สาระน่ารู้

อาศัยหลักในการกั้นเสียงให้ผ่านจากด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่งให้น้อยที่สุด หรือไม่ให้เสียงผ่านเลย ฉนวนกันเสียง เป็นวัสดุที่มีลักษณะเป็นรูพรุน หรือ Open Cell จึงช่วยในการดูดซับเสียงได้อย่างมาก คือ ขณะที่เสียงวิ่งตกกระทบฉนวน พลังงานเสียงเหล่านั้นจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อน ซึ่งเกิดจากการเสียดสีของพลังงานเสียงกับรูพรุนของฉนวน

ฉนวน จะช่วยลดระดับพลังงานของเสียงในผนัง Double Wall โดยอาศัยหลักการเดียวกับการดูดซับเสียงข้างต้น ยิ่งถ้าเพิ่มความหนาของฉนวนมากเท่าไร ก็ยิ่งช่วยเพิ่มค่า STC ของระบบมากขึ้น

หลักการป้องกันเสียง

เป็นการลดพลังงานของเสียงที่ผ่านห้องหนึ่ง ไปยังอีกห้องหนึ่ง สามารถออกแบบผนังเพื่อกั้นการส่งผ่านของเสียงที่มีอากาศเป็นสื่อนำ (Airborne Sound)
Sound Transmission Loss (STL)

ความสามารถของวัสดุหรือระบบที่กั้นหรือลดการส่งผ่านของเสียงจากพื้นที่หนึ่งไปยังอีกพื้นที่หนึ่ง จะถูกวัดโดย Transmission Loss (TL ค่า TL ที่สูงกว่านั้นหมายความว่าสามารถลดเสียงได้มากกว่า และค่า TL จะถูกวัดที่หลายความถี่และถูกรายงานเป็น decibels (dB)
STC เป็นตัวเลขค่าเดียวที่แสดงสมรรถนะของการยอมให้เสียงจากอากาศผ่านไปได้มากน้อยแค่ไหนบนระบบกำแพง พื้น หรือฝ้าเพดาน โดยหาจาก TL ที่ความถี่ต่างๆ ในช่วง 125-4,000Hz ซึ่ง STC เป็นค่าเฉลี่ยของ TL ซึ่งสามารถบอกได้ว่าผนังใดๆ ที่มีค่า STC สูงก็สามารถกันเสียงได้ดีหรือมีความ Sound Insulation สูงด้วย

– เป็นค่าที่บ่งบอกถึงการลดเสียงจากฟากหนึ่งไปยังอีกฟากหนึ่งของระบบผนังหรือหลังคา มีหน่วยเป็นเดซิเบล (dB)
– ค่า STC ยิ่งมาก แสดงว่าระบบนั้นๆ สามารถกั้นเสียงได้ดียิ่งขึ้น

การดูดซับเสียงหรือการควบคุมเสียงสะท้อน (Sound Absorption)

การออกแบบห้องที่ต้องการลดเสียงสะท้อน เช่น ห้องประชุม, โรงละคร, โรงภาพยนตร์, ห้องบรรยาย, ห้องดูหนัง – ฟังเพลง, ห้องคาราโอเกะหากมีเสียงสะท้อน หรือเสียงก้องเกิดขึ้น จะทำให้ประสิทธิภาพของเสียงที่หูของผู้ฟังได้ยินอาจลดประสิทธิภาพลงไป ดังนั้นต้องออกแบบให้มีวัสดุที่สามารถดูดซับเสียงได้ดี เพื่อป้องกันเสียงที่มากระทบฝ้าเพดาน พื้น ผนัง โดยสามารถดูได้จากค่า NRC ซึ่งเป็นค่าที่ระบุความสามารถการดูดซับเสียงของวัสดุต่าง ๆ

วัสดุทุกชนิดสามารถดูดซับเสียงได้ในระดับที่แตกต่างกันไป เมื่อคลื่นเสียงวิ่งกระทบวัสดุ จะมีบางส่วนของพลังงานเสียงถูกดูดซับและที่เหลือจะสะท้อนออกไป และเสียงที่สะท้อนออกไปนั้นจะมีพลังงานน้อยกว่าแหล่งกำเนิดเสียงเสมอ และพลังงานเสียงที่ถูกดูดซับเข้าไปจะถูกแปรเปลี่ยนไปเป็นพลังงานรูปอื่น โดยทั่วไปจะเป็นความร้อน และจำนวนพลังงานที่ถูกดูดซับเข้าไปจะถูกแสดงในรูปของสัมประสิทธิ์การดูดซับเสียง (Sound Absorption Coefficient) คือค่าที่แสดงความสามารถในการดูดซับเสียงของวัสดุ ถ้าหากใช้วัสดุที่ดูดซับเสียงไม่ดีจะทำให้เกิดเสียงก้องภายในห้องนั้น ๆ ได้ สามารถพิจารณาค่าต่าง ๆ ได้เป็น 2 ลักษณะ คือ

1.Sound Absorption Coefficient (SAC)

SAC หมายถึง สัดส่วนของพลังงานเสียงที่ถูกดูดซับไปเมื่อชนกระทบ เทียบกับพลังเสียงจากแหล่งกำเนิด ยกตัวอย่าง เช่น มีวัสดุหนึ่งมีค่า SAC 0.85 นั่นก็หมายความว่าพลังเสียง 85% ได้ถูกดูดซับไว้เมื่อเคลื่อนที่ไปชนกับวัสดุนี้ และ 15% ของพลังงานที่เทียบกับแหล่งกำเนิดจะสะท้อนออกมา ค่าการดูดซับเสียงของทุกวัสดุจะแปรผันกับความถี่ของเสียงที่เข้าไปกระทบ ดังนั้นค่าการดูดซับเสียง (SAC) จะถูกวัดที่หลายความถี่คือ 125, 250, 500, 1,000, 2,000 และ 4,000Hz ความถี่เหล่านี้เป็นความถี่ตรงกลางของเสียงที่วิ่งกระทบน้อยมากที่จะมีการใช้ค่า SAC ของเสียงที่ช่วงความถี่เดียวในการออกแบบทางสถาปัตยกรรม หรือระบุว่าวัสดุใด ๆ มีค่า SAC เป็นเท่าไร ในการออกแบบสถาปัตยกรรมค่า SAC จะเป็นค่าดูดซับเสียงที่ความถี่ที่เจาะจงเท่านั้น

2. Noise Reduction Coefficient (NRC)

NRC เป็นตัวเลขที่จะระบุได้ถึงความสามารถในการดูดซับเสียงของวัสดุ โดยที่ NRC คือค่าเฉลี่ยของ SAC ที่ถูกวัดที่ 250, 500, 1,000, 2,000 Hz และปัดเศษให้อยู่ที่ 0.05 โดยทั่วไปค่า NRC จะต้องมีค่ามากกว่า 0.40 ถึงจะถือว่าเป็นวัสดุดูดซับเสียง (Acoustic) วัสดุที่มีรูพรุน ฉนวนจะยอมให้คลื่นเสียงทะลุผ่านไปได้ลึกมาก ซึ่งจะเป็นที่ที่พลังงานเสียงจะเปลี่ยนเป็นความร้อนเนื่องจาก ความเสียดทานระหว่างช่องอากาศกับเส้นใยวัสดุประเภทนี้สามารถมีค่า NRC ได้มากถึง 0.95 – 1.00 ขึ้นอยู่กับความหนาของฉนวน
อย่างไรก็ตามหูของมนุษย์ไม่สามารถรับทราบ ได้ถึงความแตกต่าง ระหว่างวัสดุดูดซับเสียงที่มีค่าต่างกันเพียง 0.05 ยกตัวอย่างเช่น คนเราจะรู้สึกไม่แตกต่างกันระหว่างการใช้วัสดุที่มีค่า NRC 0.80 กับ 0.85 ส่วนใหญ่สถาปนิกหรือผู้ออกแบบจะเลือกวัสดุโดยดูที่ค่า NRC เป็นหลัก ส่วนวัสดุ Acoustician จะดูที่ค่า SAC เป็นหลัก

อัตราที่เสียงถูกดูดซับในห้อง เช่น ห้องประชุม หรือมีโรงภาพยนตร์หรือโรงละครเป็นสิ่งสำคัญที่จะทำให้มีเสียงหนวกหู (Noise) หรือเสียงที่ไม่พึงปรารถนาลดน้อยลง ทั้งจะสามารถควบคุมการสะท้อนกลับไปกลับมา (Reverberation) ของเสียงได้ดีด้วย
วัสดุที่ผลิตขึ้นเพื่อประโยชน์ในการนี้เรียกว่าวัสดุอะคูสติกส์ (Acoustical Materials) ซึ่งอาจจะเป็นจำพวกไม้อัด หรือวัสดุอย่างอื่นก็ได้ โดยเฉพาะที่มีผิวนิ่มหรือรูพรุน ถ้าใช้วัสดุเหล่านี้และวางในตำแหน่งที่ถูกต้องแล้วทุกๆ คนในโรงภาพยนตร์หรือโรงละครย่อมจะได้ยินเสียงชัดเจนและไพเราะทั่วถึงกันหมด ไม่ว่าจะนั่งอยู่ที่จุดใดของห้องก็ตาม ตัวอย่างเช่น มุมของที่อาจจะเป็นมุมอับของเสียง สถาปนิกอาจติดตั้งวัสดุบุผนังหรือเพดานที่มีการสะท้อนเสียงจากมุมอื่นมาช่วยเสริมเสียงตรงมุมอับก็ได้ หรือในส่วนที่มีเสียงสะท้อนมากๆ จนฟังไม่รู้เรื่อง อาจแก้ไขโดยการบุวัสดุดูดซับเสียงหรือวัสดุอะคูสติกส์ ในบริเวณนั้นๆ เพราะฉะนั้นการออกแบบห้องและการบุวัสดุในแต่ละส่วนของห้องไม่จำเป็นจะต้องบุวัสดุกันเสียงทั่วทั้งห้องอย่างไรก็ตามการตกแต่งห้องให้สวยงาม ฟังเสียงได้ชัดเจนย่อมต้องคำนึงถึงวัสดุที่นำมาใช้ว่าปลอดภัย คงทน และทนไฟหรือไม่ มิฉะนั้นก็ก่อให้เกิดปัญหาอย่างอื่นตามมากับวัสดุที่ใช้ เช่น ไฟไหม้ มอดปลวกกิน หรือดูดน้ำดูดความชื้น ทำให้ขึ้นรา ฯลฯ

ตามปกติเสียงถูกดูดซับโดยถูกกระทำให้กลายเป็นพลังงานอย่างอื่น แล้วสุดท้ายกลายเป็นพลังงานความร้อน แต่พลังงานความร้อนเกิดขึ้นน้อยมากจนแทบจะไม่กระทบกระเทือนกับประสิทธิภาพของการดูดซับเสียงของวัสดุดูดซับเสียง เช่น วัสดุที่มีรูพรุนแต่อย่างไร ตัวอย่างเช่นอาจารย์ปาฐกถาอยู่ 1 ชั่วโมง พลังงานเสียงที่แปลงออกเป็นพลังงานความร้อนทั้งชั่วโมง สามารถนำไปต้มน้ำชาถ้วยเล็กๆ ได้เพียงถ้วยเดียว
วัสดุต่างๆ ที่ดูดซับเสียงถ้ามีความหนาที่ถูกต้องก็อาจดูดซับเสียงได้ถึง 95 % หรือเรียกว่ามีค่าสัมประสิทธิของการดูดเสียง (Absorption Coefficient) 0.95 ถ้าความสามารถในการดูดซับเสียง 100 % มีค่าสัมประสิทธิ เท่ากับ 1 ถ้า 70 % มีค่าเท่ากับ 0.7 วัสดุที่จะเป็นวัสดุกันเสียงจะต้องมีค่าสัมประสิทธิมากกว่า 0.3 หรือ 30 % ขึ้นไป ถ้าน้อยกว่านั้นไม่สามารถนำมาเป็นวัสดุกันเสียงได้ สัมประสิทธิของการดูดซับเสียงนั้น สัญลักษณ์กรีกเรียกแอลฟา a คือความสามารถในการดูดซับเสียงของวัสดุนั้นๆ ในความถี่ที่กำหนดให้ เช่น คลื่นเสียงกระทบวัสดุประเภทหนึ่ง เกิดการสะท้อนกลับ 45 % และถูกดูดซับเข้าไปในวัสดุนั้นถึง 55 % ค่าสัมประสิทธิของการดูดซับเข้าไปในวัสดุนั้นถึง 55 % ค่าสัมประสิทธิของการดูดซับเสียงจะเท่ากับ 0.55 (ไม่มีหน่วยวัด) ถ้าเราตะโกนในอากาศ อากาศดูดซับเสียงไป 1 หมายความว่าอากาศดูดเสียงเราไป 100 % เพราะไม่มีเสียงสะท้อนกลับ แต่ถ้าเราตะโกนใส่ผนังที่บุด้วยกระดาษชานอ้อย เมื่อวัดการดูดซับเสียงเป็นสัมประสิทธิ เท่ากับ 0.7 หมายความว่าผนังกระดาษชานอ้อยดูดซับเสียงเราไป 70 %

อีกประการหนึ่งเป็นเรื่องของความถี่ ถ้าความถี่สูงวัสดุจะดูดซับเสียงได้มากกว่าความถี่ต่ำ โดยเฉพาะวัสดุประเภทที่มีรูพรุน (Porous material) แต่ในทางกลับกันถ้าเป็นผนังจำพวกไม้อัดหรือผนังกั้นห้อง (Panel vibration) การดูดซับเสียงจะน้อยสำหรับความถี่สูง แต่จะดูดซับเสียงที่มีความถี่ต่ำได้มากกว่า การดูดซับเสียงของวัสดุสองประเภทนี้ นำไปใช้ประโยชน์ในการออกแบบห้องได้
เมื่อคลื่นเสียงไปกระทบกับพื้นผิวจะเกิดปรากฏการณ์คือ ส่วนหนึ่งจะสะท้อนออก (Reflect) ส่วนหนึ่งจะแทรกผ่านผนังไปยังอากาศที่อยู่นอกผนัง (Transmit) อีกส่วนหนึ่งจะถูกดูดซับเข้าไปในผนัง (Absorb)
ถ้าเสียงทั้งหมดจากต้นกำเนิดเสียง มีความเข้มเสียง

                                              Ι = 1 จะได้  r + α + t = 1

                                        เมื่อ r = เสียงสะท้อน (reflected)

                                             α = เสียงที่ถูกดูดซับเข้าไปในผนัง (Absorb)

                                              t = เสียงที่แทรกผ่านเข้าไปยังอากาศที่อยู่นอกผนัง (Transmitted)

พลังงานที่ถูกดูดซับสามารถอธิบายได้ในรูปของสัมประสิทธิ์ของการดูดซับเสียง (Sound Absorption Coefficient, α) ที่ได้จากห้องทดลองหรือวัสดุที่เป็นพื้นผิวของห้อง ค่าดูดซับเสียงเป็นค่าที่บอกถึงคุณภาพของวัสดุที่มีช่วง จาก 0 ถึง 1 ถ้าผนังไม่ดูดซับเสียงซึ่งหาได้ยากในธรรมชาติ ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับเสียงจะเท่ากับ 0 ถ้าผนังดูดซับเสียงไปทั้งหมด เช่น ช่องเปิด จะเท่ากับ 1

การควบคุมเสียง

การควบคุมเสียงสำหรับอาคาร เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการออกแบบเพื่อให้เกิดความเหมาะสมในการใช้งาน ของแต่ละพื้นที่ใช้สอยในอาคาร โดยเสียงที่มีผลกระทบต่ออาคารจะแบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือเสียงจากภายนอกอาคาร (External Noises) และเสียงจากภายในอาคาร (Internal Noises)การป้องกันเสียงจากภายนอก สามารถที่จะป้องกันเสียงได้ด้วยวิธีต่างๆ ดังนี้

1) ควบคุมด้วยระยะทาง ทุกระยะห่างจากต้นกำเนิดเสียง ความดังของเสียงจะลดลง อาทิ หากที่ดินของบ้านอยู่ติดถนนหรือบริเวณที่มีเสียงรบกวน อาจจะต้องวางตำแหน่งอาคารให้ไกลออกจากถนนให้มากเท่าที่จะทำได้
2) หลีกเลี่ยงบริเวณที่เสียงกระทบโดยตรง อาทิ การทำแผงหรือผนังกันเสียง ซึ่งอาจเป็นผนัง แนวรั้ว แนวต้นไม้ ที่จะช่วยกั้นเสียงและลดความเข้มของ เสียงโดยตรงก่อนที่จะที่จะถึงอาคาร
3) การวางผังอาคาร โดยให้พื้นที่ใช้สอยส่วนที่ไม่ต้องการความเงียบมากเป็นตัวป้องกันเสียง หรือกำหนดตำแหน่งช่องเปิดของอาคารหลีกเลี่ยงแนวทางของเสียง
4) การเลือกใช้วัสดุกันเสียงให้กับกรอบอาคาร อาทิ การบุฉนวนใยแก้วให้กับผนังกรอบอาคาร การเลือกใช้กระจกสองชั้น หรือการใส่ฉนวนกันเสียงให้กับส่วนหลังคาอาคาร

ส่วนการป้องกันเสียงจากภายในอาคาร จะแบ่งเสียงภายในออกเป็น 2 ประเภท คือ เสียงโดยตรง (Direct Noise) และเสียงสะท้อน (Reverberant Noise) สามารถที่จะป้องกันเสียงได้ด้วยวิธีต่างๆ ดังนี้

1) ลดเสียงจากแหล่งกำเนิด เสียงโดยตรง สามารถลดได้ด้วยการใช้แผงกั้นระหว่างต้นกำเนิดเสียงกับผู้ฟังเก็บต้นกำเนิดเสียงไว้ในกล่อง /ห้องที่ปิดมิดชิดที่ทำด้วยวัสดุป้องกันเสียง / ห้องที่มีผนังหนาทึบ หรือทำพื้นสองชั้นที่มีความยืดหยุ่นรองรับเครื่องกล เพื่อช่วยลด Structure-borne Sound ส่วนเสียงสะท้อนสามารถลดโดยการใช้วัสดุดูดซึมเสียงที่ผนัง โดยเฉพาะด้านที่ทำให้เกิดเสียงสะท้อนมาก
2) ลดเสียงที่มาตกกระทบ โดยการวัสดุดูดซับเสียง และวัสดุป้องกันเสียง อาทิ การใช้แผ่นฉนวนเยื้อกระดาษบุเสริมตรงผนังด้านที่เป็นทางต้นกำเนิดเสียง หรือบุแผ่นชานอ้อยเพื่อดูดซับเสียงในโรงแสดงมหรสพ
3) การวางผังอาคาร โดยการแยกบริเวณที่มีเสียงดัง ออกจากบริเวณที่ต้องการความเงียบ หรืออาจจะกั้นพื้นที่สองส่วนนี้ด้วยห้องอื่น

วัสดุดูดซับเสียง ที่ใช้กันอยู่ทั่วไปมีหลายลักษณะ พอแบ่งออกได้เป็น 4 ลักษณะ คือ

1) วัสดุดูดซับเสียงที่โปร่งเบาเป็นฝอยเป็นรูพรุน เช่น ฉนวนเยื่อกรระดาษเซลลูโลส ฉนวนใยหิน ฉนวนใยแก้วฉนวนโฟมโพลียูรีเทนประเภทต่างๆคุณสมบัติก็แตกต่างกันไป ตามความแข็งแรง ความหนาแน่น และการใช้งาน เหมาะสำหรับเสียงที่มีความถี่สูง

2) วัสดุดูดซับเสียงที่มีผิวปรุเป็นรู แผ่นดูดซับเสียงยิบซับบอร์ดที่มีรู แผ่นชานอ้อย แผ่นไม้กอร์ก สำหรับเพิ่มพื้นที่ผิวในการรับเสียง

3) วัสดุดูดซับเสียงที่เป็นเยื่อแผ่น ผนังที่มีหลายชั้นกระจกสองชั้น หรือการติดผ้าม่านให้กับผนัง/ช่องเปิดสำหรับเสียงที่มีความถี่ต่ำ

4) วัสดุดูดซับเสียงที่พื้นผิวมาก ที่ช่วยลดเสียงสะท้อน ผนังที่มีการออกแบบ เป็นช่องๆ รูปแบบต่างๆ ซึ่งลักษณะการใช้งานก็แตกต่างกันไปตามการใช้งาน อาจมีหลายลักษณะประกอบกันไปเพื่อประสิทธิภาพการควบคุมเสียงที่เหมาะสม หรือจะใช้วัสดุที่มีพื้นผิวมากประกอบกับวัสดุที่เป็นรูพรุน

วัสดุดูดซับเสียงลักษณะต่างๆในการเลือกใช้วัสดุเหล่านี้ ให้เหมาะสมกับการใช้งาน นอกจากจะต้องคำนึงถึงการดูดซับเสียงสะท้อน ป้องกันเสียงไม่ให้ทะลุผ่าน ยังคงต้องควบคุมให้เสียงกระจายไปในทิศทางที่เหมาะสมกับการใช้งานอีกด้วย

การควบคุมเสียงในอาคาร (Noise Control) จะต้องคำนึงถึงประเภทของอาคาร ประเภทของห้องหรือพื้นที่ใช้สอยในแต่ละส่วนตามการใช้งาน เพื่อให้ทราบถึงความต้องการระดับความดังของเสียงที่เหมาะสม ดังที่กล่าวมา ดังนั้น พื้นที่ใช้สอยที่ต้องคำนึงถึงการออกแบบระบบเสียงเป็นเรื่องสำคัญ อาทิการออกแบบภายในโรงภาพยนตร์ โรงละคร หรือห้องฟังดนตรี ที่ตำแหน่งของผู้ฟังในทุกจุดภายในห้อง

ที่มา สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)