Ruumi akustika – heli neeldumine

Ruumi akustika väljendab, kuidas heli käitub ruumis. See tähendab, et kuulaja ja heliallikas on samas ruumis. Kui ruumis ei ole peagu üldse neelavaid pindu (seinad, katus ja põrand), siis heli põrkub pindade vahel ning võtab kaua aega enne, kui see vaibub. Sellises ruumis on kuulajal väga raske aru saada jutustajast, sest ta kuuleb nii otsest heli kui ka peegelduvaid helilaineid.

Kui aga pinnad on kaetud materjaliga, mis neelab heli, siis peegelduv heli kaob palju kiiremini ja kuulajani jõuab ainult otsene heli. Niimoodi tõuseb ka üldine helinivoo ruumis.

Ruumi akustika – heli neeldumine

Materjali helineelavuse omadused on sõltuvalt sagedusest väljendatavad neelavuse koefitsiendiga α (alfa). Alfa (α) ulatus on 0 kuni 1.00 (täielikust peegeldusest kuni täieliku neeldumuseni).

Heli neelajaid saab jaotada kolmeks peamiseks kategooriaks 

  • Poorsed neelajad 
  • Resonantsneelajad
  • Üksikud neelajad

Poorsed neelajad

Hea näide poorsetest neelajatest on kivivill. Kui helilaine läbib kivivilla, siis heli energia muutub hõõrdumise abil soojuseks.

Materjali paksus omab suurt mõju selle heli neelavuse kvaliteedile. Kõrgeid sagedusi (üle 500 Hz) on lihtne summutada 30-50 mm paksuse kivivillaga. Keerukamad on aga sagedused alla 500 Hz. Siis on vaja paksemaid kivivilla paneele, et tekitada parem heli neelduvus. Materjali paksust võib madalate sageduste summutamisel kompenseerida õhuruumiga akustilise lae- või seinapaneeli vahel.

Selliste helineelajate puhul on tähtis, et neid ei kaetakse õhukindla kattega, nagu näiteks aurutõkke või värviga, sest see vähendab märgatavalt materjali heli neelduvuse omadusi. Õhukindla katte mõju võib näha alljärgnevalt pildilt (punktiirjoon).

Heli neelduvuse kõverad kivivillast isolatsiooni puhul

Pildid: Heli neelduvuse kõverad kivivillast isolatsiooni puhul

Siit leiad mõned kasulikud neelduvuse koefitsiendid valitud materjalide puhul:

Sagedus (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
Betoon

0.02

0.02 

0.02 

0.02 

0.03 

0.04 

Kipsplaat karkassil  

0.2

0.15

0.1

0.08

0.05

0.05

Aknad

0.35

0.25

0.18

0.12

0.07

0.04

50-mm mineraalvilla plaat*

0.2

0.65

1.0

1.0

1.0

1.0

100-mm mineraalvilla plaat*

0.45

0.9

1.0

1.0

1.0

1.0

* kinnises kontsruktsioonis

Resonantsneelajad

Resonantsneelajad koosnevad mehhaanilisest või akustilisest võnkumise süsteemist. Ühel juhul on membraaniga neelajad - näiteks tahke plaat, mille taga on suletud õhu ruum. Neelduvus on kõig suurem resonantssagedusel. Kui süvendid on täidetud poorse materjaliga, nagu näiteks kivivill, siis heli neelduvuse sagedusulatus laieneb.

Üksikud neelajad

Sellesse kategooriasse kuuluvad objektid nagu lauad, toolid, inimesed jne. Nende neelduvus on tavaliselt väljendatud m2-ga ühe objekti kohta Sabine'i valemis.

Kaja pikkus ruumis iseloomustab, kui kaua kestab akustiline energia selles ruumis. Tavaliselt on see defineeritud ajaga, mis kulub akustilise intensiivsuse langemiseks teguriga 1000000 (60dB).

Kuivõrd harilik plaksutus on umbes 100 dB (SPL) ja sosin umbes 40dB, siis on lihtne hinnata kaja pikkust ruumis, kui plaksutada ning kuulata, kui kaua on kuulda veel plaksutuse kaja. See eeldab, et ruum oleks ebapraktiline oma mõõtmetelt ning see on suhteliselt vaikne.

 Üksikud neelajad

Väikses ruumis või saalis (mahuga <1000m3), kus heliväli on hajutatud, on keskmine neelduvus vähem kui 0.3. Kaja pikkuse kalkuleerimiseks saab kasutada empiirilist valemit, mida nimetatakse Sabine'i valemiks:

RT = 0.16 x V / A

T = kaja pikkus, s
V = ruumi maht, m3
A = (Σ pindala (S) x α) = ruumi neelduvuse ala, m2

Ruumi neelduvuse ala A on iga pindala S'i ja selle neelduvuse koefitsiendi korrutis.
Näiteks, kui soovitud kaja pikkus klassiruumis on 0.8 sekundit ja klassiruumi mõõtmed on 6 x 10 x 3 m ning kavas on kasutada 45 m2 heli neelavat laematerjali, siis mis oleks vajaminev materjali neelduvustegur? 

Vastus: A = 0.16 x V/T = 0.16 x 180/0.8 = 36 m2 x α = 36/45 = 0.8

Optimaalne kaja pikkus sõltub ruumi suurusest, materjalist ning tüübist. Kõik objektid, mis on paigutatud ruumi, kaasaarvatud inimesed ja nendega kaasas olevad esemed, võivad mõjutada kaja pikkust.

Ruumid kõnepidamiseks vajavad lühemat kaja pikkust, kui ruumid muusika jaoks. Pikem kaja võib kõneleja raskesti kuuldavaks muuta. Teisest küljest, kui kaja ei ole piisavalt pikk, siis võivad kannatada toonide tasakaal ja valjudus.

Müra vähendamine suurtes tootmisruumides

Tööstuslikes ruumides, kus maht ületab hinnanguliselt ruumala 1000 m3, on ruumi kõrgus tavaliselt väiksem kui pikkus või laius. Sellistel juhtudel omavad kõrgus ja sisustustihedus suurt mõju heliväljale. Sellistes hallides on heliväli üldiselt hajutamata ning seega ei ole mõtekas kasutada kaja pikkuse arvutamise Sabine'i valemit.