Влияние на звукоизоляцию воздушного шума ограждений, содержащих элементы с меньшими значениями звукоизоляции, чем основные конструкции. Звукоизоляция окон и дверей и способы ее увеличения.

 

Влияние акустических отверстий на звукоизоляцию конструкции Стр. (75-79)

В конструкциях промышленной звукоизоляции часто име­ются участки с более низкой звукоизоляцией, чем у основной конструкции. Такими участками могут быть сквозные и не­сквозные щели, технологические отверстия, иллюминаторы, смотровые окна, двери и т.д. Участки с низкой звукоизоляцией, значительно ухудшающие общую звукоизоляцию конструкции, называются акустическими отверстиями. С точки зрения осо­бенностей передачи звуковой энергии акустическими отвер­стиями их следует разделить на большие и малые.

Большое акустическое отверстие характеризуется большим в сравнении с единицей отношением линейных размеров по площади отверстия к длине падающей на отверстие звуковой волны. Практически можно считать, что звуковые волны прохо­дят через большее акустическое отверстие по законам геометри­ческой акустики и прошедшая через отверстие звуковая энергия пропорциональна его площади. Большими акустическими отвер­стиями в конструкциях промышленной звукоизоляции обычно являются открытые или закрытые иллюминаторы, окна, двери, люки, панели с малой звукоизоляцией, вентиляционные прохо­ды и т.д.

Малое акустическое отверстие характеризуется соответст­венно малым в сравнении с единицей отношением линейных размеров по площади отверстия к длине падающей волны. В этом случае нельзя пренебречь дифракционными эффектами, в связи с чем через малое акустическое отверстие при нормальном па­дении звуковых волн может проходить гораздо меньше звуковой энергии, чем содержится в падающих на отверстие звуковых волнах. Если малые акустические отверстия имеются в большом количестве в конструкциях, то они значительно ухудшают общую зву­коизоляцию этих конструкций (кожух машины, кабина управле­ния, бокс и т.д.). Основной резерв повышения эффективности звукоизоляции часто состоит именно в ликвидации малых аку­стических отверстий. Понятия «большое» или «малое» акусти­ческое отверстие определяются только отношением их линей­ных размеров к длине волны и, следовательно, зависят от часто­ты звука. Поэтому одно и то же отверстие может обладать свой­ствами большого акустического отверстия в области высоких частот и свойствами малого - в области низких частот.

Если ограждающая конструкция состоит из нескольких час­тей с различной звукоизоляцией, то общая звукоизоляция опре­деляется выражением:

R=10lg (S/ ) (44)

где S_i - площадь i-й части ограждения (окон, дверей, глухой части стены); R_i - звукоизоляция воздушного шума i-й части ограждения.

Если ограждающая конструкция состоит из двух частей с различной звукоизоляцией (R₁ > R₂), то общая звукоизоляция может быть найдена по формуле:

R = R₁-10lg |S₁+S₂* S₁+S₂| (45)

Как видно из формул, одно и то же акустическое отверстие (R₀ и S₀/S - постоянны) уменьшает общую звукоизоляцию пла­стины тем сильнее, чем больше собственная звукоизоляция пла­стины Rs- Поэтому при большой звукоизоляции основных кон­струкций необходимо увеличивать звукоизоляцию смотровых окон, дверей, люков и лазов, и других больших акустических от­верстий в этой конструкции.

(46)

Когда большое акустическое отверстие занимает малую площадь по сравнению с площадью пластины (So/S«l) и звукоизоляция отверстия равна нулю (например, от­крытый иллюминатор в звукоизолированном боксе машины на высоких частотах), то при достаточно большой собственной зву­коизоляции пластины общая звукоизоляция такой преграды со сквозным отверстием равна:

∆R₀ 10lg (1+(S_o / S) * (46)

В этом случае общая звукоизоляция пластины зависит толь­ко от площади отверстия S₀ (площадь пластины постоянна) и не зависит от собственной звукоизоляции пластины. Именно по­этому сквозные акустические отверстия могут свести на нет все усилия по созданию высокой звукоизоляции.

Малое акустическое отверстие при нормальном падении звуковых волн на пластину пропускает меньше звуковой энер­гии, чем большое. Но при наклонном падении звуковых волн положение меняется. Малое отверстие в очень тонкой пластине излучает всегда одно и то же количество энергии независимо от угла падения звуковых волн, в то время как падающая на отвер­стие звуковая энергия пропорциональна косинусу угла падения, вследствие чего прохождение звуковой энергии при косом паде­нии увеличивается. Поэтому в диффузном звуковом поле, когда звуковые волны одновременно падают под всевозможными уг­лами, малое акустическое отверстие может пропускать гораздо больше звуковой энергии, чем это соответствует его площади.

Для малого акустического отверстия (S</S«1) формула (46) принимает вид

∆R₀ 10lg (1+ φ (S_o / S) * (47)

где φ - безразмерный коэффициент, учитывающий увеличение прохождения звука в условиях диффузного поля. Он зависит от глубины и формы отверстия и от частоты; его значения могут составлять от 3 до 10.

Для увеличения звукоизоляции акустического отверстия не­обходимо уменьшать площадь отверстия, увеличивать его глу­бину, заполнять отверстие материалом, у которого акустическое сопротивление много больше акустического сопротивления воз­духа при наименьшей скорости звука в таком материале.

Окна и двери имеют значительно меньшую звукоизоляцию, чем стены, в которые они встроены. В первую очередь это объ­ясняется тем, что они обладают меньшей поверхностной массой по сравнению с примыкающими к ним стенами. Другая причина заключается в том, что окна и двери являются подвижными эле­ментами, в притворах которых чаще всего не обеспечивается достаточная герметичность. Как правило, окно или дверь явля­ется составной частью перегородки или стены, в которых они установлены. Звукоизоляция составной конструкции, например стены с окном, может быть вычислена по известным значениям звукоизоляции отдельных частей. Эти расчеты необходимо про­водить для каждой частоты. Однако для ориентировочной оцен­ки достаточно вычислить среднее значение звукоизолирующей способностью

При необходимости получения высокой звукоизоляции применяются окна с двойными переплетами (аналогично ис­пользованию двойных стен). С точки зрения акустики целесооб­разно иметь максимально большой воздушный промежуток ме­жду переплетами и тщательное уплотнение оконных переплетов.

Однако использующиеся в настоящее время окна со спарен­ными переплетами, состоящих из двух стекол, закрепленных в общем переплете и связанных по контуру, с акустической точки зрения нерациональны, так как основной резонанс такой систе­мы наступает при чрезмерно высокой частоте.

Так, звукоизоляция для двойного остекления окна, у кото­рого стекла толщиной по 4 мм находятся на расстоянии 8 мм друг от друга, значительно ослаблена в районе резонансной час­тоты, равной 300 Гц; при более высоких частотах она также ни разу не достигает значений, соответствующих одинарному ос­теклению равной массы. Если два оконных стекла находятся на большом расстоянии друг от друга, то можно получить значи­тельно лучшую звукоизоляцию и снизить частоту основного ре­зонанса до 50-70 Гц.

При особенно высоких требованиях к звукоизоляции, кото­рые предъявляются, например, к окнам между аппаратными и студиями, или в испытательных стендах, расстояние между стеклами делают как можно большим и обеспечивают высокое поглощение в пространстве между переплетами. Стекла в от­дельных переплетах встраиваются в различные слои стены, что предотвращает образование мостиков для распространения структурного звука. Для ослабления влияния эффекта волнового совпадения толщины стекол выбираются различными. В этом случае между двумя соседними помещениями можно получить среднюю разность уровней звука до 50-55 дБ в диапазоне частот 100-3200 Гц.

Хорошее уплотнение окон является предпосылкой получе­ния наибольшей звукоизоляции. Для глухих окон это требование не является проблемой, так как в них стекла тщательно заделаны или предусмотрен оконный притвор с хорошими уплотнениями, сохраняющими свои свойства в течение продолжительного вре­мени. Однако для обычного жилищного строительства, где при­меняются окна с открывающимися переплетами, необходимо принимать специальные меры, обеспечивающие хорошую гер­метизацию притворов, например, путем применения специаль­ных уплотняющих прокладок.

В последнее время для использования в специальных целях были разработаны «звукоизолирующие вентиляционные окна», которые обеспечивают высокую звукоизоляцию и одновременно позволяют проветривать помещение. У таких конструкций два оконных стекла, расположенных одно от другого на расстоянии приблизительно 10 см, вставлены в общий переплет со звукопо­глощающей облицовкой по контуру и имеют хорошее уплотне­ние; выше и ниже этого переплета находятся прорези для отво­димого и свежего воздуха. Эти прорези выполнены в виде глу­шителей шума и могут закрываться откидными крышками или задвижками.

Рис. 21:1- дверное полотно; 2 - ЗПМ; 3 — твердая вставка; 4 - профиль резиновый; 5 - перфорированный лист

В настоящее время с целью улучшения теплоизоляционных характеристик ограждений стали широко применяться конст­рукции пластиковых окон со стеклопакетами. Число камер в та­ких конструкциях может достигать пяти-шести. Вследствие хо­рошо выполненной герметичности элементов окна они обладают хорошими звукоизоляционными характеристиками

Представляют интерес конструкции окон, у которых про­межуток между стеклами заполнен водой или глицерином. Экс­перимент показал на одной из конструкций увеличение звуко­изоляции от 10 дБ на 400 Гц до 20-25 дБ на высоких частотах. Наконец, весьма эффективными могут быть конструкции, в ко­торых создается некоторый вакуум между элементами окна.

При рассмотрении звукоизолирующей способности дверей также необходимо отметить два фактора, которые имеют ре­шающее значение для звукопроницаемости: собственная звуко­изоляция полотна двери и наличие неплотностей в притворах.

Связанные с этим проблемы в принципе решаются просто, одна­ко требование удобства пользова­ния дверями, к со­жалению, находят­ся в известном про­тиворечии с аку­стическими требо­ваниями. Для удоб­ства пользования дверью полотно ее должно быть лег­ким, а притворы должны быть таки­ми, чтобы для от­крывания и закры­вания не нужно

было прикладывать значительные усилия. Но высокая звукоизо­ляция требует, чтобы дверь была как можно тяжелее и имела в притворах профилированную уплотняющую прокладку из упру­гого материала, которая неизбежно оказывает определенное со­противление при закрывании двери. Точно так же наличие двер­ного порога, который позволяет наиболее простым способом обеспечить надежное уплотнение нижнего края двери, хотя во многих случаях противоречит эксплуатационным требованиям.

Вследствие противоречивости этих требований создание звукоизолирующих дверей в действительности все же является не простой задачей. По этой же причине звукоизоляция боль­шинства дверей также оставляет желать много лучшего.

Одним из путей проникновения шума через дверь является пространство-щель между полом и дверным полотном. Кроме варианта применения порога, который не во всех случаях может быть использован, возможны три варианта, показанные на рис. 21.

Для конструкций дверных полотен, обладающих высокой звукоизоляцией, справедливы те же самые принципы, какие бы­ли изложены для однослойных ограждений. Поэтому однослой­ные полотна дверей следует делать как можно более тяжелыми, а их жесткость при изгибе должна быть возможно меньшей. Особенно благоприятны в этом отношении деревянные двери, которые состоят из нескольких склеенных между собой слоев (причем средний слой в большинстве случаев представляет по­лое пространство). Звукоизоляция таких дверей может быть улучшена, например, путем заполнения воздушного промежутка песком. Засыпка песком увеличивает массу, не повышая жестко­сти при изгибе; одновременно она обеспечивает демпфирование колебаний.

 

31. Ударный шум и влияние на его снижение под перекрытием: площади ограждений, упругих свойств, плотности и т.д. Приведенный урок ударного шума и методика его определения.

В отличие от стен и перегородок звукоизоляционные каче­ства перекрытий оцениваются не только величиной звукоизоля­ции воздушного шума, но также и шума ударного. Это относит­ся к перекрытиям жилых, общественных и административных зданий. В бытовом плане эта проблема известна как "шум от со­седей сверху". При возбуждении плит междуэтажного перекры­тия в плите начинают распространяться практически все виды акустических волн, характерных для твердого тела. Эти волны распространяются по всем элементам конструкции здания, и за­дача снижения шума становится очень сложной. Гораздо проще снижать шумы данного типа в самом "источнике".

Для оценки степени изоляции ограждением ударного шума в октавных или 1/3-октавных полосах частот используется при­веденный уровень ударного шума L_w, вычисляемый по формуле:

L_w = L _y-10lg(A₀/A) (51)

где L _y — уровень ударного шума под перекрытием относительно порогового значения 2-10⁵ Па; А₀ - стандартное звукопоглоще­ние равное 10 м; А — ЭПЗ помещения под перекрытием, м², оп­ределяемое через время реверберации помещения.

Если L_y не вычисляется, то его определяют эксперимен­тально. Для этой цели используется ударная машина (тональная машина), которая имеет 5 молотков цилиндрической формы, расположенных по прямой, каждый массой 0,5 кг, падающий с высоты 4 см и ударяющие с частотой 10 ударов в секунду. Аку­стический тракт используется такой же, как и для измерения изоляции воздушного шума: шумомер (анализатор), полосовые фильтры, самописец уровня. Приведенный уровень ударного шума можно получить либо в реверберационных камерах, либо в натурных условиях. Ясно, что приведенный уровень в реаль­ных условиях будет выше, так как в лаборатории применяют ме­тоды эффективной виброизоляции.

 

Исследования показали, что уровень шума под однослой­ным перекрытием (без чистого пола) зависит от колебательной скорости изгибных колебаний плиты под действием импульсов на нее и, в конечном счете, зависит от следующих параметров плиты перекрытия: площади, плотности материала, модуля Юн­га, толщины плиты, коэффициент вязких потерь. При этом влия­ние каждого из этих параметров на снижение уровня шума под перекрытием неодинаково: увеличение в два раза модуля Юнга приводит к снижению шума на 1,5 дБ, коэффициента вязких по­терь и площади - на 3 дБ, плотности материала - 3 дБ, а толщи­ны - на 9 дБ. В частности. Если попытаться добиться выполне­ния нормативных значений только за счет увеличения толщины несущей плиты перекрытия, то ее пришлось бы увеличить с 14— 30 см до более 1 м.