7.5. ЗВУКОИЗОЛЯЦИЯ ПОМЕЩЕНИЙ

Звукоизоляция помещений определяет уровень проникающих извне шумов. Для студий, измерительных камер, сурдокамер и т. п. требуется высокая звукоизоляция от внешних шумов и вибраций, создающих акустические шумы. Звукоизоляция требуется и для

концертных залов, театров, аудиторий, комнат для прослушивания и, наконец, жилых помещений.

Рассмотрим наиболее характерный случай: проникновение шумов из одного помещения в другое через разделяющую их перегородку.

При падении звуковых волн с интенсивностью на какую-либо перегородку больших размеров по сравнению с длиной звуковой волны интенсивность их с другой стороны перегородки в отсутствии отражения звука в другом помещении будет определяться только проводимостью перегородки. Эта проводимость характеризуется коэффициентом звукопроводности

или звукоизоляцией перегородки в децибелах:

где уровни интенсивности звуковых волн, падающих на перегородку и прошедших через нее.

Звуковые колебания, проникая в помещение, претерпевают отражения от его внутренних поверхностей, поэтому в нем увеличивается интенсивность звука. Можно считать, что произведение интенсивности звука прошедшего через какую-либо перегородку, на ее поверхность будет представлять собой мощность источника звука для прошедших колебаний:

В таком случае плотность энергии в помещении для этих колебаний (7.3)

где общее поглощение ограничивающих поверхностей помещения (7.5). Отсюда находим, что уровень звука в помещении (2.5)

Так как согласно интенсивность, соответствующая нулевому уровню), то является уровнем звуковых волн, прошедших через перегородку. Следовательно, уровень интенсивности звука в помещении

Из этого выражения следует, что величина представляет собой приращение уровня интенсивности в помещении из-за отражений звука от ограничивающих поверхностей помещения.

Разность между уровнями звука с внешней стороны ограждающей конструкции помещения и внутри помещения называют звукоизоляцией помещения

Здесь интенсивности звука, соответствующие уровням (2.3): Так как уровень интенсивности звука с внешней стороны ограждающей конструкции представляет собой уровень звуковых волн, падающих на ее внешнюю поверхность, т. е. то из (7.24) и (7.23) с заменой на (7.22а) получаем звукоизоляцию помещения

Таким образом, получили, что звукоизоляция помещения определяется звукопроводностью ограждающих конструкций (7.22а) и поправкой на увеличение уровня интенсивности прошедшего звука из-за отражений от внутренних поверхностей помещения. Эта поправка определяется отношением поверхности звукопроводящей перегородки к общему поглощению помещения В гулком помещении звукоизоляция будет резко снижаться из-за увеличения шума вследствие отражений. В сильно заглушённых помещениях звукоизоляция будет определяться только звукопроводностью перегородки. Заменим в (7.25) величину соответственно (7.22а), тогда для звукоизоляции помещения имеем

где проводимость перегородки; общее поглощение помещения. В результате получили, что звукоизоляция помещения определяется

отношением общего поглощения помещения к проводимости перегородки.

Полагая независимым прохождение звуковых волн через сложную перегородку, состоящую из ряда участков с разной их звукопроводностью, можно считать, что общая мощность прошедших звуковых колебаний будет равна сумме потоков энергии через каждый из участков перегородки:

где поток энергии через единицу поверхности размером

Аналогично предыдущему случаю (7.26) получаем для сложной перегородки, что звукоизоляция помещения

т. е. определяется отношением общего поглощения помещения к общей проводимости сложной перегородки:

Пути прохождения звука через ограждающие конструкции следующие: через сквозные поры, щели и т. п. (воздушный перенос), через материал перегородки в виде продольных колебаний его частиц (материальный перенос) и через поперечные колебания перегородок, похожих на колебания мембран (мембранный перенос), которые часто можно приближенно рассматривать как колебания всей перегородки в целом. Резонансная частота такой колебательной системы очень низкая, поэтому в звуковом диапазоне частот перегородку можно рассматривать как инерционное сопротивление, определяемое всей ее массой. Коэффициент звукопроводности обратно пропорционален этой массе. Таким образом, при мембранном переносе хорошо проходят через перегородку звуковые колебания низких частот. С увеличением частоты проводимость перегородки уменьшается пропорционально частоте. При материальном переносе проводимость перегородки определяется отношением удельных акустических сопротивлений воздуха и материала перегородки, которые почти не зависят от частоты, поэтому и проводимость практически не будет

зависеть от частоты. Воздушный перенос определяется размерами пор (щелей и т. п.), их распределением по поверхности перегородки и трением воздуха о стенки пор. Если имеются одна или несколько щелей, удаленных друг от друга на расстояние не меньше длины звуковой волны в воздухе, то из-за дифракции звуковые волны, падающие на соседние с щелью участки перегородки на расстоянии от нее не более половины длины волны, будут частично также уходить в щели. Проводимость перегородки в этом случае будет значительно больше на низких частотах, чем на высоких. С увеличением частоты растут потери на трение в порах. Это также уменьшает проводимость, поэтому интенсивность звуковых колебаний, проникающих через перегородку, с увеличением частоты также падает. Если поры расположены часто, но имеют такую же общую площадь, как и в первом случае, то частотная зависимость проводимости перегородки будет проявляться в меньшей степени и только из-за потерь на трение в порах.

Количественное определение звукопроводности перегородок проводится с учетом всех видов переноса звуковых колебаний. Соответствующие данные приведены в табл. 7.2.

Таблица 7.2 (см. скан)

Для уменьшения воздушного переноса необходимо тщательно следить за устранением различного рода отверстий и щелей в перегородках.

Рассмотрим такой пример. Имеется кирпичная стена толщиной 20 см, ее звукоизоляция составляет т. е. коэффициент звукопроводности Если поверхность стены то общая проводимость ее Сделаем в этой стене отверстие размером в Его проводимость без учета дифракции будет равна равна проводимости стены. Из-за дифракции поток энергии, падающий на стену вблизи отверстия (в радиусе около будет частично уходить в это отверстие. На низких частотах отверстие как бы будет расширено в десятки раз. Поэтому проводимость такого отверстия на низких частотах будет во много раз больше проводимости самой стены.

Для уменьшения материального переноса необходимо брать слоистые конструкции стен и перегородок из материалов с резко отличающимся удельным акустическим сопротивлением (бетон поролон и др.) Для уменьшения мембранного переноса необходимо стремиться к увеличению массы перегородки. Для уменьшения шумов от вибрации перегородки применяют различного рода виброизолирующие прокладки. Проникновение шумов через вентиляционные каналы устраняют заглушением, т. е. покрытием стенок каналов поглощающими материалами, а также применением различного рода акустических фильтров (см. [1], § 8.4). Особые требования к звукоизоляции студий и измерительных камер будут рассмотрены далее.