Акустика помещений – звукопоглощение

Акустические свойства помещения описывают поведение звука в замкнутом пространстве. Это означает, что человек, слушающий звук и источник звука находятся в одном помещении. При отсутствии в помещении звукопоглощающих поверхностей (покрытия стен, крыш и пола) будет происходить многократное отражение звука между поверхностями, и потребуется много времени до полного исчезновения звука. В таком помещении слушающему будет сложно определить местоположение источника звука, поскольку будет слышен как прямой звук (идущий по прямой от источника к уху), так и многократно отраженный звук.

В случае покрытия поверхностей звукопоглощающим материалом, ослабление отраженного звука происходит значительно быстрее, и человек в таком помещении слышит только прямой звук. Кроме того, в этом случае также снижается общий уровень шума в помещении.

Room acoustics sound absorption

Показателем звукопоглощающих свойств материала является коэффициент звукопоглощения «α» (альфа), который зависит от частоты звука.  Значения коэффициента альфа (α) могут находиться в диапазоне от 0 до 1,00 (от полного отражения до полного поглощения).

Поглотители звука можно условно разделить на три основные категории

  • Пористые звукопоглощающие материалы
  • Резонансные поглотители звука
  • Отдельные звукопоглотители

Пористые звукопоглощающие материалы

Хорошим примером пористого звукопоглощающего материала является базальтовая вата. Благодаря эффекту трения при прохождении звука через минеральную вату происходит преобразование части энергии звуковых волн в тепловую энергию.

Толщина материала оказывает значительное влияние на звукопоглощающие свойства материала. Для поглощения высокочастотных звуков (выше 500 Гц) достаточно использовать плиты из базальтовой ваты толщиной 30–50 мм. Более серьезную проблему представляют звуки в диапазоне частот ниже 500 Гц. В этом случае для обеспечения необходимой степени звукопоглощения требуется применение более толстых плит из базальтовой ваты. Недостаточную толщину материала может также компенсироваться воздушным зазором с тыльной стороны звукопоглощающего покрытия потолка или стеновой сборной панели.

Для звукопоглотителей этого типа исключительно важное значение имеет отсутствие на поверхности воздухонепроницаемого слоя, например, пароизоляции или краски, наличие которого значительно снижает эффективность звукопоглощения. Влияние воздухонепроницаемого слоя иллюстрируется рисунком ниже (пунктирная линия).

Кривая звукопоглащения

В таблице ниже представлены коэффициенты звукопоглощения некоторых материалов:

Октавная полоса частот (Гц) 125 250 500 1000 2000 4000
Бетон

0.02

0.02 

0.02 

0.02 

0.03 

0.04 

Гипсовая плита на каркасе 

0.2

0.15

0.1

0.08

0.05

0.05

Окна

0.35

0.25

0.18

0.12

0.07

0.04

Плита из минеральной ваты 50 мм

0.2

0.65

1.0

1.0

1.0

1.0

Плита из минеральной ваты 100 мм

0.45

0.9

1.0

1.0

1.0

1.0

* С жесткой подложкой

Резонансные поглотители звука

В качестве резонансных поглотителей звука могут использоваться механические или акустические колебательные системы.  Одним из вариантов таких систем являются мембранные звукопоглотители, выполненные, например, в виде сплошной пластины с герметизированным воздушным зазор с тыльной стороны. Максимальная степень звукопоглощения достигается при резонансной частоте. В случае заполнения полости пористым материалом, например, базальтовой ватой, диапазон частот, в котором обеспечивается звукопоглощение, расширяется.

Отдельные звукопоглотители

К этой категории относятся различные объекты, например, столы, стулья, люди и т.д. При расчетах звукопоглощающих характеристик таких объектов обычно применяется формула Сабина, в качестве одного из показателей в которой используется площадь поверхности звукопоглощения в м2.

Время реверберации помещения служит показателем продолжительности сохранения в нем звуковой энергии. Обычно оно определяется как время, в течение которого происходит снижение интенсивности звука в миллион раз (60 дБ).

Поскольку уровень звукового давления (SPL) при достаточно сильном хлопании в ладоши составляет около 100 дБ, а при разговоре шепотом этот показатель составляет около 40 дБ, Вы можете легко определить время реверберации помещения, хлопая в ладоши и засекая время, в течение которого Вы сможете слышать звук после хлопка. При этом предполагается, что размеры помещения не слишком отличаются от обычных, и что в помещении достаточно тихо. 


Еденичные звукопоглатители

Для определения времени реверберации небольшого помещения или зала (объемом < 1000 м3) , в котором происходит рассеяние звуковых волн, и средний коэффициент поглощения составляет менее 0,3, может использоваться эмпирическая формула, получившая название формулы Сабина:

RT = 0.16 x V / A

T = время реверберации, с
V = объем помещения, м3
A = (Σ площадь поверхности (S) x a) = площадь поглощения помещения, м2

Площадь поглощения помещения A – это сумма произведений значений площадей поверхностей (S) на их коэффициенты поглощения «α».

Например, если заданное время реверберации в помещении размерами 6x10x3 м составляет 0,8 с, то какой коэффициент поглощения должен иметь звукопоглощающий материал, который планируется использовать для звукоизоляции потолка площадью 45 м2 

Ответ: A = 0.16 x V/T = 0.16 x 180/0.8 = 36 m2 x α = 36/45 = 0.8

Оптимальное время реверберации помещения зависит от его типа, размеров и материалов. На время реверберации может также оказывать влияние любой объект, находящийся в помещении, включая людей и их вещи.

Необходимое время реверберации помещений для прослушивания речи, меньше времени реверберации помещений, предназначенных для прослушивания музыкальных произведений. Увеличение времени реверберации может затруднить понимание речи. С другой стороны, слишком короткое время реверберации может отрицательно повлиять на тональный баланс и громкость звука в помещении.

Снижение шума в крупных производственных помещениях

В производственных помещениях объемом около  1000 м3, высота и плотность размещения оборудования и мебели оказывают значительное влияние на звуковое поле. Звуковое поле в таком помещении, как правило, не может считаться диффузным (т.е. рассеянным), в силу чего использование формулы Сабина для расчета времени реверберации нецелесообразно.