Звукоизоляция и звукопоглощение: только факты

Понятие «звукопоглощение» и « звукоизоляция» нередко путают. Их разнообразие  по структурным признакам и назначению они имеет большое практическое значение.
  
         Одним из наиболее вредных и опасных факторов воздействия на людей, находящихся в помещениях, является шум, создаваемый источниками, находящимися вне здания ли внутри него. Это шум от промышленных предприятий, звуки транспорта, машин и механизмов коммунальных служб и т.д. Внутренние шумы в здания обусловлены процессами  жизнедеятельности людей, а также работой инженерного оборудования зданий (лифтов, санитарно-технических и вентиляционных сооружений и установок, отопления и т.д.)

         Два принципиально разных процесса: звукопоглощение и звукоизоляция - неразрывно связаны с уменьшением передачи звука в конструкциях. Если источник звука и приемник находятся в одном помещении, ослабление звука происходит  за счет поглощения его ограждающими конструкциями помещения или специальными устройствами стен и потолка материалами с высокой структурной пористостью. Потери энергии звуковых волн, падающих на ограждения, в этом случае, обусловлены переходом энергии звука в другие виды энергии, главным образом в тепло (звукопоглощение). 

Если же источник и приемник находятся в разных помещениях и их разделяют стены, перегородки или другие строительные элементы,  ослабление звука достигается за счет свойства указанных ограждений  препятствовать прохождению звука сквозь эти преграды (звукоизоляция). Очень часто оба указанных процесса протекают одновременно: падающие на ограждающую конструкцию звуковые волны частично отражаются, возвращаясь к источнику звука, частично поглощаются, превращаясь  в тепло, частично проходят сквозь преграду.

           Все материалы, призванные защитить от шума в зданиях, обладают общими классификационными признаками и различаются по структуре, упруго-пластическим свойствам, горючести и форме. Одним из специфических, но принципиально значимых признаков таких материалов считается их назначение, в соответствии с которым их подразделяют на звукопоглощающие и звукоизоляционные.
            
            Звукопоглощающим называют такой материал, в котором твердое вещество занимает только часть общего объема. При  этом частицы твердого вещества относительно равномерно распределены по всему объему, образуя многочисленные микроскопические полости, сообщающиеся между собой. Колебания воздуха, вызываемые действие звукового давления на поверхность материала, распространяются в этих полостях с затуханием, которое обусловлено вязкостью воздуха в парах и  трением с поверхностью стенок пор.

            По структурным признакам звукопоглощающие материалы подразделяют на волокнистые и пористые. Волокнистый материал представляет собой набор параллельных слоев с хаотическим переплетением волокон, получаемых фильерно-дутьевым способом из расплавленных пород, таких так кварц, базальт, доломит, а также из расплавленного стекла. Из волокнистого ковра производят  изделия: маты, рулоны, холсты различной толщины  либо жесткие и полужесткие плиты, изготавливаемые из той же волокнистой массы с добавлением небольшого количества связующего и последующим прессованием.

            В пористом материале вещество распределяется в виде сплошных зерен или гранул, образуя зернистую или ячеистую структуру. Жесткие пористые материалы,  в структуре которых преобладает межзерновая пористость, производят из гипсового камня, шлака, перлита. Эластичные пенопласты изготавливаемые из сложных полиэфиров, имеют ячеистую структуру, в которой стенки пор являются гибкими полимерными пленками. К таким материалам относятся пенополиэтилены, каучуки и пенополипропилены.

Колебания таких пленок вызывают дополнительные потери звуковой энергии в среде. Общим признаком для тех и других звукопоглощающих материалов является наличие в них сквозных (сообщающихся) пор, через которые относительно свободно проходит поток воздуха.

             Основное назначение звукопоглощающих материалов – обеспечить в помещениях общественных и промышленных зданий (зрительных залах, аудиториях, спортивных и конференц-залах, офисах учреждений, вокзалах, аэропортах и других местах пребывания большого количества людей) оптимальных акустических условий за счет увеличения в них фонда звукопоглощения. При  этом под фондом звукопоглощения понимают произведение основного показателя эффективности звукопоглощающего материала на площадь поверхностей ограждающих конструкций, на которых он размещен.

               Показатель акустической эффективности звукопоглощающих материалов - коэффициент звукопоглощения (КЗП)- служащий мерой для оценки поглощающих свойств материалов, определяется отношением неотраженной части энергии звука к общему количеству энергии звука, падающего на данную поверхность. При полном отражении звука ограждениями КЗП равен нулю,  а при полном поглощении- единице. КЗП материала зависит от частоты падающего звука, толщины слоя материала и угла падения звуковых волн на поверхность материала.

            Различают нормальный КЗП (при нормальном падении звуковых волн  на поверхность материала) и реверберационный КПЗ определяемый при падении звуковых волн  на материал со всех сторон и под  всевозможными углами. Реверберационный КЗП обычно используют в практических расчетах. Оба этих коэффициентов являются частотно -зависимыми ,т.е. в разных областях звукового диапазона частот они принимают различные значения величин.

              Эффективность поглощения звука материалами обусловлена наличием в них большого количества мелких открытых сквозных пор с большой удельной поверхностью. Применяя различные виды сырья и технологические режимы производства, создают материалы с определенными структурными характеристиками – минимальной плотностью, высокой пористостью, максимальной удельной  поверхностью пор, а следовательно, с наиболее высокими показателями звукопоглощающих свойств.

              Мягкие звукопоглощающие материалы изготавливают на основе минеральной ваты или стекловолокна с минимальным объемом связующего или без него. К  ним относятся маты или рулонные полотна,  которые обычно применяются в сочетании с защитными перфорированными листовыми экранами (из алюминия, гипсокартона, покрытием из тонкой пористой пленки. КЗП этих материалов на средних частотах достигает значений 0,7-0,85.

             К полужестким материалам  относят минераловатные и стекловолокнистые  плиты толщиной от 12 до 50 мм, плотностью 40-130 кг/м. куб. при содержании связующего до 15 % по массе. Поверхность плит покрывают пористой краской, стеклохолстом или пленкой. КЗП этих материалов на средних частотах – 0,75-1,0.Полужесткими звукопоглощающими материалами считают также базальтовые звукопоглощающие маты, получаемые из очень тонкого базальтового волокна с покрытием из стеклоткани. Их плотность на превышает 25кг/м.куб., а КЗП на средних частотах – более 0,9.

             В отличии от звукопоглощающих материалов основными показателями акустической эффективности звукоизоляционных(прокладочных) материалов считают динамический модуль упругости Е, коэффициент относительного сжатия и коэффициент потерь энергии колебаний  на внутреннее трение в материале при его деформации. Поскольку все материалы в большинстве случаев предназначены для изоляции волн, возникающих при ударах и механических колебаниях конструкций (ударный и структурный шум) и распространяющихся на значительные расстояния по строительным конструкциям, наличие или отсутствие сквозной пористости в структуре такого материала не играет  решающей роли при оценке его акустической эффективности.
           
            К звукоизоляционным материалам относят прежде всего, те же волокнистые плиты и маты на синтетическом связующем из минерального или стеклянного волокна, а также пористые, мягкие резины, современные эластичные пластмассы из вспененного  полиэтилена, каучука и полипропилена..

           Эффективность упругой прокладки определяется, в основном, модулем упругости материала, из которого она изготовлена, а также ее толщиной и плотностью. Поскольку большинство звукоизоляционных прокладочных материалов не являются идеально упругими телами, то при периодическом воздействии на прокладку внешней силы ее деформация не успевает развиться за период воздействия силы и модуль упругости  Е  становится комплексной величиной. Действительную часть модуля, характеризующую энергию, получаемую и отдаваемую единицей объема  тела за период и называют динамическим модулем упругости. Мнимую же часть модуля упругости Е, называют модулем потерь энергии. Она характеризует ту часть энергии, которая необратимо рассеивается за период деформации.

            Эффективность звукоизоляции упругого прокладочного слоя зависит не только от величины модуля упругости Е, но и от толщины наружного слоя в обжатом состоянии. Поэтому при выборе звукоизоляционного материала важно обращать внимание и на значения величин коэффициентов относительного сжатия материала как  звукоизоляционного слоя под  нагрузкой. Поскольку при расчетах ожидаемого улучшения изоляции ударного шума применяют значения толщины звукоизоляционного слоя в обжатом состоянии.

             В  зависимости от структуры, способа изготовления и вида исходного сырья значения динамического модуля упругости Е звукоизоляционных материалов  должны находиться в пределах 105…108  Па при нагрузке на звукоизоляционный слой 2000 Па, коэффициент потерь должен иметь значения не менее 0,05.

             Чаще всего наиболее эффективно упругие слои звукоизоляционных материалов используют при устройстве так  называемого плавающего пола (стяжки) для улучшения изоляции  ударного шума перекрытием  и  отчасти, для улучшения  изоляции воздушного шума. С этой целью стяжки из бетона, гипса, асфальта и других подобных материалов делают толщиной 30-50 мм, при толщине упругого слоя 6 - 15 мм.

              Обычно в качестве упругого слоя применяют наиболее распространенные и относительно недорогие вспененные полимеры. Эти материалы более эффективны, чем минераловатные прокладки и дешевле, чем натуральные материалы, такие как пробка, поскольку обладают рядом удивительно высоких теплофизических и звукоизолирующих свойств. На строительных площадках их  используют не только в качестве звукоизоляционных прокладок в конструкциях плавающего пола, но и для облицовки многочисленных трубопроводов, воздухопроводов и каналов, по которым возможны распространение и передача шума от его источника к защищаемому помещению. Особая роль отводиться таким материалам для предотвращения распространения так называемого структурного звука, в значительной мере снижающего эффективность звукоизоляции в зданиях современной постройки из монолитного бетона.

                Надеемся, что этот небольшой экскурс  в строительную акустику поможет Вам разобраться  в широком спектре предлагаемых материалов для звукоизоляции и звукопоглощению.