การควบคุมเสียงรบกวน

     พื้นฐานในการออกแบบห้องประชุมประเภทต่างๆ นั้น ผู้ออกแบบมีความจำเป็นต้องออกแบบควบคุมเสียงรบกวนที่เกิดขึ้นทั้งจากภายนอกเข้ามาภายใน และจากภายในออกไปสู่ภายนอก หรือระหว่างห้องห้องประชุมด้วยกัน ทั้งนี้เพื่อให้ได้คุณภาพเสียงในห้องประชุมมีความชัดเจนเป็นไปตามมาตรฐาน อันเป็นผลดีต่อการรับฟังของผู้ร่วมประชุม ซึ่งรวมไปถึงสมาธิและมีอรรถรสในการรับฟัง อย่างไรก็ดี ในการควบคุมเสียงรบกวนนั้น ผู้ออกแบบจำเป็นต้องทราบถึงแหล่งที่มาของเสียงเหล่านั้นก่อน ว่ามาจากไหน ความดังเท่าไหร่ และเกิดจากสาเหตุใด ซึ่งจะต้องทำการสำรวจตรวจวัดสภาพแวดล้อมของเสียงรบกวนก่อนการดำเนินการออกแบบ

     เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่า เสียงที่เกิดจากการสั่นสะเทือนของวัตถุทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความดันบรรยากาศ เดินทางเข้ามาสู่ระบบโสตประสาทที่คนเราได้ยิน ซึ่งเป็นเสียงที่อยู่ในช่วงความถี่ประมาณ 20 - 20,000 เฮิรตซ์ ตัวอย่างของแหล่งหรือต้นกำเนิดเสียงที่สั่นสะเทือน เช่น

  1. การกระแทกทางกล (Mechanical Impact) เช่น ยางรถยนต์บด หรือกระแทกถนน การปั๊มโลหะ การตอกเสาเข็ม
  2. การเคลื่อนไหวหรือการสั่นของก๊าซ (Pulsating Gas Flows) เช่น กรณีของก๊าซที่ปล่อยออกจากเครื่องยนต์ (Reciprocating Engines) หรือเสียงจากท่อไอเสีย เป็นต้น
  3. การอัดและการขยายตัวของวัสดุที่เกิดจากการทำงาน เช่น การหมุนของใบเลื่อยที่ผ่านวัตถุที่อยู่กับที่ การทำงานของฟันเกียร์
  4. การไหลของอากาศรอบๆ สิ่งกีดขวางหรือบนพื้นผิวต่างๆ เช่น ปีกเครื่องบิน ลมที่ส่งผ่านหัวจ่ายแอร์ เป็นต้น

แต่เสียงจากแหล่งกำเนิดเสียงรบกวนเหล่านี้  จะต้องเดินทางมาถึงระบบโสตประสาทของคนถึงจะเกิดการได้ยิน  ทั้งนี้การเดินทางของเสียงรบกวนของห้องประชุมส่วนใหญ่จะเกิดด้วยกัน 3 ทาง คือ

  1. ทางที่เสียงรบกวนเดินทางโดยตรงจากแหล่งกำเนิดเสียงไปยังผู้รับเสียง เรียกเสียงที่เดินทางในเส้นทางนี้ว่า เสียงรบกวนทางตรง (Direct Noise) หรือภาษาทางอะคูสติกส์ เรียกกันว่า เสียงรบกวนที่เดินทางผ่านอากาศ (Airborne Noise)
  2. ทางที่เสียงเดินทางผ่านวัสดุที่เป็นของแข็ง เช่น ผ่านทางโครงสร้างต่างๆ ของอาคาร พื้น ท่อ ไปยังผู้รับเสียง เรียกเสียงในเส้นทางนี้ว่า เสียงรบกวนที่เดินทางผ่านโครงสร้าง (Structure–borne Noise) หรือ ถ้าเป็นการเดินทาง ทางพื้น จะเรียกเป็น Ground – borne Noise  เป็นต้น
  3. ทางที่เสียงรบกวนเดินทางมาจากการสะท้อนของเสียง เช่น ผนัง พื้น เพดาน แล้วเดินทางผ่านอากาศไปยังผู้รับเสียง เรียกเสียงในเส้นทางนี้ว่า เสียงสะท้อน (Reverberant or Reflected noise)

หลังจากเราทราบแหล่งกำเหนิดและการเดินทางของเสียงรบกวนแล้ว ขั้นตอนในการพิจารณากำหนดวิธีการควบคุมเสียงรบกวนของการออกแบบห้องประชุมนั้น เราจะพิจารณาออกแบบป้องกันเสียงรบกวนใน 2 ส่วน ดังนี้

  1. การควบคุมที่แหล่งกำเนิดเสียง (Control at Source)
  2. การควบคุมที่ทางผ่านของเสียง (Control along sound transmission path)

     แผ่นก้ันเสียง ถือว่าเป็นวัสดุที่นำมากั้นไม่ให้เสียงผ่านไปได้ จึงต้องมีสมบัติในเรื่องความหนาแน่นสูง ไม่มีรูพรุน กลไกการทำงานคือ สะท้อนเสียงกลับไปตามมุมตกกระทบของเสียง พลังงานเสียงที่ส่งผ่านลดลงไปจะวัดเป็นค่า Transmission loss หรือในทางปฏิบัตินิยมวัดเป็นค่า สัมประสิทธิ์ของการส่งผ่าน ค่าสัมประสิทธิ์นี้จะแปรผกผันกับค่า Transmission loss แผ่นกั้นเสียงใดมีค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านดังกล่าวเท่ากับศูนย์ หมายความว่าแผ่นกั้นเสียงน้ันสามารถกั้นเสียงหรือสะท้อนเสียงได้ดีสุด(ทางทฤษฎี)

     แผ่นกั้นเสียงที่ดีต้องมีเนื้อแน่น ไม่มีรูพรุน ไม่มีรอยแตก รอยแยก รู ฯลฯ มิฉะน้ันจะเกิดผลที่เรียกว่า Flanking path effect วิธีการคำนวณค่า TL เริ่มแรกต้องคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านของส่วนที่เป็นผนัง หน้าต่าง (ถ้ามี) และประตู (ถ้ามี) แล้วคำนวณเป็นค่ารวม จากนั้นจึงนำไปคำนวณค่า TL ต่อไป

     ตัวอย่างแรกของการออกแบบควบคุมเสียงรบกวน โดยการขวางกันเสียง  เช่น การควบคุมเสียงรบกวนระหว่างห้องประชุม  ที่สามารถแบ่งแยก-รวมห้องได้  เรามักพบวิธีการออกแบบด้วยการใช้ฉากก้ันเสียงหรือแผ่นกั้นเสียง (Barrier) ประสิทธิภาพการก้ันเสียงของแผ่นกั้นเสียงดังกล่าวจะลดลงมากน้อยนั้น ขึ้นอยู่กับการออกแบบคำนวณค่าทางตามาตรฐานด้านอะคูสติกส์  ซึ่งระบุค่าเป็น STC อย่างไรก็ดี หากเกิดช่อง รู รอยแยก หรือรอยแตกขึ้นที่แผ่นกั้น ก็จะไม่ได้ค่าตามที่คำนวณออกแบบไว้  เพราะเสียงรบกวนจะเล็ดลอดผ่านรอยแยก  หรือช่องว่างดังกล่าว ที่เรียกกันว่า   Flanking paths  และเสียงที่เดินทางตามโครงสร้าง (Structure–borne noise) ซึ่งหมายถึงว่าแม้จะลงทุนแผ่นกันเสียงเพื่อกันเสียงรบกวนแล้ว  แต่ก็ยังไม่ได้ผลตามที่ออกแบบไว้นั่นเอง

       Flanking path เป็นเส้นทางเดินของเสียงที่เคลื่อนที่จากด้านหนึ่งของแผ่นกั้นเสียงไปยังอีกด้านหนึ่งของฉากหรือแผ่นกั้นเสียงนั้น ผ่านทางรอยแตก ตลอดจนช่อง รู รอยแยกต่างๆ แต่ไม่ได้ผ่านวัสดุของแผ่นกั้นเสียงนั้นๆ ไปโดยตรง Flanking path ยังหมายรวมถึงเส้นทางที่เสียง เคลื่อนที่ผ่านโครงสร้างอาคารไปยังบริเวณ Flanking effect คือผลที่เกิดขึ้นในเชิงการลดประสิทธิภาพของแผ่นกั้นเสียง อันเนื่องมาจากเกิดรอยแตก รอยแยก หรือรูขึ้นในแผ่นกั้นเสียง ทํา ให้เสียงสามารถเล็ดลอดผ่านออกไปได้ ยิ่งมีรอยแยกมาก หรือช่องว่างต่างๆ มาก ก็ยิ่งลดประสิทธิภาพของแผ่นกั้นเสียงรบกวนนั้นมากตามมาเช่นกัน

       ตัวอย่างถัดมาที่นิยมออกแบบใช้งานกันก็คือการใช้  วัสดุดูดซับเสียง เป็นวัสดุที่จะเปลี่ยนพลังงานของเสียงที่มาตกกระทบให้เป็นพลังงานความร้อน ส่งผลให้ระดับเสียงสะท้อนกลับลดลง วัสดุที่มีค่า สัมประสิทธิ์การดูดซับสูงจะถือว่ามีสมบัติในการดูดซับได้ดี

      ไซเรนเซอร์ อีกหนึ่งตัวอย่างที่นิยมใช้กัน เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ ลดเสียงรบกวนจากระบบปรับอากาศ ท่อไอเสียรถยนต์ หรือคอมเพรสเซอร์ ความสามารถในการลดเสียง เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงค่า Impedance และมีการติดตั้งวัสดุดูดซับเสียงควบคู่ไปด้วย

       ไซเรนเซอร์มี 2 ชนิด คือ ชนิด Dissipative silencers ซึ่งทำงานโดยการสลายพลังงานเสียงให้เป็นพลังงานความร้อน มีการใช้วัสดุดูดซับเสียง และการทำช่องเล็กๆ หรือการกระจายเสียงด้วย อีกชนิดคือ Reactive silencers ซึ่งทำงานด้วยการเปลี่ยนแปลงพื้นที่หน้าตัด ทำให้ค่า impedance เปลี่ยนแปลงไปด้วย

ตัวอย่างถัดไปคือ การลดเสียงรบกวนจากการสั่นสะเทือน คือวัสดุที่สามารถลดเสียงรบกวนอันเนื่องจากการติดต้ังไว้กับแหล่งกำเนิดเสียงรบกวนที่สั่นสะเทือน หรือเสียงรบกวนที่เดินทางมาโดยโครงสร้างของอาคาร (Structure borne noise)  เมื่อการสั่นสะเทือนลดลง ส่งผลทำให้ระดับเสียงรบกวนลดลงด้วย เนื่องมาจากการสั่นสะเทือนที่เกิดจากแหล่งกำเนิดเสียงทำให้เกิดเสียงดังขึ้น การใช้วัสดุลดการสั่นสะเทือนมา ติดกับส่วนที่สั่นสะเทือนของแหล่งกำเนิดเสียงก็จะช่วยลดเสียงรบกวนที่จะเกิดขึ้น วัสดุที่นำมาใช้นี้มี 2 ชนิด ดังนี้

  1. ชนิดเนื้อวัสดุเป็นวัสดุเนื้อเดียวกันทั้งหมด (Homogeneous damping) วัสดุชนิดนี้จะมีเพียงชั้นเดียว (Single-layer) และถูกปิดคลุม หรือพ่นด้วยวัสดุท่ีมีค่า High-loss ปิดทับไว้ วัสดุที่มีค่า High-loss นี้ส่วนใหญ่ จะเป็นวัสดุจำพวกแอสฟาติก (Asphaltic) หรือพลาสติก
  2. ชนิด Constrained-layer damping วัสดุชนิดนี้ประกอบด้วย ชั้นในที่มีความยืดหยุ่น (Viscoelastic) ส่วนชั้นนอก (Outer retaining layers) ที่ให้แข็งแต่ไม่หนา เช่น อลูมิเนียม หรือเหล็ก

ตัวอย่างวัสดุประเภท Constrained-layer damping