Классификация акустических материалов

Акустические материалы и изделия

Физические основы строительной акустики

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 него. 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 представляет собой механические колебания упругой среды (газообразной, жидкой или твердой) в диапазоне слышимых частот и характеризуется частотой, интенсивностью и звуковым давлением. Скорость распространения звуковых волн зависит от упругих свойств, температуры и плотности среды, в которой они распространяются. Например, скорость распространения звуковых волн в воздухе при температуре 20 °С равна 343 м/с, в стали – 5000 м/с, в бетоне – 4000 м/с.

Шум представляет собой беспорядочное хаотичное смешение (совокупность) звуков различной частоты. 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 шум создается от механического воздействия (например, при вибрации коммуникаций в зданиях) и распространяется в другие помещения посредством звуковой волны в твердых сопряженных конструкциях, т.е. это звук внутри строительной конструкции. Ударный шум создается от непосредственного контакта предмета о предмет (удары в стену, стук по трубам и др.) и тоже распространяется на большие расстояния.

Уровень шума измеряется в децибелах (дБ). Санитарные нормы в зависимости от частоты звука устанавливают допустимый уровень шума в производственных помещениях 80…85 дБ, административных – 38…71 дБ и больницах – 13…51 дБ. Минимальные требования к звукоизоляции перегородок между квартирами – 54 дБ, для межкомнатных перегородок – 43 дБ. Длительное воздействие шума в 90 дБ и более негативно сказывается на здоровье людей (нервные расстройства, потеря слуха и другие более серьезные последствия).

Рис. 1. Схема воздействия звуковых волн на материал ограждения

При падении звуковой волны на ограждающую поверхность часть звуковой энергии отражается, часть поглощается материалом, а часть проходит через ограждающую конструкцию (рис. 1). Материалы и изделия, способные уменьшать энергию звуковых волн и снижать уровень громкости внутреннего или внешнего звука называют акустическими. Придание им звукоизолирующих свойств основывается на трех основных физических явлениях: отражении воздушных звуковых волн от поверхности ограждения, поглощении звуковых волн материалом ограждения и гашении ударного или воздушного шума за счет деформации элементов конструкции и материалов, из которых она изготовлена. При этом физическая сущность их состоит в том, что падающая на них энергия звуковой волны отражается в значительно большей степени, чем проходит через них.

Классификация акустических материалов

Строительные акустические материалы и изделия классифицируют по следующим основным признакам (ГОСТ 23499):

· функциональному назначению:

· звукоизоляционные прокладочные (снижающие уровень шума);

· звукопоглощающие (активно поглощающие звук). По характеру поглощения звука они подразделяются:

· на панельные материалы и конструкции, в которых звукопоглощение обусловлено активным сопротивлением системы, совершающей вынужденные колебания под действием звуковой волны (жесткие ДВП, звуконепроницаемые ткани);

· пористые с твердым скелетом, в которых звук поглощается в результате вязкого трения в порах (пенобетон, пеностекло);

· пористые с гибким скелетом, в которых кроме резкого трения в порах возникают релаксационные потери, связанные с деформацией нежесткого скелета (каменная вата).

По эффективности звукопоглащения их подразделяют на классы (табл. 1).

Таблица 1. Классы звукопоглощающих материалов (EN ISO 11654, ГОСТ 23499)

Класс звукопоглощения	Коэффициент звукопоглощения
A	1,00…0,90
B	0,85…0,80
C	0,75…0,60
D	0,55…0,30
E	0,25…0,15
Не классифицируется	0,10…0,00

· вибропоглощающие – предназначенные для поглощения вибрации и вызываемых шумов при работе инженерного и санитарно-технического оборудования. В основном они представлены вязкоупругими материалами (обычно на основе битума, вспененного каучука, резины и т.п.), в которых происходят значительные механические потери, обусловленные внутренним трением. Эффективность виброизоляции таких материалов оценивается коэффициентом механических потерь и динамическим модулем упругости;

· внешнему виду (форме) – штучные (блоки, плиты, листы), рулонные (маты, линолеум, холсты) и сыпучие (песок, керамзит, шлак, перлит и другие пористые заполнители);

· структуре (ячеистые, волокнистые, зернистые, губчатые и смешанной структуры);

· сжимаемости (мягкие, полужесткие, жесткие и твердые). Сжимаемость акустических материалов и изделий характеризуется коэффициентом относительного сжатия ε, зависящего от вида и структуры материала или изделия, и определяется экспериментально;

· пожарной безопасности – на группы по горючести, воспламеняемости, распространению пламени, дымообразующей способности и токсичности.

Кроме того, акустические материалы могут быть отделочными и прокладочными. Отделочные акустические материалы в основной массе поглощают звук внутри помещений и оптимизируют условия слышимости. Однако часть звуковых волн может отражаться от конструкций, и тогда в помещении сохраняется звучание даже после прекращения действия источника звука. Такое явление называется реверберацией. Прокладочные акустические материалы используют в конструкциях перекрытий между этажами, во внутренних перегородках и стенах и в качестве виброизоляционных прокладок под оборудование и машины. Часто такие материалы комбинируют с отделочными.