Arkitektonisk akustikk

De bygningsakustikk er domenet vitenskap og teknologi som mål å forstå og kontrollere spredningen av lyden i bygninger.

Arkitektonisk akustikk dominerer byggingen av forestillingshaller og innspillingsstudioer; det kan delta i utformingen av andre bygninger som arbeidsplasser, kollektive serveringslokaler, stasjons- og terminalhaller, hjem, hvor den akustiske kvaliteten kan ha viktige implikasjoner for velvære, velvære og helse .

Akustikk av forestillingshaller

Ved å anvende teorien om bølgeutbredelse til lyd vibrasjoner, trykker vi på et felt som allerede er meget godt mestret siden antikken , at av romakustikk. For å forsterke lyd brukte grekerne materialets fysiske egenskaper, kunnskapen de hadde tilegnet seg om fenomenene resorpsjon og refraksjon av lyd, og bygde teatre og amfiteatre som ga dem en bestemt form. Dermed hadde konstruksjonene der høyttalere eller musikere skulle opptre en veldig nøye studert akustikk. Den Epidaurus teater er dermed en indikator på utvikling av kunnskap grekerne i akustikk fra IV th århundre f.Kr.. AD .

Kunnskap om romakustikk i det gamle Hellas var imidlertid fremfor alt empirisk. Dette kunnskapsområdet vil forbli veldig lenge, nesten utelukkende basert på erfaring, og utvikles som et resultat av forsøk som noen ganger fører til feil, noen ganger til store suksesser som kan tjene som modell for etterfølgende rom. Amerikansk fysiker Wallace Clement Sabine er allment ansett som far til romakustikk som et vitenskapelig felt. I 1900 publiserte han artikkelen etterklang som la grunnlaget for denne meget unge vitenskapen.

Når en lyd sendes ut i et rom, reflekteres lydbølgene på veggene for å nå lytteren med en forsinkelse, sammenlignet med den direkte bølgen, proporsjonal med den tilbakelagte avstanden. Resultatet av disse flere refleksjonene er en kontinuerlig lyd hvis amplitude avtar mer eller mindre raskt. Måling av denne responsen blir vanligvis referert til som et ekkogram eller impulsrespons . Etterklangs tid og ekko tid TR er generelt definert som den tiden det tar for lydstyrke å nå en milliontedel av sin opprinnelige verdi (som tilsvarer en nedbrytning på 60 dB ).

Wallace Clement Sabine studerte forplantningen av lydbølger i et lukket kammer. Han viste at den akustiske etterklangstiden er proporsjonal med volumet v delt på produktet av det totale arealet av veggene (vegger, gulv og tak) med en absorpsjonskoeffisient α mellom 0 (helt reflekterende vegg) og 1 (helt absorberende vegg, der ingen lydbølger reflekteres, også kalt åpent vindu ). Vi beregner nevneren s .α ved å legge til de delproduktene som er oppnådd for hvert av elementene i veggene

Sabines formel: ${\ displaystyle TR = {\ frac {0,163v} {s \ alpha}}}$

TR : sekunder, v : m³, S : m², α: [0, 1].

Denne formelen gjør forutsigbar innflytelse av materialene som brukes i konstruksjonen av et sted på dets akustikk, under forutsetning av å ha tidligere bestemt absorpsjonsindeksen, som gjøres ved å introdusere dem i et designet rom. For dette formålet ( etterklangskammer ) og måling endringene de gjør i den.

Sabine var hovedsakelig interessert i store konserthaller, som må ha tilstrekkelig reflekterende vegger til å overføre lyd til alle lyttere. Formelen er egnet når absorpsjonskoeffisientene er tilstrekkelig små. Når disse er store, er det åpenbart falske: hvis α = 1, dvs. veggene absorberer lyd helt, skal det ikke være etterklang ( TR = 0); men Sabines formel gir en verdi som ikke er null. For å avhjelpe dette foreslo Eyring å omdefinere α som den naturlige logaritmen til overføringskoeffisienten (1 - absorpsjon).

Eyring formel ${\ displaystyle TR = - {\ frac {0,161v} {s \ ln {(1- \ alpha)}}}$

De to formlene gir ekvivalente resultater når α er liten; dette er en vurdering med høyst to signifikante tegn, ikke en streng fysisk måling. Sabine var allerede klar over at etterklangstiden ikke er nok til å beskrive den akustiske kvaliteten i et rom. I sin artikkel 'Etterklang' foreslår han tre faktorer som definerer forholdene for god lytting. Disse tre faktorene er:

Loudness (kraft, total energi fra impulsresponsen).
Forvrengning av komplekse lyder (det vil si balansen, spektral som romlig, resultat av fenomenene interferens og resonans ).
Forvirring (tap av klarhet på grunn av langvarige lyder som følge av etterklang og ekkofenomener ).

Men for disse tre perseptuelle faktorene foreslår Sabine bare ett objektivt kriterium (TR), slik at bare etterklangfenomenet kan karakteriseres.

Leo L. Beranek var den første til å foreslå , mye senere, en tilnærming til generell definisjon av den akustiske kvaliteten til en forestillingshall. Hans undersøkelse av perseptuelle aspekter foreslo å sammenligne forskjellige konserthaller mellom dem av eksperter (dirigenter, artister og musikkritikere). Basert på intervjuer med disse ekspertene og hans personlige lytting, foreslo Beranek en liste over 18 perseptuelle faktorer som han vil oppsummere senere i 7:

"Etterklang": etterklang, subjektiv evaluering av fenomenet etterklang;
"Loudness": lydkraft;
“Romslighet”: romfølelse og lydinnhylling;
"Klarhet": klarhet eller gjennomsiktighet;
"Intimitet": intimitet, følelse av lydnærhet;
"Varme": varme brakt av fargelegging av stemplene i rommet;
"Hørsel på scenen": dyktighet for musikere, skuespillere eller forelesere (derfor kun i sammenheng med en forestillingshall) til å høre hverandre riktig.

For nesten alle disse perseptuelle faktorene foreslår Beranek objektive målbare kriterier: TR for 'Reverberance', lydkraften G for 'Loudness', andelen tidlige refleksjoner som strekker seg lateralt til lytteren for 'Spaciousness' (oppdaget av Michael Barron ) , forholdet mellom tidlig lydenergi og sen lydenergi for 'Klarhet' (kriterium C80 definert av Abdel Alim ), tidsforsinkelsen til den første refleksjonen som når lytteren for 'Intimitet', rapporten fra TR i lave frekvenser på TR i mids for "varme". Bare det å høre på scenen er ikke knyttet til et objektivt kriterium.

Konserthaller, opera

Disse rommene må være optimalisert for musikk. Opprinnelsen til lydene er godt definert, det er nødvendig å sikre publikum en god lyttekvalitet.

Generelt har konserthaller og operahus lengre etterklangstid enn andre typer saler. Denne etterklangen bidrar til inntrykket av lydvolum og inntrykket av musikalsk harmoni.

Teater

Dusinvis eller hundrevis av tilskuere må høre en lyd som sendes ut med relativt lav effekt av skuespillernes stemme. Mer etterklang øker det oppfattede volumet, men reduserer forståelsen av teksten. Den optimale akustiske responsen til en teatersal resulterer i kortere etterklangstid enn en konsertsal.

Kino

En kino sender et program spilt inn elektronisk. Kriteriet for opplevd lydkraft oppstår ikke, siden det avhenger av forsterkernes kraft. Vi ser etter et balansert lydnivå i alle seter, god forståelse av teksten, god kvalitet på musikalsk reproduksjon, og best mulig demping av støyen som tilskuerne sender ut. Etterklangstiden til et kino er normalt mye kortere enn et teater.

Lydrom

Rom utstyrt med lydforsterkningssystem utgjør spesielle problemer for arkitekter-akustikere. På den ene siden må publikum dra nytte av et tilstrekkelig lydnivå, men ikke overdreven, på alle setene, og på den andre siden er det nødvendig å unngå resonanser, lett opphisset av lydsystemets kraft, og som er forskjellige avhengig av mikrofonens posisjon. Alle kriterier må evalueres med forskjellige PA-konfigurasjoner.

Arbeidsplassakustikk

Industrielle verksteder

I industrielle verksteder er problemet som er inneslutningen av støynivåer, med mange lydkilder. I tillegg til arbeidsrelaterte muntlige kommunikasjonskrav, setter standarder, lover og forskrifter maksimalt tillatte støynivåer. Begrensningene ved organisasjonen av produksjonen gjør arbeidet til akustikere og arkitekter komplekse.

Kontorer organisert i åpne rom

Som i industrielle rom har arkitekter og akustikere som jobber i åpne kontorlokaler mange begrensninger. Støynivået de må oppnå er lavere; det må tillate enkel verbal kommunikasjon mellom menneskene som jobber der, uten at stemmene forstyrrer naboene for mye.

Opptaks-, radio- og tv-studioer og deres kontrollrom

Operatørene av disse arbeidsområdene dedikert til lyd er spesielt krevende når det gjelder akustikken i lokalene.

Lydisolering

Spørsmålet om isolasjon er et grunnleggende aspekt av bygningsakustikken. Dette for å sikre at et hjem eller et aktivitetssted ikke blir forstyrret av utvendig støy eller fra andre rom i samme bygning. Isolasjonen kvantifiseres vanligvis med en mengde som kalles standard akustisk isolasjon DnT, uttrykt i dB (A) sammenlignet med en rosa støy ved utslipp. Den europeiske standardiseringen av bygningsakustikkstandarder har ført til en ny definisjon av denne akustiske isolasjonen, denne gangen utpekt av DnTw og uttrykt i dB . Denne isolasjonen avhenger ikke bare av skilleveggens ytelse ( lydreduksjonsindeksen ): andre fenomener enn direkte overføring griper inn i passasjen fra utslippsnivået til mottaksnivået:

laterale overføringer, ved forplantning av vibrasjoner i veggene knyttet til skilleveggen og deretter stråling av disse veggene;
parasittoverføringer på grunn av mangler ved utførelse og passering av slire og rør i veggen;
etterklang i resepsjonen, knyttet til volum og tilsvarende absorpsjonsareal.

Det er derfor hovedsakelig tre måter å forbedre lydisolasjonen på:

begrense direkte overføringer, enten ved å redusere skilleflaten, eller ved å forbedre lydreduksjonsindeksen til skilleveggen ved å bruke tyngre konstruksjonsmaterialer ( masselov ) eller ved å bruke flerlagskomplekser (masse / fjærprinsipp / masse);
begrense laterale overføringer: Sideveggene som er mest utsatt for denne overføringsformen er lette og stive vegger som gipsfliser, hule betongblokker eller hule murstein. Hvis denne typen vegger ikke kan unngås, kan de behandles med liming av foringer laget av porøse og fleksible materialer som mineralull, for eksempel. En annen mulighet er å innføre impedansbrudd som blokkerer forplantningen av vibrasjoner. Disse kuttene kan for eksempel gjøres ved hjelp av ekspansjonsfuger;
begrense parasittoverføringer, ved å overvåke produksjonsfeil, fylle sprekker, skjøter, kabel- eller rørganger. Stor forsiktighet er nødvendig: for eksempel, en vegg hvis forfatning teoretisk tillater en akustisk reduksjon på 60 dB , hvis den har 1% hull, bare tillater en ytelse på 20 dB !

Se også

Merknader

Wallace Clement Sabine, Collected Papers on Acoustics , Harvard University Press, 1922. Flere nyutgivelser på engelsk.
Mario Rossi , Audio , Lausanne, Polyteknikk og University Presses Romandes,2007, 1 st ed. , s. 211.

Relaterte artikler

Eksterne referanser

ISO ISO 3382-1: 2009 Akustikk - Måling av akustiske parametere i haller - Del 1: Ytelseshaller http://www.iso.org/iso/fr/catalogue_detail.htm?csnumber=40979 ;
ISO 3382-2: 2008 Akustikk - Måling av romakustiske parametere - Del 2: Etterklangstid for vanlige rom http://www.iso.org/iso/en/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber= 36201 ;
ISO 3382-3: 2012 Akustikk - Måling av romakustiske parametere - Del 3: Åpne kontorer http://www.iso.org/iso/fr/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=46520 .