Russian Federation
employee from 01.01.2005 until now
Belgorod, Russian Federation
employee from 01.01.2015 until now
Belgorod, Belgorod, Russian Federation
VAC 05.17.00 Химическая технология
VAC 05.23.00 Строительство и архитектура
UDK 69 Строительство. Строительные материалы. Строительно-монтажные работы
The work presents the findings of theoretical research of sound-absorbing building materials and structures and suggests their classification by structural features and by sound-absorption coefficient in a certain frequency range, which allows dividing the whole variety of currently used sound-absorption linings into three main parts, comprising all the types of such products manufactured in Russia and characterized by both structural and acoustic specific features.
acoustics, sound absorption, sound-absorption coefficient, enclosing structures, classification, lining
Введение. Звукопоглощающие материалы классифицируются по следующим основным признакам: эффективности, форме жёсткости (величине относительного сжатия), структуре и возгораемости [1, 2].
По форме звукопоглощающие материалы и изделия подразделяют на штучные (блоки, плиты); рулонные (маты, полосовые прокладки, холсты); рыхлые и сыпучие (вата минеральная и стеклянная, керамзит, вспученный перлит и другие пористые зернистые материалы) [3].
По структурным признакам звукопоглощающие материалы и изделия подразделяют на пористо-волокнистые, пористо-ячеистые (из ячеистого бетона и перлита) и пористо-губчатые (пенопласты, резины) [4].
Основная часть. При падении звуковой волны на ограждающую поверхность часть звуковой энергии отражается и часть поглощается материалом. Коэффициент звукопоглощения представляет собой отношение, характеризующее количество поглощенной энергии к падающей
[5]:
(1)
где – энергия отраженной звуковой волны.
Звукопоглощающие материалы предназначены для гашения воздушных шумов и регулирования акустических характеристик помещений, поэтому они должны обладать хорошим звукопоглощением, которое характеризуется среднеарифметическим реверберационным коэффициентом звукопоглощения .
На величину оказывают влияние уровень и характеристика звука (шума), свойства звукопоглощающего материала и в первую очередь характер и объем пористости этого материала, конструктивные особенности устройства звукопоглощающей облицовки ограждения [6].
Решающее влияние на звукопоглощение оказывает частота звуковой волны, т. е. один и тот же материал может хорошо поглощать высокочастотный звук и плохо низкочастотный. Поэтому определяют для каждого материала при нескольких значениях частот [7]. Весьма существенное влияние на
оказывают общий объём и характер пористости.
Наилучшие условия для поглощения звука создаются в материалах с сообщающейся пористостью. Для уменьшения количества отраженной энергии пористость звукопоглощающего материала должна быть открытой. С возрастанием частоты звука одного и того же материала возрастает. При этом в диапазоне высоких частот его значения несколько снижаются. Наименьшим значением
звукопоглощающие материалы характеризуются в диапазоне низких частот (ниже 250 Гц). Низкочастотные волны в материал почти не проникают [8].
Выявлено, что высокочастотные волны лучше проникают в поры малых размеров без значительного отражения.
В табл.1 приведены значения коэффициента звукопоглощения наиболее распространенных акустических материалов [9].
Материалы, значения которых более 0,4 при частоте 1000 Гц, относят обычно к эффективным.
Выше было отмечено, что высокочастотные волны хорошо поглощаются порами малых размеров. Макропоры фибролита нельзя отнести к таковым. Однако малые поры в большом количестве имеются в древесной шерсти, из которой фибролит изготовляют. Этим и можно объяснить достаточно высокие значения при высоких частотах. Отсюда следует, что для эффективного гашения высокочастотного звука надо не только создавать мелкопористую структуру в акустическом материале, но и применять для его изготовления сырьевые материалы, характеризующиеся большим объемом естественных пор малых размеров [10].
Таблица 1
Значения некоторых акустических материалов
|
Материал |
Значения |
||||
|
125 |
500 |
1000 |
2000 |
4000 |
|
|
Плиты минераловатные |
0,05 |
0,66 |
0,91 |
0,96 |
0,89 |
|
Плиты ячеистобетонные |
0,08 |
0,36 |
0,62 |
0,77 |
0,76 |
|
Акустический фирболит |
0,06 |
0,25 |
0,38 |
0,58 |
0,63 |
При проектировании и строительстве ограждающих конструкций необходимо учитывать звукопоглощающие свойства различных материалов и правильно их использовать [11].
Практически любая поверхность в той или иной степени поглощает звуковую энергию. Поглощение звуковой энергии различными материалами и конструкциями происходит за счет реактивных потерь при колебаниях конструкции.
Обычные строительные материалы – стекло, бетон, штукатурка и т.п. в общем случае имеют ничтожно малые коэффициенты звукопоглощения (чаще всего в диапазоне 0,01 – 0,05), т.е. практически полностью отражают падающие звуковые волны. Поэтому для устранения отраженной части звукового поля требуется применение специальных материалов или конструкций, обладающих значительно более высокими коэффициентами звукопоглощения и получивших название звукопоглощающих. Основное назначение таких конструкций заключается в снижении энергии отраженных волн при их падении на поверхность [12].
В настоящее время стандартизирована классификация звукопоглощающих материалов и изделий по величине коэффициента звукопоглощения a в определенном диапазоне частот. Материалы и изделия с a>0,8 в диапазоне низких (63, 125, 250 Гц), средних (500, 1000 Гц) и высоких (2000, 4000 и 8000 Гц) частот отнесены к первому классу звукопоглотителей, обеспечивающих максимальное снижение уровня звукового давления. Для второго класса в тех же диапазонах частот величина a лежит в пределах 0,4 – 0,8, а для третьего – 0,2-0,4 [13].
Использование этого основного акустического признака позволило среди многообразия применяющихся сейчас конструкций звукопоглощающих облицовок выделить три основные группы, охватывающие все виды выпускаемых в нашей стране изделий и отличающихся специфическими признаками как конструктивного, так и акустического характера.
К первой группе звукопоглощающих элементов, получивших наибольшее распространение и названных плоскими, относятся элементы, изготовленные из материалов полной заводской готовности (плиты типа «Акмигран», ПА/С, ПА/О и др.), а также выполненные в виде съемных кассет из перфорированных (металлических, асбестоцементных, гипсовых) покрытий со звукопоглощающими слоями из ультратонкого стекло- и базальтового волокна или минераловатных плит различных модификаций. Конструктивные элементы этой группы характеризуются коэффициентами звукопоглощения, как правило, не превышающими 0,8–0,9, и с учетом ограниченности занимаемой ими в помещении площади обеспечиваемый такой облицовкой средний коэффициент звукопоглощения в большинстве случаев не превышает 0,5.
Вторую группу звукопоглощающих элементов составляют так называемые объемные звукопоглощающие элементы, отличающиеся повышенным (по сравнению с плоскими элементами) на 50 – 70 % коэффициентом звукопоглощения за счет дополнительного поглощения вследствие явлений дифракции звуковых волн и более развитой поверхности поглощения. Конструкция объемных элементов относительно проста. Каждый элемент состоит их металлического каркаса, обтянутого дюралюминиевой просечно-вытяжной сеткой и заполненного ультратонким стекловолокном в оболочке из стеклоткани. Два таких элемента длиной
Третья группа звукопоглощающих элементов, являющаяся по существу одной из новых форм объемного элемента, два размера которого значительно превосходят третий, была выделена в самостоятельную из-за исключительной простоты изготовления и монтажа, экономичности, удовлетворительного внешнего вида и высоких огнестойких качеств и получила название элементов кулисного типа [14].
Звукопоглощающие материалы применяются в основном в звукопоглощающих облицовках производственных помещений и технических устройств, требующих снижения уровня шумов (промышленные цехи, машинописные бюро, установки вентиляции и кондиционирования воздуха и др.), а также для создания оптимальных условий слышимости и улучшения акустических свойств помещений общественных зданий (зрительные залы, аудитории, радиостудии и пр.). Звукопоглощающая способность материалов обусловлена их пористой структурой и наличием большого числа открытых сообщающихся между собой пор, максимальный диаметр которых обычно не превышает
Звукопоглощающие материалы имеют волокнистое, зернистое или ячеистое строение и могут обладать различной степенью жёсткости (мягкие, полужёсткие, твёрдые) [15].
Выбор материала зависит от акустического режима, назначения и архитектурных особенностей помещения.
Наиболее часто для производственных помещений применяются звукопоглощающие облицовки, состоящие из пористых волокнистых звукопоглощающих материалов, закрытых со стороны помещения перфорированными экранами, которые защищают звукопоглощающий материал от механических повреждений и обеспечивают удовлетворительный декоративный вид. Толщина звукопоглощающего материала принимается равной 50 -
Кроме того, можно привести следующие виды звукопоглотителей [16]:
1. Пористо-колебательные системы, в которых наблюдается не только поглощение звуковой энергии за счет пористости материала, но и активное сопротивление системы, совершающей вынужденные колебания под действием падающей звуковой волны (портьеры, завесы).
2. Колебательные системы, в которых звуковая энергия поглощается при вынужденных колебаниях конструкции под действием подающей звуковой волны (фанерные щиты, щиты из пластмассы, сухая штукатурка).
3. Резонансные системы, в которых звуковая энергия поглощается при резонансных колебаниях объема воздуха .
4. Резонансно-колебательные системы, представляющие собой совокупность колебательных систем с воздушными резонаторами, в которых звуковая энергия поглощается за счет резонансных колебаний воздушных объемов и колебаний перфорированных мембран под воздействием падающей звуковой волны.
Звукопоглощающие свойства наиболее ярко выражены в окружающих конструкциях, имеющих пористую структуру, однако недостатком таких конструкций являются плохие санитарно - гигиенические свойства (накапливание пыли, сложность ее удаления).
Вывод: таким образом, звукопоглощающие и звукоизоляционные материалы должны обладать повышенной способностью поглощать и рассеивать звуковые волны.
Кроме того, звукопоглощающие и звукоизоляционные материалы и изделия должны обладать стабильными физико-механическими и акустическими свойствами в течение всего периода эксплуатации; быть био- и влагостойкими; не выделять в окружающую среду вредных веществ.
Звукопоглощающие изделия, как правило, должны обладать высокими декоративными свойствами, так как их одновременно используют и для отделки внутренних поверхностей ограждений зданий.
*Работа выполнена в рамках Программы стратегического развития БГТУ им. В.Г. Шухова на 2012–2016 годы.
1. Borisov L.M., Veselovskiy M.B. Effektivnost' zvukoizoliruyuschih ograzhdeniy na nizkih chastotah Bor'ba s shumom i zvukovoy vibraciey. M.: Znanie, MDTNP, 1984. S.112–117.
2. Goryaynov K.E., Korovnikova V.V. Tehnologiya proizvodstva polimernyh i teploizolyacionnyh izdeliy Uchebnik dlya vuzov. M.: Vysshaya shkola, 1975. 217s.
3. Zvukopogloschayuschie materialy i konstrukcii: Spravochnik. M.: Svyaz', 1970. 124 s.
4. Kitaycev V.A. Tehnologiya teploizolyacionnyh materialov M.: Stroyizdat, 1964. 382 s.
5. Isakovich M.A. Obschaya akustika M.: Nauka, 1973. 496 s.
6. Pogodin A.S. Shumoglushaschie ustroystva M.: Mashinostroenie, 1973. 179 s.
7. Yudin E.Ya., Borisov L.A., Porenshteyn I.V. Bor'ba s shumom na proizvodstve: Sprav. M.: Mashinostroenie, 1985. 393 s.
8. Radouckiy V.Yu. Sravnitel'nyy analiz optimal'nyh parametrov akusticheskih materialov razlichnogo sostava // Materialy mezhdunarodnoy nauchnoy konferencii «Obrazovanie, nauka, proizvodstvo i upravlenie v HHI veke». Staryy Oskol.: 2004.
9. Stroitel'nye normy i pravila Rossiyskoy Federacii. Zaschita ot shuma (SNiP 23-03-2003). M.: Stroyizdat, 2003. 39 s.
10. Skuchik E. Osnovy akustiki M.: Mir, 1976. T2. 544 s.
11. Rukovodstvo po izmereniyu i raschetu akusticheskih harakteristik zvukopogloschayuschih materialov. M.: Stroyizdat, 1979. 22 s.
12. Borisov L.A., Osipov G.L., Yudin E.Ya., Hyubker G.i dr. Snizhenie shuma v pomescheniyah sredstvami zvukopogloscheniya // Snizhenie shuma v zdaniyah i zhilyh rayonah M.: Stroyizdat, 1987. S. 403–425.
13. Shtanov E.N. Stroitel'nye materialy: Spravochnik. Nizhniy Novgorod: Izd-vo «Venta-2», 1995. S.176–179.
14. Borisov L.A., Sergeev M.V., Chudinov Yu.M. Metod rascheta zvukopogloschayuschih sistem kulisnogo tipa // Trudy NIISF. Issledovaniya po stroitel'noy akustike. M.: CINIS, 1981. S.15–21.
15. Sapozhkov M.A. Akustika. Spravochnik. M.: Radio i svyaz', 1989. 157 s.
16. Borisov L.A., Velizhanina K.A. Ob'emnye poglotiteli zvuka // Doklady IV Vsesoyuznoy akusticheskoy konferencii. M.: AN SSSR, 1968. S.4–13.
