Кровельное железо

/1 С>е удивляться нимало не надо,

Ч;» сквозь преграды, глазам

ничего № дающие видеть,

, ч11/ки доходят до нас и

касаются.нашего слуха.

.'Ккреций Кар. О природе ве­щей. Кн. 4

\\uccy стенки увеличим в

десять раз —

111рсдлагается,в

/i / рое-вчетверошум снизится, у нас.

качестве хоро­водной)

Раскроем цитированное в

•miIIграфе творение римского философа-материалиста п писателя Лукреция. Если извлечь из этого тво­рения все высказывания, касающиеся звука, то мож-но из них одних составить небольшую, но полную

интересных наблюдений книгу по акустике. И приве­денное нами извлечение как бы убеждает читателям да, не нужно удивляться, даже каменные стены мо­гут пропускать звук.

До поры до времени человечество как-то мирилось с этим. Но по мере роста «акустической загрязнен­ности» среды, увы, неизменно сопутствующего разви­тию цивилизации, усилилась необходимость исследо­вать процесс прохождения звука через различные ограждения и научиться по возможности препятство­вать этому процессу.

Интуитивно можно было предполагать, что в яв­лении изоляции, то есть «непропускания», звука зна­чительную роль играет масса любой строительной конструкции — стенки, пола и т. п. А. Шох дал этому строгое доказательство. Но одно дело физические ве­личины— звуковое давление, звуковая энергия, про­ходящие через стенку, и совсем другое дело — име­ющий при этом место физиологический эффект, те. снижение ощущения громкости шума за стенкой. Во второй части книги физиологической акустике будет уделено достаточное внимание, здесь же мы отметим лишь, что при учете снижения громкости шума в дело неизбежно вмешивается логарифмический за­кон. А этот закон в вопросах звукоизоляции ведет к довольно серьезным последствиям с точки зрения массы конструкций.

Пусть имеется весьма легкая звукоизолирующая стенка (скажем, масса ее на единицу площади не превышает 1 килограмма на квадратный метр), и мы, с целью увеличения звукоизоляции, заменим ее вде­сятеро более тяжелой стенкой, т. е. с удельной мас­сой 10 килограммов на квадратный метр. Громкость шума какого-либо акустического источника, находя­щегося за стенкой, уменьшится в определенное число раз (не приводя объяснений, которые нас завели бы далеко, укажем, что эта громкость уменьшится не более чем в 3—4 раза). Но вот беда, оказалось, что это уменьшение громкости недостаточно и надо уменьшить ее, скажем, еще во столько же раз. По­требуется, следуя логарифмическому закону, увели­чить массу стенки опять в 10 раз, т. е. с 10 до 100 ки­лограммов на квадратный метр. Неумолимый аку-

!лкон массы» в действии: каждое увеличение массы стенки I-, три раза уменьшает громкость проходящего через стенку шума приблизительно в два раза.

»-тический «закон массы» оборачивается для строите­лей и эксплуатационников довольно неприятными последствиями.

Слабым утешением является то, что теперь мы \ же можем ответить на вопрос, поставленный в заго­ловке. Лист железа все же тяжелее ватного одеяла юн же площади, и этот лист с точки зрения звуко-шоляции следует предпочесть одеялу. Впрочем, дело не только в массе, но и в том, что для обеспечения звукоизоляции материал должен быть не рыхлым, а плотным, без пор и пустот, проводящих звук, как это имеет место в том же слое ваты.

Впрочем, следует ли полностью отвергать одеяло? Звукоизолирующий материал отбрасывает звуко-пую энергию обратно,. и если ее не поглотить, то

неизбежно увеличение звукового уровня в помещении источника, а следовательно, и в самом изолируемом помещении. Оптимальным является сочетание звуко-изолирующей конструкции со звукопоглощающей. Так, собственно, и осуществляют звукоизолирующие ко­жухи и капоты для шумящих механизмов: стальные стенки с нанесенными изнутри на них слоями рыхлых волокнистых или пористых материалов.

Итак, можно сказать: «звукоизоляция любит массу». Но...

Едва лишь строительные и архитектурные акусти­ки начали понемному привыкать к неумолимому «закону массы», как на сцене появился незнакомец, который более чем что-либо другое (кроме сквозных отверстий) ухудшает звукоизоляцию стенок в обла­сти максимальной чувствительности слуха. Разумеет­ся, это не живое существо, а процесс. Но прежде — два слова истории.

Еще в 1941 году С. Н. Ржевкин с одним из своих сотрудников наблюдали аномальное прохождение звука через пластинки. При некоторых частотах коле­баний и углах падения звуковой волны на пластинку наблюдалось интенсивное прохождение через нее зву­ка. Удовлетворительного объяснения этому явлению подыскать тогда не удалось. -

Несколько позже Л. Кремер, производя теорети­ческий анализ взаимодействия звукоизолирующих стенок со звуковым полем, открыл так называемый резонанс совпадения. Суть его заключается в том, что при равенстве фазовой скорости звуковой волны вдоль поверхности пластины (а эта скорость явля­ется в данном случае не чем иным, как проекцией на плоскость пластины вектора скорости в падающей волне) и скорости изгибных волн в пластине падаю­щая волна должна полностью пройти через пла­стину. Иными словами, при данной частоте и данном угле падения звука звукоизоляция пластины будет равна нулю (если в ней нет потерь энергии).

Мы уже касались ранее резонансных явлений, преимущественно в акустических системах, малых по сравнению с длиной звуковой волны. Неизбежно пой­дет речь о резонансах и при последующем рассмот-

При увеличении толщины стенки звукоизоляция на низких и средних частотах увеличивается, но «коварный» резонанс со­впадения, вызывающий ухудшение звукоизоляции, начинает Проявляться на более низких частотах и захватывает более широкую их область.

рении виброизоляции в механических системах. Резо­нанс совпадения — своеобразнейший из резонансов. 'Прежде всего,- это пространственный резонанс; при его возникновении пластина (стенка) взаимодей­ствует со звуковым полем не в точке или локальной Области, а по определенной, обычно достаточно боль­шой площади.

А как ведут себя частоты «обычных» резонансов щ-зависимости от основных параметров колебательных резонирующих систем? Практически каждому чело- ику хоть раз довелось наблюдать, что чем большая Масса подвешивается к крючку безмена, тем ниже частота колебаний этой массы на пружине безмена. Частота акустического резонатора, собственные час­тоты пластинок или стержней также тем ниже, чем Дольше массы и чем меньше жесткости соответствую­щих элементов. Частота же резонанса совпадения, на­оборот, возрастает с увеличением массы и уменьше­нием жесткости пластин, на которые падает звук.

Наконец, обычные резоиансы проявляются, как Правило, в достаточно узкой полосе частот. Частота Вваоианса совпадения зависит от угла падения звука. А так как в диффузном, размешанном звуковом (Иоле все углы падения звука на пластину равно-§§роятны, то при этом виде поля, характерном Для большинства помещений, полоса частот резо­нанса совпадения каждой перегородки пли стенки

"(а следовательно, и полоса частот, в которой перего­родка или стенка пропускает звук) достаточно широка.

«Дефективный» резонанс совпадения обусловил довольно противоречивую картину зависимости зву­коизоляции от толщины стенки. С одной стороны, увеличение толщины стенки- согласно «закону массы» увеличивает звукоизоляцию. Но с другой стороны, поскольку при этом уменьшается отноше­ние массы стенки к ее изгибной жесткости, ухудша­ющий звукоизоляцию резонанс совпадения проявляет­ся на более низких частотах и захватывает более широкую полосу частот.

Где выход? Тот же Л. Кремер предложил делать тонкие пропилы в стенках на определенную глубину. Не изменяя практически массу стенки, эти пропилы резко уменьшают ее жесткость, и частота резонанса _f совпадения перемещается в более высокую область "частот. У свинцовых же звукоизолирующих перего­родок, например, благодаря их большой массе и весьма малой жесткости, резонанс совпадения нахо­дится в неслышимой ультразвуковой области частот.

Кирпичные стены. Это — масса, а значит, и зву­коизоляция. И резонанс совпадения по некоторым причинам здесь проявляется слабее. Но кирпичные стены не поставишь на теплоход или самолет. Нуж­но «обмануть» закон массы; нужны облегченные, но хорошо изолирующие звук устройства. В какой-то мере это удается достичь применением двухстенных конструкций. Воздушный промежуток между стенками с точки зрения увеличения эффекта звукоизоляции — примерно то же, что воздушный слой между стеклами оконной рамы для увеличения теплоизоляции.

Ширина воздушного слоя между стенками, вли­яет ли она на величину звукоизоляции? Одно время, ссылаясь на возникающие в воздушном слое резо-нансы объема воздуха, утверждали, что существует оптимальная ширина воздушного зазора в двухстен-ной конструкции и что больше определенной вели­чины этот зазор делать не следует, иначе резонамсы будут возникать с более низких частот и захватят более широкую их область. Опыт показал, что при наличии в зазоре звукопоглощающих материалов бояться этих резонансов нечего.

hiiviiM образом, чем больше зазор между стен-«лми, тем выше звукоизоляция двухстенной конст­рукции. Л. Кремер в возглавляемом им Институте комической акустики демонстрировал советским • ||<чпт.ллетам двухстенную конструкцию из стекло-(•.'iitKou с зазором между стенками, достигающим почти метра. Конструкция предназначалась для све-юных проемов в баптистской церкви, находящейся на очном из самых шумных перекрестков Западного Ьерлина. Как выяснилось, прихожане этой церкви не могли с должной сосредоточенностью совершать «и.ряды даже при малейшем шуме. Последовало об-1>.мнение, во имя бога, к строительным акустикам, подкрепленное, впрочем, земными, финансовыми.сти­мулами. Разработанная световая конструкция обес­печивала звукоизоляцию до 80 децибелов, что не уступает звукоизоляции кирпичной стены, имеющей значительно большую массу.

Влияние «закона массы» на звукоизоляцию по-разному проявляется в конструкциях различной пло­щади. Значительную роль играют характер заделки звукоизолирующей стенки по контуру и вид элемен-юв, связывающих между собой стенки в двухстен-иой конструкции. Эти и другие вопросы примени­тельно к изоляции воздушного и ударного шума (последний имеет место в конструкциях полов) исследовались ведущими советскими строительными.•I кустиками С. П. Алексеевым, И. И. Боголеповым, 11. И. Заборовым, С. Д. Ковригиным, М. С. Седовым н другими, во многом содействовавшими внедрению эффективных звукоизолирующих конструкций в' строительстве, на производстве и на транспорте.