Акустичні матеріали Акустичні матеріали

Акустическими материалами называют материалы, способные поглощать звуковую энергию, а также снижать уровень силы и громкости звуков, возникающих в воздухе и материале ограждения. Применяются для улучшения звукового комфорта в современных жилых, промышленных и общественных зданиях.

Звук — волнообразные колебания упругих сред (газов, жидкостей, твердых тел), возникающие от механических воздействий. Шумы — это звуки, вызываемые случайными причинами и не несущие полезной информации.

Изоляции подлежат звуковые волны с частотами 100- 3200 Гц. Волны с более низкими частотами воспринимаются как вибрация, а к волнам с частотой, превышающей верхнюю границу диапазона, человеческое ухо менее восприимчиво.

Различают воздушный шум, который возникает и распространяется в воздушной среде, затем воздействует на ограждения, приводит их в колебательные движения, передавая тем самым звук в соседние помещения.

Ударный шум возникает при ударе по конструкции или при воздействии вибрации.

Для оценки уровня шумов используют логарифмический параметр уровня звукового давления L (уровня интенсивности звука), взятый к пороговому значению J_о.

L = 10 lg J / J_о, дБ. (1).

акустический звуковой шум механический Нормативными считаются следующие уровни звукового давления: для административных помещений 38−71, больниц — 13−54, жилья — 40−45 (днем), ~30 дБ (ночью). Уровень болевого порога (шум самолетных двигателей) — 120 дБ. Уменьшение уровня звука на 3−5 дБ воспринимается человеческим ухом как снижение на ~ 50%.

Поток звуковой энергии Е_пад при падении на поверхность ограждения частично отражается поверхностью ограждения Е_отр, частично поглощается (Е_погл = Е_пад — Е_отр), остальная часть звуковой энергии проходит через ограждение (Е_прош.).

По функциональному назначению различают:

• * звукопоглощающие материалы (шумоглушащие), предназначенные для изоляции в основном от воздушных шумов, возникающих внутри помещения; их назначение — чтобы помещение обладало хорошей акустикой;
• * звукоизоляционные или прокладочные материалы, применяют для изоляции от воздушного и ударного шума в многослойных конструкциях перекрытий и перегородок, чтобы звук, поступающий извне, не проникал в помещение;
• * вибропоглощающие материалы, предназначенные для ослабления вибрационных колебаний конструкций.

Акустические материалы классифицируют также:

По форме.

• — штучные (блоки, плиты);
• — рулонные (маты, полосовые прокладки, холсты);
• — рыхлые и сыпучие (минеральная вата, вспученный перлит и др.).

По структурным признакам.

• — пористо-волокнистые (вата);
• — пористо-ячеистые (ячеистый бетон);
• — пористо-губчатые (пенопласты, резины).

По жесткости:

— мягкие, полужесткие, жесткие и твердые.

По возгораемости.

— несгораемые, трудносгораемые, сгораемые.

Акустические материалы должны обладать стабильными физико-механическими и акустическими свойствами в процессе эксплуатации, быть биои водостойкими, малогигроскопичными, не выделять в окружающую среду вредных веществ.

Звукопоглощение материалов оценивается коэффициентом звукопоглощения б = Е_погл / Е_пад в единицу времени.

Звукопоглощающие материалы (ЗПМ) по эффективности подразделяют на три класса:

• — 1-й класс — б свыше 0,8;
• — 2-й класс — б от 0,8 до 0,4;
• — 3-й класс — б от 0,4 до 0,2 включительно.

Среднеарифметическое значение коэффициента б определяют в трех диапазонах частот, Гц:

• — низкочастотном — 100, 125, 160, 200, 250 и 315;
• — среднечастотном — 400, 500, 630, 800, 1000 и 1250;
• — высокочастотном — 1600, 2000, 2500, 3150, 4000 и 5000.

К звукопоглощающим материалам к тому же предъявляются требования по декоративности. По механизму звукопоглощения все звукопоглощающие материалы делят на пористые и резонансные поглотители. Поглощение звука происходит за счет потерь энергии при вязком трении, преодолеваемом воздушным потоком в порах материала, теплообмена между стенками пор и воздухом, деформации гибкого скелета. При этом, чем больше открытая сообщающаяся пористость материала (желательна не менее 75%), тем выше его звукопоглощающая способность. Обычно размер пор составляет от 0,1 до 1 мм. Высокочастотный звук поглощается мелкими порами, звукопоглощение на низких частотах происходит в более крупных порах. При размере пор менее 0,2 мм может происходить сорбционное увлажнение.

Для получения звукопоглощающих материалов применяют те же способы поризации, что и при производстве теплоизоляционных материалов. Однако технологические приемы и параметры изменяются с целью создания наибольшего количества сообщающихся пор и оптимизации их размеров.

Резонансные звукопоглотители (резонаторы) служат для поглощения звука в области низких частот. Они основаны на явлении резонанса массы воздуха, находящегося в горле резонатора, приводимого в колебательное движение внешним звуковым давлением. Если пористые звукопоглотители превращают звук преимущественно в тепловую энергию, то поглотители резонансного типа — в кинетическую. Конструктивно оформляются в виде перфорированных облицовок с подклейкой пористой ткани. Обычно дополнительная перфорация составляет от 15 до 30%. Для увеличения эффекта звукопоглощения звукопоглощающие плиты располагают на некотором расстоянии от стены — «на относе». Это сокращает полезную площадь помещений, но значительно увеличивает эффект звукопоглощения.

В качестве современных звукопоглощающих материалов применяют:

в конструкциях без защитной оболочки — минераловатные плиты на различных связующих, синтетическом, гипсовом и др. с фактурным слоем; древесноволокнистые перфорированные плиты; пеногипсовые плиты, армированные стекловолокном со сквозной перфорацией; плиты из ячеистого бетона «Силакпор» с неглубокой перфорацией лицевого слоя;

в конструкциях с защитными оболочками и экранамиминераловатные полужесткие плиты на синтетическом связующем; минераловатные маты прошивные по металлической сетке, маты и холсты из стеклянных, в том числе и супертонких волокон.

Звукоизолирующие свойства ограждений основаны на применении специальных конструкций, как правило, многослойных, оказывающих повышенное сопротивление прохождению звуковой энергии как ударного, так и воздушного шума. Затухание звуковой волны объясняется тем, что, попадая в материал, звуковая энергия расходуется на упругое деформирование элементов структуры этого материала. Поэтому звукоизоляционные материалы должны обладать упругими свойствами, которые характеризуются деформациями сжатия (е=? h? h · 100%.) и динамическим модулем упругости (Е_д). Кроме того, звукоизоляционная способность конструкции зависит от ее размера, массы, структуры, жесткости, способа опирания и др.

Звукоизоляционные материалы (ЗИМ) характеризуются:

• 1. Динамическим модулем упругости:
  • — Е_д не более 0,5 МПа при нагрузке на изоляционный слой 0,002 МПа для пористо-волокнистых материалов;
  • — Е_д от 0,1 до 5,0 МПа для пористо-губчатых;
  • — Е_д не более 15 МПа для зернистых материалов.
• 2. По показателям деформативности:
  • — мягкие (М), при е более 15% (не более 40%) под нагрузкой 0,002 МПа, обычно это материалы волокнистой и пористо-губчатой структуры;
  • — полужесткие (ПЖ), при е от 5 до 15%;
  • — жесткие (Ж), е не более 5%;
  • — твердые (Т), е менее 5 до 0%.

Нормируемыми показателями звукоизоляции являются индекс изоляции воздушного шума J_в (дБ) и индекс приведенного ударного шума над перекрытием J_у (дБ).

Изоляции подлежат звуковые волны с частотами 100−3200 Гц. Способами изоляции являются тяжелые массивные конструкции, увеличение массы перекрытий, применение тяжелых стекол, уплотнение оконных и дверных проемов и стыков. Другим прогрессивным вариантом звукоизоляции является применение многослойных конструкций со специальными облицовочными панелями. Такими звукоизолирующими панелями могут быть гибкие панели из фанеры, гипсокартонных плит или легких древесно-волокнистых плит, пробковые или пеноплистирольные листы и т. п., которыми облицовывают бетонную панель или кирпичную кладку. Такие панели могут быть использованы совершенно отдельно от основной конструкции стены, могут быть установлены между стенами, полом и потолком. Они могут быть укреплены с помощью каркаса к основной тяжелой стене.

Ударный шум возникает в результате ударного воздействия на перекрытие и проникает через него. Устройством изолирующего пола его следует уменьшить настолько, чтобы не были слышны шаги в нижележащей квартире. В связи с этим очень трудно добиться достаточного звукоизоляционного эффекта, действуя в самом помещении, изоляция должна обеспечиваться полом вышерасположенной квартиры. Лишь подвесные звукоизоляционные потолки приносят некоторый эффект. Ударный шум необходимо устранять в точке его возникновения. Поскольку несущие части перекрытий не могут обеспечить достаточной изоляции ударного шума, то применяют «плавающие полы», действие которых можно рассматривать как устройство дополнительных изолирующих слоев на перекрытиях. Изоляция ударного шума обеспечивается за счет мягкопружинящего звукоизоляционного слоя (плиты из минерального и стекловолокна, плиты из жесткого пенополистирола, полиуретанового пенопласта, легкие древесноволокнистые плиты и др.).

Вибропоглощающие материалы предназначены для поглощения шумов и вибрации при работе санитарно-технического и инженерного оборудования.