Odraz zvuku, pohlcování zvuku

V důsledku toho, že při dopadu zvukového vlnění na překážku (např. stěna, dveře, …) část zvukové energie proniká do druhého prostředí a zbytek se od překážky odráží podle zákona odrazu, je intenzita odraženého (reflektovaného) vlnění vždy menší než intenzita vlnění dopadajícího na stěnu. Část zvukové energie, která pronikla do překážky je z hlediska místnosti ztracená (pohlcená). Platí jednoduchý vztah: , kde je intenzita pohlceného (absorbovaného) vlnění.

Na základě toho je možné zavést podíly:

1. , který se nazývá koeficient odrazivosti (reflexe) zvuku při odrazu

2. , který se nazývá koeficient pohltivosti (absorpce) zvuku při odrazu.

V tomto případě evidentně platí a je-li jeden ze sčítanců nulový, druhý má maximální hodnotu rovnou jedné. V tom případě se zvuk buď bezezbytku odráží (- v praxi nenastává) nebo bezezbytku absorbuje ().

Zvuk absorbovaný stěnou z hlediska uvažované místnosti nemusí být zcela přeměněn vnitřními ztrátami v teplo, ale může ho část projít stěnou do místnosti druhé (např. dveřmi, …). Označíme-li intenzitu vlnění přeměněného ve stěně v teplo a intenzitu prošlou (transferovanou) do vedlejší místnosti, platí: . Pro relativní vyjádření se zavádí koeficient zvukové průzvučnosti (propustnosti) vztahem .

Schematické rozdělení intenzity zvuku při dopadu na stěnu ukazuje obr. 67.

V praxi mohou nabývat hodnoty 1 pouze koeficienty a :

1. - v případě otevřeného okna, kdy veškerá dopadající energie zmizí ve venkovním prostoru a žádná část se neodráží zpět do místnosti

2. - v případě otevřených dveří, kdy veškerá na dveře dopadající energie přejde do sousední místnosti.

V ostatních případech je .

Obr. 67

Koeficient pohltivosti závisí především na materiálu a charakteru jeho povrchu, ale mění se i s výškou zvukového vlnění - pro nižší tóny je koeficient absorpce tónu menší a pro vyšší tóny je naopak o něco vyšší. Tento koeficient je větší u látek pórovitých (koberec, závěsy, děrované panely, …), velmi malý je tento koeficient u materiálů kompaktních a hladkých (kovy, dlaždice, sklo, …).

Proto se např. stěny hudebních sálů pokrývají koberci, zatahují se kolem závěsy, … aby část zvuku hudební produkce pohltily a nedocházelo ke zkreslování zvuku pro posluchače. Jsou-li stěny holé, téměř všechen zvuk se odráží zpět do místnosti a skladba nebo projev se stává velmi nesrozumitelný.

Celková pohlcená energie závisí nejen na koeficientu absorpce , ale i na velikosti pohlcující plochy S. Pohltivost stěny vyrobené z jednoho materiálu je ; . Celkovou pohltivost (absorpci) A místnosti získáme tak, že velikost ploch jednotlivých stěn vyrobených z jednoho materiálu vynásobíme jejich absorpčními koeficienty a získané součiny sečteme .

Někdy je výhodné znát střední hodnotu koeficientu pohltivosti : .

Analogicky jako byla zavedena celková pohltivost lze zavést průzvučnost stěny ; . Zde se ale nepoužívá vztah pro součet jednotlivých stěn, protože tento jev je poněkud komplikovanější.

Absorpční koeficient otevřeného okna se rovná 1, neboť od otevřeného okna se zvukové vlnění neodráží, a proto se absorpce otevřeného okna rovná jeho ploše. To znamená, že absorpci otevřeného okna s plošným obsahem je . Díky tomuto poznatku se jednotka celkové absorpce (rozměr ) nazývá „otevřené okno“.

Při počítání celkové absorpce dané místnosti je třeba brát v úvahu i absorpci těl osob přítomných v místnosti a nábytku.

Například na 1 osobu připadá průměrně (otevřených oken), na dřevěnou židli a na čalouněné křeslo .

Je-li třeba snížit hladinu intenzity zvuku v prostoru, je nutno zvýšit celkovou pohltivost zvuku. To lze udělat buď obkládáním stěn hmotami s velkým koeficientem , nebo pomocí speciálních konstrukcí (divadelní sály, koncertní sály, …). Při jejich konstruování se vychází z poznatku, že vznikne-li v prostoru stojaté vlnění (byť i jen na přechodnou dobu), bude mít při odrazu na stěně vždy uzel, v němž je amplituda kmitání (a tedy i energie) nulová. Maximální energie je naopak ve kmitně, která je od povrchu stěny vzdálená čtvrtinu vlnové délky. Umístíme-li do této vzdálenosti nějakou pohlcující látku (závěs, molitanem potaženou překážku, …), dosáhneme velmi dobré pohltivosti pro žádanou frekvenci. Podobným způsobem fungují i absorpční rezonátory v děrovaných panelech.

Útlum stěn se udává i počtem decibelů, o které je hladina intenzity zvuku vnitřní místnosti menší než venku. Ideální útlum je takový, který sníží průměrnou hlasitost vnějšího zvuku pod zvukový práh. V praxi se však připouští: pro ateliéry zvukového filmu a rozhlasové ateliéry 6 až 10 decibelů, pro nemocnice 8 až 12 decibelů, pro školy, kostely, knihovny a divadla 10 až 20 decibelů a pro kanceláře 20 až 30 decibelů.