Защита от шума с точки зрения физики, или как работает звукоизоляция в многоквартирном доме
Практически каждый интересовавшийся вопросом, знает, что защититься от соседского шума в многоквартирном доме можно с помощью звукоизоляции из каменной ваты. Однако не все до конца понимают, как работают такие системы и в каких случаях они работать перестают. Все дело в физике: звуковых волнах, среде их распространения и особенностях передачи. О теоретической стороне борьбы с шумом рассказывает Александр Керник, директор по исследованиям и развитию направления «Минеральная изоляция», ТЕХНОНИКОЛЬ.
О звуковых волнах и не только
С точки зрения физики, звук – это колебание частиц, распространяемое в твердой, жидкой или газообразной среде в виде волны. Он передается как по воздуху, так и по воде или твердым предметам (в нашем случае стенам, потолку, трубам, батареям и т.д.). Чем тверже среда, тем выше скорость волны в ней. Поэтому по воздуху звук идет медленнее (343 м/сек), а со временем совсем затихает. В воде этот процесс ускоряется (проверить можно, посетив бассейн с музыкой), а по железобетонным конструкциям или трубам звук и вовсе моментально попадает в самые удаленные части здания.
В связи с этим строители выделяют несколько видов шума: воздушный, который передается по воздуху, и ударный, возникающий при контакте с твердой поверхностью и вызывающий ее колебания. К последнему иногда относят и структурный шум, когда вибрация идет по жестким элементам, из которых состоит здание. В этом случае звук распространяется по всему дому, независимо от нахождения его источника.
Самый частый пример воздушного шума – громкий разговор. Звуковая волна, вызванная речью, доходит по воздуху до ближайшей стены, а затем на микроуровне начинает «раскачивать» эту стену. В соседнюю квартиру звуки передаются уже за счет вибрации межквартирной перегородки. Получается, что там слышна не сама речь, а то, как ее «транслировала» стена.
На разной частоте
Звуковые волны имеют разные частоты. Человеческое ухо способно различать звуки в диапазоне от 20 до 16 тыс. Гц. Частота выше 16 тыс. Гц относится к ультразвуку, который человек не улавливает. Низкие частоты, менее 20 Гц, считаются инфразвуком и тоже нам не слышны. Однако они могут воздействовать на человеческий организм, иногда самым негативным образом. Например, звук частотой 7 Гц является смертельно опасным, т.к. совпадает с частотой колебаний сердечно-сосудистой системы.
Правильная звукоизоляция — это защита не только от шумных соседей, но и от тех видов вибраций, которые человек даже не слышит, но они оказывают на него воздействие.
Мостик для шума
С повышенной скоростью распространения звука в твердой среде связано появление акустических мостиков. Например, если в межквартирной перегородке есть металлическое включение, то звук по нему будет передаваться лучше. Такими элементами чаще всего становятся розетки, выходящие на обе стороны стены, батареи, водопроводные и канализационные трубы.
Хорошие застройщики проводят звукоизоляцию в местах прохода труб через перекрытия: устанавливают специальную металлическую гильзу, заполненную каменной ватой. Она закрывает сквозное отверстие, обжимает трубу, задерживает ее колебания и гасит вибрацию. Если такая система выполнена по всем перекрытиям, то шум будет распространяться гораздо меньше.
Защита от воздушного шума
Избавиться от воздушного шума – громких разговоров, смеха, песен и музыки – можно с помощью подвесного потолка или стеновой каркасной конструкции, наполненных каменной ватой и закрытых снаружи листом гипсокартона. Система, состоящая из каменной ваты, например негорючих плит ТЕХНОАКУСТИК, толщиной 5 см и одного листа гипсокартона, способна в среднем уменьшить громкость на 8 дБ.
В такой системе хорошей звукоизоляции удается добиться за счет сразу двух процессов: рассеивания энергии звука в волокнистом материале (каменной вате) и ослаблении волны в твердом материале (гипсокартоне). Сначала звуковая волна преодолевает массивный элемент – стену или железобетонное перекрытие, потом попадает в минвату, где рассеивается, попеременно проходя через волокна и воздушные прослойки, а затем – в гипсокартон, еще один массивный элемент. То есть получается конструкция «масса-пружина-масса».
Пытаясь «раскачать» твердый массивный материал, звуковая волна ослабляет свою энергию. А попадая в минвату – заставляет колебаться каждое волокно. Волокна трутся друг о друга и за счет этого нагреваются. Энергия звуковой волны, по закону сохранения энергии, трансформируется в энергию нагрева. Таким образом, когда звуковая волна проходит через несколько элементов с разной структурой, она теряет больше энергии, чем преодолевая одну сплошную, даже очень толстую, кирпичную стену, и звук гасится эффективнее.
Защита от ударного шума
Защититься от ударного (и структурного) шума сложнее, так как эти вибрации распространяются непосредственно по строительным конструкциям – вашем же стенам, полу и потолку. К такому виду шума относится различный стук, топот каблуков, низкочастотные звуки от музыкальной колонки, стоящей на полу в квартире сверху, и т.п. По-хорошему, чтобы от него избавиться, необходимо изолировать сам источник шума. Как вариант – установить систему «плавающего пола» у соседа, который донимает грохотом жителей нижнего этажа.
В этой конструкции используют каменную вату, например плиты ТЕХНОФЛОР СТАНДАРТ толщиной 30 или 50 мм, которые укладывают на перекрытие, а затем закрывают стяжкой и финишным покрытием. Благодаря своей упругости и волокнистой структуре минвата лучше гасит вибрации, чем более твердая звукоизоляция (вспененный полиэтилен или XPS). Важно помнить, что в такой системе материал должен не только поглощать звуковую волну, но и выдерживать нагрузку, сохраняя форму.
Сделать тише
Если при звукоизоляции стен или потолка установленной конструкции с каменной ватой толщиной 5 см и одним листом гипсокартона недостаточно, добавляют еще один лист гипсокартона. Звуковой волне придется преодолеть дополнительный массивный элемент, и она потеряет последние силы.
Нередко желаемого эффекта не удается достичь из-за ошибок монтажа, наличия акустических мостиков и недостаточно качественно заделанных примыканий. Нужно, чтобы при установке каркаса, в который будет монтироваться каменная вата, направляющий профиль крепился к полу и потолку, а не к стене. А между стеной и обрешеткой был оставлен зазор и проложена самоклеящаяся полиуретановая уплотнительная лента. Гипсокартон также не должен ни сверху, ни снизу соприкасаться с перекрытиями. Это исключит передачу вибраций.
Кроме того, гипсокартон нужно устанавливать со смещением стыков. То есть листами второго слоя следует перекрывать стыки листов первого. Шляпки саморезов, которыми прикрепляется гипсокартон, замазывают шпаклевкой на ширину 10 см.
При необходимости сделать электрическую разводку, располагать ее лучше в каменной вате. Утеплитель надрезают и прокладывают в нем кабель, таким же образом устанавливают розетки. При этом в звукоизоляционном слое не должно образовываться сквозных щелей.
Как и в любом деле, защищаясь от шума, надо знать меру и не превратить свою квартиру в полностью звуконепроницаемое помещение, стены которого все поглощают и ничего не отражают. С помощью звуков и их отражения (эха) человек определяет расположение их источников, ориентируется в пространстве. В абсолютной тишине будет неуютно. Поэтому в жилых комнатах важно создать правильную акустику, не только для изоляции от шумных соседей, но и для психологического комфорта.
Другие публикацииМинеральная изоляция ТехноНИКОЛЬ
- Потребление минеральной изоляции в 2022 снизилось на 6%
- Каменная вата ТЕХНОНИКОЛЬ получила международный экологический сертификат EPD
- На стройплощадке завода каменной ваты ТЕХНОНИКОЛЬ в Казахстане начались работы
- Потребление минеральной изоляции снизилось до 50%
- Каменная вата ТЕХНОНИКОЛЬ в очередной раз подтвердила свою биостойкость
Обзор материалов для звукоизоляции
Самый обычный шум — это воздушный шум – любые уличные звуки — проезжающего транспорта, жужжание техники и звуки, издаваемые животными и людьми.
Ударный шум возникает при толчках, появляющихся, например, при забивании гвоздей или передвижении мебели.
К структурным шумам – относят звуки природы, проникающие в жилища людей или любой другой шум, распространяющийся по конструкциям дома при недостаточных мерах по шумопоглощению, примененных при строительстве этого дома.
Основные задачи, которые должен решать звукоизоляционный материал, – это звукоизоляция и звукопоглощение. Он должен либо поглощать, либо отражать звук, а лучше — и то и другое осуществлять одновременно.
К звукоизолирующим обычно относят плотные материалы, такие как бетон, кирпич, гипсокартон, способные отражать звук.
К звукопоглощающим относят материалы, способные поглотить шум, не дать ему отразиться от преграды. Звукопоглощающие материалы имеют волокнистое, зернистое или ячеистое строение.
Характеристика поглощения звука оценивается коэффициентом звукопоглощения. Коэффициент звукопоглощения меняется в пределах от 0 до 1. При нулевом значении коэффициента звукопоглощения звук полностью отражается, при полном звукопоглощении коэффициент равен единице. К звукопоглощающим материалам относят те, которые имеют коэффициент звукопоглощения не менее 0,4.
Ученые считают, что очень комфортно люди себя чувствуют при шуме примерно в 25Дб. При меньшем значении возникает ощущение неестественной, «звенящей» тишины, при этом человек чувствует некий дискомфорт.
Обычно на шум до 60Дб человек реагирует нормально, при длительном воздействии шума в 90Дб наступает серьезное нервное расстройство, ну а уровень шума более 100Дб грозит потерей слуха.
Сейчас существует хороший выбор материалов, способных уменьшить воздействие шумов на человека в различных жизненных ситуациях.
С воздушным шумом справляются пористые или волокнистые, имеющие высокий коэффициент звукопоглощения. Для борьбы с ударным шумом применяют упругие материалы с закрытой ячеистой структурой Структурный шум уменьшают с помощью прокладочного материала для защиты стыков несущих элементов.
Основные материалы
Для уменьшения шума возможно использование различных материалов:
- стекловолокна
- вспененного полиэтилена
- волокнистых материалов
- полимеров, наносимых напылением
- маты из каменно-ватной плиты
- на основе вспененного каучука
Наиболее эффективными материалами, имеющими высокие значения коэффициента звукопоглощения, считаются изделия из минеральной ваты и стекловолокна.
Материалы на основе стекловолокна обладают повышенной упругостью, вибростойкостью и прочностью. Хорошее звукопоглощение происходит благодаря пустотам между волокнами, которые заполнены воздухом. Обычно длина стекловолокна составляет 5 см. Так же эти материалы пожаробезопасны, негигроскопичны, имеют небольшой вес, высокую паропроницаемость, химически пассивны и не вызывают коррозию металлов. Стекловату используют при изготовлении акустических перегородок в виде плит и рулонов для создания мягкого слоя в многослойных звукопоглощающих конструкциях.
Материалы на основе минеральной ваты представляют собой волокнистый материал, получаемый из силикатных расплавов горных пород, металлургических шлаков и их смесей. Средняя длина каменного волокна — 1,5 см.
Они так же, как стекловолокно, пожаробезопасны, химически пассивны и не вызывают коррозию соприкасающихся с ними металлов. Хорошее звукопоглощение обеспечивается тем, что волокна расположены хаотично в горизонтальном, вертикальном направлениях, под различными углами друг к другу. В отличие от стекловаты, минвата несколько тяжелее.
В настоящее время на рынке представлены материалы для звукопоглощения таких марок, как
К-Флекс, Роквул, Энергофлекс, Изовер, УРСА, Кнауф и другие.
Сферы применения
Материалы для шумоизоляции находят применение в различных сферах деятельности человека:
- в строительстве
- в нефтегазовом хозяйстве
- в системах вентиляции, теплоснабжения, вентиляции
- в различных видах транспорта
Примеры материалов и их сравнение
Например, крупнейший производитель изоляции, К-ФЛЕКС, следующим образом делит свою продукцию для шумоизоляции в зависимости от типа материала
ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ
Для поглощения и рассеивания звуковой энергии посредством сокращения ее количества
K-FONIK 160-240, K-FONIK P, K-FONIK PU, K-FONIK FIBER P, K-FONIK B
ЗВУКОИЗОЛИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ
Для изоляции воздушного шума, предотвращения его распространения и отраженного обратно к источнику
K-FONIK GK, K-FONIK ST GK, K-FONIK GV
КОМБИНИРОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Для комплексного решения задач
K-FONIK ECO GV, K-FONIK PE GK, K-FONIK PU GK, K-FONIK ST PB, K-FONIK ST B20, K-FONIK ST GK
и сферы применения
| K-FONIK | K-FLEX | ||||||||||||||
| Производственный участок |
ST GK | GK GV | PU GK | PE GK | OPEN CELL 160 | OPEN CELL 240 | B | P | PU | FIBER P | GK GV | ST GK 072-S | INDUSTRIAL | ST | ECO GV |
| Строительство | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | ||||
| Системы вентиляции, теплоснабжения, кондиционирования |
+ | + | + | + | + | + | + | ||||||||
| Промышленность, нефтегазовое хоз-во |
+ | + | + | + | + | ||||||||||
| Пром. оборудование | + | + | + | + | + | + | + | + | + | ||||||
| Водный, ж.д. транспорт | + | + | + | + | |||||||||||
| Автотехника | + | + | + | + | + | + | + | ||||||||
Материалы K-FLEX K-FONIK решают вопросы по борьбе с шумом, согласно акустическим характеристикам, полученным по результатам лабораторных исследований в частотном диапазоне 100-5000 Гц.
Отличными звукоизолирующими материалами являются вязкие, эластичные материалы с хорошей отражающей способностью и высокой массовой плотностью.
Для эффективного поглощения звука, К-ФЛЕКС выпускает пористые материалы с поверхностями различной конфигурации. В зависимости от состава, толщины, вида пор, акустические материалы работают по-разному на различных частотах. Наиболее интересными акустическими характеристиками обладают материалы с открытыми порами.
Компания ROCKWOOL, являющаяся мировым лидером в области производства негорючей изоляции на основе каменной ваты, предлагает следующие марки своей продукции для звукоизоляции в зависимости от сферы применения:
| Звукоизоляция перекрытий между этажами при мокрой стяжке | ЛАЙТ БАТТС СКАНДИК | ЛАЙТ БАТТС | АКУСТИК БАТТС | ФЛОР БАТТС | ФАЙЕР БАТТС | РОК ФАСАД |
| Утепление балкона | + | + | ||||
| Утепление каркасных стен | + | + | ||||
| Утепление мансарды | + | + | ||||
| Утепление перекрытий между этажами | + | + | ||||
| Утепление пола над холодным подвалом | + | + | ||||
| Утепление стен с отделкой сайдингом | + | + | ||||
| Тепло-звуко изоляция фасада с тонким штукатурным слоем | + | |||||
| Теплоизоляция стен с навесной фасадной системов | ||||||
| Звукоизоляция перегородок в жилых и нежилых | + | |||||
| Звукоизоляция перекрытий между этажами при мокрой стяжке | + | |||||
| Звукоизоляция перекрытий между этажами при сборной стяжке | + | |||||
| Звукоизоляция перекрытий по лагам | + | |||||
| Тепло-звуко изоляции чердачных перекрытий в каркас | + | + |
Международная промышленная группа компаний «Сен-Гобен» среди множества строительной продукции, выпускает изоляцию марок ISOVER, ISOTEC, ISOROC, ECOPHON, среди которых есть звукоизоляционные продукты из минеральной ваты, такие, как:
- ISOVER тепло и тихо КРЫША — звукоизоляция с усиленными водоотталкивающими свойствами
- ISOVER тепло и тихо ПОЛЫ и ПЕРЕКРЫТИЯ — полы над холодным подвалом
- ISOVER тепло и тихо СТЕНА — тепло зимой, прохладно летом и не слышно соседей
- ISOVER тепло и тихо СТЕНА ПЛЮС — сертифицирован в детских и медицинских помещениях
- ISOVER ТИХИЙ ДОМ — профессиональное звукоизоляционное решение, индекс изоляции воздушного шума 54Дб
- ECOPHON — акустические потолки и стеновые панели из стекловолокна
- ISOTEC плиты — для предотвращения передачи шума и повышения комфорта в помещении металлические воздуховоды требуется не только теплоизолировать, но и звукоизолировать. Наиболее эффективно задача снижения аэродинамического шума решается путем установки внутри небольшого участка воздуховода звукопоглощающих материалов. Обычно это плиты на основе стекловолокна. Эти же плиты используются и снаружи воздуховодов.
- ULTIMATE Marine — инновационная изоляционная продукция, используется для звукозащиты в судостроении, весит намного меньше, чем традиционные изоляционные материалы из каменной ваты, работающие при аналогичной высокой температуре. Таким образом, проектировщики получают явное преимущество в виде ультрасовременного материала, обладающего первоклассными характеристиками.
ТехноНИКОЛЬ — крупнейший в России и Европе производитель и поставщик кровельных, гидроизоляционных и теплоизоляционных материалов еще в 2005 году расширил ассортимент своей продукции и представил на рынок производство рулонных звукоизоляционных материалов марки «ИЗОФОН» и «ИЗОФОН-СУПЕР».
«ИЗОФОН» — это рулонный звукоизоляционный материал, состоящий из нетканого стекловолокна – стеклохолста, на который с одной стороны нанесен слой битумно-полимерного компаунда, придающий материалу влагозащитные свойства. В качестве защитного слоя нанесена полимерная пленка. «ИЗОФОН» позволяет обеспечить эффективную защиту внутренних помещений от ударного шума. «ИЗОФОН» может быть использован в качестве звукоизолирующей прокладки под «плавающую» стяжку или напольное покрытие, для устройства звукоизолирующих прокладок в деревянных конструкциях.
«ИЗОФОН-СУПЕР» — имеет еще и гидроизоля ционные качества.
Эффективный индекс снижения уровня ударного шума для обоих материалов составляет 23 дБ. В реальных условиях на других частотах это значение может быть и выше.
«ИЗОФОН» и «ИЗОФОН-СУПЕР» позволяют решить проблемы звукоизоляции в абсолютном большинстве случаев.
Компания ROLS ISOMARKET одной из первых начала поставлять в Россию техническую теплоизоляцию ведущих мировых производителей, а затем сама наладила производство технической изоляции из вспененного полиэтилена под торговой маркой Energoflex®. К настоящему времени в компании разработан и внедрен большой ассортимент теплоизоляционных изделий, отвечающих требованиям рынка и соответствующих мировым требованиям к качеству. Среди них есть и ряд звукоизоляционных материалов.
Energoflex® Black Star Duct – это специализированный самоклеящийся материал для тепло-, звукоизоляции воздуховодов систем вентиляции и кондиционирования. Изготавливается из вспененного полиэтилена, имеет закрытоячеистую структуру. Надежно защищает от конденсата и тепловых потерь, является эффективным шумопоглощающим и вибродемпфирующим материалом. Прост при установке, безвреден для здоровья и окружающей среды. Выпускается двух типов: без покрытия – Black Star Duct и с покрытием алюминиевой фольгой – Black Star Duct AL.
Утеплители, производимые компанией Ursa (дочерней компании концерна URALITA), очень популярны и востребованы и у частных домовладельцев и у больших строительных компаний. Объясняется это их замечательными рабочими характеристиками и долгим сроком службы.
URSA GEO Шумозащита — звукоизоляционный материал на основе стекловолокна. Специальный материал для звукоизоляции и защиты от шума в частных домах и квартирах. Имеет высокий уровень звукопоглощения (класс B). Используется при монтаже каркасных перегородок, стен при облицовке изнутри, акустических потолков в спецпомещениях, при настиле полов по лагам, защиты перекрытий по балкам. Снижает уровень шума в 2-3 раза.
Звуковые свойства древесины
резьба по дереву • домовая резьба • резные наличники • резной декор • мебель • двери • лестницы
как заказать * доставка * оплата
показатели, характеризующие распространение звука в древесине
Как известно, звук представляет собой колебания, волнообразно распространяющиеся в упругих средах. Особенности распространения звуковых колебаний зависят от физических свойств среды и характеризуются рядом показателей. Скорость распространения звука тем больше, чем меньше плотность среды р и выше ее жесткость (модуль упругости Е). При распространении волны в направлении колебательного движения частиц (продольные волны) твердых материалов между скоростью и физическими параметрами материала существует зависимость.
С наибольшей скоростью звук распространяется вдоль волокон, значительно медленнее в радиальном и еще медленнее в тангенциальном направлениях. Скорость распространения звука по разным направлениям в древесине некоторых пород приведена в табл. На основании данных этой таблицы можно принять, что звукопроводность вдоль волокон относится к звукопроводности в радиальном и тангенциальном направлениях в среднем, как 4 : 1. Однако абсолютные значения скоростей распространения звука для некоторых пород существенно отличались от данных, приведенных в табл. Так, скорость распространения колебаний в березе (вдоль волокон) оказалась равной 5190 м/сек. С возрастанием влажности и температуры скорость распространения звука в древесине значительно падает. Скорость распространения звука в других материалах такова: в железе 5000, меди 3710, пробке 430—530 м/сек. Как видим, скорость распространения звука в древесине вдоль волокон примерно такая же, как в металлах.
скорость распространения звука в древесине по разным направлениям
| Порода | Скорость распространения звука, м/сек | ||
| вдоль волокон | в радиальном направлении | в тангенциальном направлении | |
| Сосна | 5030 | 1450 | 850 |
| Пихта | 4600 | 1525 | 860 |
| Ясень | 5065 | 1510 | 1370 |
| Дуб | 4175 | 1665 | 1400 |
| Клен | 4450 | 1670 | 1125 |
| Явор | 4870 | 1625 | 1230 |
| Береза | 3625 | 1995 | 1535 |
| Ольха | 5060 | 1485 | 1135 |
Важной акустической характеристикой материала при оценке его способности отражать и проводить звук является удельное волновое сопротивление, определяемое произведением плотности на скорость звука. Данные об этом показателе приведены в табл.
величины акустического сопротивления некоторых материалов
| Материал | Скорость распространения звука, м/сек | Плотность, г/см 3 | Акустическое сопротивление |
| Железо | 5000 | 7,8 | 39000 |
| Бетон | 2200 | 2,2 | 4840 |
| Кирпич | 3600 | 1,5 | 5400 |
| Стекло | 5000 | 2,5 | 12500 |
| Дуб | 4200 | 0,7 | 2940 |
| Ель | 5000 | 0,45 | 2250 |
| Пробка | 430 | 0,24 | 103 |
| Воздух | 330 | 0,0013 | 0,43 |
По мере распространения звуковых волн в материале вследствие потерь энергии на внутреннее трение происходит затухание колебаний. При этом величина амплитуды уменьшается по экспоненциальному закону. Для характеристики скорости затухания колебаний и одновременно величины внутреннего трения материала используют безразмерный показатель — логарифмический декремент затухания, численно равный натуральному логарифму отношения двух амплитут, отделенных друг от друга интервалом в один период. Логарифмический декремент у хвойных пород в 1,3—1,7 раза меньше, чем у лиственных (у сосны и ели соответственно 207 • 10 -4 и 222-10 -4 ; у ясеня и бука 318 • 10 -4 и 360 -10 -4 ).
звукоизолирующая и звукопоглощающая способность древесины
Звукоизолирующая способность древесины характеризуется ослаблением давления прошедшего через нее звука. Звуковое давление возникает в газовой или жидкой среде при прохождении звуковых волн. Величина его может изменяться в очень широких пределах, поэтому для оценки уровня звукового давления применяют логарифмическую шкалу, в которой за начало отсчета принято давление на пороге слышимости. Уровень звукового давления измеряется в относительных логарифмических единицах — децибеллах. Для примера укажем, что уровень звукового давления, соответствующего обычному разговору, равен 60 дб, уличному шуму — 70—80 дб. При давлении 120 дб в слуховом аппарате человека возникают болевые ощущения.
Величина звукоизоляционной способности древесины может быть оценена по разнице уровней звукового давления перед и за перегородкой из древесины. Оценка звукоизоляционной способности материала часто также производится по относительному уменьшению силы звука, называемому коэффициентом звукопроницаемости. Так, при толщине 3 см звукоизоляция сосновой древесины составила 12 дб, коэффициент звукопроницаемости – 0,065, для дубовой древесины при толщине 4,5 см — соответственно 27 дб и 0,002.
По действующим строительным нормам звукоизоляция стен и перегородок должна быть не ниже 40 дб, междуэтажных перекрытий — 48 дб. Отсюда видно, что звукоизолирующая способность массивной древесины сравнительно невысока. Способность древесины поглощать звук вызвана рассеянием звуковой энергии в структурных полостях и необратимыми тепловыми потерями вследствие внутреннего трения. Строгое определение звукопоглощающей способности материалов сопряжено со значительными трудностями. Для практических целей используют коэффициент звукопоглощения, представляющий собой отношение звуковой энергии, теряемой в материале, к энергии плоской падающей волны. Коэффициент звукопоглощения сосновой перегородки толщиной 19 мм в диапазоне частот 100—4000 гц находится в пределах 0,081—0,110.
резонансная способность древесины
Способность древесины резонировать, т. е. усиливать звук без искажения топа, имеет очень важное значение в музыкальной промышленности при изготовлении дек музыкальных инструментов. Энергия, передаваемая деке струной, отчасти расходуется на трение внутри деки и по краям ее закрепления, отчасти излучается в виде звуковой энергии в окружающее пространство; эта последняя является полезной частью энергии. Для наибольшей отдачи энергии воздуху потери на внутреннее трение должны быть наименьшими, а излучение наибольшим. Комплекс акустических свойств древесины, определяющих возможность ее использования в качестве материала для изготовления дек музыкальных инструментов.
Этот показатель характеризует главным образом способность материала к звуковому излучению, поэтому его называют константой излучен и я, или акустической константой. Для определения этой константы устанавливают величину динамического модуля упругости (или статического модуля, который меньше примерно на 4%) и плотность древесины. В табл. 31 приведены значения акустической константы для древесины некоторых пород.
Эти данные показывают, что для изготовления дек музыкальных инструментов наиболее пригодна древесина ели, кавказской пихты и сибирского кедра, как обладающая наивысшей константой излучения; эти породы и включены в ГОСТ на заготовку резонансной древесины. Оптимальная ширина годичных слоев в резонансной древесине ели лежит в пределах 1—4 мм, оптимальная величина содержания поздней древесины в пределах 5—20%; резонансная древесина должна быть равнослойной (колебания в числе годичных слоев на двух соседних сантиметрах не должны превышать 30%). Между заболонью и спелой древесиной ели в акустическом отношении разницы нет. Крень снижает константу излучения вследствие повышения плотности и снижения модуля упругости, наклон волокон также отрицательно влияет на константу излучения (снижение на 6% при наклоне волокон 7 %; причина — уменьшение модуля упругости).
акустические константы древесины некоторых пород
| Порода | Влажность, % | Плотность, г/см 3 | Модуль упругости при изгибе, 1000 кГ/см 2 | Константа излучения |
| Ель резонансная | 10 | 0,42 | 110 | 1200 |
| Пихта кавказская | 10 | 0,45 | 130 | 1200 |
| Кедр сибирский | 10 | 0,38 | 80 | 1200 |
| Пихта сибирская | 10 | 0,38 | 60 | 1000 |
| Сосна (отборная) | 10 | 0,50 | 150 | 1100 |
| Ясень | 10 | 0,70 | 150 | 650 |
| Бук | 10 | 0,75 | 140 | 600 |
| Береза | 10 | 0,63 | 140 | 750 |
| Клен полевой | 12 | 0,70 | 110 | 580 |
Звукоизоляция и звукопоглощение
Акустика — наука о звуке, изучающая физическую природу звука и проблемы, связанные с его возникновением, распространением, восприятием и воздействием.
Звукоизоляция – способность преграды (пол, стена, перекрытие) работать на отражение падающей звуковой волны, а также снижению уровня прошедшей волны в соседнее помещение.
Звукопоглощение – способность преграды препятствовать отражению падающей звуковой волны, путем преобразования звуковой энергии в тепловую.
Несмотря на простоту определений, между понятиями поглощения и изоляции звука существует огромная путаница. Это не удивительно, потому что вопрос не так прост, как может показаться на первый взгляд. Часто рекомендуют использовать различные пористые материалы с высоким поглощением с целью задержать звук, идущий из одной точки в другую. На практике же выходит что это просто потеря времени. Максимум, чего можно добиться таким путем, это снизить уровень звуковой энергии на 3 дБ на высоких частотах.
Конечно, пористые материалы поглощают звук, а так как они частично уменьшают энергию звука, они уменьшают и энергию волны, проходящей через них. Но для того чтобы получить мало-мальски стоящее затухание, толщина слоя поглощающего материала должна быть сравнима с длиной звуковой волны. Так как на практике часто приходится иметь дело со звуковыми волнами длиной в несколько метров, ясно, что об использовании поглощающих материалов непосредственно в качестве звукоизоляторов не может быть и речи.
Нередко встречаются случаи, когда для увеличения звукоизоляции несущих конструкций предлагается наклеить тонкие мембраны разного типа и состава. В отличие от первого варианта в этом случае эффект будет нулевым. Такой эффект получается потому, что масса и толщина демпфирующего материала (мембраны) на много меньше массы исходной преграды, а из теории известно, что в однослойных конструкциях работает принцип удвоения массы, при котором, звукоизоляция увеличивается максимум на 6 дБ. Получается, что при увеличении толщины тяжелой преграды в 2 раза, например, из кирпича, общая звукоизоляция увеличится максимум на 6 дБ. Поэтому дополнительного эффекта от наклеивания мембран на кирпичные, андезито-базальтовые или другие тяжелые преграды не происходит по причине недостаточной поверхностной массы демпфирующего материалы.
Чтобы понять какие материалы лучше использовать для звукоизоляции нужно внимательно присмотреться к тому, что происходит, когда звуковая волна падает на некоторую поверхность. Обычно большая часть звуковой энергии отражается, некоторое количество ее поглощается и переходит в тепло, а часть проникает через поверхность.
В силу закона сохранения энергии в каждом случае сумма всех этих долей энергии: отраженной, поглощенной и прошедшей — всегда должна равняться энергии волны, падающей на поверхность. Так как нам желательно уменьшить долю прошедшей волны, логично попытаться увеличить долю отраженной или поглощенной волны. Но увеличить поглощение нельзя: это требует большого объема материалов дорогих материалов, поэтому остается только увеличивать интенсивность отраженной волны за счет прошедшей. В такой постановке проблема упрощается: чем больше отражает поверхность, тем меньше звука проникает через нее.
Приведем пример со стеной из гранита. Гранитная стена настолько массивна и так мало сжимаема, что легкие молекулы воздуха не могут оказать на нее заметного воздействия. Для дальнейшего нам было бы полезно располагать некоторой мерой, которая единовременно учитывала бы и упругость, и плотность вещества. Вспомнив, что скорость звука в среде зависит от упругости и плотности этой среды, в качестве такой меры мы можем выбрать волновое сопротивление среды. Понять значение этой величины несложно. Плотность гранита велика, а вследствие его малой сжимаемости скорость звука в нем также велика. Поэтому волновое сопротивление гранита огромно. В результате этого, как мы уже знаем, при падении звуковой волны из воздуха на гранитную стену отражается больше 99% падающей энергии. Но если бы мы заменили гранитную стену «стеной» воздуха, скачка от малого к большому импедансу не было бы, а потому исчезло бы и отражение. Чем больше различие (несогласование) импедансов двух сред, тем больше отражение и тем меньшая доля падающей волны проходит из одной среды в другую. Отсюда можно сделать еще один вывод: толстая, плотная каменная стена — наилучший простой изолятор звука.
Но что если в помещении изначально есть тяжелая преграда, например, перегородка в пол кирпича, которая обладает собственной изоляцией 47 дБ, но этой величины недостаточно? Т.к. у Вас за стеной очень шумные соседи, либо над офисными помещениями предполагается технический этаж с множеством шумящего оборудования? В таком случае бесконечно увеличивать толщину и массу ограждения не целесообразно!
Для дополнительной звукоизоляции тяжелых преград чаще всего используются каркасные и бескаркасные облицовки с обшивкой ГВЛ и ГКЛ, а не отделочные звукопоглощающие материалы или легкие демпфирующие мембраны.
Подведение итогов: для высокой звукоизоляции в первую очередь необходима преграда, которая способна хорошо отражать звуковую энергию, а значит такая преграда должна быть как можно тяжелее.
Вторым фактором, влияющим на звукоизоляцию является чередование материалов с разной структурой и плотностью (разность импедансов). Для этого часто между несущей стеной и звукоизоляционной конструкцией дополнительно делают воздушный промежуток.
В-третьих, звукоизоляционная преграда должна быть максимально герметична, не должно быть никаких отверстий и щелей для проникновения звука.
В четвертых, звукоизоляционная преграда не должна быть жестко связана с изолируемой поверхностью, т.е. все крепления к несущим поверхностям необходимо осуществлять с помощью демпфированных прокладок и виброизоляционных креплений.
Звукопоглощающие преграды снижают энергию отраженных волн, позволяя достигать в помещениях таких результатов, как снижение гула и слышимого эха, улучшать разборчивость речи, уменьшить отклики в помещениях специального назначения, улучшать общее акустическое впечатление.
Чаще всего в качестве звукопоглотителей используются декоративно отделочные материалы, которые поглощают звук за счет наличия мелких пор на лицевой поверхности, либо представляют собой листовые материалы с перфорированными отверстиями. Как правило звукопоглощающие материалы для разных помещений могут подбираться разными методами. Для студий, кинотеатров, спортивных залов акустические материалы выбираются на основании расчетов. Для офисных помещений, ресторанов, аудиторий, холлов – звукопоглощающие материалы могут выбираться из эстетических соображений, а также требуемого эффекта по звукопоглощению.