Звукопоглощение. Звукопоглощающие материалы и конструкции.

В помещениях за счет многократного отражения от внутренних поверхностей ограждений, а также находящихся в нем предметов интенсивность звука, создаваемая каким-либо источником, оказывается на 5-15 дБ выше. чем интенсивность. создаваемая тем же источником, находящимся на открытом воздухе. При этом существенно меняются тембр и качество звучания. Если в архитектурной акустике увеличение интенсивности уровня связано с регулированием условий хорошей слышимости в помещении и может в одинаковой мере рассматриваться и как полезное, и как вредное, то с позиции защиты от шума всякое увеличение звука в помещении является нежелательным.

Звукопоглощающие материалы и конструкции – важный фактор в формировании звуковой среды в интерьере, они 1) оказывают большое влияние на качество звучания зрительных залах и являются 2) эффективным средством борьбы с шумами.

Существуют поглотители:

1) с интенсивным звуковым поглощением в широком диапазоне частот – широкополостные;

2) с интенсивным звуковым поглощением в узкомдиапазоне частот –узкополостные.

При проектировании зала помимо акустических свойств, учитываются и другие: огнестойкость, прочность внутренней структуры, гигиенические особенности, световые и цветовые характеристики, фактура и стоимость.

Основными показателями, характеризующими звукопоглощающие материалы, являются:

1) коэффициент звукопоглощения и 2) сопротивление продуванию потока воздуха.

Коэффициент звукопоглощения α определяется отношением поглощенной звуковой энергии к падающей

α = Е _погл / Е _пад = (Е _пад – Е _отр) / Е _отр, где

Е_погл - поглощенная звуковая энергия определяется по разности падающей Е _пад и отраженной Е _отр звуковой энергии.

Величина α зависит от угла, под которым звуковая энергия падает на образец – различают нормального или наклонного падения. При звукопоглощающей обработке помещений используют обычно диффузный α, усредненный по разнообразным углам падения звуковых волн. Этот коэффициент измеряют реверберационным методом – он является типовым паспортным коэффициентом звукопоглощения для данного материала.

Обычные строительные материалы – стекло, бетон, кирпич, штукатурка и т.п. в общем случае имеют ничтожно малые коэффициенты звукопоглощения (чаще всего в диапазоне 0,01-0.05), т.е. практически полностью отражают падающие звуковые волны (применяются при проектирование акустики залов в качестве звукоотражающих экранов различного типа).

Звукопоглощающими следует называть те конструкции и материалы, у которых коэффициент звукопоглощения α больше 0,2.

В настоящее время стандартизирована классификация звукопоглощающих материалов и изделий по величине коэффициента звукополгощения в определенном диапазоне частот. Материалы и изделия с α > 0,8 в диапазоне низких (63, 125, 250 Гц), средних (500, 1000 Гц) и высоких (2000, 4000, 8000 Гц) частот отнесены к первому классу звукопоглотителе, обеспечивающих максимальное снижение уровня звукового давления. Для второго класса в тех же диапазонах частот величина α лежит в пределах 0,4-0,8, а для третьего – 0,2-0,4.

Сопротивление продуванию потоком воздуха характеризует коэффициентом звукопроницаемости τ – отношением звуковой мощности, прошедшей через ограждение, к звуковой мощности, падающей на него:

τ = Р_пр / Р_пад = р²_пр / р²_пад, где

Р_пр, Р_пад - соответственно прошедшая и падающая звуковая мощность;

р_пр, р_{пад -} соответственно звуковые давления в прошедшей и падающей звуковых волнах.

Величина R = 10 lg (1/τ) называется звукоизолирующей способностью ограждения от воздушного звука – позволяет косвенно оценивать структуру материала и его пористость. Измеряется методом постоянного потока – пропусканием через образец материала, произвольной формы и толщины, потока воздуха с постоянной скоростью.

Критерием звукопоглощающих свойств материалов и конструкций служит частотная характеристика звукопоглощения – зависит от α и от частоты звуковых колебании.

По механизму поглощения звуковой энергии звукопоглощающие материалы и конструкции подразделяются на:

Плоскостные:

1) пористые – интенсивно поглощающие звуки высоких частот;

2) колебательные панели – обладающие наибольшим звукопоглощением в диапазоне низких частот;

3) конструкции с перфорированным слоем – звукопоглощающие свойства предопределяются расчетом и проектированием;

Объемные:

4) штучные дифракционные поглотители.

Пористые.

Звукопоглощение пористых материалов обусловлено:

1) вязким трением при движении воздуха в узких каналах и порах;

2) внутренним трением при деформации скелета материала;

3) теплообменом между воздухом в порах и скелете.

Изготавливают в виде плит, которые крепят 1) непосредственно к поверхности, 2) на откосе – на расстоянии обычно 50-100 м.

Зернистый пористый материал.

Основа – минеральная крошка, гравий, пемза, каолин.

Вяжущее – цемент или жидкое стекло.

Имеет большую механическую прочность. Используют для уменьшения шума в коридорах общественных и других зданий, в фойе, в лестничных клетках, производственных помещениях.

Волокнистые пористые материалы.

Основа: древесное волокно, стеклянное или капроновое волокно, асбест, минеральная вата.

Вяжущее – битум, смолы, цемент.

Используют там, где к внешнему виду звукопоглощающего материала предъявляют повышенные требования. В театрах, кинотеатрах, концертных залах, студиях, аудиториях - для улучшения акустических качеств.

В зданиях общественного назначения, школах, д/садах, больницах, ресторанах – для уменьшения шума.

Коэффициент звукопоглощения большинства пористых материалов хорошо работает на средних и высоких частотах и составляет 0,4 ÷ 0, 6.

К пористым материалам также относится драпировка и ковры – применяют при улучшении звукопоглощения в зрительных залах.

Схемы применяемы плоских звукопоглощающих конструкций различно типа и их частотные характеристики показаны на рис. 6.

Рисунок 6 Схемы звукопоглощающих конструкций и их частотные характеристики

а – открытый проем; б – бетон, кирпич, штукатурка; в – пористый поглотитель вплотную; г – пористый поглотитель на откосе; д – пористый поглотитель вплот-ную с перфорированным покрытием; е,ж,з – резонансные звукопоглотители; и – многослойный резонансный звукопоглотитель: 1 – с воздушным промежутком, 2 – без воздушного промежутка

Резонирующие, колеблющиеся под воздействием звуковых волн панели.

Конструкция состоит из плотного гибкого листа (обычно фанерного), шарнирно закрепленного на деревянном или металлическом каркасе с воздушной прослойкой между листом и стеной (потолком) (рис.7).

Гибкий лист из плотного материала действует как масса, а воздушная прослойка за ней – как пружина.

Максимальное звукопоглощение таких конструкций наблюдается на резонансной частоте f_о, смещенной в область достаточно низких частот (до 300 Гц). При определенной жесткости панели и ее размерах можно получить достаточно высокий коэффициент звукопоглощения и на средних и высоких частотах. Для повышении коэффициента звукопоглощения также можно 1) заполнять воздушную прослойку матом из минераловатного волокна, обернутого в мешковину; 2) вводить упругие прокладки по периметру сопряжения листа с каркасом.

Рисунок 7 Конструктивное решение звукопоглощающих деревянных панелей

а – разрез и план; б – узел соединения (сопряжения): 1 – шарнирные сопряжения листа с каркасом; 2 – шайба; 3 – обвязка (25х10 мм); 4 – фанера толщиной не более 10 мм; 5 – звукопоглощающий мат толщиной 50 мм

По сравнению с пористыми поглотителями резонирующие имеют преимущества:

1) долговечнось;

2) гигиеничность;

3) устойчивость против механических воздействий.

Их используют при коррекции частотных характеристик реверберации в радиовещательных, кино- и телестудиях, а также в зрительных залах.

Различного вида резонирующие панели приводятся на рис. 8. Некоторые из них обладают не только значительным звукопоглощением в диапазоне низких частот, но и звукорассеивающим действием.

Рисунок 8 Архитектурные типы звукопоглощающих деревянных панелей

(размеры а и h выбираются в соответствии с акустическими требованиями и резонансной частотой колебаний)

а – деревянная резонирующая панель звукорассеивающего профиля; б – полу-цилиндрическая деревянная резонирующая панель звукорассеивающего профиля; в –плоская деревянная резонирующая панель: 1 – фанера толщиной 10 мм; 2 – дере-вянный каркас» 3 – упругая деформирующая прокладка; 4 – фанера толщиной 4 мм; 5 – деревянная обвязка, приклеенная к листу фанеры

Звукопоглощающие конструкции с перфорированным слоем.

Звукопоглощающие конструкции с перфорированным слоем состоят из следующих элементов:

1) перфорированного листа из плотного облицовачного материала (стального, алюминиевого, пластмассового и т.п.),

2) защитного (фрикционного) слоя, расположенного с внутренней стороны перфорированного листа (стеклоткань, ситец, бязь и др.) – назначение – увеличение потери звуковой энергии;

3) пористого поглотителя звука - располагается в воздушной прослойке между листом и стеной;

4) каркаса, на котором крепится изготовленные панели или кассеты.

В помещениях с формой, близкой к кубической, звукопоглощающие конструкции (плоскостные, резонирующие, перфорированные) следует размещать на потолке и верхних частях стен. В плоских и длинных помещениях звукопоглощающие конструкции следует размещать на потолке и двух или трех смежных стенах (или на значительной части стен). Пр выполнение акустической облицовки стен целесообразно размещать звукопоглощающие конструкции отдельными участками (полосами). Ширина участков (полос) с облицовкой и без нее должна быть одинаковой. Звукопоглощающие облицовки применяют чаще всего в качестве подвесного потолка (рис. 9).

Рисунок 9 Подвесные потолки из алюминиевых сплавов с перфорацией

а – с панелями 600х600 мм; б – с рейками 300х6000 мм; в – с рейками 100,150х4500 мм: 1 – пружина уплотнения; 2 – дюбель-винт; 3 – лицевой перфориванный элемент; 4 – прокладочный слой; 5 – подвеска; 6 – минеральная вата; 7 – соединительная накладка; 8 – несущий профиль; 9 – пружина крепления; 10 – деталь регулировки уровня потолка по высоте; 11 - нащельник

Изменяя диаметр отверстий перфорированного листа, расстояние между отверстиями, материал поглотителя и толщину воздушной прослойки, можнопроектировать конструкции с заданной частотной характеристикой звукового поглощения.

Механизм звукопоглощения в конструкциях с перфорированным облицовочным листом основан на использовании резонатора Гельмгольца (рис. 10), который представляет собой ограниченный жесткими стенками объем, сообщающий с окружающим пространством через горловину. [ Применялись в древнерусской архитектуре в соборах для увеличения времени реверберации в помещении – голосники – усиливали звучание хора см. рис. 11 ].

Рисунок 10 Схема резонатора

Дата добавления: 2014-01-07