Акустические материалы и изделия

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Акустическими называются материалы, способные уменьшать энергию звуковой волны, снижать уровень громкости внутреннего или внешнего звука.

Звук — это восприятие ухом упругих механических колебаний и волн, возникающих в среде под влиянием принудительных воздействий. Частоты колебаний, выражаемые в герцах (Гц), могут быть низкими, средними и высокими, что обусловлено числом колебаний в 1 с: при низкой частотности — 16-—500 Гц, средние — 500— 2000 Гц, высокие — 2000—15 000 Гц и выше (1 Гц = 1 колебание в 1 с). Количество энергии, переносимой звуковой волной за 1 с через площадку площадью 1 см², перпендикулярную направлению движения волны, называют силой звука и выражают в ваттах на 1 см² (Вт/см²). Человеческое ухо воспринимает звук лишь при его силе не ниже некоторой минимальной величины, называемой порогом слышимости. Порог слышимости различен для низких, средних и высоких частот. Наиболее чувствительно человеческое ухо к колебаниям с частотами в области 1000—3000 Гц, когда порог слышимости достигает интенсивности звука до 1(Н⁶ Вт/см². Болевые ощущения в ухе возникают при пороге КГ² Вт/см², называемом болевым порогом, большим в 10¹⁴ раз по силе звука, чем при пороге слышимости. Последнюю силу звука принимают как нулевой уровень. За реальный уровень громкости полагают величину, пропорциональную логарифму отношения силы данного звука к силе звука на нулевом уровне, выражаемую в белах (Б) или децибелах (дБ). Например, шепот — 10, тихий разговор — 40, улица с нормальным движением — 60, а с шумным — 70, грузовой автомобиль — 90, авиационный мотор — 120 дВ, болевой порог — 140 дБ. Эти и другие данные учитывают при расчетах звукоизоляции по формулам.

Для большинства зданий задача акустики, акустического благоустройства заключается в снижении уровней внешних шумов до допустимого при относительном режиме тишины в помещениях производственных, учебных, жилых, культурно-бытовых и других зданий. Для зданий общественного назначения важно также обеспечить в основных помещениях хорошую слышимость и разборчивость, а в музыкальных помещениях — еще и естественность звучания инструментов и голоса. Эти задачи решаются комплексом конструктивных, планировочных и предупредительных мероприятий. Главным из них служит правильное назначение строительных материалов в конструкциях, особенно в ограждающих (стены, перегородки), междуэтажных перекрытиях и кровельных покрытиях. Выбор материалов основан на их различной способности к задержанию (поглощению) звуковой волны, которая может распространяться как в воздухе, так и в твердых телах и жидкостях. Скорость звука в воздухе приблизительно равна 340, в воде — 1450 м/с, в твердых телах еще выше: в кирпичной кладке — 2000, бетоне — 4000, металле — свыше 5000 м/с. На пути воздушного переноса звука устанавливают преграды из звукопоглощающих материалов и конструкций. Сложнее преграды установить на пути материального (ударного) переноса звука, например при устройстве междуэтажных перекрытий. Чаще всего воздушные и ударные переносы шумов совмещаются, особенно в современных зданиях, выполняемых из сборного железобетона, обладающего малым звукопоглощением, и имеющих щели, неплотности и отверстия, а при тонких конструкциях — способные еще и к изгибным колебаниям. С увеличением массы ограждения улучшается поглощение звука, так как массивное ограждение труднее перевести в изгибное колебание под влиянием волнового звукового давления. Но с увеличением массы ограждения прирост звуковой изоляции происходит медленно. Так, например, если при массе перегородки 100 кг звукоизоляция составляет 40 дБ, то при массе 200 кг — 44 дБ, при 300 кг — 48 дБ. Для дальнейшего снижения шума потребуется устраивать либо очень тяжелые однородные ограждения, либо заменить их ограждениями из двух стенок со сплошными воздушными прослойками (без жестких связей между стенками), переходить к слоистым конструкциям и т. п.

Для борьбы с шумом и переносом звука используют звукопоглощающие (активно поглощающие звук) и звукоизоляционные (снижающие уровень шума) материалы. Ниже рассмотрены основные разновидности этих материалов. Они могут быть отделочными и прокладочными.

Отделочные материалы частично поглощают звук внутри помещений, например промышленных цехов, машинописного бюро и пр., или технических устройств, например вентиляционных воздуховодов и др. Отделочные звукопоглощающие материалы также оптимизируют условия слышимости в помещениях, например, в зрительных залах, лекционных аудиториях, радиовещательных студиях и т. п. Большая или меньшая часть звуковых волн обычно отражается от конструкций, выполненных из отделочных звукопоглощающих материалов. В результате в помещении сохраняется звучание даже после прекращения действия источника звука. Такое явление называется реверберацией.

Прокладочные материалы используют под упругими полами междуэтажных перекрытий, предохраняя тем самым помещения от распространения материального (ударного) переноса звука. Нередко эти материалы комбинируют с отделочными.

Числовую величину поглощения звука оценивают коэффициентом, который показывает долю энергии звуковой волны, поглощаемой 1 м² поверхности материала в открытом проеме. Чем больше величина коэффициента звукопоглощения, тем выше соответствующая эффективность строительного материала в конструкции. При этом учитывают также частотность звучания, от которой существенно зависит величина коэффициента звукопоглощения.