Лекция №14

 

Звукопоглощение и звукоизоляция

 

1.     Общая теория.

 

Причиной отражения звуковых волн от любой пространственной границы двух сред является неравенство (несогласованность) их волновых акустических сопротивлений.

 

Если волновое акустическое сопротивление воздуха (r с)возд=eвозд, а отражающей среды (r с)отр=eотр, то коэффициент отражения по звуковому давлению

 

                                                     

 

Отражающая способность среды тем больше, чем eотр>eвозд.

 

Для коэффициента отражения по интенсивности:

 

                                                  

 

Коэффициент поглощения:                    aJ =1 - rJ .

 

Сопротивления eвозд и eотр в общем случае могут быть комплексными:

 

                                                        

 

Абсолютное поглощение может быть только при:

 

                                                           

 

Существуют два крайних случая в отсутствии реактивной составляющей:

1)     eотр  >> eвозд.

Отраженные звуковые волны, складываясь с падающими, образуют стоячие волны с пучностями и узлами.

 

 

Частицы воздуха, подойдя к стене, будут останавливаться и затем двигаться назад. Отраженная волна (по скорости колебаний) будет иметь противоположную фазу по отношению к падающей (сдвиг на p). У поверхности стены находится узел скорости колебаний.

 

Звуковое давление будет иметь пучность, так как падающая и отраженная волны складываются арифметически (сдвиг фаз равен нулю).

 

2)     eотр  << eвозд.

Здесь все с точностью до наоборот.

 

Коэффициент отражения зависит и от угла падения волн:

1)     rmin при падении под углом 900нормальный коэффициент отражения.

2)     Когда волны падают под всевозможными углами (рассеянная волна), коэффициент отражения (и поглощения) называют диффузным.

 

2.     Звукопоглощающие материалы.

 

По строению они делятся на:

-         сплошные

-         пористые

По применению:

-         стеновые

-         облицовочные

-         драпировки             мембранные

-         специальные

резонаторные конструкции

        

2.1. Сплошные материалы.

 

Это твердые материалы, e >>eвозд. Коэффициент поглощения a £  5%. Бетон, кирпич, дерево и т.д.

 

 

Мягкие – плотная резина; a ~ 10%. Используются для стен и как облицовочные.

 

2.2 Пористые материалы.

 

         Штукатурки, облицовочные плиты с перфорацией и без нее, щиты, портьеры, ковры и т.д. Используются как облицовочные и для драпировок, то есть во всех случаях за ними располагаются (вплотную или на некотором расстоянии) ограждающие конструкции из сплошных материалов (стены, потолки, полы и другие перегородки).

 

         Необходимо учитывать отражение звука как от лицевой поверхности, так и с тыльной с учетом поглощения звука в порах. aпогл ® 1.

 

2.3 Мембранные звукопоглощающие конструкции.

 

         Для тонкой перегородки из сплошных материалов поглощение определяется интенсивностью ее колебаний как целого (система с сосредоточенными (на НЧ) параметрами) и как мембрану (с распределенными (на СЧ и ВЧ) параметрами).

 

         Самый низкочастотный максимум поглощения находится на собственной резонансной частоте, определяющейся массой и гибкостью перегородки.

 

         Выше максимумы наблюдаются на всех fрез перегородки как мембраны и определяются поперечными размерами и скоростью поперечных колебаний.

 

         Используют резонирующие панели с большим поглощением (для выравнивания частотной характеристики) из натянутого холста с войлочной подкладкой – щиты Бекеши.

 

 

            1 – натянутый холст

         2 – толстая фанера

         3 – войлок.

 

         Бывает поролон с тонкой фанерой.

 

         Используют плоские конструкции, колонны, полуколонны.

 

2.4 Резонаторные звукопоглощающие конструкции.

 

         Конструкции по принципу резонатора Гельмгольца. Эффективно поглощают звуковую энергию на частотах вблизи резонансной (потери в горле).

 

         На практике используют различные ниши, выходные отверстия которых затягивают тканью.

 

         Большие щиты с отверстиями, затянутыми тонкой металлической сеткой (во всю стену или потолок). Отверстия делают разных размеров и на разных расстояниях.

 

 

         1 – металлическая сетка для внесения потерь в резонатор.

         2 – отверстие резонатора S, lэ.

         3 – объем резонатора V, см.

         4 – металлический лист толщиной l.

         5 – воображаемая граница между резонаторами.

         6 – жесткая стенка.

 

3.     Звукоизоляция помещений.

 

Определяет уровень проникающих извне шумов. Для студий, измерительных помещений требуется высокая звукоизоляция от внешних шумов и вибраций, создающих акустические шумы.

 

Звукоизоляция требуется для концертных залов, театров, аудиторий, жилых помещений.

 

Рассмотрим случай проникновения шумов из одного помещения в другое через перегородку. При падении звуковых волн интенсивностью Iпад на перегородку больших по сравнению с длиной волны размеров, интенсивность волн с другой стороны перегородки Iпр в отсутствие отражения звука будет определяться только проводимостью перегородки.

 

Коэффициент звукопроводимости:

 

                                        

 

         Звукоизоляция перегородки:

 

                                                  

 

                                                                                              уровни

        

         Мощность источника звука для прошедших колебаний:

 

                                                                    

 

         Sпр – площадь поверхности перегородки.

 

         Звуковые колебания, проникая в помещение, претерпевают отражение от его внутренних поверхностей. Плотность энергии этих колебаний:

 

                                                               

 

         Уровень звука в помещении:

 

                                                           

        

        

        

 

         Разность между уровнем звука с внешней стороны ограждающей конструкции L1 и внутри помещения L2звукоизоляция помещения.

 

                                                              

 

         Звукоизоляция помещения определяется звукопроводимостью ограждающих конструкций Qпер и поправкой.

 

                                                       

 

         Aпр=aпр S – проводимость перегородки.

 

         Пути прохождения звука через ограждающие конструкции можно классифицировать следующим образом:

-           через сквозные поры, щели, отверстия (воздушный перенос).

-         через материал перегородки в виде продольных колебаний его частиц (материальный перенос).

-         через поперечные колебания перегородок, похожие на колебания мембран (мембранный перенос).

 

Резонансная частота низкая, поэтому перегородка – инерционное сопротивление, управляемое массой.

 

                                                      

 

При мембранном переносе хорошо проходят НЧ колебания. При материальном переносе пропускная способность не зависит от частоты, так как определяется акустическими сопротивлениями. Воздушный перенос определяется размерами нор, при росте частоты, растут потери на трение, Aпр¯.