Komory bezechowe Uniwersytetu Aalto

Zmodernizowane komory bezechowe na Uniwersytecie Aalto to dzieło firmy Akukon.

W badaniach z zakresu akustyki codziennością jest praca przy ekstremalnie niskim poziomie dźwięku, co wymaga utrzymania poziomu hałasu tła znacznie poniżej wartości spotykanych nawet w najcichszych konwencjonalnych pomieszczeniach. Doświadczenie firmy Akukon w projektowaniu laboratoriów akustycznych odegrało istotną rolę podczas modernizacji zaplecza badawczego w Katedrze Akustyki Uniwersytetu Aalto.

Kluczowym elementem laboratorium akustycznego Uniwersytetu Aalto są trzy komory bezechowe, wykorzystywane do prowadzenia wysoce precyzyjnych eksperymentów naukowych i pomiarów z użyciem zarówno aparatury akustycznej, jak i ludzkiego słuchu.

Timo Peltonen, odpowiedzialny za projekt akustyczny komór bezechowych, postawił wyjątkowo rygorystyczne wymagania: „Celem było zejście poniżej progu słyszalności człowieka; osiągnięcie tego wymagało szczególnej dbałości o wybór dostawcy pomieszczeń, projekt systemu wentylacji oraz izolację komór od otaczających konstrukcji”.

Efekt niezwykłej ciszy

Po zakończeniu prac remontowych eksperci firmy Akukon odnotowali wyjątkowo niskie poziomy ciśnienia akustycznego. We wszystkich komorach bezechowych zarejestrowano poziomy skorygowane według charakterystyki A (A-weighted) wynoszące od -2,0 do -2,1 dB. W całym słyszalnym zakresie częstotliwości poziom dźwięku przenikającego do pomieszczeń z zewnątrz kształtuje się znacznie poniżej progu słyszalności; w praktyce oznacza to, że nawet osoba o niezwykle czułym słuchu nie jest w stanie dostrzec jakiegokolwiek szumu tła.

Warunki panujące w laboratorium Uniwersytetu Aalto są prawdopodobnie jeszcze bardziej wyciszone, niż wskazują na to wyniki pomiarów: „Stosowany przez nas system mikrofonowy jest najbardziej czułym z dostępnych rozwiązań, a mimo to wciąż osiągamy dolną granicę możliwości aparatury pomiarowej. Poziom szumów własnych tego precyzyjnie udokumentowanego systemu określono na około -2,5 dB” – podsumowuje Jukka Pätynen, odpowiedzialny za analizę wyników. „Jeśli chodzi o zakres widma wykraczający poza dolną granicę czułości sprzętu, możemy szacować, że rzeczywisty poziom ciśnienia akustycznego może wynosić nawet -12 dB. Stawiałoby nas to bezsprzecznie w ścisłej światowej czołówce laboratoriów” – zauważa Timo Peltonen.

W polu swobodnym komory bezechowej

Oprócz wyjątkowej ciszy, cechą charakterystyczną komór bezechowych jest niemal całkowite pochłanianie dźwięku przez pokrywające ściany kliny dźwiękochłonne. W rezultacie pole akustyczne wewnątrz pomieszczenia kształtowane jest wyłącznie przez rozchodzenie się dźwięku ze źródła, bez zakłóceń w postaci odbić od powierzchni ścian. „Dla wielu osób brzmienie komory bezechowej jest bardzo osobliwe. Najbliższym praktycznym odpowiednikiem warunków panujących w takiej komorze może być na przykład przebywanie na otwartym polu w bezwietrzny dzień, kiedy to dźwięk rozprasza się w otoczeniu, nie ulegając odbiciom” – wyjaśnia Jukka Pätynen. W zmodernizowanych komorach bezechowych warunki pola swobodnego uzyskano w niemal całym zakresie częstotliwości akustycznych oraz na znacznej powierzchni użytkowej wnętrza.

Do realizacji zamówienia na komory bezechowe dla Uniwersytetu Aalto wybrano niemiecką firmę FAIST Anlagenbau GmbH, której oferta obejmowała rozwiązania dostosowane do różnorodnych sposobów wykorzystania tych obiektów.

W dyskusjach na temat poziomu ciśnienia akustycznego – czyli „decybeli” – często błędnie zakłada się, że dolną granicą poziomu dźwięku jest zero. W rzeczywistości jednak decybel jest jednostką względną; punkt zerowy ustalono tak, aby odpowiadał najniższemu poziomowi ciśnienia akustycznego, jaki jest zazwyczaj słyszalny dla ludzkiego ucha. Podobnie jak woda zmienia stan skupienia na stały w temperaturze zera stopni Celsjusza, tak i pomiar temperatury nie kończy się na tej wartości.

Przyrządy pomiarowe do pracy w ekstremalnych warunkach

Podczas pomiaru ekstremalnie niskich poziomów dźwięku większość przyrządów pomiarowych osiąga granice swoich możliwości, gdyż czynnikiem ograniczającym staje się ich szum własny. Podobnie jest w przypadku temperatury: nawet wysokiej klasy termometr zewnętrzny nie nadaje się do pomiaru skrajnie niskich temperatur występujących w laboratoriach kriogenicznych – do tego celu niezbędna jest specjalistyczna aparatura.

Do pomiarów odbiorczych komór bezechowych w laboratorium akustycznym wykorzystano najbardziej czuły system mikrofonu pomiarowego o średnicy jednego cala firmy Brüel & Kjær (mikrofon typu 4179 i przedwzmacniacz typu 2660), którego charakterystyki są precyzyjnie udokumentowane w całym zakresie pomiarowym.

Info