Звукопоглощающие материалы и конструкции

Обработка поверхностей помещений звукопоглощающими материалами и конструкциями необходима для получения оптимальных акустических характеристик, среди которых особую роль играет время стандартной реверберации. Для достижения требуемой частотной характеристики звукопоглощения обычно комбинируют конструкции, поглощающие энергию преимущественно на низких, средних и высоких частотах звукового диапазона.

Поглощающие свойства материалов определяются коэффициентом поглощения материала . Коэффициенты поглощения зависят от угла падения звуковой волны на поглощающий материал. Различают нормальный коэффициент поглощения (для угла падения 90) и диффузный (для всевозможных углов падения). В таблицах обычно приводят только диффузный коэффициент поглощения.

Коэффициенты поглощения зависят от частоты. Одни материалы имеют большее поглощение на низких частотах, другие – на высоких, третьи – на средних. Ряд материалов имеет немонотонную зависимость коэффициента поглощения от частоты. Все это позволяет подбирать оптимальное общее поглощение в помещении во всем диапазоне передаваемых частот.

Звукопоглощающие материалы по строению делятся на сплошные и пористые, а по применению – на стеновые, облицовочные, драпировки и специальные. К последним относятся, например, мембранные и резонаторные конструкции.

Сплошные материалы (бетон, кирпич, мрамор, дерево и т.п.), как правило, твердые, то есть имеют акустическое сопротивление значительно больше сопротивления воздуха. Поэтому их коэффициенты звукопоглощения очень малы, не более 5%. Некоторые из этих материалов (дерево, мрамор) используются и для стен, и как облицовочные. В последнем случае их коэффициент поглощения оказывается больше, чем в первом, так как происходит дополнительное поглощение из-за поперечных колебаний, возникающих в слое облицовочного материала. С увеличением частоты коэффициенты поглощения твердых сплошных материалов растут. Из мягких сплошных материалов в качестве облицовочного используется только плотная резина. Ее акустическое сопротивление не очень велико, а коэффициент поглощения в среднем равен около 10%.

Пористые материалы (штукатурки, облицовочные плиты с перфорацией и без нее, щиты, портьеры, ковры и т.п.) используются только как облицовочные и для драпировок, то есть во всех случаях за ними располагаются (вплотную или на некотором расстоянии от них) ограждающие конструкции из сплошных материалов (стены, потолки, полы и другие перегородки).

При падении звуковых волн на перегородку из по­ристого материала необходимо учитывать отражение звука как от лицевой поверхности, так (для прошед­ших в нее волн) и тыльной с учетом поглощения звука в порах. Для материалов, хорошо проницаемых для звука, следует учитывать и возможность возвращения звуковых волн, отраженных от ограждающих конструк­ций, находящихся за рассматриваемой пористой пере­городкой.

Разработано много специальных поглощающих ма­териалов с акустическим сопротивлением, близким к сопротивлению воздуха (например АГШ — акустическая гипсовая штукатурка). Их коэффициенты поглощения на некоторых частотах близки к единице. Применяются слоистые конструкции из пористых материалов. Их слои подбирают так, чтобы получить как можно боль­ший коэффициент поглощения.

Мембранные звукопоглощающие кон­струкции. Для тонкой перегородки из сплошных ма­териалов поглощение определяется интенсивностью ее колебаний как целого (системы с сосредоточенными постоянными) и как мембран (системы с распределен­ными постоянными). Первые наблюдаются на низких частотах, вторые - на средних и высоких. В обоих слу­чаях поглощение зависит от частоты. Самый низкоча­стотный максимум поглощения получается на резонанс­ной частоте, определяющейся массой и гибкостью перегородки. Выше этой частоты имеются еще максимумы поглощения, частоты которых определяются поперечными раз­мерами перегородки и скоростью распространения попе­речных колебаний в ней. Поэтому поглощение растет с увеличением частоты немонотонно. Для увеличения потерь в перегородке под нее подкладывают демпфирующие материалы, например войлок. Резонирующие панели, изготовленные из натяну­того холста с войлочной подкладкой, называют щита­ми Бекеши. Подобные панели изготовляются также из тонкой фанеры с поролоновым демпфером. Они бывают не только в виде плоских конструкций, но и в виде колонн и полуколонн. В зависимости от толщины фанеры или натяжения холста можно изменять частоту резонансов и таким образом получать максимумы поглощения в тех диапазонах частот, в которых требуется большее поглощение. Делаются они в основном для поглощения, низких частот, хотя и на высоких частотах их коэффи­циент поглощения довольно высок.

Резонаторные звукопоглощающие кон­струкции. Широкое распространение получили кон­струкции, построенные по принципу резонаторов Гельмгольца. Они эффективно поглощают звуко­вую энергию на частотах вблизи их резонансной ча­стоты.

Эффективность поглощения таких резонаторов определяется потерями в горле резонатора, где скорость ко­лебаний максимальна. Там и должен быть расположен материал, вносящий затухание в колебания, например имеющий высокое внутреннее трение (вязкость). В практике для подобных резонаторов используют различные ниши, выходные отверстия которых затягивают тканью. Подобные резонансные поглотители выполняют также в виде больших щитов (во всю стену или пото­лок) с отверстиями, затянутыми тонкой металлической сеткой. Отверстия иногда делают разных размеров и на разных расстояниях, в результате чего получаются наборы резонаторов.

Большие неровности на стенах и большие выступы, различные предметы, находящиеся в помещении, погло­щают звуковую энергию с учетом эффекта дифракции. При расчетах эти поглощения обычно включают в поглощение ближайших к ним ограждающих конструкций.

В студиях, как правило, используют три типа звукопоглотителей:

пористые акустические плиты, коэффициент звукопоглощения которых обычно имеет максимальное значение в области средних и высоких частот звукового диапазона;

пористые перфорированные экраны, у которых частотная зависимость коэффициента звукопоглощения имеет резонансный характер, причем в зависимости от размера перфорированных отверстий, расстояние между ними, толщины наполнителя и других факторов удается изменять положение максимума звукопоглощения на оси частот.