Transcript Weeping Willow in the Fog

Acoustics & Optics
3rd Lecture
ACOUSTICS
By: Eng. Bader A.
2nd semester
PPU
1
‫األهداف‬
‫معرفة كيفية التعامل مع ظاهرة الصوت في المباني وتحديدا في الحيز المغلق‪.‬‬‫ايجاد اسس تصميمي صوتي صحيحة‪.‬‬‫‪-‬اختيار المواد المناسبة لإلنشاءات واألعمال الداخلية وكيفية العزل ومواد العزل‪.‬‬
‫االستفادة من ظاهرة انتشار الصوت وتوزيعه بالتساوي في انحاء الفراغ‪.‬‬‫‪-‬تجنب الصدى او التردد الصوتي الذي يسبب االزعاج لمستخدمي الفراغ‪.‬‬
‫‪2‬‬
‫اسباب الدراسة‬
‫الدراسة الصوتية للمباني اثناء التصميم تؤدي الى التوفير في تكاليف االنشاء‪.‬‬‫‪-‬يستطيع المصمم تحديد اشكال القاعات وإيجاد الحجوم المناسبة والمواد الصحيحة‪.‬‬
‫‪3‬‬
‫فيزيائية الصوت‬
‫درس االنسان االصوات التي تصدر عن االالت المتعددة وطورها فظهرت الموسيقى‪.‬‬‫كان االغريق اول من درس نظرية الصوت‪.‬‬‫‪-‬ابيقور درس ظاهرة الوتر المشدود ونوعية االصوات الناتج باختالف شد الوتر‪.‬‬
‫بعد ذلك جاء فيثاغورس وبطليموس واقليدس وأكملوا ما بدأه ابيقور‪ ،‬لكن جميعهم لم يتطرقو لالساس‬‫الفيزيائي للصوت‪.‬‬
‫‪-‬اما في العصر الحديث فكان اول من طور نظرية الصوت هم العالم الفيزيائي هيرمان والسير ريلي‪.‬‬
‫‪4‬‬
‫فيزيائية الصوت‬
‫يحتاج الصوت الى ثالثة عناصر لحدوثه‪ -1 :‬مصدر صوتي‪.‬‬
‫‪ -2‬وسط النتقال الصوت‪.‬‬
‫‪ -3‬مستقبل الصوت‪.‬‬
‫‪ -‬ينتشر الصوت على شكل اهتزازات‪.‬‬
‫ وتكون موجات الصوت في الهواء موجات طولية‪ ( .‬جزيئات الرياح تهتز بشكل موازي التجاه موجه‬‫الصوت)‪.‬‬
‫‪-‬تقل شدة الصوت كلما ابتعدنا عن مصدر الصوت‪.‬‬
‫التردد هو عدد الذبذبات التي يولدها مصدر الصوت في الثانية‪.‬‬‫‪-‬يستطيع االنسان سماع الترددات التي تقع تردداتها ما بين ‪ 20‬هيرتز و ‪ 20‬كيلو هيرتز‪.‬‬
‫‪5‬‬
‫فيزيائية الصوت‬
‫وأطوال الموجات التي يستطيع االنسان سماعها تقع بين ‪ 17‬ملم و ‪ 17‬متر‪.‬‬‫ال يمكن لألصوات انت تنتقل في الفراغ بل بحاجة الى وسط لالنتقال خالله ( تجربة وضع جرس في‬‫وعاء مفرغ من الهواء)‪.‬‬
‫من اهم خصائص الوسط الذي ينتقل فيه الهواء هي المرونة ( تغيير شكل الوسط عند تأثره بقوة معينة)‬‫سرعة الصوت في الهواء تبلغ ‪ 343‬متر \ الثانية تحت درجة حرارة ‪ 20‬درجة مئوية وضغط جوي‬‫يساوي ‪.1‬‬
‫‪-‬سرعة الصوت في الماء اكثر من الهواء واقل من الحديد والرخام والنحاس‪.‬‬
‫‪6‬‬
‫فيزيائية الصوت‬
‫كلما زادت درجة حرارة الوسط الغازي بشكل خاص والوسط السائل او الصلب بشكل بسيط‪ ،‬تزداد‬‫سرعة الصوت‪.‬‬
‫اذا كانت االصوات المسموعة لها ترددات متعددة فانه ينتج الضجيج‪.‬‬‫‪-‬وحدة قياس شدة الصوت هي ديسيبل ( نسبة الى مخترع التلغراف غراهام بل)‪.‬‬
‫‪7‬‬
‫االنسان و الصوت‬
‫تسمى االصوات التي يقل ترددها عن ‪ 20‬هيرتز (‪)infra sonic sounds‬‬‫وتسمى االصوات التي يزيد ترددها عن ‪ 2000‬هيرتز (‪)ultra sonic sounds‬‬‫‪-‬يتغير مستوى الطاقة المسموعة حسب التردد (‪)loudness‬‬
‫‪8‬‬
‫انتشار الصوت‬
‫يعتمد انتشار الصوت على الوسط الذي ينتقل فيه وعلى العوائق‪.‬‬‫اذا تحرك الصوت في مجال مفتوح (‪ )open free field‬فانه ينتشر في كل االتجاهات‪.‬‬‫في حالة الغرف ‪ :‬ينتشر الصوت في جميع الجهات ويصطدم بعوائق تتمثل بالجدران وتكون النتيجة‬‫كمايلي‪:‬‬
‫قسم من الصوت ينعكس عن الجدار‬
‫‬‫قسم منه يتم تمريره عبر الجدار‬
‫‬‫قسم من الصوت يتحول الى اهتزازات في الوسط (الجدار) وجزء يتحول الى اهتزازات رنينية‪.‬‬
‫‬‫جزء بسيط من الصوت الذي يتم تمريره من الجدار والذي تحول الى اهتزازات يتحول الى حرارة‪.‬‬
‫‪-‬‬
‫‪9‬‬
‫انتشار الصوت‬
‫أي ان السطح يتعامل مع الصوت الساقط عليه كمايلي‪:‬‬‫يعكس قسما منه‬
‫يمتص قسما منه‬
‫يمرر قسما منه‬
‫وبالتالي يمكن التعامل مع مشكلة الصوتيات في المباني من ثالث زوايا‪:‬‬
‫‪ -1‬عازلية الصوت ‪sound insulation‬‬
‫‪ -2‬امتصاصية الصوت ‪sound absorbtion‬‬
‫‪ -3‬انتشار الصوت ‪sound distribution‬‬
‫‪10‬‬
‫انتشار الصوت‬
‫كانت الحضارات القديمة مثل االغريقية والرومانية لها خبرة كبيرة في تحسين االداء الصوتي في‬‫المسارح القديمة ‪ Amphitheaters‬واستخدموا العوامل التالية في تحسين االداء الصوتي‪:‬‬
‫‪ -1‬تم وضع عاكس ‪ reflector‬خلف الممثل على المسرح‪.‬‬
‫‪ -2‬صنعوا اقنعة خاصة يلبسها الممثل على وجهه إلخفاء تعابير الوجه ولها بوق ‪ megaphone‬على‬
‫فتحة الفم لزيادة مستوى الصوت‪.‬‬
‫‪11‬‬
‫انعكاس الصوت‬
‫عند انعكاس الصوت عن سطح صلب ومستوي واملس فان زاوية انعكاس الصوت تساوي زاوية‬‫سقوطه‪.‬‬
‫السطح المحدب ‪ convex‬يعكس الصوت عنه في جميع االتجاهات ولذلك يقال ان السطح المحدب‬‫ينشر الصوت‪.‬‬
‫الصوت المنعكس عن السطوح المقعرة ‪ concave‬يتركز في مكان واحد وهي عكس خاصية االنتشار‬‫للسطح المحدب‪.‬‬
‫‪12‬‬
‫انعكاس الصوت‬
‫اذا صادفت الموجة الصوتية حاجزا في غرفة ‪ ،،،‬فاعتمادا على سماكة هذا الحاجز وطول الموجة‬‫الصوتية الساقطة عليه يمكن ان يتشكل لدينا ظال صوتيا ‪ shadow‬او ال يتشكل‪.‬‬
‫مثال اذا كان لدينا حاجز سماكته ‪ 50‬سم فان الموجات التي اطوالها اكبر من ‪ 50‬سم يحدث لها حيود‬‫(تنحني حول السطح) وتنعكس االمواج التي اطوالها اقل من ‪ 50‬سم‪.‬‬
‫‪13‬‬
‫انكسار الصوت‬
‫يحدث االنكسار لموجة صوتية اذا انتقلت من وسط الى اخر ‪ ..‬مثال من هواء الى زجاج او بين طبقات‬‫الهواء متعددة الكثافة‪.‬‬
‫امتصاص الصوت‬
‫يعتمد امتصاص الصوت على معامل االمتصاص للمادة حيث معامل االمتصاص هو النسبة بين كمية‬‫الصوت الممتص والصوت الساقط‪ .‬وتكون قيمة المعامل بين صفر و ‪.... 1‬‬
‫اذا كانت القيمة للمعامل صفر فان الصوت ينعكس وال يتم امتصاص أي جزء منه‬‫‪ -‬اذا كان المعامل ‪ 0.25‬فان ربع الصوت يتم امتصاصه ‪ ...‬ويتحول الصوت الممتص الى حرارة‪.‬‬
‫‪14‬‬
‫امتصاص الصوت‬
‫يمكن تقسيم المواد الماصة للصوت الى ثالثة انواع‪:‬‬‫‪ -1‬المواد المسامية (‪.)Porous materials‬‬
‫‪ -2‬المواد الغشائية (‪.)Membrane materials‬‬
‫‪ -3‬مرنان هيلمهولتز (‪.)Helmholtz resonators‬‬
‫‪15‬‬
‫‪ -1‬المواد المسامية (‪)Porous materials‬‬
‫تعتبر المواد المسامية من افضل المواد الماصة للصوت مثل ‪:‬‬
‫االلواح الليفية ( ‪.)fiber boards‬‬‫الصوف الصخري (‪.)mineral wool‬‬‫بطانيات العزل (‪.)insulation blankers‬‬‫حيث تحتوي هذه المواد على مسامات او فراغات هوائية في تركيبها‪.‬‬
‫يمكن تحسين معامل االمتصاص للمواد المسامية بزيادة سماكتها‪.‬‬
‫‪16‬‬
‫‪ -1‬المواد المسامية (‪)Porous materials‬‬
‫وتكون المواد المسامية المستخدمة المتصاص الصوت على عدة اشكال ‪:‬‬
‫‪ -1‬مواد مسبقة الصنع على شكل بالطات ‪.prefabricated tiles‬‬
‫‪ -2‬على شكل لواصق ‪.plasters‬‬
‫‪ -3‬على شكل رش على المواد ‪.spray‬‬
‫‪ -4‬بطانيات صوتية ‪.Acoustic blankers‬‬
‫‪17‬‬
‫‪ -2‬المواد الغشائية (‪)Membrane materials‬‬
‫تكمن فائدتها بان معامل امتصاصها كبير في حالة الترددات الصوتية المنخفضة‪.‬‬
‫من االمثلة عليها ‪ :‬ورق الحائط‪ ،‬االرضيات الخشبية ‪ ،‬وأية اغلفة خشنة توضع في الفراغ‪.‬‬
‫‪ -3‬مرنان هيلمهولتز (‪.)Helmholtz resonators‬‬
‫او المرنان التجويفي ‪ cavity resonator‬عبارة عن حاوية بفتحة رقبية صغيرة وتعمل برنين الهواء‬
‫داخل التجويف ويمكن اضافة مادة مسامية في الرقبة ازيادة فاعلية االمتصاص‪.‬‬
‫‪18‬‬
‫العزل الصوتي‬
‫هو التحكم بمستوى الضجيج الواصل الى احدى الغرف من الغرف األخرى ويجب التمييز ما بين العزل‬
‫الصوتي واالمتصاص الصوتي ‪.‬‬
‫فاالمتصاص الصوتي يهدف الى التحكم بالترددات داخل الفراغ او الغرفة فقط‪.‬‬
‫وهنا عند التعامل مع العزل الصوتي تكون الحاجة الى ايجاد مواد عاكسة للصوت الى جانب المواد‬
‫الماصة للصوت‪.‬‬
‫‪19‬‬
‫اشكال القاعات‬
‫هناك ثالثة اشكال هندسية معتمدة للقاعات ‪:‬‬
‫‪ -1‬الشكل المستطيل ‪.rectangular shape‬‬
‫‪ -2‬شكل المروحة ‪.fan shape‬‬
‫‪ -3‬شكل حذوة الحصان‪.horse shoe shape‬‬
‫ويعتبر شكل القاعة حرجا بالنسبة للصوت اعتمادا على سعة القاعة بعد حد معين‪:‬‬
‫حيث القاعات اقل من ‪ 100‬شخص ال يكون شكلها حرجا‪.‬‬‫كلما زاد عدد االشخاص يصبح شكل المروحة اكثر مالئمة‪ ،‬مع مالحظة ان ال يكون الجدار المواجه‬‫للمسرع مقعرا لتجنب تركيز الصوت‪.‬‬
‫لكن المشكلة في شكل المروحة تكمن في الجدران حيث يجب تكسير استمرارية الجدار باستخدام سطوح‬‫ناشرة للصوت‪.‬‬
‫‪20‬‬
21
22
23
‫اشكال القاعات‬
‫غالبا ما تبنى دار االوبرا على شكل حذوة حصان ‪ ،‬ويتم تكسير السطوح المقعرة باستخدام بلكونات على‬
‫جوانب الجدران حيث يجلس فيها المشاهدون ويشكلون مادة ماصة للصوت‪.‬‬
‫اما الشكل المستطيل للقاعات فيعتبر تقليدي حيث تستخدم العاكسات للتغلب على المشاكل الصوتية‪.‬‬
‫وتكون النسب لهذا التصميم ‪ 2‬ارتفاع ‪ 3:‬عرض‪ 5 :‬طول‪.‬‬
‫وهناك اشكال اخرى للقاعات مثل ‪:‬‬
‫الشكل البيضوي ‪.oval shape‬‬‫‪-‬االشكال الغير منتظمة‪.‬‬
‫‪24‬‬
25
26
27
‫اشكال القاعات‬
‫يجب ان يؤخذ بعين االعتبار عند ترتيب صفوف المشاهدين في القاعات ان تكون الرؤية واضحة وان‬‫يكون الصوت مسموع وبالتالي يحبذ ان يكون ميل في االرضية بحيث تترتب الكراسي على هذا الميل‪.‬‬
‫‪-‬وبالتالي ترتيب خط الرؤية يوفر ممر مناسب للصوت‪.‬‬
‫حجوم القاعات‬
‫‪-‬مرفق ورقة بذلك ‪..............‬‬
‫‪28‬‬