عایق صوتی و نکاتی در مورد انتقال صدا (عایق آکوستیک)

ما در زندگی روزمره خود از شنیدن صداهای نامطلوب گریزان هستیم و همواره به دنبال راه حل هایی می باشیم که این نوع صداها را از محیط زندگی دور کنیم. هر چقدر که پیش می رویم بشر بیشتر نسبت به حس شنوایی، علم صدا و آکوستیک توجه پیدا می کند.
علم آکوستیک در برابر سایر علوم پیشرفت چندانی نکرده است، نظریه اساسی راجع به انتشار و اخذ صوت از زمان های قدیم در تحولات فکری بشر پیش آمده است و اسلوب آن امروزه هم مورد قبول است. از مشاهداتی که از زمان های قدیم بدست آمده است، معلوم شده که صوت بوسیله آزمایش های مربوط به هوا از یک نقطه به نقطه دیگر انتقال می یابد.

عایق صوتی پشم سنگ

یکی از ویژگی های مهم عایق پشم سنگ خاصیت آکوستیک بودن آن است. پشم سنگ با جذب امواج صدا مانع از انتقال آن از محیطی به محیط دیگر می شود. به همین دلیل از پشم سنگ برای رسیدن به آرامش صوتی و عایق کاری صدا در ادرات و ساختمان ها و همچنین در سالن های کنفرانس، استودیوهای ضبط صدا، سینماها، سالن های تئاتر و … استفاده می شود.
پشم سنگ به عنوان عایق صوتی دیوار، سقف، کف ساختمان ها نیز بکار می رود و این عایق به راحتی مانع ورود و یا خروج صدا بین همسایگان و اتاق های مجاور می شود و محیطی آرام را فراهم می کند.

ارتباط صوت و ارتعاش

با زدن ضربه به لبه یک جام فلزی با یک میله، صدایی از آن به گوش ما می رسد. اگر با دقت به لبه جام نگاه کنیم می بینیم که در هنگام ضربه زدن لبه جام به سرعت به ارتعاش در می آید. اگر یک پاندول سبک به لبه جام نزدیک کنیم، حرکت پشت سر هم پاندول را که به دلیل ارتعاش جام است خواهیم دید. (البته در بعضی از وسایل این ارتعاش قابل مشاهده نیست و نیاز به وسایل به دقت بالا دارد.) ارتعاش اجسام باعث به وجود آمدن اصوات می شود.
هوا به عنوان ناقل صدا به حساب می آید اما علاوه بر هوا، جامدات و مایعات نیز ناقل خوب صدا می باشند. اگر گوش خود را بر روی زمین بگذارید می توانید صدای پای انسان ها و یا چهارپایان را از مسافت دور بشنوید، همچنین اگر گوش خود را به ریل آهن بچسبانید از چند کیلومتری صدای حرکت قطار را خواهید شنید. این مطلب نشان می دهد که شدت انتقال صدا در جامدات (و حتی مایعات) بیشتر از هوا (گازها) است.

آکوستیک و عایق صوتی اتاق

در بسیاری از مواقع داخل اتاق به موسیقی گوش می دهیم تا بیرون و در فضای باز، بنابراین آشنایی با نحوی انعکاس صدا در محیط بسته و آکوستیک آن اهمیت پیدا می کند و به ما برای داشتن محیطی که بتوان با کیفیت بهتر به موسیقی گوش داد کمک می کند.
شاید تصور شود در اجرای خوب یک موسیقی تنها نیاز به سازهای خوب، نوازندگان ماهر و یک رهبر خوب باشد. اما اینگونه نیست بلکه در اجرای خوب موسیقی به موارد زیر نیز نیاز هست:
– صدای تمام خواندگان و نوازندگان باید با یک بالانس یکنواخت توسط شوندگان، شنیده شود.
– هر یک از نوازندگان و خوانندگان باید بتوانند صدای اجرای خود و دیگران را به خوبی بشنوند.
–  انعکاس و طنین صدا باید به گونه ای باشد که مزاحمتی ایجاد نکند بلکه باعث بهبود کیفیت صدا شود.
– از بیرون نباید صدایی به داخل وارد شود و یا صدای تماشاچیان نباید تاثیری بر اجرا داشته باشد.
– صدا نباید به بیرون نفوذ کند.
این نکات تا حدودی برای مواردی که در اتاق به موسیقی گوش میدهید نیز تاثیر گذار است. برای رسیدن به آکوستیک مناسب باید با قوانین و نحوه ی انعکاس صوت در فضای بسته آشنا شوید.

انعکاس صدا در اتاق

به شکل زیر نگاه کنید. فرض کنید که نقطه قرمز رنگ یک منبع انعکاس صوت مانند آلات موسیقی، خواننده و یا یک بلند گوی دستگاه پخش است. به منظور ساده شده مسئله منبع صوت را بصورت یک نقطه در نظر گرفته شده است. شونده ای در نقطه ی سبز رنگ قرار دارد، حال با ایجاد صوت توسط منبع صوت، کوتاهترین مسیری که صدا به شنونده می رسد خط سبز رنگ می باشد که با حرف a نشان داده شده است، شنونده ابتدا این صدا را می شوند.

زمانی که امواج موج به یک مانع برخورد می کنند با زاویه ای برابر با زاویه تابش، بازتابیده می شوند. در این مسئله به دلیل اینکه اتاق دارای 4 دیوار می باشد، 4 بازتاب صدا درنظر گرفته شده است که صدای تولید شده را بعد از طی کردن مسافت بیشتری به گوش شنونده می رساند. توجه داشته باشید که انرژی انعکاس صوت با توجه به مسیر طی شده به تدریج کاسته می شود. به عبارت دیگر هر چقدر که فاصله تا منبع تولید صدا بیشتر باشد، صدا با انرژی کمتری شنیده می شود.

سرعت صوت در هوا را می توان از رابطه ی زیر محاسبه کرد:

C = (331.5 + 0.6 T) m/s

که در این رابطه C سرعت صوت (m/s) و T درجه حرارت محیط بر حسب درجه سانتیگراد می باشد. با توجه به ثابت بودن دما در اتاق و با توجه به رابطه بالا سرعت تمام صداهای بازتابیده شده یکسان در نظر گرفته می شود. با توجه به یکسان بودن سرعت صوت هر چقدر که مسافت طی شده بیشتر باشد زمان رسیدن صدا، بیشتر می شود.
بنابراین صداهای بازتابیده شده از منبع صوت که مسافت بیشتری را طی می کنند دیرتر و با شدت کمتری به گوش شنونده می رسد. شکل زیر بیان کننده این مطلب می باشد.

پس از تولید صدا، شنونده ابتدا در زمان Ta آن را با بیشترین شدت می شنود، انعکاس های بعدی صدا به تدریج ضعیف تر و دیرتر شنیده می شوند.
این مطلب تنها مربوط به انعکاس اول صدای تولید شده است، اما در واقع در یک اتاق انعکاس های متوالی از صدای تولید شده ایجاد می شود.
صداهایی که ما در یک اتاق معمولی می شنویم صدای خالص تولید شده از منبع صوت نمی باشد. با وجود اینکه انرژی صوت با انعکاس های متوالی کاهش می یابد، اما ترکیب صداهای گذشته به شدت بر روی صداهای اصلی تاثیر می گذارد.

انعکاس های متوالی صدا

انعکاس های اول صدای تولید شده، در یک اتاق معمولی مسافتی حدود 3 الی 4 متر را طی می کند تا به گوش شنونده برسد. به دلیل سرعت بالای صدا، زمان رسیدن این انعکاس ها با صدای که بطور مستقیم به گوش می رسد، اخلاف زمانی بسیار ناچیزی دارد. اما ممکن است صداها در برخی از جهات آنقدر به سطوح مختلف برخورد کنند که پس از طی مسافتی طولانی به گوش شنونده برسد. این دسته امواج به دلیل طی کردن مسافت طولانی با تاخیر زمانی به گوش شنونده می رسند، هرچند ممکن است به دلیل شرایط اتاق از انرژی آن ها کاسته شده باشد، اما در صورت داشتن انرژی کافی، قابلیت شنیده شدن را خواهند داشت و این تاثیر قابل توجهی بر کیفیت شنیده شدن صدایی خواهد داشت که هم اکنون شنیده می شود.
بنابراین می توان گفت که انعکاس های صوت ایجاد شده می تواند تا مدت ها در محیط وجود داشته باشد، هرچند که به دلیل برخوردهای متعدد و جذب آن توسط محیط از انرژی آن کاسته شده باشد.

به مجموعه ای از انعکاس های صوت که ناشی از بیش از یک انعکاس باشد و با اختلاف قابل ملاحظه ای به گوش برسد، Reverb گفته می شود. مشخصه اصلی Reverb، اختلاف زمان رسیدن آن به گوش است. برخلاف انعکاس های اول که از یکدیگر فاصله داشته اند، Reverb ها بصورت پیوسته می باشند که در شکل زیر نشان داده شده است.

مقادیر بسیار کم Reverb، در حدود نیم تا یک ثانیه برای گفتار می تواند دلنشین باشد و مقادیر 1 تا 3 ثانیه آن برای انواع موسیقی، مناسب است.
استفاده از Reverb از سالهای اولیه پیدایش موسیقی متداول بوده است. بسیاری از قطعات آوازی مخصوص فضاها و کلیساها با میزان Reverb زیاد نوشته شده اند که اجرا شدن آن ها در سالن های معمولی جالب نخواهد بود.

از اولین و مهم ترین اهدافی که یک مهندس صدا در ایزوله کردن یک اتاق باید به آن ها دست یابد، کنترل میزان انعکاس صدا و خروج آن می باشد. با اینکه انعکاس صدا در بسیاری از موارد باعث زیبا شدن آن می شود اما در بعضی از موارد موجب کاهش کیفیت صدا می شود. به همین دلیل در هنگام ضبط، صدا را بدون هیچ انعکاسی ضبط می کنند و سپس بر روی آن افکت های مورد نظر را قرار می دهند.

از اینرو با استفاده از مواد و عایق های صوتی مناسب اتاق های مخصوص ثبت صدا را عایق کاری صوتی می کنند تا بتوانند میزان انعکاس صدا را در حد مورد نظر کنترل کنند و از خروج آن به بیرون جلوگیری کنند. در عایق کاری صوتی اتاق نه تنها باید مواردی که برای کنترل انعکاس صدا مد نظر است را رعایت کرد بلکه باید دیوارها، کف، سقف و … را عایق کاری صوتی کرد و حتی در مواردی دیوارهای دوجداره ساخت.
نباید هیچ منفذی برای خروج صدا وجود داشته باشد، مهمترین قسمت هایی که می تواند باعث خروج صدا از اتاق شوند، کانال های تهویه هوا، کولر و حتی ترانک های سیم برق و تلفن هستند. بعد از ایزوله کردن اتاق و اطمینان به اینکه منفذی برای خروج صدا وجود ندارد، برای استفاده بهتر از موسیقی، باید منابعی که می توانند تولید نویز و سروصدای ناخواسته بکنند را حذف کرد.