Region D

Region D obejmuje pasmo częstotliwości powyżej 4f_g. W tym zakresie znajdują zastosowanie zasady akustyki geometrycznej, gdyż długość rozważanej fali dźwiękowej jest dużo mniejsza niż wymiary pomieszczenia. Zjawiskiem charakterystycznym dla tego zakresu częstotliwości jest odbicie fali dźwiękowej, następujące po jej dotarciu do ściany lub innej przeszkody w pomieszczeniu. Można wyróżnić dwa główne rodzaje odbicia: zwierciadlane oraz rozproszone. O charakterze tego zjawiska decyduje stosunek długości fali oraz wymiarów przeszkody, a także struktura i kształt jej powierzchni. Na pasmo częstotliwościowe skutecznego odbicia ma również wpływ masa powierzchniowa ustroju odbijającego oraz rodzaj materiału, z jakiego został wykonany.

Odbicie fali

Zjawisko odbicia zwierciadlanego występuje gdy fala pada na płaską przeszkodę, o wielkości dostatecznie dużej w porównaniu z długością fali. Wielkość przeszkody odbijającej falę o danej długości określa zależność:

Gdzie:

 λ – długość najdłuższej fali ulegającej odbiciu zwierciadlanemu [m],

 l – najmniejszy wymiar przeszkody [m],

 K – współczynnik zależny od przyjętego stosunku między energią odbitą w sposób zwierciadlany lub rozproszony.

K jest z reguły liczbą większą od 1, co oznacza, że aby dźwięk odbił się zwierciadlanie, przeszkoda powinna być większa od długości fali. Według niektórych autorów najmniejszy wymiar przeszkody powinien być większy od długości fali nawet czterokrotnie. Powierzchnie odbijające o zbyt małych wymiarach nie stanowią dla fal niskoczęstotliwościowych przeszkody i nie powodują ich odbicia.

Fala dźwiękowa odbija się od gładkiej powierzchni zgodnie z prawem Snella: kąt padania i kąt odbicia fali są sobie równe, zaś kierunek fali odbitej leży w płaszczyźnie utworzonej przez kierunek fali padającej i normalną do powierzchni przeszkody. Gdy profil powierzchni jest krzywą charakter odbicia analogiczny jest do zjawiska odbicia światła w zwierciadłach.Odbicie zwierciadlane fali przedstawia poniższy rysunek.

Rys. 1 – Odbicie zwierciadlane fali (źródło).

Wraz z odbiciem od przeszkody fala dźwiękowa traci część energii. Jest to spowodowane zjawiskiem pochłaniania, czyli procesem absorbowania przez ciała fizyczne energii padającej na nie fali dźwiękowej. Stosunek energii fali odbitej do energii fali padającej nazywany jest współczynnikiem odbicia fali. Współczynnik odbicia fali opisany jest w następujący sposób:

Powyższy typ odbicia wykorzystać można do rozmyślnego kierowania fali w stronę słuchacza (i w ten sposób modelować jego wrażenia odsłuchowe), zachowania równomiernego rozkładu pola akustycznego (wrażenie „żywości” pomieszczenia – często tracone wskutek nadmiernego wygłuszenia) oraz kontroli czasu dotarcia do słuchacza pierwszych odbić.

Jeżeli przeszkoda znajduje się odpowiednio daleko od źródła dźwięku, a opóźnienie pomiędzy falą bezpośrednią, a pojedynczą falą odbitą jest większe niż 100 ms, to mamy do czynienia ze zjawiskiem echa. Długi czas opóźnienia umożliwia człowiekowi wyraźne rozróżnienie obu dźwięków. W przypadku krótszych opóźnień i nakładania się wielu fal odbitych wrażenie słuchowe nazywane jest pogłosem i odbierane jest jako stopniowe zanikanie dźwięku w pomieszczeniu.

Pochłanianie fali

Zjawiskiem towarzyszącym każdemu odbiciu fali dźwiękowej, pozwalającym na modelowanie panującej w nim akustyki jest pochłanianie dźwięku, czyli proces absorbowania energii fali dźwiękowej przez ciała fizyczne. Zdolność absorbowania energii akustycznej zależy w dużej mierze od rodzaju materiału, z jakiego wykonany jest dany obiekt. Podstawowym parametrem charakteryzującym właściwości dźwiękochłonne wyrobów budowlanych jest pogłosowy współczynnik pochłaniania dźwięku α, będący stosunkiem energii fali pochłoniętej do energii fali padającej. Współczynnik ten przyjmuje wartości z przedziału od 0 do 1 (wartość 1 oznacza, że dźwięk został w całości pochłonięty, zaś 0, że nastąpiło jego całkowite odbicie). Przy doborze ustrojów pochłaniających należy wziąć pod uwagę charakterystykę pogłosowego współczynnika pochłaniania dźwięku w funkcji częstotliwości – przedstawioną dla pasm oktawowych lub tercjowych. Współczynnik pochłaniania fali opisany jest w następujący sposób:

Poniższy rysunek przedstawia ideę odbicia i pochłaniania dźwięku przez przeszkodę. Jak widać fala padająca na przeszkodę zostaje niejako „podzielona” na falę transmitowaną (przechodzącą), falę pochłoniętą oraz falę odbitą.

Rys. 2 – Zjawisko odbicia i pochłaniania dźwięku przez przeszkodę.

Chłonność akustyczna

Całkowite pochłanianie energii dźwiękowej w pomieszczeniu przy padaniu fal dźwiękowych na wszystkie jego powierzchnie charakteryzuje chłonność akustyczna [m²]. Nazywana jest także równoważną powierzchnią dźwiękochłonną, a wyraża się wzorem:

Gdzie:

S_i – powierzchnia i-tej płaszczyzny ograniczającej wnętrze

α_i – współczynnik pochłaniania i-tej płaszczyzny