Глава 14 Акустические материалы и изделия

14.1. Общие сведения

Акустическими называются материалы, способные уменьшать энергию звуковой волны, снижать уровень громкости внутреннего или внешнего звука.

Звук_это восприятие ухом упругих механических колебаний и

волн, возникающих в среде под влиянием принудительных воздейст­вий. Частоты колебаний, выражаемые в герцах (Гц), могут быть низкими, средними и высокими, что обусловлено числом колебаний в 1 с: при низкой частотности — 16—500 Гц, средние — 500— 2000 Гц, высокие — 2000—15000 Гц и выше (1 Гц = 1 колебание в 1 с). Количество энергии, переносимой звуковой волной за 1 с через площадку площадью 1 см², перпендикулярную направлению дви­жения волны, называют силой звука и выражают в ваттах на 1 см² (Вт/см²). Человеческое ухо воспринимает звук лишь при его силе не ниже некоторой минимальной величины, называемой поро- гом слышимости. Порог слышимости различен для низких, средних и высоких частот. Наиболее чувствительно человеческое ухо к коле­баниям с частотами в области 1000—3000 Гц, когда порог слышимо­сти достигает интенсивности звука до 10^-16 Вт/см². Болевые ощуще­ния в ухе возникают при пороге 10^-2 Вт/см², называемом болевым порогом, большим в 10^м раз по силе звука, чем при пороге слыши­мости. Последнюю силу звука принимают как нулевой уровень. За реальный уровень громкости полагают величину, пропорциональ­ную логарифму отношения силы данного звука к силе звука на нуле­вом уровне, выражаемую в белах (Б) или децибелах (дБ). Например, шепот — 10, тихий разговор — 40, улица с нормальным движени­ем — 60, а с шумным — 70, грузовой автомобиль — 90, авиацион­ный мотор — 120 дВ, болевой порог — 140 дБ. Эти и другие данные учитывают при расчетах звукоизоляции по формулам.

Для большинства зданий задача акустики, акустического благо­устройства заключается в снижении уровней внешних шумов до до­пустимого при относительном режиме тишины в помещениях про­изводственных, учебных, жилых, культурно-бытовых и других зданий. Для зданий общественного назначения важно также обеспе­чить в основных помещениях хорошую слышимость и разборчи­вость, а в музыкальных помещениях — еще и естественность звуча­ния инструментов и голоса. Эти задачи решаются комплексом конструктивных, планировочных и предупредительных мероприятий. Главным из них служит правильное назначение строительных материалов в конструкциях, особенно в ограждающих (стены, перегородки), междуэтажных перекрытиях и кровельных -покрытиях. Выбор материалов основан на их различной способности к задержа­нию (поглощению) звуковой волны, которая может распространять­ся как в воздухе, так и в твердых телах и жидкостях. Скорость звука в воздухе приблизительно равна 340, в воде — 1450 м/с, в твердых телах еще выше: в кирпичной кладке — 2000, бетоне — 4000, метал­ле — свыше 5000 м/с. На пути воздушного переноса звука устанав­ливают преграды из звукопоглощающих материалов и конструкций. Сложнее преграды установить на пути материального I (ударного) переноса звука, например при устройстве междуэтажных перекрытий. Чаще всего воздушные и ударные переносы шумов со­вмещаются, особенно в современных зданиях, выполняемых из сборного железобетона, обладающего малым звукопоглощением, и имеющих щели, неплотности и отверстия, а при тонких конструкци­ях — способные еще и к изгибным колебаниям. С увеличением мас­сы ограждения улучшается поглощение звука, так как массивное ограждение труднее перевести в изгибное колебание под влиянием волнового звукового давления. Но с увеличением массы ограждения прирост звуковой изоляции происходит медленно. Так, например, если при массе перегородки 100 кг звукоизоляция составляет 40 дБ, то при массе 200 кг — 44 дБ, при 300 кг — 48 дБ. Для дальнейшего снижения шума потребуется устраивать либо очень тяжелые одно­родные ограждения, либо заменить их ограждениями из двух стенок со сплошными воздушными прослойками (без жестких связей между стенками), переходить к слоистым конструкциям и т. п.

Для борьбы с шумом и переносом звука используют звукопогло­щающие (активно поглощающие звук) и звукоизоляционные (сни­жающие уровень шума) материалы. Ниже рассмотрены основные разновидности этих материалов. Они могут быть отделочными и прокладочными.

Отделочные материалы частично поглощают звук внутри поме­щений, например промышленных цехов, машинописного бюро и пр., или технических устройств, например вентиляционных воздухо­водов и др. Отделочные звукопоглощающие материалы также опти­мизируют условия слышимости в помещениях, например, в зритель­ных залах, лекционных аудиториях, радиовещательных студиях и т. п. Большая или меньшая часть звуковых волн обычно отражает­ся от конструкций, выполненных из отделочных звукопоглощаю­щих материалов. В результате в помещении сохраняется звучание даже после прекращения действия источника звука. Такое явление называется реверберацией.

Прокладочные материалы используют под упругими полами междуэтажных перекрытий, предохраняя тем самым помещения от распространения материального (ударного) переноса звука. Неред­ко эти материалы комбинируют с отделочными.

Числовую величину поглощения звука оценивают коэффициен­том, который показывает долю энергии звуковой волны, поглощае­мой 1 м² поверхности материала в открытом проеме. Чем больше величина коэффициента звукопоглощения, тем выше соответствую­щая эффективность строительного материала в конструкции. При этом учитывают также частотность звучания, от которой сущест­венно зависит величина коэффициента звукопоглощения.