عایق صوتی
نگاه اجمالی
کسی که از مباحث علم فیزیک اطلاع داشته باشد، می‌داند که موضوع ارتعاش و موج در اغلب مباحث فیزیک و مکانیک یا بطور مستقیم وارد است یا وسیله و ابزاری برای استدلال و فهم موضوعات دیگر است. اگر گفته شود که: بدون اطلاع از خواص ارتعاشات تحصیل علم فیزیک و مکانیک کلاسیک غیر ممکن است شاید سخنی به اغراق گفته نشده است.

اما موضوع ارتعاشات و فیزیک امواج مخصوص نور و صوت اهمیت اساسی دارند، زیرا در حقیقت موضوع قسمتهای عمده و مختلف این دو علم جستجو در خواص ارتعاش و موج چیز دیگری نیستند.
تاریخچه
زندگی پر از صداست و ما همیشه طالب شنیدن صداهای خوش و حیاتی هستیم و از صداهای نامطبوع و خطرناک گریزانیم. بطور کلی باید گفت که هر چه پیش می‌رویم، بشر نسبت به حس شنوایی بیشتر توجه پیدا می‌کند. پیشرفت روز افزون صنایع صوت از قبیل: تلفن ، رادیو ، فونوگراف

، ضبط صوت روی فیلم و تهیه فیلمهای صدا دار و غیره خود می‌تواند بر این موضوع دلیلی مسلم باشد. از نظر اهمیتی که آکوستیک یا علم صدا دارا می‌باشد می‌توان انتظار داشت که این موضوع در تاریخ علوم فیزیک جزء مطالب اساسی به شمار رفته باشد، در صورتی که چنین چیزی نیست،

زیرا در قبال تاریخ سایر علوم ، تاریخ آکوستیک قسمت از قلم افتاده و مهجوری بیش نیست. یکی از دلایل این مهجوریت تاریخی این است که نظریه اساسی اصلی راجع به انتشار و اخذ صوت از زمانهای بسیار قدیم در تحولات فکر بشری پیدا شده و اسلوب این فکر همان است که امروزه مورد قبول ماست. قسمتهای عمده علم آکوستیک عبارتند از:

تولید صوت
وقتی که به یک جسم جامد ضربه وارد می‌سازیم، تولید صدا می‌کند. تحت بعضی از شرایط صدای حاصل ، بگوش انسان خوش آیند و مطبوع است و این در واقع اساس پیدایش علم موسیقی است که سالیان دراز قبل از تاریخ ضبط صوت ، موجود بوده است، اما موسیقی ، قرنها قبل از نظر علمی مورد تحقیق قرار گرفته ، جزء صنایع ظریفه محسوب می‌گردید. این مطلب مورد قبول عموم است که اولین فیلسوف یونانی که مبنای موسیقی را برسی نموده است فیثاغورث می‌باشد که ۶ قرن قبل از میلاد زندگی می‌کرده است.

انتشار صوت
از مشاهداتی که در قدیم الایام شد و بدست ما رسیده ، معلوم می‌شود که صوت بوسیله آزمایشهای مربوط به هوا از یک نقطه به نقطه دیگر منتقل می‌گردد. در حقیقت ارسطو اصرار داشت که حرکت آزمایشهای مربوط به هوا در نقل و انتقالات صوت موثر است، ولی این موضوع مانند سایر مطالبی که در فیزیک بیان نموده است همراه با ابهام است. چون در موقع انتقال صوت ، آزمایشهای مربوط به هوا حرکتی نمی‌کند، بنابراین جای تعجب نیست که بگوییم که فلاسفه دیگر معاصر ارسطو این عقیده او را تکذیب نمودند.

به همین ترتیب در زمان گالیله ، یک فیلسوف فرانسوی گاساندی (Gassandi) ، انتشار صوت را جریانی از اجزا کوچک غیر مرئی بسیار ریز می‌دانست که از جسم صدا دار برخاسته و پس از عبور از آزمایشهای مربوط به هوا به گوش ما رسیده و آنرا متأثر می‌سازد. اولین کسی که تجربه زنگ زیر سرپوش خالی از آزمایشهای مربوط به هوا را امتحان کرد، آتانازیرس کیرثر (Jesuit Athanasuis Kircher) می‌باشد.

از ابتدای تاریخ آکوستیک تا به امروز ، تنها گیرنده صوتی مفید و جالب توجهی که دائما بکار رفته عبارت از گوش انسان می‌باشد. از اینرو قسمت عمده موضوع اخذ صوت به مطالعه و بررسی خواص آکوستیکی این عضو انحصار یافته است. جالب توجه این است که تا بحال یک نظریه کامل و قابل قبولی راجع به کیفیت شنوایی پیدا نشده است و موضوع شنوایی انسان یکی از مسایل پیچیده و گیج کننده علم جدید پیسکو فیزیک (Psycho Physics) می‌باشد.
ارتباط صوت و ارتعاش

دهد که احساس شنیدن وقتی برای ما پیدا می‌شود که شی که در مجاورت ما واقع شده است به ارتعاش در آید. مثلا اگر پهلوی ما جامی فلزی قرار داشته باشد، چنانچه با یک قطعه فلز به بدنه جام بزنیم صدایی از آن به گوش می‌رسد و اگر با دقت به آن نگاه کنیم ملاحظه می‌گردد که در حین صدا دادن لبه جام غیر واضح می‌باشد و این علامت ارتعاش سریع است. اگر در این هنگام پاندول سبک وزن ساده‌ای را به بدنه جام نزدیک کنیم ضربه‌های پشت سر هم بدنه جام را روی پاندول که دلیل ارتعاش آن است بخوبی مشاهده می‌کنیم. اما بعضی اوقات ارتعاش به اندازه‌ای سریع است که با چشم دیده نمی‌شود و باید با وسایل مختلف از قبیل وسیله فوق وجود آنرا در اجسام ظاهر ساخت.
آیا فقط آزمایشهای مربوط به هوا وسیله انتقال صوت است؟
علاوه بر آزمایشهای مربوط به هوا جامدات و مایعات نیز برای صوت ناقل خوبی هستند. هر کس می‌داند که با گذاشتن گوش خود به زمین می‌تواند حرکت عابرین پیاده و چهارپایان را از مسافت نسبتا زیادی بشنود. همچنین اگر گوش خود را به ریل راه ‌آهن بچسبانیم حرکت قطار را ممکن است از چندین کیلومتر بشنویم. خاصیت انتقال صوت در جامدات و مایعات قویتر از خاصیت مزبور در گازها می‌باشد.

اغلب دیده‌ایم که با وجودی که پهلوی ریل راه ‌آهن ایستاده‌ایم ، صدای حرکت قطاری را که دور از ما واقع شده است نمی‌شنویم و اگر بخواهیم صدای حرکت قطار مزبور را بشنویم یا باید گوش خود را به ریل بچسبانیم و یا اینکه یک سر میله چوبی و یا فلزی را به ریل چسبانده و سر دیگر را روی گوش خود بگذاریم، طوریکه در هر دو حالت استخوان خارجی گوش به ارتعاش در آید. به همین دلیل است که دیاپازون را روی جعبه مخصوص قرار می‌دهند تا صدایش قوی شود.
نقش شیشه های چند جداره به عنوان عایق صوتی

در دنیای امروز آلودگی صوتی بخش عمده ای از مشکلات زندگی در شهرهای بزرگ به شمار می رود و اثرات زیان آور آن در واکنشهای اجتماعی و سلامتی شهروندان قابل مشاهده است.
بلندی یک صوت با اندازه گیری انرژی امواجی که این صوت تولید میکند قابل اندازه گیری است ٬ این انرژی که به آن شدت صوت گفته میشود با واحدی بنام دسی بل (db) سنجش میشود. آستانه شنوایی برای گوش انسان صفر دسی بل و شدت صوت ۱۲۰ دسی بل بیانگر شدتی است که درد برای گوش قابل احساس است .

سطوح شدت قابل قبول برای مکانهای مختلف به شرح ذیل است:
بیمارستانها ۲۰ الی ۲۵ ٬ اماکن مسکونی ۳۰ الی ۴۵ ٬ مدارس ۳۵ الی ۴۰ ٬ و ادارات ۴۰ الی ۵۰ دسی بل.
استفاده از شیشه های دو جداره و تزریق گاز مناسب (SF6) سطح صدادار را به ۳۰ تا ۳۵ دسی بل کاهش می دهد و محیطی آرام را برای زندگی فراهم میکند.
STC یا میزان انتقال صدا ٬ عددی است که میزان کاهش انتقال صوت توسط هر یک از مصالح ساختمانی را مشخص میکند و بر حسب دسی بل بیان میشود. بنابراین هر چه این عدد برای یک ماده بیشتر باشد بیانگر این است که ماده مورد نظر صدای کمتری را به داخل ساختمان انتقال می دهد. با توجه به جدول زیر میزان کاهش انتقال صوت با استفاده از شیشه های دو جداره بجای تک جداره مشخص می شود.

نوع شیشه ضخامت شیشه(mm) ضخامت عایق(mm) مقدارSTC
شیشه تک جداره ۶ – ۲۴
شیشه دو جداره ۴-۴ ۱۲ ۳۳
دوجداره با گاز ۴-۴ ۱۲ ۳۵

آکوستیک و عایق صوتی اتاق
بسیاری از مواقع موسیقی را در داخل اتاق یا سالن گوش می دهیم تا در محیط باز، بنابراین آشنایی با قوانین آکوستیک و نحوه انعکاس صوت در محیط بسته می تواند تاثیر بسیار زیادی در نحوه استفاده صحیح از امکانات اطاق یا سالن برای بدست آوردن بهترین کیفیت داشته باشد. در نظر داریم طی چند نوشته به موضوع آکوستیک اتاق بپردازیم، هر چند این مباحث ممکن است بیشتر جنبه فیزیکی داشته باشد اما یقینآ برای علاقمندان به موسیقی می تواند مفید باشد.

شاید فکر کنید برای اجرای موفق یک موسیقی تنها نیاز به سازهای خوب، نوازندگان ماهر و یک رهبر خوب است، اما متاسفانه این گونه نیست و این موضوعی نیست که دست اندرکاران موسیقی اخیرآ به آن رسیده باشند. در یک اجرای خوب موارد زیر باید رعایت شود :
– شنونده باید صدای تمامی سازها و احیانآ خوانندها را با یک بالانس متعادل بین آنها بشنود.
– هر یک از خواننده یا نوازنده ها باید بتوانند اجرای خود و دیگران را به وضوح بشنوند.

– میزان طنین یا انعکاس صدا در سالن باید بگونه ای باشد که نه تنها مزاحمتی برای موسیقی نداشته باشد، بلکه بر کیفیت اجرای موسیقی بیفزاید.
– صداهای اضافی از بیرون یا آنها که احیانآ توسط تماشاچیان و شنوندگان ایجاد می شود نباید تاثیری بر اجرای کلی داشته باشد.
– صدای سالن ، حتی المقدور نباید به بیرون از آن نفوذ کند.
موارد بالا کم و بیش می تواند برای هنگامی که در منزل به موسیقی گوش می دهیم نیز صادق باشد. برای رسیدن به چنین ایده آلی لازم است تا قبل از همه با قوانین و نحوه انعکاس صوت در یک فضای بسته کمی آشنا شویم.
انعکاس صوت در یک اتاق
به شکل اول نگاه کنید. فرض کنید که در نقطه قرمز رنگ یک منبع صوتی وجود دارد که می تواند بلندگوهای یک دستگاه پخش، نوازنده یک ساز، خواننده و یا یک ارکستر باشد. برای سادگی بررسی فرض می کنیم نسبت منبع صوتی به فضای اتاق آنقدر کم است که می توان آنرا یک منبع نقطه ای صوت در نظر گرفت.

شنونده در نقطه سبز رنگ قرار دارد. حال فرض کنید که در یک لحظه این منبع صوتی، صوتی را تولید کند، کوتاه ترین فاصله میان منبع صوتی و شنونده خط سبز رنگ است که با مسیر a نمایش داده شده است. بدیهی است شنونده ابتدا این صدا را خواهد شنید.

انرژی انعکاسهای صوت با توجه به مسیری که طی می کنند بتدریج کاسته می شود.
از فیزیک دبیرستان بخاطر داریم که امواج صوتی هنگام برخورد به موانع با زاویه تابش نسبت به خط مماس بر نقطه برخورد بازتابیده خواهند شد. بنابراین همانطور که در شکل مشاهده می کنید به دلیل اینکه این اتاق دارای چهار دیوار است، چهار باز تابش داریم که همان صوت تولید شده را پس از طی مسافت طولانی تری به گوش شنونده می رسانند. این انعکاسها با حروف b , c , d و e نمایش داده شده اند.

سرعت صوت در هوا از رابطه تقریبی زیر می توان محاسبه کرد :
C = (331.5 + 0.6 T) m/s
که در آن C سرعت صوت به متر بر ثانیه و T درجه حرارت محیط بر حسب درجه سانتیگراد است. بنابراین با فرض ثابت بودن دمای اطاق در تمام نقاط می توان سرعت بازتابش های مختلف صوت از منبع به سمت شنونده را یکسات فرض کرد.
همچنین می دانیم که انتشار صوت در محیط به دلیل وجود مقاومت هوا بتدریج باعث کمتر شدن انرژی آن می شود. به عبارت دیگر هرچه از منبع بیشتر دور شویم انرژی صوتی کمتر خواهد شد.
بنابراین مشخص است که بازتابشهایی از منبع اصلی صوت که مسافت بیشتری را برای رسیدن به گوش شنونده طی می کنند؛ اولآ دیرتر به گوش شنونده می رسند و ثانیآ حامل انرژی کمتری هستند.
برای مثال به شکل دوم نگاه کنید، منبع صوتی در لحظه صفر تولید صوت می کند، شنونده در لحظه Ta آنرا با بیشترین قدرت می شنوند و انعکاسهای بعدی را بتدریج ضعیفتر و دیرتر در دیگر لحظات خواهد شنید.

نکته قابل توجه آنکه با وجود اسباب و اثاثیه، پوشش های دیوار، پنجره، سقف و کف اتاق، در یک اتاق معمولی منزل (مثلآ ۱۲ متر مربع) اولآ انرژی صوت با عبور و انعکاس در محیط بسیار کم خواهد شد و ثانیآ اختلاف زمانی رسیدن صوت مستقیم با انعکاسهای اول که قوی تر هستند (به نوشته قبل مراجعه کنید) بقدری ناچیز است (کمتر از ده – بیست میلی ثانیه) که شنونده تقریبآ هیچ احساس مشخصی از وجود انعکاس صدا نخواهد داشت.

اما در اصل اینگونه هم نیست! در واقع صدایی که در یک اتاق معمولی شما می شنوید آن چیزی نیست که بصورت خالص از دستگاه صوتی یا سازی که می نوازید بیرون می آید. با وجود آنکه انرژی صوت در اثر انعکاسهای متوالی از بین می رود ترکیب صداهای گذشته با آنچه شما مستقیمآ می شنوید بشدت صدای اصلی را تحت تاثیر قرار می دهد.
بیایید قبل از ادامه این بحث نگاهی به انعکاسهای متوالی صوت در اتاق داشته باشیم، فراموش نکنید که در نوشته قبل به موضوع تنها به انعکاس اول صوت پرداختیم.

انعکاسهای متوالی
در یک اتاق معمولی انعکاسهای مستقیم اول مسافتی حدود ۴-۳ متر را باید طی کنند تا به گوش مخاطب برسند و به همین دلیل با توجه به سرعت نسبتآ بالای صوت اختلاف زمانی محسوسی با صوتی که بصورت مستقیم به گوش ما می رسد نخواهند داشت.

اما اگر به شکل اول نگاه کنید، متوجه می شوید که ممکن است امواج صوتی در برخی از جهت ها آنقدر در دیوارها منعکس شوند تا در نهایت پس از طی این مسافت طولانی به گوش شما برسند. بدیهی است این دسته از امواج در مسافت زیادی را طی کرده و به همین دلیل با تاخیر زمانی بسیار به گوش می رسند؛ هرچند با توجه به شرایط اتاق ممکن است ضعیف شده باشند اما در صورت داشتن انرژی کافی، بوضوح قابل تشخیص از صدایی که در حال حاضر بصورت مستقیم می شنویم خواهند بود. به بیان دیگر تاثیر قابل توجهی به آنچه هم اکنون از منبع صوتی بیرون می آید می گذارند.

نمودار انرژی و زمان Reverb ناشی از انعکاسهای متوالی صوت
بنابراین می توان نتیجه گرفت که با توجه به میزان کاهش انرژی صوتی پس از عبور و انعکاس در محیط یا بهتر بگویم با توجه به مقدار ضریب جذب صوت در دیوارها و محیط ، صوت از لحظه تولید می تواند تا مدتها وجود داشته باشد و به گوش برسد، هرچند به تدریج میرا شده و انرژی آن برای به حرکت درآوردن پرده گوش ما کاهش پیدا می کند.
Reverb
مجموعه انعکاسهایی از صوت که ناشی از بیش از یک انعکاس باشند، با اختلاف قابل ملاحظه ای به گوش می رسند که به آن Reverb گفته می شود. مشخصه اصلی Reverb بیشتر از آنکه دامنه – یا انرژی – موج باشد، میزان تاخیری است که طی آن به گوش می رسد.
برخلاف انعکاسهای اول که از یکدیگر فاصله دارند، از آنجایی که Reverb ممکن است پس از انعکاسهای متوالی در بسیاری از جهت ها به گوش شنونده برسد، معمولآ پوشی پیوسته دارد که در شکل بوضوح نشان داده شده است.

تجربه نشان می دهد که مقادیر کم Reverb بین ۰٫۵ تا یک ثانیه برای گفتار می تواند بسیار دلنشین باشد و مقادیر بین ۱ تا ۳ ثانیه برای انواع سبکهای موسیقی. همچنین نباید فراموش کرد که استفاده از Reverb از سالهای اولیه پیدایش موسیقی نیز متداول بوده است. بعنوان مثال بسیاری از قطعات آوازی مخصوص فضا و آکوستیک کلیساها با میزان Reverb زیاد نوشته شده اند که اجرای آن در سالنهای معمولی جالب نخواهد بود.

بیایید موضوع را از زاویه دیگری بررسی کنیم؛ پاسخ فرکانسی یک Reverb خوب باید حالت مسطح (Flat) داشته باشد و یا اگر بخواهیم کمی زیبا تر و به گوش خوش آهنگ تر باشد باید علاوه بر Flat بودن، بصورت یک فیلتر پایین گذر عمل کند. این چیزی است که برخی از دست اندر کاران مهندسی صدا از آن به عنوان انعکاس گرم یا Warm Reverb یاد می کنند.

همانگونه می دانید و در شکل نیز مشاهده می کنید یک فیلتر پایین گذر – منظور شرایط آکوستیک یا یک فیلتر مصنوعی الکترونیکی با چنین پاسخ فرکانسی – تمایل بیشتری برای ماندگاری صداهای فرکانس پایین دارد تا فرکانس بالا که این موضوع کاملآ با آکوستیک سازهای معمولی تطابق دارد؛ یعنی نت های بم دیرتر مستهلک می شوند.
ویژگیهای فنی در ساخت سازها باعث می شود تا خصیصه استهلاک صدا (Decay) برای نتهای زیر سریعتر صورت بگیرد چه در این صورت موسیقی تولید شده به هیچ وجه برای گوش خوش آیند نخواهد بود و حتی باعث آزار و اذیت می شود.
برای بدست آوردن ایده واقعی اگر به استخرهای س

رپوشیده رفته باشید حتمآ متوجه شدید که سر و صدای مردم – بخصوص کودکان – در این مکان چقدر گوش خراش است. علت این موضوع آن است که آکوستیک انعکاس در چنین محیطی بیشتر حالت بالاگذر دارد.
یکی دیگر از مشخصه های مهم یک انعکاس پوش یا همان Envelope صوت منعکس شده است. منحنی پوش انعکاس، باید پیوسته و بدون برآمدگی یا فرو رفتگی مستهلک شود، تقریبآ همانند آنچه در شکل دوم مشاهده می کنید.
دقت کنید که یک اتاق خالی با دیوارهای صاف هرگز چنین پوشی را تولید نمی کنند و انعکاس حاصله در این اتاق ها، نوع خاصی است که به آن Slap Back گفته می شود، چرا که انعکاس بطور متوالی با فاصله های زمانی قابل تشخیص تکرار می شود. (اگر آنرا تا کنون امتحان نکردید حتمآ یکبار در یکی از اتاقهای یک ساختمان نو که هنوز کسی در آن زندگی نمی کند، آزمایش کنید.)

بنابراین مشاهده می کنید که برای رسیدن به یک انعکاس ساده اما مشخص، باید تمهیدات بسیاری از جنس پوشش دیوار، کف و سقف گرفته تا چیدمان وسایل مد نظر باشد. جالب اینجاست که بدانید برخی از سازه های موجود در منازل تاثیر خاصی در ویژگی انعکاس صدا در منزل دارند، که یکی از متداول ترین آنها راه پله ها هستند که پوش منحنی انعکاس خاصی تولید می کنند که به انعکاس لرزان یا Flutter مشهور است.

پارامترهای مهم یک Reverb معمولی با پوش پیوسته
پارامترهای مهم یک Reverb عادی
منظور از Reverb عادی آن است که پوش آن پیوسته باشد و در منحنی آن انفصال، برآمدگی یا فرورفتگی وجود نداشته باشد، در اینصورت سه پارامتر اصلی وجود خواهد داشت که عبارتند از :
Predelay : زمانی است که طول می کشد تا اولین انعکاس از صدای اصلی شنیده شود. گاهی این زمان به اولین انعکاس که مربوطه به Reverb نیست و به آن انعکاسهای اولیه یا Early Reverb گفته می شود، اطلاق می گردد، اما در اینجا منظور اولین زمانی است که شما Reverb یا همان انعکاسهای متوالی را می شنوید. (به نوشته های قبل مراجعه کنید.)

Decay : مشخص کننده مدت زمانی است که Reverb پس از شروع، مستهلک شده دیگر قابل شنیدن نخواهد بود. گاهی به این زمان Reverb Time هم گفته می شود.
Reverb Damping : نحوه عملکرد فیلتر پایین گذر را نشان می دهد که از چه فرکانسی به بعد Damping یا همان تضعیف آغاز می شود.
یادآوری : نکته ای که بسیاری در آن ابهام دارند تفاوت میان اکو (Echo) و Reverb است که در اینجا اشاره ای به آن می کنیم. اکو مربوط می شود به اولین انعکاسهای صدا – یا همان Early Reverb – که در نوشته اول به آن اشاره کردیم و در شکل دوم می توانید آنها را مشاهده کنید. از آنجایی که این انعکاسها مسافت کمی را طی می کنند تا از منبع به گوش شنونده برسند فاصله زمانی کمی با اصل صدا دارند لذا معمولآ تاثیر ناچیزی بر کیفیت صدا می گذارند، هرچند نبود اکو در یک صدای خام کاملآ قابل احساس است.

کنترل میزان انعکاس صدا و مقدار خروج صدا در یک اتاق از اولین و مهمترین اهدافی است که یک مهندس صدا (Sound Engineer) باید به آن دست پیدا کند. با وجود آنکه انعکاس صدا در بسیاری موارد باعث زیبایی صوت می شود ، در عین حال می تواند از کیفیت صدا بکاهد بنابراین معمول بر این است که به هنگام ضبط صدا آنرا بطور خالص و بدون هیچ افکتی ضبط می کنند و پس از آن افکت های لازم را به هر میزان که بخواهند اضافه می کنند.
این نیاز بحثی بنام ایزوله کردن یا Isolation را به میان می آورد که در آن باید از مجموعه مواد و تکنولوژیهایی در ساخت دیوارها، سقف و کف سالن استفاده کرد تا بتوان میزان انعکاس صدا را به میزان دلخواه تنظیم نمود و مانع از خروج صدا به بیرون از اتاق شد.

برای جلوگیری از خروج صدا از یک اطاق است نه تنها باید مواردی که برای کنترل انعکاس مد نظر قرار دارد را رعایت کرد، بلکه باید دیوارها، درها، کف و سقف و … را ایزوله کرده و در مواردی که ممکن است آنها را دو جداره ساخت.
مهندس صدا باید دقت کند که نباید هیچ منفذی برای خروج صدا از اتاق وجود داشته باشد، توجه به برخی نکات هنگام ساخت اتاق می تواند به ایزوله کردن بهتر آن کمک کند، بعنوان مثال از مهمترین نکاتی که باعث خروج صدا از یک اطاق می شود کانالهای تهویه هوا، کولر، حتی ترانکهای سیم های برق و تلفن و … است.
پس از آنکه شما مطمئن شدید از اتاق شما یا سالن مورد نظر صدایی بیرون نمی رود، برای استفاده بهتر از موسیقی باید منابعی که بالقوه می توانند تولید سر و صدای ناخواسته یا نویز کنند را از کار بیندازید.

اگر واقعآ می خواهید از شنیدن موسیقی یا ساز زدن در اتاق لذت ببرید و یا قصد ضبط با کیفیت قطعات موسیقی را دارید، باید هرگونه لوازم اضافی را از آنجا بیرون ببرید.
پس از اینکار باید به اقلامی مانند دستگیره های درب و پنجره، چراغ ها، شیشه های در و پنجره، بخاری، چوب پرده و … خلاصه هر آنچه که می تواند با انتشار صوت به لرزه در آید، توجه کنید. موارد زیادی مشاهده شده است که حتی در بهترین استودیوها با وجود بهترین عایق بندی دیوارها و کمترین میزان انعکاس داخلی، به هنگام اجرای موسیقی با صدای بلند قطعاتی به لرزه در می آیند.
چند راهنمایی

در هرصورت نباید فراموش کنید که هرچقدر هم که خرج کنید، نمی توانید به یک ایزولاسیون (Isolation) صد در صد دست پیدا کنید، بخصوص اگر اتاق مورد نظر شما از قبل برای اینکار تهیه نشده باشد. نکات زیر می تواند شما را برای رسیدن به یک ایزولاسیون خوب راهنمایی کند :
– قبل از هر چیز منافذی را که ممکن است از آن صدا خارج یا وارد شود را پیدا کنید. محل هایی مانند فاصله بین قسمت پایین درب ها و کف زمین، کانالهای تهویه و … از این جمله هستند.

– برای کاهش میزان انعکاس، سعی کنید کف اطاق از فرش، موکت یا هر نوع پوششی که پرز داشته باشد تهیه شود. اینکار نه تنها باعث کم شدن انعکاس می شود بلکه پرزها انرژی صوت را گرفته مانع از انتقال آن به طبقات پایین تر نیز می شوند.
– اگر امکان باشد برای دیوارها (حتی سقف و کف) از عایق های صوتی یا در صورت نبود عایق های حرارتی پشم شیشه استفاده کنید. انجام اینکار حداقل برای دیوار و سقف بسادگی توسط خود شما امکان پذیر است.

– اتصال مستقیم مولد های صوتی، مانند بلندگو به دیوار، سقف یا زمین از جمله بزرگترین اشتباهاتی است که ممکن است یک طراح آکوستیک اتاق انجام دهد، بنابراین برای استفاده از آنها همواره از پایه استفاده کنید و یا با طنابهایی آنها را به سقف متصل کنید. اگر به هر دلیلی مجبور هست که آنها را در کف قراردهید، از سه چهار لایه پارچه کلفت و پرز دار زیر آنها استفاده کنید.

– صدای طبیعی هنگامی بوجود می آید که هیچ انعکاسی نباشد، بنابراین تا می توانید دیوارها، سقف و کف را با موادی که جاذب صوت هستند بپوشانید. اینکار بخصوص برای پنجره ها که امکان عایق بندی خوبی ندارند می تواند مفید باشد چرا که مانع از خروج صدا از طریق آنها می شود. پرده های کلفت، پرز دار و سنگین به راحتی علاوه بر اینکه تا حد زیادی مانع انعکاس صدا می شوند، انرژی صوت را نیز در خود جذب می کنند.

– رسم بر این است که برای رسیدن به شرایط انعکاس نزدیک به صفر دیوارها را از بلوکهای مخصوص آکوستیک می پوشانند، خاصیت مهم این پوشش ها آن است که چنانچه اتاقی بوسیله آن پوشیده شده باشد، کیفیت صدا در تمام نقاط آن تقریبآ یکسان و نزدیک به صدای خالص است. اگر چنین طرحی را برای اتاق خود می خواهید و تمایل به انجام هزینه زیاد ندارید، می توانید از کارتن های تخم مرغ استفاده کنید، پاسخ فرکانسی و رفتار آنها تقریبآ شبیه به این بلوکهای آکوستیک هستند.
نکته مهم در این باره آن است که این پوششها بیشتر برای متعادل کردن انعکاس و میزان تضعیف صداهای ریز و بم بکار برده می شوند و خاصیت مهمی که دارند این است که در نهایت کیفیت

صدای سالن به درجه مطلوبی می رسانند.
اگر به موسیقی علاقه داشته باشید و یا با سازی مانند پیانو کار کنید، احتمالآ لحظاتی برای شما بخصوص هنگام غروب و شب بوده است که در حال گوش دادن به موسیقی با صدای بلند یا تمرین پیانو بوده اید که ناگهان با برخورد احتمالآ خشن اطرافیان – حتی همسایگان – برای پایین تر آوردن صدا روبروه شده اید.
بدیهی است برای یک علاقمند به موسیقی هیچ چیز به این اندازه نمی تواند در آن لحظه که با اشتیاق به موسیقی گوش می دهد یا ساز تمرین می کند، دردناک باشد. بخصوص اگر هزینه زیادی برای تهیه یک سیستم صوتی خوب یا یک ساز با حجم صوتی بالا کرده باشد.
واقعیت آن است که هنگامی که هریک از ما هزینه زیادی برای تهیه یک سیستم صوتی خوب یا سازی مانند پیانو می کنیم، اگر هدف اصلی استفاده و لذت بردن از تمام امکانات آن باشد باید کمی هم برای شرایط استفاده از آنها هزینه کنیم، در غیر اینصورت نخواهیم توانست حتی در صورت مخالف نبودن اطرافیان از حداکثر مزایای سیستم صوتی یا پیانوی خود بهره ببریم.

زمان برای همگان طلا است، اما برای یک علاقمند به موسیقی – یا دست اندرکاران صدابردای و یا صاحبان سالن های کنسرت و … – علاوه بر آن سکوت هم نقش طلا را بازی می کند و برای رسیدن به آن باید هزینه کرد.
چگونه به هدف خود نزدیک تر شویم؟
برای آنکه شدت صدای تولید شده به سمت شنوندگان نا خواسته کاسته شود روشهای ساده، مشخص، اما نه لزومآ قابل دسترس با هزینه کم وجود دارد که مهمترین آنها عبارتند از :
– استفاده از تمهیداتی برای از بین بردن انرژی صوتی که به سمت اطاق مورد نظر می آید و یا برعکس کاهش انرژی صوتی که در اتاق تولید شده و طبیعتآ تمایل دارد در تمام جهت ها از دیوارها عبور کند. در این روشها با استفاده از تجهیزات خاصی معمولآ انرژی صوتی را به انرژی حرکتی بدون صدا (احیانآ کم صدا) و یا انرژی حرارتی تبدیل می کنند.

– دور کردن منبع تولید صدا (سیستم صوتی یا ساز) از شنوندگان ناخواسته. طبیعی است در حین طی شدن فاصله، در اثر برخورد صوت با مولکولهای هوا، صوت بتدریج انرژی خود را از دست می دهد و ضعیف تر می شود.
همانطور که مشاهده می کنید دو روشی که بیان شد بسیار بدیهی و ساده هستند اما استفاده و لحاظ کردن هر یک از آنها می تواند مشکلات خاص خود را به همراه داشته باشد. به عنوان مثال برای کاهش انرژی صوتی به هنگام عبور از مرزهای اتاق – از هر طرف – نیاز به استفاده از تجهیزات damping یا وسایلی هستیم که جلوی هرگونه ارتعاش و انتقال انرژی را بگیرد.

و یا در ارتباط با دور کردن منبع تولید صدا با توجه به امکانات منزل خود مثلآ ناگزیر هستیم ساز یا سیستم صوتی گرانبهای خود را به داخل انباری یا اتاقی در آنطرف محوطه عادی منزل ببریم که عملآ می تواند برای خود دردسرها و نقطه ضعف های کاربردی داشته باشد. (هرچند اگر یک علاقمند جدی باشید به ناچار مجبور به انجام چنین کاری هم خواهید بود.)
البته روشهای فنی و تکنولوژیک دیگری هم برای حذف صداهای ناخواسته وجود دارد که در آن توسط میکروفن های مختلف، اصواتی که از اطراف منتشر می شود نمونه برداری شده پس از پردازش توسط کامپیوتر یا دستگاههای مخصوص اصوات مشابه اما معکوس آنها برای انتشار در جهت مخالف و حذف در محیط پخش می شود که طبیعی است دسترسی به ا

ین روش برای همگان امکان پذیر نخواهد بود.
Damping یا خفه کردن صدا
کاربردی ترین روش برای جلوگیر از نفوذ صدا از بیرون به داخل و یا برعکس Damping است. در این روش با استفاده از تجهیزات و روشهای مختلف محیط مورد نظر را از لحاظ آکوستیکی نسبت به اطراف ایزوله می کنند.
انواع صداهای ناخواسته که می تواند در اتاق تولید و یا به آن نفوذ کرده مانع از لذت بردن شما از موسیقی شوند را می توان به دو دسته تقسیم کرد. دسته اول صداهای عادی مانند صدای اتومبیل یا صحبت عابرین پیاده در خیابان، صدای جوی آب و … دسته دوم صداهای نا خواسته ای هستند که در داخل اتاق مورد نظر شما بوجود می آیند، که اغلب آنها ناشی از ارتعاش اجسام (پنجره، لوستر، لوازم منزل و … ) بر اثر برخورد صوت پر انرژی با آنها است.

عایق های حرارتی
عايقهاي حرارتي بر پايه مواد معدني Mineral Insulation

تقسیم بندي عايقهاي حرارتي با اين زير گروه امكان بررسي ويژگيهاي مشترك ميان عناصر آن را فراهم ميسازد .

بارز ترين نقطه مشترك اين گروه يافت شدن مواد اوليه آنها چه به صورت خالص و يا ناخالص در معادن بوده و فراوري هاي انجام شده بر روي آن مواد ساختار مولكولي آنها را دگرگون ننموده است.
در اكثر انواع عايقهاي اين گروه عنصر سليسيم (si )يكي از مواد اصلي بوده كه ساختار عايق بر پايه آن شكل گرفته است.
براي مثال فراوردهاي پشمهاي معدني كه از قديمي ترين و شناخته شده ترين انواع عايقهاست يكي از زير گروهاي آن مي باشد
مهم ترين تشابهات در اين گروه عبارتند از :

۱- تحمل حرارتي بالايي دارند( حتي بعضي از آنها را ميتوان جزو مواد دير گداز نيز به حساب آ ورد.)
۲- عموما” سلول باز بوده و جاذب رطوبت ميباشند( در برابر نفوذ رطوبت ضعيف ميباشند.)
پشم شيشه (GLASS WOOL)
پشم معدني كه از مذاب شيشه ساخته ميشود. ( استاندارد ملي۸۰ ۸۴ بند۴-۱۶-۱)
از معروف ترين و قديمي ترين انواع عايقهاست ,در حدود ۴۰سال است كه در ايران توليد مي شود.پشم شيشه شامل فيبرهاي انعطاف پذير شيشه است كه از ذوب مواد اوليه شيشه به دست مي آيددر حالت استاندارد ضخامت الياف آن مي بايست بين ۲/۳ الي ۴/۶ ميكرون بوده كه در اين حالت محصول نرم تر بوده وخواص ارتجاعي خود را براي مدت بيشتر حفظ مي كند و ريزش ذرات آن كمتر خواهد بود.

از انواع عايقهاي سلول باز بوده و مي تواند رطوبت محيط را جذب نمائيدو در مجاورت با بخار آب (خصوصا در سطوح گرم )توليد اسيد سيليسيك مي نمايدو اگر محافظت آن به نحو مطلوب انجام نشود باكتريها و قارچها در لايه هاي الياف آن تكثير پيدا مي كنند.
در گسترش حريق بي اثر بوده و در مجاورت حريق گازهاي سمي توليد نمي كندالياف آن با سر سوزني شكل بوده و اگر وارد نسوج ريه شود خارج نمي گردد و تماس آن با پوست باعث خراشيدگي مي شود, استمرار مجاورت در تنفس ذرات معلق آن مي تواند باعث ايجاد بيماريهاي تنفسي و پوستي شود, حداكثر تحمل حرارتي آن۵۵۰Cº است.

اخيرا پشم شيشه هاي جديدي توليد شده كه از تركيب مذاب دو نوع شيشه است كه باعث كمتر شدن تحريك پوستي مي گردد, و نيازي به چسباننده شيميايي برچسباندن الياف به هم ندارد توليد پشم شيشه در چگالي متوسط زياد نيز انجام مي شود كه مقاومت حرارتي آنها قدري بيشتر از نوع قديمي آن است.

پشم شيشه

پروسه توليد پشم شيشه
پشم سنگ
از مذاب سنگهاي طبيعي آذرين ساخته مي شود. ( استاندارد ملي۸۰ ۸۴ بند۴-۱۶-۲)
پشم سنگ كه در زبان انگليسي Rock wool ناميده مي‌شود، جزو خانواده عايق‌هاي حرارتي متشكل از الياف معدني است.
ماده اوليه اصلي براي توليد اين عايق، سنگ بازالت، از گروه سنگ‌هاي آذرين است كه بازمانده فعاليت‌هاي آتش‌فشاني است و در كشور ما به وفور وجود دارد. بدليل رگه اي بودن مواد اوليه آن محصول توليدي آن ممكن است داراي خلوص يكنواخت نباشد.

روش توليد پشم سنگ به اين صورت است كه ابتدا سنگ بازالت در دماي ۱۵۰۰ درجه سانتيگراد ذوب مي شود و به صورت سيليكات مذاب در مي آيد و سپس مذاب به دست آمده تحت روشهاي خاصي به اليافي به قطر حدود ۶ ميكرون تبديل ميشود .كه مجموعه اين الياف پشم سنگ را تشكيل مي دهد.

آناليز شيميايي و مواد تشكيل دهنده آن عبارتند از :
اكسيد سيليس sio2 46%
اكسيد آلومينوم Al2 o3 14%
اكسيد تيتانيوم Tio2 1.5%
اكسيدهاي آهنFe2 o3+Feo 7.5-8%
اكسيد كلسيوم cao 18%
اكسيد منيزيمMgo 10%

شكل زير: پروسه توليد پشم سنگ

مزايا
• اين عايق ،به دليل عدم انتشار صدا به ميان اجزاء متشكله ونيز جذب صدا، عايق صوتي بسيار مطلوبي مي باشد. به همين علت در فرودگاه ها، استوديو هاي صدابرداري ،زير ريل ها و در ايستگاههاي متروي داخل شهري نصب مي گردد. افزايش ضخامت وگذاشتن فاصله هوايي مناسب در پشت عايق، مقدار تضعيف انرژي صوتي را افزايش مي دهد.
• به علت مواد تشكيل دهنده معدني ، يا مصالح ساختماني سازگار مي باشد. لذا باعث خوردگي يا خرابي به اجزاءتشكيل دهنده ساختمان نخواهد شد.

• ضريب انتقال حرارت اين عايق طبق مبحث ۱۹ به شرح زير مي باشد كه البته با توجه به درجه وكارخانه سازنده آن متفاوت خواهد بود و بايد توسط كارخانه سازنده آن مشخص شود
وزن مخصوص خشك (Q)بر حسب m³ kg/ 18تا ۲۵ ۲۵تا ۳۵ ۳۵ تا ۸۰ ۸۰ تا ۱۸۰
ضريب هدايت حرارتي مفيدλ بر حسب w/m.c 047/0 041/0 039/0 041/0
• ذرات الياف پشم سنگ از طرف سازمان بهداشت جهاني براي سلامتي انسان بي ضرر تشخيص داده شده اند وحتي مطابق استاندارهاي اروپا استنشاق هوايي كه حاوي حداكثر ۵ ميلي گرم بر متر مكعب ذرات پشم سنگ باشد به مدت ۸ ساعت در روز مجاز است.

• به علت موادتشكيل دهنده معدني، سازگاري كاملي با تمامي مصالح ساختماني دارد لذا باعث خوردگي يا خرابي هيچ يك از اجزا تشكيل دهنده ساختمان نخواهدشد.
• عايقي تجزيه نشدني وبه علت اينكه مواد تشكيل دهنده آن معدني مي باشد علاوه براينكه دوام بسيار خوبي در كل عمر سازه دارد باعث از دست دادن كيفيت آن نخواهد شد وسازگاري كاملي با محيط زيست دارد و از اين لحاظ بي خطر ترين عايق حرارتي مي باشد.
• آتش گير نيست ومشتعل نمي شود وقابليت مقاومت تا۴ساعت در برابر شعله مستقيم را دارد. پشم سنگ به تنهايي نقطه ذوبي بالاي°۱۰۰۰دارد اما به علت رزين ومواد افزوني اي كه به آن اضافه مي گردد، كارايي مناسبي در رنج وسيع °c150- تا °c700 دارد.ضمنا در اثر آتش سوزي توليد دود وسم نمي كنند كه از مزاياي عمده آن است.
• درتكنولوژي نوين ساخت محصول رطوبت را جذب نمي كنند ا

ما طبق استاندارد مي بايست يك پوشش بخار بند داشته باشند.
• نرمي ولطافت الياف ونيز بافته بودن تار۶ در ضخامت تشكيل دهنده محصول نهايي كه باعث مقاومت در برابرتراكم مي شود كه از مزاياي مهم اين محصول مي باشد.
• طبق استاندارد هاي جهاني استفاده از عايق پشم سنگ به عنوان جداكننده مناطق آتش در ساختمان وطبقات به عنوان عايق ساختمان مورد توجه خاصي قرار گرفته است.
• انبار كردن محصول در زمان طولاني بالاي يكسال توصيه نمي شود.

معايب:
• ضريب انتقال حرارت، با افزايش دما، فشردگي بعد از نصب وجذب رطوبت ،افزايش مي يابد.
• براي شكل دادن به اين نوع عايق از چسب رزيني استفاده شده كه به دليل پايين بودن درجه حرارت آن تحمل دماي اين محصول را تاc˚۳۵۰كاهش مي دهد.
• اگر چه پشم سنگ جاذب رطوبت نيست اما براي عايق كاري لوله ها، تاسيساتي كه به فضاي باز قرار دارند، بايد با يك پوشش ضد رطوبت محافظت شود.
كاربرد:
• پشم سنگ بنا به نوع آن موارد كاربرد گوناگون دارد. صنايع پتروشيمي ، پالايشگاه ، بيمارستان ها، نيروگاهها، صنايع سنگين، استريوهاي صدا برداري ، تونل هاي مترو،كارخانه هاي سيمان و فولاد از مصرف كنندگان اين نوع عايق به شمار مي روند.
• پشم سنگ فله، به عنوان عايق حرارتي صوتي بين دو جدار ديوار هاي ساختماني ،جدار دودكش ها ، منبع اگزوز اتومبيل ها ودستگاه هاي صنعتي و پركردن فضاهاي فاقد شكل هندسي منظم به كار مي رود

• پشم سنگ تخته اي براي عايق كاري و پوشش سقف سوله، كانال هاي گردش هوا وسيستم هاي تهويه مطبوع وآب سردكن مورد استفاده قرار مي گيرد اين نوع پشم سنگ اگر بدون روكش باشد مي تواند براي عايق كاري تجهيزات تا دماي ۷۰۰ درجه سانتيگراد مورد استفاده قرار گيرد اين نوع عايق اگر داراي روكش كاغذ كرافت وفويل آلومينيوم باشد فقط در دماهاي پائين قابل استفاده است عايق پشم سنگ با روكش توري تا دماي ۸۰۰ درجه سانتيگراد قابل استفاده است وبراي سطوح مسطح ومنحني در صنايع ، لوله هاي با قطر بزرگ ، كوره ها، گرمخانه ها،اگزوز توربين ها و دودكش هاي بلند مورد استفاده قرار مي گيرد.

• پشم سنگ پانلي، به دليل استحكام به عنوان عايق بين جداره ها، در استديو صدابرداري وتونل هاي مترو براي جذب هوا مورد استفاده قرار مي گيرند. عايق لوله اي پشم سنگ ، در تاسيسات سيستمهاي تهويه مطبوع براي عايق كاري لوله هاي عبور سيالات سرد وگرم ، در صنايع جهت عبور سيالات داغ وبخار مورد استفاده قرار مي گيرد.

 

پشم سرباره (SLAG WOOL)
پشم معدني كه از مذاب سرباره كوره ساخته مي شود. ( استاندارد ملي۸۰ ۸۴ بند۴-۱۶-۳)
. ازمحصولات جانبي كوره بلند پس ازاستخراج اهن از سنگ هماتيت مي باشد بطوره خلاصه طي اين فرايند سنگ اهن كه خود تركيبي است از اكسيد آهن منگز كلسيم وسيليكاتها مي باشد با اهك و كك وارد كوره بلند شده و پس از احيا اهن و جدا سازي, آهن مذاب از پايين كوره و سرباره از بالاي آن خارج مي شود .سپس سرباره بدست آمده در دماي ۱۴۰۰درجه سانتيگراد مجددا ذوب شده و پس از عبور از اتومايزر به الياف مبدل مي گردد. اكسيد سيليس sio2 جزاصلي تمامي عايقهاي معدني يكي از عمده ترين مواد تشكيل دهنده پشم سرباره مي باشد اين مقدار درحدود ۳۶% است و مواد تشكيل دهنده ان عبارتند از:

اكسيد سيليس ۳۶%
اكسيد منيزيم ۰٫۹۷ %
اكسيد اهن ۰٫۷۶%
اكسيد الومينيوم ۱۰٫۴۵%
اكسيد منيزيم ۱۰٫۹%
اكسيد كلسيم ۳۶٫۵۶%
اكسيد تيتانيم۲٫۸۳%
ساير مواد ۱٫۵۸%
داراي خواص و درصد خلوص يكنواخت در تمام محصولات مي باشد, كه از مزاياي عمده اين محصول است .در كشور هاي صنعتي جزو پر مصرف ترين عايق هاي معدني است. سيليس باعث رشته رشته شدن الياف عايق پشم سرباره مي گردد و اضافه شدن در صد سيليس آن را به سمت پشم شيشه سوق مي دهدو كم شدن آن فرآيند رشته اي شدن آنها را به خطر مي اندازد .

سر الياف آن كروي شكل بوده كه به همين دليل باعث خراش و تحريك پوستي بسيار كمتري مي شودو به دليل ريز بودن ذرات آن عايق الكتريسته نيز مي باشد , بازگشت پذيري آن به طبيعت سريع انجام مي شود .
در صورت مجاورت با بخار آب +PHدارد, جهت توليد اشكال هندسي از يك چسبنده لاتكس رزيني گرما سخت استفاده مي شود كه محصول توليد شده تحمل درجه حرارتي كمتر از نوع خالص آن را دارد.

حداكثر تحمل درجه حرارت آن در نوع خالص۷۵۰ºC است و در حالت غير خالص و مخلوط با ماده چسباننده حداكثر در حدود ۳۵۰ºC را تحمل مي كند .
به لحاظ كاربرد آن درعايقكاري صوتي مي توان گفت , اين ماده مي تواد به عنوان عايق صوتي نيز به كار رود اما ميزان جذب صوت بخصوص در فركانسهاي پائين با ضخامت عايق رابطه مستقيم دارد, در انواع خاص آن و در فركانسهاي صو تي بالا مي تواند عايق خوبي به شمار آيد.

پشم سرباره
عايقهاي سيليكات
اين نوع عايقها از مواد معد ني و الياف سراميكي همراه با ذرات سيليكا و اكسيد فلزات گروه قليايي مانند كلسيم , منيزيوم ويا آلومينيوم كه در دماي بالا به هم دوخته مي شوند ساخته مي شود. اين نوع عايقها به شكل پتوئي و يا به شكل آجري يكپارچه ساخته مي شود. در مقابل شوكهاي حرارتي مقاوم بوده و تحمل دماهاي بسيار بالا را داردو غير قابل اشتعال است. در صورت مجاورت با رطوبت جاذب آن ميباشند كه مي بايست در مقابل آن محافظت شوند.

Calcium silicate سيليكات كلسيم
ماده عايق شامل سيليكات هيدراته است كه معمولا” بوسيله الياف يك پارچه كننده مسلح مي شود.
( استاندارد ملي۸۰ ۸۴ بند۴-۴)
يك نوع عايق دانه اي ساخته شده از آهك و تقويت شده توسط ذرات سيليكات با ساختار يك پارچه و صلب به همراه مواد معدني آلي مي باشد,مقاومت مناسب در مقابل تغيير شكل داشته و جاذب آب است اما به سرعت خشك مي شود در نتيجه فاسد نشده و مكان مناسبي براي رشد قارچها و ميكروب ها نمي باشد . نيز قابل اشتعال نبوده و عموما براي لوله هاي عبور سيالات داغ مورد استفاده قرار مي گيرد, دانه هاي المنت سماور و يا برخي اتصالات نسوز از اين جنس است و حداكثر تحمل دماي آن ۹۸۲Cº مي باشد.

سيليكات كلسيم
سيليکات کلسيم مخلوط سيمان مانندی است با طول عمر زياد و مقاومت فشاری بالا که به سهولت آب جذب می کند. پوشش سيليکات کلسيم بسيار سبک بوده، میتواند تا ۴۰۰ % وزن خود ، آب در خود نگاه دارد شکل ۲ نمونه ای از عايق سيليکات کلسيم را نشان میدهد. همانطور که شکل نيز نشان می دهد سيليکات کلسيم معمولا سفيد، خاکستری يا بی رنگ می باشد.

اين ماده به عنوان عايق حرارتی جهت عايقکاری خطوط سيالاتگرم، مخازن و تا نکها در تأسيسات نفت و گاز مورد استفاده فراوان دارد . از موادی همچون پشم شيشه، پشم سنگ و الياف نسوز نيز بدين منظور استفاده می شود. خواص فيزيکی سيليکات کلسيم در جدول ۱ مشاهده میشود. عايق۴ آن بالاست، pH آن در محدوده ۷ تا ۱۱ قرار دارد. اگرچه pH ، با پايه سيليکات کلسيم

 

معمولا خنثی يا قليايی بودهولی ميل شديدی به ايجاد خوردگی در سطوح حفاظت نشده فلزی دارد . اين عايق دارای يون کلرايد نيز میباشد. نکته حائز اهميت در خصوص عايقکاری حرارتی آن است که اين عمل بايد بگونه ای انجام شود که آب در زير آن نفوذ و تجمع پيدا نکند . در غير اين صورت رطوبت محبوس در زير عايق باعث بروز پديده خوردگی میشود.

سيليكات آلومينيوم
اين نوع عايق از مواد معدني اكسيد آلو مينيوم و الياف سراميكي تشكيل شده است, كه در دماي بالا با هم آميخته مي شوندو در دو شكل پتويي و يا آجري يكپارچه ساخته شده و تحمل دماهاي بسيار بالا را دارد ,و همچنين در مقابل شوكهاي حرارتي نيز مقاوم بوده و كاملا غير قابل اشتعال است .
عايق كوره هاي القائي ذوب فلز از اين جنس مي باشدودماهاي تا حدود ۱۸۰۰Cº را به راحتي تحمل مي كند .

الياف كربني carbon_fiber
درفرهنگ واژگان نساجي آمده است : الياف کربن به اليافي گفته مي شود که دست کم داراي ۹۰ درصد کربن هستند و از پيروليز کنترل شده اليافي ويژه به دست مي آيند . اصطلاح الياف گرافيتي درمورد اليافي به کار مي رود که کربن آنها بيش از ۹۹ درصد باشد . انواع گوناگوني از الياف به

عنوان پيش زمينه توليد الياف کربن وجود دارد که داراي ويژگي هاي انحصاري و مورفولوژي ويژه هستند . پرمصرف ترين الياف پيش زمينه عبارتند از : الياف پلي اکريلونيتريل ( PAN ) ، الياف سلولزي ( مانند ريون ويسکوز و پنبه ) ، قير حاصل از قطران ذغال سنگ ( Coal tar pitch ) و نوع ويژه اي از الياف فنليک .

الياف کربن از طريق پيروليز پيش زمينه هاي آلي که به شکل الياف هستند ، ساخته مي شود . در واقع انجام عمليات حرارتي موجب حذف عناصري مانند اکسيژن ، نيتروژن و هيدروژن و باقي ماندن کربن به شکل الياف مي شود . در پژوهش هايي که برروي الياف کربن انجام شده ، مشخص گرديده که ويژگي هاي مکانيکي الياف کربن با افزايش درجه تبلور و ميزان جهت گيري الياف پيش زمينه و کاهش نواقص موجود در آنها ، بهبود مي يابد . بهترين راه براي دست يابي به الياف کربن با ويژگي هاي مناسب ، استفاده از الياف پيش زمينه با بيشترين مقدار جهت گيري و حفظ آن در طي فرآيندهاي پايدار سازي و کربنيزاسيون از طريق اعمال کشش در طول فرآيند است .

توليد الياف کربن از پيش زمينه پلي اکريلونيتريل
براي توليد الياف کربن با کيفيت بالا از پيش زمينه PAN و سه مرحله اساسي وجود دارد :
۱- مرحله پايدار سازي اکسيدي : در اين مرحله الياف PAN هم زمان با اعمال کشش مورد عمليات حرارتي اکسيدي در محدوده دمايي ۲۰۰ تا ۳۰۰ درجه سانتي گراد قرار مي گيرد . اين عمليات ، PAN گرما نرم را به ترکيبي با ساختار نردباني يا حلقه اي تبديل مي کند .

۲- مرحله کربنيزاسيون : بعد از اکسيداسيون ، الياف بدون اعمال کشش در پيرامون دماي ۱۰۰۰ درجه سانتي گراد در محيط خنثي ( معمولا ً نيتروژن ) براي مدت چند ساعت ، مورد عمليات حرارتي کربنيزاسيون قرار مي گيرند . درطي اين فرآيند ، عناصر غيرکربني آزاد مي شود و الياف کربن با بالانس جرمي ۵۰ درصد به نسبت الياف PAN نخستين ، به دست مي آيد .

۳- مرحله گرافيتاسيون : بسته به نوع الياف کربن مورد نظر ، از لحاظ ضريب کشساني ، و اعمال اين مرحله در محدوده دمايي مابين ۱۵۰۰ تا ۳۰۰۰ درجه سانتيگراد ، موجب بهبود درجه جهت گيري کريستاليت هاي کربني درجهت محور الياف و بنابراين مايه ي بهبود ويژگي ها مي شود .
توليد الياف کربن از ديگر پيش زمينه ها نيز کمابيش داراي مراحل اصلي است که در مورد توليد از پيش زمينه PAN آورده شد .

الياف كربني
ساختار الياف کربن
مشخصه هاي ساختاري الياف کربن بيشتر با دستگاههاي ميکروسکپ الکتروني و پراش پرتوي ايکس قابل بررسي است . برخلاف گرافيت ، ساختار کربن بدون هرگونه نظم سه بعدي است . در الياف کربن برپايه PAN ، ساختار الياف در طي عمليات پايدار سازي اکسيدي و متعاقب آن

کربنيزاسيون ، از ساختار زنجيره اي خطي به ساختار صفحه اي تغيير مي کند . به اين ترتيب صفحات اصلي در پايان مرحله کربنيزاسيون در جهت محور طولي الياف قرار مي گيرند . بررسي هاي اشعه X با زاويه تفرق باز ( Wide angle X-ray ) نشان مي دهد که با افزايش دماي عمليات کربنيزاسيون ، ارتفاع انباشتگي و مقدار جهت گيري صفحات اصلي ، افزايش مي يابد . قطر منوفيلامنت هاي PAN تأثيرعمده اي بر نفوذ عمليات کربنيزاسيون در الياف کربن توليدي دارد ،

به همين دليل تغيير در ساختار کريستالوگرافي پوسته و هسته هر منوفيلامنت در اليافي که کاملا ً پايدار شده اند ، به وضوح قابل مشاهده است . پوسته از جهت گيري مرجح طولي بالا به همراه انباشتگي زياد کريستاليت ها برخوردار است درحالي که هسته ، جهت گيري کم تر صفحات اصلي و حجم کم تر کريستاليت ها را نشان مي دهد .

عموما ً ديده شده که هرچه استحکام کششي الياف پيش زمينه بيشتر باشد ، ويژگي هاي کششي الياف کربن به دست آمده نيز بيشتر مي شود . چنان چه مرحله پايدار سازي به صورتي مناسب انجام گيرد ، در آن صورت استحکام کششي و ضريب کشساني با کربنيزاسيون تحت کشش ، به مقدار بسيار زيادي در محصول کربني نهايي بالا مي رود . بررسي هاي انجام شده با دستگاههاي پراش پرتوي ايکس و پراش الکتروني نشان داده است که در الياف کربن با ضريب کشساني بالا ، کريستاليت ها پيرامون محور طولي الياف قرار گرفته اند . اين درحالي است که

صفحات لايه اي با بيشترين جهت يافتگي به موازات محور الياف استقرار يافته اند . به طور کلي استحکام الياف کربن به نوع پيش زمينه ، شرايط فرآيند ، دماي عمليات حرارتي و وجود نواقص ساختاري در الياف ، ارتباط دارد . در الياف کربن با پيش زمينه PAN و افزايش دما تا ۱۳۰۰ درجه سانتي گراد مايه ي افزايش استحکام مي شود ولي پس از ۱۳۰۰ درجه ، استحکام به آرامي کم مي شود . اين موضوع در مورد ضريب کشساني نيز صادق است .

الياف کربن بسيار ترد هستند . لايه ها در الياف با اتصالات ضعيف و اندروالسي به هم ديگر متصل شده اند . تجمع فلس مانند لايه ها موجب مي شود تا رشد ترک در جهت عمود برمحور الياف به آساني صورت بگيرد . در خمش ، الياف در کرنش هاي بسيار پايين مي شکنند . با تمام اين معايب ، الياف کربن از نقطه نظر مجموع ويژگي هاي شيميايي ، فيزيکي و مکانيکي منحصر به فردي که دارد ، در بسياري از عرصه هاي مهندسي و علوم در دو دهه اخير تقريبا ً بدون رقيب مانده است .
کاربردهاي الياف کربن
الياف کربن در موارد صنعتي گوناگوني به کارمي رود که در اين جا نمونه هايي از آن ارايه شده است :

صنعت حمل و نقل
کاربردهاي صنعت حمل و نقل بدين گونه اند : مخازن گاز مايع خودروها ، قطعات موتور ، کمک فنر ، شفت هاي انتقال نيرو ، ملحقات چرخ و جعبه فرمان ، لنت هاي ترمز ، بدنه ماشين هاي مسابقه ، بدنه کشتي ها و فنرهاي لول .
صنايع ساختماني و معماري

مواد ساختاري پل ها ، ساز و کار پل هاي جمع شونده ، تقويت کننده بتن هاي پرمقاومت ، سازه هاي باربر ، ديوارهاي جداکننده ، سازه هاي پيش تنيده براي کمک به سازه هاي بتني حمل بار ، استفاده در تعمير ساختمانهاي در حال تخريب ، استفاده در جداره داخلي تونل ها براي جلوگيري از ريزش تونل و استفاده در رمپ ها براي جلوگيري از ريزش خاک را مي توان از کاربردهاي ساختماني اين الياف دانست .
صنايع هواپيما سازي و هوافضا

سازه هاي داخلي کابين مسافرين اعم از پانل هاي جداره صندلي ها و ميزها ، پوشش ها ، اجزاي سازه اي ماهواره ها ، لبه بال هواپيماهاي جنگنده ، نوک هواپيماهاي مافوق صوت ، نازل موشک هاي دوربرد و قطعات حساس موتور هواپيماها نيز مي توانند داراي الياف کربن باشند .
صنايع پزشکي
الياف کربن در ساخت استخوان مصنوعي ، اجزاي تجهيزات پرتوي ايکس ، صندلي هاي چرخدار ، انواع اجزاي مصنوعي بدن براي معلولين و دريچه قلب به کار مي روند .

بخش انرژي
از جمله کاربردهاي الياف کربن در بخش انرژي ، مي توان بدين موارد اشاره کرد : باتريهاي سوختي ، پره هاي توربين و پره هاي آسياب هاي بادي براي توليد برق از انرژي باد .
صنايع الکترونيک ، تجهيزات الکتريکي و ماشين سازي
اين کاربردها عبارتند از : قاب رايانه هاي همراه ، اجزاي رايانه ها ، بازوي ربات هاي صنعتي ، چرخ دنده ها ، غلتک ها ، چرخدنده هاي پرسرعت ، قطعات خود روغنکاري شونده ، آنتن ها ، مواد عايق الکتريکي ، مخازن تحت فشار ، غلتک چاپ گرها و قاب تلفن هاي همراه .

الياف گرافيتي Graphite fiber
الیاف کربن يا گرافيتي نسل جدیدی از الیاف پر استحکام است . این مواد از پرولیز کنترل شده گونه هایی از الیاف مناسب تهیه می شود ؛ به صورتی که بعد از پرولیز حداقل ۹۰ درصد کربن باقی بماند . الیاف کربن نخستین بار درسال ۱۸۷۹ میلادی زمانی که توماس ادیسون از این ماده به عنوان رشته پرمقاومت در ایجاد روشنایی الکتریکی استفاده کرد ، پای به عرصه علم و فن آوری گذاشت . با این حال درآغاز دهه ۱۹۶۰ بود که تولید موفق تجاری الیاف کربن ، با اهداف نظامی

و به ویژه برای کابرد در هواپیمای جنگی ، آغاز شد . دردهه های اخیر ، الیاف کربن در موارد غیر نظامی بسیاری ، همچون هواپیماهای مسافربری و باربری ، خودروسازی ، ساخت قطعات صنعتی ، صنایع پزشکی ، صنایع تفریحی – ورزشی و بسیاری موارد دیگر کاربردهای روزافزونی یافته است . الیاف کربن در کامپوزیت های با زمینه سبک مانند انواع رزین ها به کار می رود . کامپوزیت های الیاف کربن در مواردی که استحکام و سختی بالا به همراه وزن کم و ویژگی های استثنایی مقاومت به خوردگی مدنظر باشند ، یگانه گزینه پیش روست . همچنین هنگامی که مقاومت مکانیکی در

دمای بالا ، خنثی بودن از لحاظ شیمیایی و ویژگی ضربه پذیری بالا نیز انتظار برود ، بازهم کامپوزیت های کربنی بهترین گزینه هستند . با توجه به این ویژگی ها ، پهنۀ گسترده موارد کاربرد این ماده در گستره های گوناگون فن آوری به سادگی قابل تصور است .

الياف گرافيتي
میزان تولید الیاف کربن از ۱۹۹۲ تا ۱۹۹۷ رشد ۲۰۰ درصدی در این فاصله ۶ ساله داشته که خود نشانگر اهمیت تکنولوژی این ماده است . هم اکنون ، ایالات متحده آمریکا نزدیک به ۶۰ درصد تولید جهانی الیاف کربن را به مصرف می رساند و این در حالی است که ژاپن تلاش می کند به میزان مصرفی برابر با ۵۰ درصد تولیدات جهانی این محصول دست یابد . ژاپن به واسطه شرکت صنعتی توری ، خود بزرگترین تولید کننده الیاف کربن درجهان است . هم چنین عمده ترین تولید کننده الیاف کربن با استفاده از پیش زمینه قیر ، ژاپن است . پیشگویی برای سال ۲۰۱۳ میلادی … سال ۲۰۱۳ است .

الیاف کربن را می توان براساس مدول الاستیک ، استحکام و دمای نهایی عملیات حرارتی به گروههای زیر دسته بندی کرد : دسته بندی براساس ویژگی ها : § الیاف کربن با ضریب کشسانی بسیار بالا ؛ بیشتر از ۴۵۰ گیگا پاسکال § الیاف کربن با ضریب کشسانی بالا؛ بین ۳۵۰ تا ۴۵۰ گیگا پاسکال § الیاف کربن با ضریب کشسانی متوسط ؛ بین ۲۰۰ تا ۳۵۰ گیگا پاسکال § الیاف کربن با استحکام کششی بالا و ضریب کشسانی پایین ؛ استحکام کششی بیش از ۳ گیگا پاسکال و

ضریب کشسانی کم تر از ۱۰۰ § الیاف کربن با استحکام کششی بسیار بالا ؛ بالاتر از ۵/۴ گیگا پاسکال دسته بندی براساس نوع پیش زمینه : § الیاف کربن با پیش زمینه الیاف پلی اکریلونیتریل § الیاف کربن با پیش زمینه قیر صنعتی § الیاف کربن با پیش زمینه قیر مزوفاز § الیاف کربن با پیش زمینه قیر ایزوتروپیک § الیاف کربن با پیش زمینه الیاف ریون ( ابریشم مصنوعی ) § الیاف کربن با

پیش زمینه فاز گازی و دسته بندی براساس دمای نهایی عملیات حرارتی : § الیاف نوع ۱ ، دمای عملیات حرارتی بالاتر از ۲۰۰۰ درجه سانتی گراد ؛ تولید کننده الیاف HM § الیاف نوع ۲ ، دمای عملیات حرارتی حدود ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد ؛ تولید کننده الیاف HS § الیاف نوع ۳ ، دمای عملیات حرارتی کم تر یا حدود ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد ؛ تولید کننده الیاف با ضریب استحکام پایین ساخت الیاف کربن درفرهنگ واژگان نساجی آمده است : الیاف کربن به الیافی گفته می شود که دست

کم دارای ۹۰ درصد کربن هستند و از پیرولیز کنترل شده الیافی ویژه به دست می آیند . اصطلاح الیاف گرافیتی درمورد الیافی به کار می رود که کربن آنها بیش از ۹۹ درصد باشد . انواع گوناگونی از الیاف به عنوان پیش زمینه تولید الیاف کربن وجود دارد که دارای ویژگی های انحصاری و مورفولوژی ویژه هستند . پرمصرف ترین الیاف پیش زمینه عبارتند از : الیاف پلی اکریلونیتریل ( PAN ) ، الیاف

سلولزی ( مانند ریون ویسکوز و پنبه ) ، قیر حاصل از قطران ذغال سنگ ( Coal tar pitch ) و نوع ویژه ای از الیاف فنلیک . الیاف کربن از طریق پیرولیز پیش زمینه های آلی که به شکل الیاف هستند ، ساخته می شود . در واقع انجام عملیات حرارتی موجب حذف عناصری مانند اکسیژن ، نیتروژن و هیدروژن و باقی ماندن کربن به شکل الیاف می شود . در پژوهش هایی که برروی الیاف کربن

ن جهت گیری الیاف پیش زمینه و کاهش نواقص موجود در آنها ، بهبود می یابد . بهترین راه برای دست یابی به الیاف کربن با ویژگی های مناسب ، استفاده از الیاف پیش زمینه با بیشترین مقدار جهت گیری و حفظ آن در طی فرآیندهای پایدار سازی و کربنیزاسیون از طریق اعمال کشش در طول فرآیند است . تولید الیاف کربن از پیش زمینه پلی اکریلونیتریل برای تولید الیاف کربن با کیفیت بالا از پیش زمینه PAN و سه مرحله اساسی وجود دارد : ۱- مرحله پایدار سازی اکسیدی : در این

مرحله الیاف PAN هم زمان با اعمال کشش مورد عملیات حرارتی اکسیدی در محدوده دمایی ۲۰۰ تا ۳۰۰ درجه سانتی گراد قرار می گیرد . این عملیات ، PAN گرما نرم را به ترکیبی با ساختار نردبانی یا حلقه ای تبدیل می کند . ۲- مرحله کربنیزاسیون : بعد از اکسیداسیون ، الیاف بدون

اعمال کشش در پیرامون دمای ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد در محیط خنثی ( معمولا ً نیتروژن ) برای مدت چند ساعت ، مورد عملیات حرارتی کربنیزاسیون قرار می گیرند . درطی این فرآیند ، عناصر غیرکربنی آزاد می شود و الیاف کربن با بالانس جرمی ۵۰ درصد به نسبت الیاف PAN نخستین ، به دست می آید . ۳- مرحله گرافیتاسیون : بسته به نوع الیاف کربن مورد نظر ، از لحاظ ضریب

کشسانی ، و اعمال این مرحله در محدوده دمایی مابین ۱۵۰۰ تا ۳۰۰۰ درجه سانتیگراد ، موجب بهبود درجه جهت گیری کریستالیت های کربنی درجهت محور الیاف و بنابراین مایه ی بهبود ویژگی ها می شود . تولید الیاف کربن از دیگر پیش زمینه ها نیز کمابیش دارای مراحل اصلی است که در مورد تولید از پیش زمینه PAN آورده شد . ساختار الیاف کربن مشخصه های ساختاری الیاف کربن بیشتر با دستگاههای میکروسکپ الکترونی و پراش پرتوی ایکس قابل بررسی است . برخلاف گرافیت ، ساختار کربن بدون هرگونه نظم سه بعدی است