REAL-SCALE EXPERIMENTS ON DOUBLE FLOOR SYSTEM WITH HELMHOLTZ RESONATORS MADE OF LIGHT STEEL SQUARE PIPES
Measurement results of floor impact sound
(軽鉄角パイプを利用したヘルムホルツ共鳴器を有する遮音二重床の実大実験)
This year, one more time, I had the opportunity to give a speech in the annual meeting of the Acoustical Society of Japan (ASJ 2016) which was held on 9th,10th and 11th March. This time, as a matter of chance, the conference was hosted in the Toin university of Yokohama, located in the beautiful neighbourhood of Aoba-ku, place where I live.
My speech was about the further development and improvement of the new type of high-performance double floor with Helmholtz resonators. This work was conducted together with Mr. Mitsuru Yabushita from YAB Corporation, Syunpei Hirose and Yosuke Yasuda from Kanagawa University, and Rie Tojo from Urban Renaissance Agency (UR).
The fact that a considerable number of apartment buildings constructed during the 60’s and 70’s seek to be reused, creates the need of renovation and modernization that conforms more closely to current acoustic standards. In most of cases an increase of the slab thickness is not the best solution due to an excess of weight, so that high-performance solutions for double floor are required. Four years ago, a new type of high-performance double floor based in the theory of Helmholtz resonators was invented. After testing different materials for the design of the resonators, (chipboard, cardboard, polyethylene, and plasterboard). From last year, and having as a primary objective a reduction of construction cost, light steel square bars with PVC pipes that worked as Helmholtz resonators have been used. Good results were obtained in samples with in vertical disposition of square bars due to the correct performance of Helmholtz resonators, however with the horizontal disposition of square bars, the results weren’t as good as expected due to the lack of rigidity in the lower surface. For this reason, in present work, square bars were joined underneath with particle board ensuring the lower surface rigidity. Previous PVC pipes used as resonators have been replaced holes drilled easily in the particle board.
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Double
floor with Helmholtz resonators: a) Longitudinal section,
b)
Transverse section. Distances in mm
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A total of four kind of double floors were made based in theoretical and unit experimental models of Helmholtz resonators *anti-resonances in 63 Hz and 125 Hz). Diameter, volume and pitches between the holes was different for each sample. For a fifth sample, Helmholtz resonators were covered in order to compare with the other samples and validate its effectiveness.
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Double
floor with Helmholtz resonators: full-scale samples consisted in 6 units (6
square bars per unit). Distances in mm
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Promising results for impact sound insulation were obtained. Even if the flooring was hard type, results of the reduction of floor impact sound (ΔL) in Rubber Ball tests (simulates a child running) was 10. ΔL was 9 In Tire Machine tests (simulates a child jumping). For Tapping Machine tests (simulate the steps of an adult) however, the spectrum generated by the impact is lower in low frequencies, so the level of reduction was lower.
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| Rubber ball |
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| Tire machine |
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| Tapping machine |
Some adjustments can be considered to obtain better results in Tapping Machine test (e.g. adjustment of the Helmholtz resonators resonance, replacing hardwood flooring with softwood flooring).
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L-number (Ln), L-value (Lr) and (ΔL)
Reduction of floor impact
sound pressure level (ΔL).
Reduction
of floor impact sound pressure level with Sample 5 (no Helmholtz resonators) as
a reference.
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I am very grateful to Mitsuru Yabushita and Akiko Yabushita for their guidance and support.
Antonio
Este año, una vez más, he tenido la gran oportunidad de presentar como ponente en la conferencia anual de la Sociedad Japonesa de Acústica (ASJ 2016) celebrada los pasados días 9, 10 y 11 de Marzo. En esta ocasión, y fruto de la casualidad, la conferencia se ha celebrado en el bonito barrio en el que vivo, Aoba-ku, concretamente en la Universidad Tōin de Yokohama.
Mi ponencia trató sobre la continuación del avance y mejora del desarrollo de un nuevo tipo de suelo flotante de alto rendimiento basado en resonadores de Helmholtz. Un trabajo conjunto con mi jefe Mr. Mitsuru Yabushita (YAB Corporation), Syunpei Hirose y Yosuke Yasuda de la Universidad de Kanagawa, y Rie Tojo de la empresa UR (Urban Renaissance Agency).
El hecho de que un gran número de edificios que fueron construidos durante los 60 y 70 en Japón necesitan ser reusados, hace necesaria una renovación y modernización que vaya más acorde con a la normativa acústica actual. En la mayoría de los casos el aumento de la losa no es la mejor solución, debido al exceso de peso que esto supone. Por esta razón, se necesita del desarrollo de nuevos sistemas de suelo flotante que garanticen un alto rendimiento en el aislamiento acústico a ruido de impactos. Desde hace cuatro años trabajamos en el desarrollo de un nuevo sistema de suelo flotante basado en la teoría de los resonadores de Helmholtz. Después de probar con distintos materiales para el diseño de los resonadores, (aglomerados, cartón, polietileno y yeso laminado), a partir de ahora y basados en modelos teóricos y experimentales, hemos utilizado estructuras en forma de barras de acero ligeras con tubos de PVC que funcionan como resonadores de Helmholtz. Para el suelo con las barras dispuestas de manera vertical, se obtuvieron muy buenos resultados, sin embargo, con la disposición horizontal de las barras, la falta de rigidez en la cara inferior de éstas, hizo que los resultados obtenidos no fueran los esperados. Por ello, en esta nueva y definitiva versión, se le ha añadido tableros de aglomerado en la cara inferior, y se han sustituido los tubos de PVC por una sencilla apertura de orificios circulares con broca en el aglomerado que funcionan como resonadores.
Basados en cálculos teóricos de resonadores de Helmholtz con anti-resonancias en 63 Hz y 125 Hz, se diseñaron un total cuatro tipos de doble suelo con variación de diámetros, distancias y volumen de resonadores. En un quinto tipo de suelo se taparon los orificios para comparar y validar la efectividad de los resonadores de Helmholtz. Los resultados obtenidos muestran valores muy altos de reducción del ruido (ΔL) en ensayos a ruido de impacto con la bola de caucho (simula a un niño corriendo) ΔL=10 y la máquina neumática (simula a un niño saltando) ΔL=9. Para la máquina de impactos (simula los pasos de un adulto) sin embargo, debido a que el espectro generado por el impacto es menor en las bajas frecuencias, la reducción de ruido en este caso fue menor. Ajustes en el diseño de los resonadores de Helmholtz o un cambio del acabado en madera maciza por uno de suelo de madera blando mejorarían estos resultados.
Le agradezco mucho a Mitsuru Yabushita y Akiko Yabushita, por su apoyo, consejos y confianza en mí.
Antonio