Звукоизоляция двойных ограждений

Одинарная перегородка изолируя воздушный звук, в то же время, являет-ся излучателем звука, вызываемого вибрацией ограждающих конструкций.

Двойная переборка, в отличие от одинарной, изолирует как падающий на нее воздушный звук, так и звук, излучаемый вследствие вибраций первой стен-ки.

1 — падающий на изолирующую конструкцию воздушный звук; 2 —звук, прошедший в изо-лируемое помещение; 3 — звуковая вибрация; 4 — воздушный звук, порождаемый звуковой вибрацией.

Рис.4.3. Акустический эффект одинарной (а) и двойной (б) перегородок при совместном действии воздушного звука и звуковой вибрации.

Поэтому особенно эффективно применение двойной перегородки в мес-тах интенсивной звуковой вибрации, например в помещениях, непосредственно прилегающих к местам расположения мощных источников вибрации, напри-мер к машинному отделению.

В строительстве двойные ограждающие конструкции реализуются в виде сочетания основной перегородки и тонкой стенки толщиной не более 1,5 см. например, сухая штукатурка, на относе от основной на расстояние не менее 4 см. Эту стенку крепят по каркасу, места ее соединения герметизируют.

Многослойные ограждения, в которых слои соединены между собой уп-ругими связями, обеспечивают большую звукоизоляцию при меньшей массе.

Рассмотрим прохождение звука через двойное ограждение, в котором существуют только упругие связи. Распределенные равномерно по поверхности преграды. Это может быть воздух, или дополнительные упругие прокладки. Эффект воздушного зазора проявляется главным образом на средних и высоких частотах. Он обусловлен многократным отражением и сопутствующим этому поглощению звука в зазоре. Целесообразно воздушный промежуток заполнять , можно частично, звукопоглощающим материалом. Это позволяет существенно увеличить звукоизоляцию в области средних и высоких частот.

Рис. 4.4. Звукоизоляция двустенной конструкции со звукопоглотителем.

На низких частотах ЗИ двойной перегородки может быть несколько ни-же, чем одинарной, если не принять специальные меры. На этих частотах на-блюдается ряд резонансов и прежде всего резонанс перегородки в целом. Двой-ное ограждение представляет собой колебательную систему из двух протяжен-ных плит с массами единичной площадки m₁ и m₂ и упругой связкой между ними. Частота собственных колебаний этой системы будет

f₀ = 0,16 (k/m₁ + k/m ₂)^1/2

где k – приведенный коэффициент жесткости упругого слоя, т. е. давление, не-обходимое для сжатия-растяжения слоя на единицу длины, зависящий от дина-мического модуля упругости материала слоя Е. (k = Е/ h).

Для практических расчетов двойной перегородки с воздушным проме-жутком

f0 = 0.16[C (m1 + m 2) / m1m1 ]1/2 ,

(4.15)

где C = ρс²/ h – упругость воздушного слоя. С учетом численных значений плотности воздуха и скорости звука в нем получим

f0 = 60[(m1 + m 2) / m1m1 h ]1/2

(4.16)

Для одинаковых перегородок из одного материала и одной толщины

f0 = 85 / ( mh )1/2	(4.17)

Средняя звукоизоляция R_ср в диапазоне 100 – 3000 Гц, определяется при-ближено по формуле

Rср = 13,5 lg (m1 +m 2) +13 + ΔR

(4.18)

Значение ΔR в этом диапазоне зависит от величины воздушного проме-жутка (рис.4.5).

Рис.4.5. Звукоизолирующая способность воздушной прослойки двойной перегородки.

Чтобы исключить прохождение звука на частотах слышимого диапазона при совпадении с частотой собственных колебаний, ограждение проектируют так, чтобы эта частота лежала бы ниже 60 Гц. При этом максимально допусти-мая жесткость слоя не должна превышать

k_max =4^.10⁴ m₁m₁ / (m₁ + m ₂).

В случае одинаковых перегородок

k_max = 2^.10⁴ m.

Минимальный промежуток

h_min = 1,8 / m

В общем случае для двойных ограждений граничные частоты различны для каждого слоя, причем нижняя частота относится к слою, имеющему боль-шую жесткость. Самыми выгодными оказываются двойные ограждения одина-ковой массы, но с различными жесткостями при изгибе.

В диапазоне частот 3f₀< f < f_гр2 значение звукоизоляции определяется по формуле

R = R₀ + ΔR,

где R₀ - звукоизоляция однослойного ограждения с массой единицы площади m = m₁+m _{2 ,}определяемая

R₀ = 20 lg mf – 47,5

ΔR – дополнительная звукоизоляция

ΔR = a lg (f / f0 ) / b,

(4.19)

где a и b – коэффициенты, определяемые видом упругого слоя.

На частотах выше граничных звукоизоляцию можно определять по тем же формулам, но значения R₀ , a и b изменяются. В этом диапазоне частот зву-коизоляция увеличивается, если ограждение состоит из плит одного материала различной толщины, причем соотношение толщин должно быть 2 – 4. Наи-большую звукоизоляцию удается получить для плит равной толщины. Но раз-ной цилиндрической жесткости, отличающейся в 6 – 7 раз.

Звукоизоляция двустенных преград в значительной мере зависит от кон-структивной связи между пластинами, плитами. Связи образуют звуковые мос-тики, которые снижают эффект на 10 – 15 дБ в широком диапазоне частот.

Дополнительная звукоизоляция ΔR при установке второй плиты, не свя-занной жестко по контуру с первой плитой, составляет обычно от 10 дБ на низ-ких частотах и до 30 дБ на высоких. Если же такая связь существует, то пере-дача звука осуществляется в основном через крепления. При этом толщина воз-душного промежутка и вид упругого слоя не играют существенной роли. При жестких связях между плитами по контуру звукоизоляция не превышает 6 дБ. В реальных конструкциях дополнительная звукоизоляция на средних и высоких частотах составляет 8 – 15 дБ, т.е. в среднем меньше чем при отсутствии связей по контуру.

Если в реальной конструкции по контуру ограждения установить в виде полосы мягкую листовую резину, то дополнительная звукоизоляция будет на 5

– 6 дБ меньше, чем при отсутствии связей и на 2-5 дБ выше, чем при жесткой заделке.

В связи с вышесказанным, конструкция связей, если они все же необхо-димы, должна выполняться с учетом их звукопроводящих свойств. Для пассив-ных и жестких преград, у которых критические частоты лежат ниже 3-5 кГц, применяют упругие мостики из резины с замкнутыми порами, мягкой моно-литной резины. Жесткость этих связей D должна удовлетворять неравенству

D = ESm/h < S12 fгр1		,	(4.20)
ρ1Å

где E, S_m, h – модуль Юнга, площадь поперечного сечения и длина мостика S₁, ρ₁, E₁ - толщина конструкции, плотность и модуль Юнга ее ее материала; f_гр1–первая граничная частота, равная

fгр1 = 85[(m1 + m 2) / h m1m1 ]1/2 .

(4.21)

Для преград , у которых критическая частота лежит выше 7 – 8 кГц, при-меняют инерционные мостики из стали, бронзы, масса которых должна удовле-творять неравенству

M > S₁² √ρ₁E₁ / f_гр1 . (4.22)