Акустические материалы и изделия

Краткий справочник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Строительство»

Акустические материалы и изделия. 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 ... 50 Гц, средние 500 ... 2000 Гц, высокие - 2000 ... 15000 Гц и высшие (1 Гц = 1 колебание в с). Количество энергии, переносимой звуковой волной за 1 с через площадку в 1 см2 , перпендикулярную направлению движения волны, называют силой звука и выражают в ваттах на 1 см2 (Вт/см2). Человеческое ухо вое-

принимает звук лишь при его силе не ниже некоторой минимальной величины, называемой порогом 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 1014 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 дБ, тихий разговор - 40 дБ, улица с нормальным движением - 60 дБ, а с шумным - 70 дБ, грузовой автомобиль - 90 дБ, авиационный мотор - 120 дБ, болевой порог 140 дБ.

Выбор акустических материалов основан на их различной способности к задержанию (поглощению) звуковой волны. Скорость звука в воздухе приблизительно равна 340 м/с, в воде - 1450 м/с, а в твердых телах еще выше: в кирпичной кладке - 2000 м/с, в бетоне - 4000 м/с, металле - свыше 5000 м/с. На пути воздушного переноса звука устанавливаются преграды из звукопоглощающих материалов и конструкций. 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 массе 300 кг - 48 дБ. Для дальнейшего снижения шума потребуется устраивать либо очень тяжелые однородные ограждения, либо заменять их ограждениями из двух стенок со сплошными воздушными прослойками (без жестких связей между стенками), переходить к слоистым конструкциям.

Для борьбы с шумом и переносом звука используют звукопоглощающие (активно поглощающие звук) и звукоизоляционные (снижающие уровень шума) материалы.

По характеру поглощения звука материала разделяют на пористые, мембранные и перфорированные. Наиболее распространенными являются пористые. Звуковая энергия поглощается в этих материалах в основном за счет трения частиц воздуха в порах и капиллярах, весьма развитых и различных по диаметру. С повышением пористости увеличивается звукопоглощение, хотя имеется некоторый предел пористости (около 80 %), выше которого звукопоглощение не возрастает и даже имеется тенденция к его снижению. Важен также размер диаметра пор. При малых размерах пор проникновение звуковой энергии в толщу материала затруднено, а звукопоглощение оказывается незначительным. Оптимальным может быть принят диаметр пор до 1 мм. При мембранном типе материала сила звука снижается вследствие затраты энергии на

вынужденное колебание достаточно массивных и жестких мембран (плиты, фанерные листы, плотный картон, некоторые ткани). Перфорированные панели и другие материалы имеют отверстия, в которых задерживается воздух, создающий тормоз на пути воздушного переноса звука, что создает лучший эффект звукопоглощения.

Числовую величину поглощения звука оценивают коэффициентом, который показывает долю энергии звуковой волны, поглощаемой 1 м2 поверхности материала в открытом проеме.

Эффективными считаются акустические плиты на основе синтетических связующих и с применением в них волокнистых заполнителей - стеклянной и минеральной ваты. Находят применение плиты из легких бетонов на основе неорганических вяжущих и с применением пемзы, керамзита, вспученного перлита или вермикулита: плиты из фибролита, древесно-волокнистые, дре-весно-стружечные плиты и т.д.; на основе ячеистого бетона-плиты «Силакнор».

Высокой эффективностью отличаются плиты «Акмигран» и «Акминит» средней плотностью 350 ... 400 кг/м3 , а также гипсовые перфорированные плиты (с несквозной перфорацией) для подвесных потолков.

«Акмигран» изготавливают из минеральной или стеклянной ваты (гранулированной) на связке из смеси крахмала, бентонита и карбоксилметил-целлюлозы. В «Акмините» вместо бентонита используется каолин, литонон ( смесь сернокислого бария и сернокислого цинка как пигментирующая добавка) и поливинилацетатная эмульсия.

Плиты «Акмигран» и «Акминит» имеют коэффициент звукопоглощения в интервале 200 ... 2000 Гц от 0.4 до 0.8. Перфорация плит увеличивает звукопо-глощаемость на 10 ... 20 % при частотах 200 ... 1000 Гц.