12.2 Акустические материалы и изделия

В терминологии современных архитектурно-дизайнерских проектов прочно укоренились понятия «архитектурная акустика» и «акустика помещений». На практике это подразумевает решение двух взаимосвязанных задач: защита помещения от внешних звуков и обеспечение качественного распространения полезных звуков внутри его. Обе задачи предполагают снижение энергии звуковых волн, но первая – при прохождении их сквозь ограждение (звукоизоляция), а вторая – при отражении от ограждения (звукопоглощение). При этом существует два понятия – «звук» и «шум».

Звук – физическое явление, вызванное колебательным движением частиц. Шум представляет собой беспорядочное хаотичное смешение звуков. По характеру распространения он может быть воздушным, структурным и ударным. Воздушный – это шум, излучаемый непосредственно в воздух и источник шума не связан с ограждающими конструкциями. Структурный источник шума создается от механического воздействия и слышен на значительном удалении. Например, работа насосов, лифтов, вентиляторов и т.д. Ударный шум создается от непосредственного контакта предмета о предмет (удары в стену, стук по трубам и др.) и тоже распространяется на большие расстояния.

Материалы и изделия, способные уменьшать энергию звуковых волн и снижать уровень громкости внутреннего или внешнего звука называют акустическими. По назначению они подразделяются на:

• звукопоглощающие, предназначенные для внутренней облицовки помещений и устройств с целью создания в них требуемого звукопоглощения;

• звукоизоляционные, предназначенные для изоляции от структурного и ударного шума, который возникает непосредственно в конструкциях и, распространяясь по ним, излучается в виде воздушных волн;

• звукоизоляционные, предназначенные для изоляции от воздушного шума, который возникает в воздухе, и благодаря воздушным звуковым волнам распространяется через ограждающие конструкции.

Однако материалы, предназначенные для решения вопросов звукопоглощения и звукоизоляции, не являются взаимозаменяемыми. Звукоизоляционные материалы не могут выполнять функции звукопоглощающих, в то время как качественные звукопоглощающие материалы способствуют улучшению звукоизоляции в помещениях. Поэтому в современном строительстве используется, как правило, комбинированное применение звукоизоляционных материалов в составе ограждающих конструкций и конструкций перекрытий и звукопоглощающих материалов в качестве отделочных, которые определяют интерьерную архитектуру и окончательный внешний вид, а также акустический комфорт в помещении.

Звукопоглощающие материалы обладают способностью в основном поглощать звуковую энергию. Они должны быть высокопористыми и в отличие от теплоизоляционных (имеющих замкнутые поры) иметь сообщающиеся и по возможности меньшие по размеру. Максимальный диаметр пор не должен превышать 2 мм а общая пористость составлять не менее 75%. Это вызвано тем, что при прохождении звуковой волны через толщу материала, она приводит воздух, заключенный в его порах, в колебательное движение. Мелкие поры при этом создают большее сопротивление потоку воздуха, чем крупные. Движение воздуха в них тормозится, и в результате трения часть механической энергии превращается в тепловую. Чем выше открытая пористость изолирующей поверхности, тем выше звукопоглощение.

Звукопоглощающие материалы имеют волокнистое, зернистое или ячеистое строение и могут обладать различной степенью жесткости (мягкие, полужесткие, твердые). В настоящее время самыми эффективными звукопоглощающими материалами являются супертонкие минеральные (стеклянные и каменные) волокна. Однако их применение допускается при наличии специальных покрытий, обеспечивающих высокую степень защиты от нежелательной эмиссии частиц волокна. При этом для выполнения своих акустических функций такое покрытие должно быть пористым, т.е. негерметичным.

В некоторых случаях в качестве отделочных покрытий звукопоглощающих конструкций могут применяться разнообразные ткани, ковры, шкуры и паласы тоже обладающие некоторым акустическим эффектом.

На звукопоглощающие свойства материалов оказывает влияние также их упругость. В изделиях с гибким деформирующимся каркасом имеют место дополнительные потери звуковой энергии вследствие активного сопротивления материала вынужденным колебаниям под действием падающих звуковых волн.

Звукоизоляционные материалы, предназначенные для защиты от ударного шума, представляют собой пористые прокладочные материалы с малым модулем упругости. Их звукоизоляционная способность от ударного шума обусловлена тем, что скорость распространения звука в них значительно меньше, чем в плотных материалах с высоким модулем упругости. Упругие прокладки укладываются между несущей плитой перекрытия и чистым полом или потолком, т.е. применение конструкций т.н. «плавающего пола» или «подвесных потолков». К ним относят материалы и изделия на основе, пенополиэтилена, пенополиуретана, пенополиэстера, минеральной ваты и др.

Однако предпочтение сегодня отдается универсальным звукоизоляционным материалам на основе природного сырья, например, изделиям на основе каменной ваты. Их отличные звукоизоляционные свойства определяет специфическая структура – хаотично направленные тончайшие волокна при трении друг с другом превращают энергию звуковых колебаний в тепловую.

Современным звукоизоляционным материалом является также фибиол, состоящий из трех слоев, в т.ч. нижний слой из стекловолокна (войлочная основа).

Уменьшение уровня воздушного шума осуществляется устройством стен, перегородок, перекрытий. Звукоизоляционная способность их пропорциональна логарифму массы. Поэтому массивные конструкции обладают большей звукоизоляционной способностью от воздушного шума, чем легкие. Поскольку устройство тяжелых ограждений экономически нецелесообразно, надлежащую звукоизоляцию обеспечивают устройством двух- или трехслойных ограждений, часто с воздушными зазорами, которые рекомендуется наполнять пористыми звукопоглощающими материалами. Желательно, чтобы конструктивные слои имели различную жесткость и герметичность, так как последние повышают степень звукоизоляции.

Акустические материалы подразделяются еще по внешнему виду (форме) на сыпучие и штучные (плиточные, рулонные, маты).

По строению и виду пористости их делят на:

• материалы с волокнистым каркасом (минераловатные, асбестовые, фибролит, древесноволокнистые, древесностружечые, войлок);

• ячеистые материалы, полученные способом вспучивания или пеновым способом (пеностекло, ячеистые бетоны);

• смешанной структуры, например, акустические штукатурки, изготовляемые с применением пористых заполнителей (вспученные перлит и вермикулит).

К акустическим материалам предъявляются также повышенные требования по прочности и декоративности, поскольку их применяют в основном для облицовки стен внутри помещений.