عزل الصوت

تتحكم المواد الماصة للصوت في مستويات ضغط الصوت المتردد داخل تجويف أو غرفة. تتميز المواد الماصة للصوت الاصطناعية بمساميتها، وهي عبارة عن رغوة ذات خلايا مفتوحة (رغوة صوتية، رغوة عازلة للصوت). ^{[ 3 ]} أما المواد الماصة للصوت الليفية، مثل السليلوز والصوف المعدني والألياف الزجاجية وصوف الأغنام، فتُستخدم بشكل أكثر شيوعًا لتخفيف ترددات الرنين داخل التجويف (عزل الجدران أو الأرضيات أو الأسقف)، مما يؤدي غرضًا مزدوجًا إلى جانب خصائصها العازلة للحرارة . تُستخدم كل من المواد الماصة للصوت الليفية والمسامية في صناعة الألواح الصوتية ، التي تمتص انعكاسات الصوت في الغرفة، مما يُحسّن من وضوح الكلام. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

يُستخدم التخميد لتقليل الرنين في الغرفة ، إما عن طريق الامتصاص أو إعادة التوجيه عبر الانعكاس أو الانتشار. يقلل الامتصاص من مستوى الصوت الإجمالي، بينما تجعل إعادة التوجيه الصوت غير المرغوب فيه غير ضار أو حتى مفيدًا عن طريق تقليل التماسك . يمكن تطبيق التخميد بشكل منفصل لتقليل الرنين الصوتي في الهواء أو لتقليل الرنين الميكانيكي في بنية الغرفة نفسها أو الأشياء الموجودة فيها.

خلق فصل بين مصدر الصوت وأي شكل من أشكال الكتلة المجاورة، مما يعيق المسار المباشر لانتقال الصوت.

تقل كثافة طاقة الموجات الصوتية كلما ابتعدت عن بعضها، لذا فإن زيادة المسافة بين المُستقبِل والمصدر تؤدي إلى انخفاض تدريجي في شدة الصوت عند المُستقبِل. في بيئة ثلاثية الأبعاد عادية، مع وجود مصدر نقطي ومُستقبِل نقطي، تتضاءل شدة الموجات الصوتية وفقًا لمربع المسافة العكسية من المصدر.

تساعد إضافة مواد كثيفة إلى المعالجة الصوتية على منع الموجات الصوتية من الخروج من الجدار أو السقف أو الأرضية. تشمل هذه المواد الفينيل المحمّل بالكتلة (MLV)، والجدران الجصية العازلة للصوت، والخشب الرقائقي، والألواح الليفية ، والخرسانة، والمطاط. وتساهم المواد العازلة للصوت ذات العرض والكثافة المختلفين في تقليل الصوت ضمن نطاق ترددات متغير.

عندما تصطدم الموجات الصوتية بوسط ما، يعتمد انعكاسها على مدى اختلاف خصائص المادة التي تصطدم بها. ^{[ 8 ]} فالصوت عند اصطدامه بسطح خرساني ينتج عنه انعكاس مختلف تمامًا عن انعكاسه عند اصطدامه بوسط أكثر ليونة كالألياف الزجاجية. وفي البيئات الخارجية، كهندسة الطرق السريعة، تُستخدم الجسور أو الألواح غالبًا لعكس الصوت إلى أعلى نحو السماء.

إذا كان الانعكاس المنتظم من سطح صلب مستوٍ يُسبب صدىً مزعجاً، فيمكن وضع مُشتِّت صوتي على السطح. سيعمل هذا المُشتِّت على تشتيت الصوت في جميع الاتجاهات.

في التحكم النشط في الضوضاء ، يتم استخدام ميكروفون لالتقاط الصوت الذي يتم تحليله بعد ذلك بواسطة جهاز كمبيوتر؛ ثم يتم إخراج موجات صوتية ذات قطبية معاكسة (طور 180 درجة عند جميع الترددات) من خلال مكبر صوت، مما يتسبب في تداخل هدام وإلغاء جزء كبير من الضوضاء.

تهدف برامج عزل الصوت في المنازل إلى تقليل أو إزالة تأثيرات الضوضاء الخارجية. وينصبّ التركيز الرئيسي لهذه البرامج في المباني القائمة على النوافذ والأبواب. تُعدّ الأبواب الخشبية الصلبة عازلاً أفضل للصوت من الأبواب المجوفة. ^{[ 9 ]} يمكن استخدام الستائر لتخفيف الصوت، إما باستخدام مواد سميكة أو باستخدام تجاويف هوائية تُعرف باسم خلايا النحل . وتُحقق تصاميم خلايا النحل المفردة والمزدوجة والثلاثية درجات أعلى من تخفيف الصوت. يتمثل القيد الأساسي لعزل الصوت في الستائر في عدم وجود مانع تسرب عند حافتها، على الرغم من إمكانية التغلب على ذلك باستخدام وسائل منع التسرب، مثل أشرطة الفيلكرو، والمواد اللاصقة، والمغناطيس، أو غيرها من المواد. يلعب سُمك الزجاج دورًا في تشخيص تسرب الصوت. تُحقق النوافذ ذات الزجاج المزدوج عزلًا صوتيًا أفضل من النوافذ ذات الزجاج المفرد عند إحكام إغلاقها في فتحة إطار النافذة والجدار. ^{[ 10 ]}

مع ذلك، غالبًا ما يكون أداء الزجاج المزدوج الحراري القياسي ضعيفًا في مواجهة ضوضاء المرور منخفضة التردد بسبب الرنين. يُستخدم الزجاج الصوتي الرقائقي، الذي يتضمن طبقة وسيطة لتخميد الاهتزازات، لتحسين تصنيف فئة انتقال الصوت بين الداخل والخارج (OITC)، وهو مقياس مصمم خصيصًا لقياس العزل ضد مصادر ضوضاء النقل (الطائرات والقطارات والسيارات) ^{[ 11 ].}

يمكن تحقيق خفض كبير في مستوى الضوضاء أيضاً عن طريق تركيب نافذة داخلية ثانية. في هذه الحالة، تبقى النافذة الخارجية في مكانها بينما يتم تركيب نافذة منزلقة أو نافذة معلقة داخل نفس فتحات الجدار. ^{[ 12 ]}

في الولايات المتحدة، تقدم إدارة الطيران الفيدرالية تدابير للحد من الضوضاء للمنازل التي تقع ضمن نطاق الضوضاء حيث يكون متوسط ​​مستوى الصوت65 ديسيبل SPL  أو أعلى. وهو جزء من برنامج عزل الصوت السكني الخاص بهم. يوفر البرنامج أبواب دخول خشبية صلبة، بالإضافة إلى النوافذ والأبواب العازلة للعواصف. ^{[ 13 ]}

يُعدّ سدّ الفجوات والشقوق حول الأسلاك الكهربائية وأنابيب المياه وقنوات التهوية باستخدام معجون عازل للصوت أو رغوة عازلة للصوت خطوةً أوليةً فعّالةً لتقليل الضوضاء غير المرغوب فيها بشكل ملحوظ، وذلك كخطوة تمهيدية لعزل الصوت في الأسقف. يُنصح باستخدام المعجون العازل للصوت على طول محيط الجدار وحول جميع التركيبات وفتحات التهوية لضمان إحكام العزل. يُستخدم عزل الصوف المعدني بشكل شائع في عزل الصوت نظرًا لكثافته العالية وتكلفته المنخفضة مقارنةً بمواد العزل الأخرى. أما عزل الرغوة العازلة، فيُستخدم فقط لملء الفجوات والشقوق أو كطبقة بسمك 2.5-5 سم قبل تركيب الصوف المعدني. قد تُصبح الرغوة العازلة المُعالجة، وغيرها من أنواع الرغوة ذات الخلايا المغلقة، موصلةً للصوت. لا تتمتع الرغوة العازلة بمسامية كافية لامتصاص الصوت، كما أنها ليست كثيفة بما يكفي لإيقافه.

تُعد "قناة العزل المرنة" طريقة فعالة للحد من ضوضاء الصدمات. ^{[ 14 ]} تعمل هذه القنوات على فصل ألواح الجبس عن العوارض الخشبية، مما يقلل من انتقال الاهتزازات.

باستثناء الفراغ المحكم، تُعدّ الكتلة الوسيلة الوحيدة لعزل الصوت. وتشمل الكتلة ألواح الجبس، والخشب الرقائقي، والخرسانة. يُستخدم مُركّب التخميد اللزج المرن (MLV) لتخفيف أو إضعاف الموجات الصوتية بين طبقات الكتلة. يعمل هذا المُركّب ^{[ 15 ]} أو مُركّب التخميد اللزج المرن على تحويل الموجات الصوتية إلى حرارة، مما يُضعفها قبل وصولها إلى الطبقة التالية من الكتلة. من المهم استخدام طبقات متعددة من الكتلة، بأطوال وكثافات مختلفة، لتحقيق أفضل النتائج في أي معالجة لعزل الصوت. ^{[ 16 ]} يُنصح بتركيب ألواح الجبس العازلة للصوت نظرًا لقيمتها العالية في فئة نقل الصوت (STC). قد تُحقق ألواح الجبس العازلة للصوت، عند استخدامها مع مُركّب لزج مرن، خفضًا للضوضاء بقيمة STC 60 أو أعلى.

تُملأ الجدران بعازل من الصوف المعدني. قد يتطلب الأمر طبقتين من العزل حسب مستوى العزل المطلوب. تُعدّ المقابس ومفاتيح الإضاءة وصناديق الكهرباء نقاط ضعف في أي معالجة للعزل الصوتي. يجب تغليف صناديق الكهرباء بالطين أو المعجون وتدعيمها بطبقة عازلة للصوت. بعد تركيب أغطية المفاتيح والمقابس والإضاءة، يُنصح بوضع مادة مانعة للتسرب حول محيط هذه الأغطية أو التركيبات.

يساعد فصل العوارض الخشبية عن طبقة الخشب الرقائقي السفلية باستخدام شريط نيوبرين أو فواصل مطاطية على شكل حرف U في إنشاء أرضية عازلة للصوت. ويمكن تركيب طبقة إضافية من الخشب الرقائقي مع مركب لزج مرن. كما أن استخدام مادة MLV مع مطاط مفتوح الخلايا أو طبقة سفلية من رغوة مغلقة الخلايا يقلل من انتقال الصوت بشكل أكبر. بعد تطبيق هذه التقنيات، يمكن تركيب أرضيات خشبية صلبة أو سجاد. كما أن إضافة سجاد وأثاث إضافي يساعد في تقليل الانعكاسات غير المرغوب فيها داخل الغرفة.

تُعد الغرفة داخل الغرفة (RWAR) إحدى طرق عزل الصوت ومنعه من الانتقال إلى العالم الخارجي، حيث قد يكون ذلك غير مرغوب فيه.

تنتقل معظم الأصوات من الغرفة إلى الخارج عبر وسائل ميكانيكية. يمر الاهتزاز مباشرةً عبر الطوب والخشب والعناصر الإنشائية الصلبة الأخرى. وعندما يصطدم بعنصر ما، كالجدار أو السقف أو الأرضية أو النافذة، الذي يعمل كلوحة صدى ، يتضخم الاهتزاز ويُسمع في المكان الآخر. يُعدّ الانتقال الميكانيكي أسرع وأكثر كفاءة وأسهل تضخيمًا من الانتقال الهوائي بنفس القوة الأولية.

يُعدّ استخدام الرغوة الصوتية وغيرها من الوسائل الماصة للصوت أقل فعالية في مواجهة هذا الاهتزاز المنتقل. ويمكن إيقاف انتقال الصوت بفصل الاتصال بين الغرفة التي تحتوي على مصدر الضوضاء والعالم الخارجي، وهو ما يُعرف بالعزل الصوتي.

تستخدم المطاعم والمدارس والمكاتب والمرافق الصحية تقنيات عزل الصوت المعمارية للحد من الضوضاء لزبائنها. وفي الولايات المتحدة، تفرض إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) متطلبات تنظم مدة تعرض العمال لمستويات معينة من الضوضاء. ^{[ 17 ]}

بالنسبة للمعلمين والطلاب، سيؤدي تحسين جودة الصوت في البيئة التعليمية إلى تحسين تعلم الطلاب وتركيزهم والتواصل بينهم وبين المعلمين. في عام 2014، كشفت دراسة بحثية أجرتها مجلة العلوم التطبيقية أن 86% من الطلاب لاحظوا تحسناً في وضوح كلام معلميهم، بينما أفاد 66% منهم بزيادة مستويات تركيزهم بعد استخدام مواد عازلة للصوت في الفصول الدراسية. ^{[ 18 ]}

يهدف عزل الصوت في السيارات إلى تقليل أو إزالة تأثيرات الضوضاء الخارجية، وخاصة ضوضاء المحرك والعادم والإطارات، عبر نطاق واسع من الترددات. يتم تركيب مادة ماصة للضوضاء على ألواح الهيكل، مما يقلل من اهتزازها عند تعرضها لأحد مصادر الصوت عالية الطاقة العديدة أثناء استخدام السيارة. تتولد داخل السيارات العديد من الأصوات المعقدة التي تتغير بتغير بيئة القيادة وسرعة السيارة. ^{[ 19 ]} ويمكن تحقيق خفض ملحوظ في الضوضاء يصل إلى 8  ديسيبل من خلال تركيب مزيج من أنواع مختلفة من المواد. ^{[ 20 ]}

تُقيّد بيئة صناعة السيارات سُمك المواد المُستخدمة، ولكنّ استخدام مزيج من المخمدات والحواجز والممتصات شائع. تشمل المواد الشائعة اللباد والرغوة والبوليستر ومزيج البولي بروبيلين . قد يكون العزل المائي ضروريًا حسب المواد المُستخدمة. ^{[ 21 ]} يُمكن تطبيق الرغوة الصوتية في مناطق مُختلفة من السيارة أثناء التصنيع لتقليل ضوضاء المقصورة. كما تتميّز الرغوة بمزايا من حيث التكلفة والأداء في التركيب، حيث يُمكنها التمدد وملء الفراغات بعد التطبيق، بالإضافة إلى منع التسربات ودخول بعض الغازات إلى السيارة. يُمكن لعزل صوت السيارة تقليل ضوضاء الرياح والمحرك والطريق والإطارات. يُمكن لعزل صوت السيارة تقليل الصوت داخلها من 5 إلى 20 ديسيبل. ^{[ 22 ]}

تُعدّ مواد التخميد السطحي فعّالة للغاية في الحدّ من الضوضاء المنقولة عبر الهيكل. وقد استُخدمت مواد التخميد السلبي منذ أوائل الستينيات في صناعة الطيران. وعلى مرّ السنين، مكّنت التطورات في تصنيع المواد وتطوير أدوات تحليلية وتجريبية أكثر كفاءة لتوصيف السلوكيات الديناميكية المعقدة من توسيع نطاق استخدام هذه المواد ليشمل صناعة السيارات. في الوقت الحاضر، تُثبّت عادةً وسادات تخميد لزجة مرنة متعددة على هيكل السيارة لتخفيف أنماط اهتزاز الألواح الهيكلية ذات الرتبة الأعلى، والتي تُساهم بشكل كبير في مستوى الضوضاء الإجمالي داخل المقصورة. تقليديًا، تُستخدم التقنيات التجريبية لتحسين حجم وموقع معالجات التخميد. وعلى وجه الخصوص، تُجرى اختبارات من نوع مقياس الاهتزاز الليزري غالبًا على هيكل السيارة في الهياكل البيضاء، مما يُتيح الحصول السريع على عدد كبير من نقاط القياس بدقة مكانية جيدة. ومع ذلك، فإن اختبار مركبة كاملة أمر غير عملي في أغلب الأحيان، إذ يتطلب تقييم كل نظام فرعي على حدة، مما يحدّ من إمكانية استخدام هذه التقنية بطريقة سريعة وفعّالة. بدلاً من ذلك، يمكن قياس الاهتزازات الهيكلية صوتياً باستخدام مجسات سرعة الجسيمات الموجودة بالقرب من الهيكل المهتز. وقد كشفت العديد من الدراسات عن إمكانات مجسات سرعة الجسيمات في توصيف الاهتزازات الهيكلية، مما يُسرّع عملية الاختبار بأكملها عند دمجها مع تقنيات المسح. ^{[ 23 ]}

حواجز الضوضاء

منذ أوائل سبعينيات القرن الماضي، أصبح من الممارسات الشائعة في الولايات المتحدة وغيرها من الدول الصناعية إنشاء حواجز صوتية على طول الطرق السريعة الرئيسية لحماية السكان المجاورين من ضوضاء الطريق . وقد اعتمدت إدارة الطرق السريعة الفيدرالية (FHWA) بالتعاون مع إدارة الطرق السريعة بالولاية (SHA) اللائحة الفيدرالية (23 CFR 772) التي تلزم كل ولاية بوضع سياستها الخاصة بشأن الحد من ضوضاء حركة المرور على الطرق السريعة. ^{[ 24 ]} وقد طُوّرت تقنيات هندسية للتنبؤ بالشكل الهندسي الأمثل لتصميم الحاجز الصوتي في ظروف واقعية محددة. ويمكن بناء الحواجز الصوتية من الخشب أو البناء أو التراب أو مزيج منها.