7.5. Звукоизоляция помещений.

Звукоизоляция помещений определяет уровень прони­кающих извне шумов. Для студий, измерительных ка­мер, сурдокамер и т. п. требуется высокая звукоизоля­ция от внешних шумов и вибраций, создающих акусти­ческие шумы. Звукоизоляция требуется и для концертных залов, театров, аудиторий, комнат для прослуши­вания и, наконец, жилых помещений.

Рассмотрим наиболее характерный случай: проник­новение шумов из одного помещения в другое через разделяющую их перегородку.

При падении звуковых волн с интенсивностью I_пад на какую-либо перегородку больших размеров по срав­нению с длиной звуковой волны интенсивность их с другой стороны перегородки I_пр, в отсутствии отражения звука в другом помещении будет определяться только проводимостью перегородки. Эта проводимость харак­теризуется коэффициентом звукопроводности

или звукоизоляцией перегородки в децибелах:

(7.22а)

где L_пад и L_пр> — уровни интенсивности звуковых волн, падающих на перегородку и прошедших через нее.

Звуковые колебания, проникая в помещение, претер­певают отражения от его внутренних поверхностей, по­этому в нем увеличивается интенсивность звука. Мож­но считать, что произведение интенсивности звука I_пр, прошедшего через какую-либо перегородку, на ее по­верхность S_пp будет представлять собой мощность ис­точника звука для прошедших колебаний:

В таком случае плотность энергии в помещении для этих колебаний

где а_ср S=A — общее поглощение ограничивающих по­верхностей помещения . Отсюда находим, что уро­вень звука в помещении

Разность между уровнями звука с внешней стороны ограждающей конструкции помещения L₁ и внутри по­мещения L₂ называют звукоизоляцией помещения

(7.24)

Здесь I₁ и I₂ — интенсивности звука, соответствующие уровням : L₁ = 101g(I₁/I₀) и L₂= 101g(I₂/I₀).

Пути прохождения звука через ограждающие конструк­ции следующие: через сквозные поры, щели и т. п. (воз­душный перенос), через материал перегородки в виде продольных колебаний его частиц (материальный пе­ренос) и через поперечные колебания перегородок, по­хожих на колебания мембран (мембранный перенос), которые часто можно приближенно рассматривать как колебания всей перегородки в целом. Резонансная ча­стота такой колебательной системы очень низкая, по­этому в звуковом диапазоне частот перегородку можно рассматривать как инерционное сопротивление, опреде­ляемое всей ее массой. Коэффициент звукопроводности обратно пропорционален этой массе. Таким образом, при мембранном переносе хорошо проходят через пе­регородку звуковые колебания низких частот. С увели­чением частоты проводимость перегородки уменьшает­ся пропорционально частоте. При материальном пере­носе проводимость перегородки определяется отноше­нием удельных акустических сопротивлений воздуха и материала перегородки, которые почти не зависят от частоты, поэтому и проводимость практически не будет зависеть от частоты. Воздушный перенос определяется размерами пор (щелей и т. п.), их распределением по поверхности перегородки и трением воздуха о стенки пор. Если имеются одна или несколько щелей, удален­ных друг от друга на расстояние не меньше длины зву­ковой волны в воздухе, то из-за дифракции звуковые волны, падающие на соседние с щелью участки пере­городки на расстоянии от нее не более половины дли­ны волны, будут частично также уходить в щели. Про­водимость перегородки в этом случае будет значитель­но больше на низких частотах, чем на высоких. С уве­личением частоты растут потери на трение в порах. Это также уменьшает проводимость, поэтому интенсив­ность звуковых колебаний, проникающих через перего­родку, с увеличением частоты также падает. Если поры расположены часто, но имеют такую же общую пло­щадь, как и в первом случае, то частотная зависимость проводимости перегородки будет проявляться в мень­шей степени и только из-за потерь на трение в порах.

Количественное определение звукопроводности пере­городок проводится с учетом всех видов переноса зву­ковых колебаний. Соответствующие данные приведены в табл. 7.2.

Таблица 7.2

Для уменьшения воздушного переноса необходимо тщательно следить за устранением различного рода от­верстий и щелей в перегородках.

Рассмотрим такой пример. Имеется кирпичная сте­на толщиной 20 см, ее звукоизоляция составляет 50 дБ, т. е. коэффициент звукопроводности а_пр=10^-5. Если по­верхность стены S_пр=10 м², то общая проводимость ее А_пр = 10·10^-5 = 10^-4 м². Сделаем в этой стене отверстие размером в 1 см² (10^-4 м²). Его проводимость без уче­та дифракции будет равна 1·10^-4=10^-4 м², т. е. равна проводимости стены. Из-за дифракции поток энергии, падающий на стену вблизи отверстия (в радиусе около λ/2), будет частично уходить в это отверстие. На низ­ких частотах отверстие как бы будет расширено в де­сятки раз. Поэтому проводимость такого отверстия на низких частотах будет во много раз больше проводи­мости самой стены.

Для уменьшения материального переноса необходи­мо брать слоистые конструкции стен и перегородок из материалов с резко отличающимся удельным акустиче­ским сопротивлением (бетон + поролон и др.). Для уменьшения мембранного переноса необходимо стре­миться к увеличению массы перегородки. Для умень­шения шумов от вибрации перегородки применяют раз­личного рода виброизолирующие прокладки. Проникно­вение шумов через вентиляционные каналы устраняют заглушением, т. е. покрытием стенок каналов поглоща­ющими материалами, а также применением различно­го рода акустических фильтров (см. [1], § 8.4). Особые требования к звукоизоляции студий и измерительных камер будут рассмотрены далее.