efficient locations for rendering the desired sound field using inverse approach. Journal of Sound and Vibration, 358, 1-19.
12. Chourmouziadou, K., & Kang, J. (2008). Acoustic evolution of ancient Greek and Roman theatres. Applied Acoustics, 69(6), 514-529.
13. Cox, T. J. & Antonio, P.D. (2009). Acoustic Absorber and Diffuser, Theory, Design & Application. Teylor and francis press.
14. Cook, J. R., & Bank, F. V. (1979). U.S. Patent No. 4,152,474. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.
15. Crocker, M. J. (1997). Encyclopedia of acoustics. John Wiley.
16. Dragonetti, R. Opdam, R. Napolitano, M. Romano, R & Vorlander, M.(2016). VorlanderEffects of the wave front on the acoustic reflection coefficient.Acta Acustica United with Acoustica, 102(4), 675-687.
17. Fahy, F. (2003). Sound Absorption and Sound Absorbers. In F. Fahy (Ed.), Foundations of Engineering Acoustics (pp. 140-180). London: Academic Press.
18. Falsafi, I., & Ohadi, A. (2017). Design guide of single layer micro perforated panel absorber with uniform air gap. Applied Acoustics, 126, 48-57.
19. Fuchs, H. V., & Lamprecht, J. (2013). Covered broadband absorbers improving functional acoustics in communication rooms. Applied Acoustics, 74(1), 18-27.
20. Marbjerg, G., Brunskog, J., & Jeong, C.H. (2018). The difficulties of simulating the acoustics of an empty rectangular room with an absorbing ceiling. Applied Acoustics, 141, 35-45.
21. Pfretzschner, J., Cobo, P., Simón, F., Cuesta, M., & Fernández, A. (2006). Microperforated insertion units: An alternative strategy to design microperforated panels. Applied Acoustics, 67(1), 62-73.
Optimization of Acoustical Function of Sound Absorbers with Emphasis on Geometry and Height of Spaces (Case Study: Zahra Mardani Azar Collage)
Zahra Sokhandan Sorkhabi1, Ph.D. Candidate, Architecture Department, Art University of Isfahan, Isfahan, Iran.
Farshad Nasrollahi, Assistant Professor, Architecture Department, Art University of Isfahan, Isfahan. Iran.
Abbas Ghaffari, Assistant Professor, Architecture Department, Islamic Art university of Tabriz, Tabriz. Iran.
Abstract
In this paper, efficiency of Absorber Panels improved with the geometry of spaces and the most optimal mode of them is identified. The studied variables are position and location of installing the Absorber Panels, Geometry and Height of them, the space around the Absorber panels with an emphasis on the upper part of panels, position of Sound sources and their heights and the geometry and height of a place. The research has been done in experimental method through the observation and measurement about the Acoustical Statue of Zahra Mardani Azar Collage in Tabriz and Simulation method with EASE software. The primitive result of measurement and Simulation compared and analyzed. In the process of researching, simulating repeated over and over again to recognize the best location of Absorber panels in whole spaces of collage. The purpose is decreasing of noise and sound intensity level in Classrooms and maintaining the high intensity level of workshops with them. The problem in Zahra Mardani Azar collage in Tabriz is the high noise level around the workshops that make Acoustical pollution in the eight classrooms which are neighborhood with workshops. Because of the high cost of Absorbers panels, it is so important to use them in most the suitable place and optimal mount, so 20 square meters of Wood Absorber panels were chosen and located in different positions in one of the workshops and found out the best place for installing them. In the following absorber panel divided and installed in different position of optimal place. The most important challenge in this study is the possibility of generalization of results in all of schools with a similar plan, conditions and problems. So in the process of research, the relation between variables Studied, analyzed and documented. The purpose was finding a formula for achieving the best sound absorbing in all spaces of an educational place with different condition. Acoustical factors like STI(sound transmission index), ALC (Alcons), SPL (Sound pressure level) and noise analyzed in the case study, so SPL and noise level have been introduced as problems. Limitation in changing the geometries of schools make solving the Acoustical pollution hard in common ways, so finding a way to control the noise level in school with low cost is the challenge in this research.
As a result, ceilings and Upper condition are the best location for installing the Absorber panels and floors are worst. Absorbers need some free spaces on their heads that is the proper places for sound reflections and trapping the sound there. Height of sound source is a very important factor to achieve the best efficiency in absorbing inside the places. Free spaces on sound sources are as important as free spaces on the absorber panels. In process of simulation, it has been found that height of free spaces and sound sources should be equal and height of absorbers and free space on it too. If double height of absorber and sound source make height of space, the best absorbing in space will happen.
Keywords: Membrane Absorbers, Proportions, SPL, Height of space, EASE4.4.
[1] * Corresponding Author: Email: zahra.sokhandan@gmail.com
