Поглощение звука. Звукопоглощающие материалы и конструкции

Энергия звуковых волн, падающих на поверхность, в общем случае частично отражается, частично поглощается и частично проходит через ограждающую конструкцию. Чтобы учесть ту часть энергии, которая не отражается, а поглощается (и отчасти, возможно, проходит через ограждение), вводится коэффициент звукопоглощенияданной поверхности α.

Коэффициент звукопоглощения может меняться в пределах: 0 < a ≤ 1. Например, если a = 0,6, это означает, что 60 % падающей на поверхность звуковой энергии поглощается.

Обычные строительные материалы – бетон, штукатурка и т.п. - имеют ничтожно малые коэффициенты звукопоглощения (обычно в диапазоне 0,01 – 0,05), то есть практически полностью отражают падающие звуковые волны. При необходимости существенно снизить энергию отраженных звуков применяются специальные материалы или конструкции, обладающие значительно более высокими коэффициентами звукопоглощения и получившие название звукопоглощающих.

Звукопоглотители могут служить для обеспечения оптимальных акустических условий в залах разного назначения (оптимальное время реверберации, отсутствие эха и фокусировки звука в зале), а также для снижения уровней шума в данном помещении.

С акустической точки зрения звукопоглотители можно разделить на следующие группы: пористые, мембранные (резонансные) поглотители звука и пористые звукопоглотители с перфорированными экранами (комбинированные).

Пористые звукопоглотители эффективны в области высоких и средних частот. Такие поглотители звука обычно изготавливают в виде плит или панелей, которые крепят непосредственно к поверхности или на относе (рис.8). Используемые материалы – минеральная вата, стеклянное, капроновое или древесное волокно, пенопласт и т.д. Лицевая поверхность данных материалов может быть обработана специальными красками (пористыми), пропускающими воздух,

покрыта акустически прозрачными тканями или неткаными материалами, а в случае отсутствия окрасочного или тканевого

слоя может быть защищена, например, декоративными решетками– экранами.

Лист пористого материала, помещенный на некотором расстоянии от поверхности стены, будет оказывать такое же действие, как и более толстый слой звукопоглотителя. Кроме того, в этом случае увеличится поглощение звука на низких частотах.

К пористым материалам относятся также драпировки и ковры, применяемые для увеличения общего звукопоглощения залов на средних и высоких частотах.

Для акустической обработки поверхностей различной конфигурации: криволинейных стен и потолков, круглых колонн, дугообразных сводов и т.д. – можно использовать акустические обои или напыляемые акустические покрытия.

Мембранныепоглотители звука представляют собой гибкие листы, растянутые на опорах, либо жесткие панели, установленные на некотором расстоянии перед твердой поверхностью (рис.9). Такие поглотители наиболее эффективны на резонансной частоте, которая зависит от их поверхностной плотности и ширины ограниченной ими полости.

Примеры мембранных поглотителей звука: гипсокартонные листы, деревянные панели, жесткие древесноволокнистые плиты – с воздушной прослойкой. Большинство таких звукопоглотителей эффективно в низкочастотном диапазоне.

Конструкции с перфорированным покрытием материала позволяют получать достаточно большое звукопоглощение в любой области частот (рис.10). Такие поглотители представляют собой слой пористого материала, укрепленный на поверхности и закрытый перфорированным экраном. Частотная характеристика регулируется подбором материала, его толщиной, толщиной экрана, размером и формой отверстий, процентом перфорации. Преимущество перфорированных конструкций заключается в простоте их монтажа, широком спектре звукопоглощения, а также – в хороших возможностях архитектурно-декоративного решения интерьеров помещения.

Коэффициенты звукопоглощения некоторых материалов представлены в таблице А Приложения.

Вопросы для самопроверки

1. Какие параметры помещения влияют на время реверберации?

2. Возможно ли явление реверберации на открытой площадке?

3. При расчете времени реверберации на каких частотах следует учитывать поглощение звука в воздухе?

4. Что общего и какие отличия в явлениях реверберации и эха?

5. Какие факторы определяют оптимальное время реверберации?

6. Зависит ли время реверберации в зале от мощности источника звука?

7. Какие поверхности в зале следует облицевать звукопоглощающими материалами, если для оптимизации времени реверберации требуется дополнительное звукопоглощение?

8. Чему равна ЭПЗ поверхности площадью S, поглощающая 50% падающей звуковой энергии?

9. Стены в помещении облицованы деревянными панелями на относе 10 см от поверхности. Является ли такая отделка звукопоглощающей? Если – да, то для каких частот?

10. Что учитывает коэффициент добавочного звукопоглощения?

II. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

(расчетная часть)

Цель данного раздела – обеспечить нормативное время реверберации в зале. Она решается правильным выбором отделочных материалов.

Исходными данными для расчета являются: назначение и объем зала, количество зрительских мест, площади поверхностей зала.

По окончании расчета следует сделать вывод об обеспечении оптимального времени реверберации в пределах допустимых отклонений.

Порядок расчета следующий.

Определяем (по заданию) объем зала V и площади внутренних поверхностей помещения S_i, а также суммарную площадь этих поверхностей S_общ. Данные заносятся в табл. 1.

Примечание.

Площадь пола следует разделить на 2 части. Площадь пола, занятого зрителями, рассчитаем из условия, что один зритель, сидя в кресле, занимает площадь 0,5 м². Умножив это значение на вместимость зрительного зала, получим площадь пола, занятого зрителями.

Вычтем эту площадь из общей площади пола, приведенной в задании, определив тем самым площадь пола, не занятого зрителями.

1. По графику (рис.7) находим для данного помещения оптимальное время реверберации на частоте 500 Гц – Т_опт⁵⁰⁰. Затем по формулам (10) определяем Т_опт на частотах 125 Гц и 2000 Гц: Т_опт¹²⁵ и Т_опт²⁰⁰⁰.

2. Из формул Эйринга (4) или (5) определяем значение функции среднего коэффициента звукопоглощения φ(α_ср) для частот 125, 500 и 2000 Гц – φ(α_ср ^тр)¹²⁵; φ(α_ср ^тр)⁵⁰⁰; φ(α_ср ^тр)²⁰⁰⁰.

3. По табл.В Приложения определяем требуемые величины среднего коэффициента звукопоглощения - α_ср^тр(125); α_ср^тр(500); α_ср^тр(2000).

4. Определяем требуемые значения ЭПЗ на частотах 125 Гц, 500 Гц, и 2000 Гц из формулы (6):

А_общ ^тр(125) = S_{общ ·} α_ср ^тр(125); (11)

А_общ ^тр(500) = S_{общ ·} α_ср ^тр(500);

А_общ ^тр(2000) = S_{общ ·} α_ст ^тр(2000).

5. Намечаем отделку внутренних поверхностей зала и определяем А_общ.

А_общ = ∑А_табл1 + ∑А_табл2 + ∑А_табл3 (12)

При выборе отделочных материалов для зала должно выполняться условие:

А_общ ^тр = А_общ

Для достижения этого:

– Выбираем внутреннюю отделку для следующих поверхностей: потолка; пола, не занятого местами для зрителей; при наличии оркестровой ямы – ее внутренней поверхности.

При расчете зала со сценой, оборудованной колосниками, декорациями, задником и кулисами и отделенной от зала порталом, объем и площади внутренних поверхностей сцены не учитываются, а вводится площадь проема сцены с табличными коэффициентами звукопоглощения.

Определяем ЭПЗ этих поверхностей - α_{i ·} S_i (кроме стен и пола, занятого местами для зрителей). Определяем эквивалентную площадь добавочного звукопоглощения – α_доб · S_общ.

Соответствующие значения α приведены в табл. А Приложения. Определяем сумму ЭПЗ _табл.1 - ∑А_табл1 и заполняем таблицу 1.

- Намечаем отделку кресел и определяем звукопоглощение, создаваемое зрителями и свободными креслами. ЭПЗ зрителей и свободных кресел определяем из условия заполнения зала зрителями на 70%.

Соответствующие значения А приведены в табл. Б Приложения. Определяем сумму ЭПЗ _табл.2 - ∑А_табл2 и заполняем таблицу 2.

- Определяем требуемую ЭПЗ стен для частот 125 Гц, 500 Гц, 2000 Гц из формулы (12):

∑А_табл3 ^тр = А_общ ^тр – (∑А_таб1 + ∑А_табл2 )

Исходя из полученного значения ∑А_табл3^тр, подбираем отделку стен. Данные заносим в табл.3. Допускается отклонение полученного значения ∑А_табл3 от требуемого - ∑А_табл3 ^тр в пределах ± 20 - 30 м².

Примечания. Материалы с большим коэффициентом звукопоглощения следует размещать на поверхностях, от которых к зрителю не попадают первые мало запаздывающие отражения звука. Это, как правило, задняя стена и, возможно, верхняя часть продольных стен (от отметки 2,2 – 2,5 м). Материалы с малым коэффициентом звукопоглощения следует применять для потолка и нижней части продольных стен.

- Определяем фактическую общую ЭПЗ в зале (сумма значений ЭПЗ 1,2,3 таблиц) – А_общ по формуле (12) для 125, 500 и 2000 Гц - А_общ¹²⁵; А_общ⁵⁰⁰; А_общ²⁰⁰⁰.

6. Определяем средние коэффициенты звукопоглощения для 125 Гц, 500 Гц и 2000 Гц, исходя из фактически выбранных материалов по формуле (6).

7. По табл.В Приложения находим соответствующие значения φ(α_ср)- φ(α_ср)¹²⁵, φ(α_ср)⁵⁰⁰, φ(α_ср)²⁰⁰⁰.

8. Определяем фактическое (расчетное) время реверберации в зале на частотах 125 Гц, 5000 Гц, 2000 Гц по формулам Эйринга (4), (5) – Т_расч¹²⁵, Т_расч⁵⁰⁰, Т_расч²⁰⁰⁰.

9. Полученные значения Т_расч сопоставляем с оптимальными значениями Т_опт.

Отклонения между расчетным и оптимальным временем реверберации не должны превышать ±10%.

Таблицы к расчету времени реверберации

Таблица 1

Наименование поверхности	Материал	Площадь S, м2	Коэф-т звукопогл. α и ЭПЗ α·S, м2 на частотах, Гц
α	α·S	α	α·S	α	α·S
Потолок
Пол, не занятый местами для зрителей
Проем сцены
Внутр.пов-ти оркестр.ямы
Пол, занятый местами для зрителей	-		-	-	-	-	-	-
Стены	-		-	-	-	-	-	-
Sобщ	-		-	-	-	-	-	-
Добав.звукопогл. αдоб · Sобщ	-
Сумма ЭПЗ - ∑Атабл1	-	-	-		-		-

Таблица 2

Зрители и кресла	Кол-во, n	ЭПЗ зрителя (кресла) А и ЭПЗ всех зрителей (незанятых кресел) А·n на частотах, Гц
А	А·n	А	А·n	А	А·n
Зрители в креслах (70% заполнения)
Свободные кресла (вид отделки)
Сумма ЭПЗ - ∑Атабл2	-	-		-		-

Таблица 3

Наименование поверхности	Материал	Площадь S, м2	Коэф-т звукопогл. α и ЭПЗ α·S, м2 на частотах, Гц
α	α·S	α	α·S	α	α·S
Стены
Боковые: нижняя часть
Боковые: верхняя часть
Задняя
Сумма ЭПЗ - ∑Атабл3	-	-	-		-		-

ПРИЛОЖЕНИЕ