ТЕХНОЛОГИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ

Функциональные и строительно-эксплуатационные свойства акустических материалов и изделий

Функциональные свойства акустических материалов определя­ются их назначением и областью применения.

Звукопоглощающие материалы предназначены для гашения воздушных шумов и регулирования акустических характеристик помещении, поэтому они должны обладать хорошим звукопогло­щением, которое характеризуется среднеарифметическим ревербе­рации коэффициентом звукопоглощения и, называемым часто

Просто коэффициентом звукопоглощения.

При падении звуковой волны на ограждающую поверхность часть звуковой энергии отражается и часть поглощается мате­риалом. Коэффициент звукопоглощения представляет собой отно­шение, характеризующее количество поглощенной энергии £1,0™ к падающей Е„ад:

А=(^пал Еотр)/Е„ах=- EmTJEnit,

Где Ее TP — энергия отраженной звуковой волны.

На величину а оказывают влияние уровень и характеристика звука (шума), свойства звукопоглощающего материала и в первую

Очередь. характер и объем пористо­сти этого материала, конструктив­ные особенности устройства звуко­поглощающей облицовки огражде­ния

Решающее влияние на звуко­поглощение оказывает частота зву­ковой волны, т. е. один и тот же ма­териал может хорошо поглощать высокочастотный звук и плохо низ­кочастотный. Поэтому а опреде­ляют для каждого материала при нескольких значениях частот (см. табл. 3.2). Весьма существенное влияние на а оказывают общий объем и характер пористости.

Наилучшие условия для погло­щения звука создаются в материа­лах с сообщающейся пористостью. Для уменьшения количества отраженной энергии пористость зву­копоглощающего материала должна быть открытой. С возраста­нием частоты звука а одного и того же материала возрастает. При этом в диапазоне высоких частот его значения несколько сни­жаются. Наименьшим значением а звукопоглощающие материалы характеризуются в диапазоне низких частот (ниже 250 Гц). Низ­кочастотные волны и материал почти не проникают.

На рис. 4.6 приведено влияние на а общей пористости и часто­ты звуковых волн в низко - и среднечастотном диапазонах.

Выявлено, что высокочастотные волны лучше проникают в поры малых размеров без значительного отражения.

В табл. 4.4 приведены значення коэффициента звукопоглощения наиболее распространенных акустических материалов.

Материалы, значения а которых более 0,4 при частоте 1000 Гц, относят обычно к эффективным.

Выше было отмечено, что высокочастотные полны хороню иоглощакиси порами малых рц. шорон. Макропоры фибролита нельзя отнести к таковым. Однако малые поры в большом количс-

Стве имеются в древесной шерсти, из которой фибролит изготов­ляют. Этим и можно объяснить достаточно высокие значения а при высоких частотах. Отсюда следует, что для эффективного гашения высокочастотного звука надо не только создавать мелко­пористую структуру в акустическом материале, но и применять для его изготовления сырьевые материалы, характеризующиеся боль­шим ооьемом еегесг'венных пор малых размеров.

Эффективность звукопоглощающих материалов часто оцени­вают но косвенным показателям, которыми являются структурный фактор к и сопротивление материала продуванию постоянным по­током воздуха г при постоянном давлении.

Структурный фактор зависит от объема, вида и расположения пор. Для высокопористых материалов v. всегда больше единицы. Близкими к единице значениями х характеризуются волокнистые материалы (минеральная и стеклянная вата, мягкие изделия из них и др.). Значения структурного фактора, близкие к 4, характер­ны для твердых акустических материалов средней плотности (яче­истые бетоны, акустические штукатурки, пеногипс и др.). Повыше­ние значений я связано с увеличением плотности акустических материалов и понижением их звукопоглощающих свойств.

Сопротивление продуванию г также зависит от объема, вида и размера пор, а главное — от соотношения объемов открытой и за­крытой пористости. Сопротивление продуванию обычно определяют в стационарных условиях при постоянном потоке воздуха Q, м3/с, и постоянной разности давлений Др. Удельное сопротивление про­дуванию, Н-с/м3, находят по формуле

R — ApF/Qh,

Где б и F — соответственно толщина и площадь образна.

Сопротивление продуванию достаточно хорошо характеризует звукопоглощение материала. При значениях г, близких к волново­му сопротивлению воздуха [г= (1...2)р0Со]*, звукопоглощающий материал при достаточной толщине хорошо поглощает звуковые волны низких и средних частот. Хорошее поглощение высокочас­тотного звука обеспечивается при некотором повышении плотности
(рис. 4.7).

Значения структурного фактора х, пористости П и сопротивле­ния продуванию используют для определения толщины звукопогло­щающего материала, так как она существенно влияет на частот­ную характеристику звукопоглощения.

Для этого пользуются следующими установленными зависимо­стями:

/і=т/У7п/

Или

H = 120 /х/(гП),

Где f — среднее значение частоты звуковых волн.

Весьма большое влияние на эффективность звукопоглощения

Оказывает расположение звуко­поглощающего материала относи­тельно жесткой поверхности, перед которой его устанавливают.

Возможны два варианта уста­новки звукопоглотителя: с относом и без относа от жесткой стенки. Принципиальное отличие этих двух вариантов заключается в том, что при отсутствии относа гашение зву­ка происходит лишь в толще мате­риала. Так как звукопоглощающие материалы имеют обычно толщину несколько сантиметров, то в этих условиях гасятся лишь высокочас­тотные звуковые волны.

При монтаже звукопоглотителя с относом звуковая волна проходит последовательно его толщу, затем воздушный зазор, который играет роль упругой прокладки, отра­жается от жесткой поверхности ограждения и вторично попадает в материал. При такой схеме іашення звука большая часть звуковой энергии гасится, даже если толщина звукопоглощающего материа­ла незначительна. Наиболее эффективные звукопоглощающие ма­териалы толщиной 2 см при монтаже с относом 20 см практически полностью поглощают звуковую энергию падающих волн.

Расположение звукопоглощающего материала с относом не только увеличивает гашение звука, но и качественно изменяет час­тотную кривую звукопоглощения (рис. 4.8).

Пезаниспмо от пила материала увеличение относа сдвигает эф­фект звукопоглощения и область низких частот, т. е. в область наиболее тручпоглоящпхея звуковых волн.

Пользуясь этой зависимостью, можно определить рациональную массу 1 м2 звукопоглощающего материала при различных значе­ниях относа. Расчеты и практика показывают, что увеличение мас­сы конструкции ведет к снижению резонансной частоты. Такое же явление наблюдается и при увеличении воздушного относа.

Характер фактурной поверхности звукопоглощающих материа­лов оказывает существенное влияние на звукопоглощение. Для лучшего проникновения звуковых волн в материал на его лицевой

Поверхности делают круглую или шелевую перфорацию, борозды,

Т решит'

Лек ; гтнзно-гк;, ес..ие Гс. е;;;- verttfL-e чшо-

Временно и тля отделки помещении, часто окрашивают. При этом существенно уменьшайся открытая пористость и, как следствие, снижается звукопоглощение на высоких частотах.

Главную характеристику звукопоглощающих материалов и пз - делпіі — коэффициент зв> копоглощення а — определяют расчетным нугем ич полипным параметрам маіерпала и женериментальнымп

Методами с иомоЩыо акустического интерферометра или в ревербераци - оннон камере. Такие определения и расчеты выполняют обычно в спе­циализированных лабораториях.

Для первичной оценки звуко­поглощающих iiioiiciii материала пользуются акустическим интерфе­рометром, с помощью которого определение коэффициента звуко­поглощения основано на измерении разности уровнеіі звукового давле­ния при максимуме и минимуме стоячей волны, которая возникает при наложении прямой и отражен­ной звуковых волн:

ДА = 20 lg Р, пчх. (4.19)

Значения коэффициента звуко - поглощения га по Ah находят по графику (рис. 4.9). определения коэффициента звуко­поглощения материалов позволяет характеризовать звукопоглоще­ние материалов в условиях, весьма близких к реальным. Поэтому среднеарифметический реверберационный коэффициент звукопогло­щения принят в нормативных документах в качестве основной ха­рактеристики звукопоглощающих свойств материалов и применя­ется при акустических расчетах помещений. Его значение опреде­ляют в реверберационной камере.

Реверберационный способ основан на том, что при внесении в помещение любого предмета или материала общее звукопоглоще­ние в этом помещении увеличивается. Определение ведут по изме­нению скорости затухания звука. Время, в течение которого уро­вень звука в помещении понизится на 60 дБ, называют временем стандартной реверберации. По соотношению времени реверберации до и после внесення определенного объема материала в камеру находят ренерберацноипын коэффициент звукопоглощения иссле­дуемого материала.

Ценки звукоизолирующих свойств материалов. Звукоизоляционные споііства материалов тесно связаны с их упругими деформациями: способностью уплотняться и восстанавливать первоначальные раз­меры при постоянной и переменной нагрузках.

Статический модуль упругости применяют для приблизительной оценки звукоизоляционных свойств материалов. Он характеризует связь между напряжением о и соответствующей ему деформацией к, появляющейся под действием силы, приложенной к испытуемому материалу. Эта связь описывается законом Гука: о=Ее и, следо­вательно,

£" = о/Е, (4.20)

Где Е — статический модуль упругости.

Динамический модуль упругости Ец дает более точную характе­ристику п поэтому принят в нормативных документах за основной показатель звукоизоляционных свойств материалов.

Дело в том, что деформации в материалах зависят от множест­ва факторов. Так, для упруговязких тел зависимость между о и е имеет вид

£ст = */(*о + е„д + еп), (4.21)

Где єо — чисто упругая деформация; еПд — деформация упругого последействия; еп — необратимая деформация (ползучесть).

Из этой формулы следует, что на значение Ест влияет момент измерения, следовательно, Есг — величина переменная.

Установлено, что статический модуль упругости звукоизоляци­онных материалов, полученный в момент стабилизации осадки ма­териала, может отличаться от начального модуля упругости в 3...5 раз.

При измерении статического модуля упругости значительное влияние на деформацию оказывают значения напряжений, средняя плотность, толщина материала, время действия нагрузки.

При действии на упруговязкий материал, к которому относят все звукоизоляционные материалы, периодически действующей си­лы (звуковых волн) деформация не успевает следовать за возму­щением вследствие упругого последствия. Модуль упругости, най­денный в момент действия нагрузки (еоФгСт). называют мгновен­ным или динамическим ER. Он наиболее точно отражает деформативные процессы, происходящие в материале под воздей­ствием звуковых волн.

Звукоизоляционные материалы в конструкции могут находить­ся в свободном состоянии (в стенах, перегородках) и в нагружен­ном (прокладки под полы, в стыках и т. п.). От этого существенно зависят значения динамического'модуля упругости Еп (рис. 4.10).

Динамический модуль упругости звукоизоляционных материа­лов в зависимости от их вида не должен превышать 5 МПа ппи
удельной нагрузке 0,002 МПа для штучных изделий и 15 МПа для зернистых засыпок.

Относительная дефомация сжатия. Звукоизоляционные свойст­ва прокладочных материалов приближенно можно оценивать по относительной сжимаемости материалов под нагрузкой без учета поперечного расширения, т. е. по линейной деформации материала:

Є = (/, —/а)//г 100 =Д///,-100.

V эффективных звукоизоляционных материалов основная доля

Деформации отмечается при нагрузке до 0,002 МПа.

Таким образом, функциональные свой­ства звукопоглощающих материалов опе - ппилкм кочффшщоп том my копої лише­ния, а звукоизоляционных материалов — их плотностью для случая изоляции по­мещений от наружных шумов, распрост­раняющихся в воздушной среде (чем плотнее материал, тем выше его отра­жающая способность и тем эффективнее защита от воздушного шума), и динами­ческим модулем упругости в случае изо­ляции ударных и структурных шумов (чем ниже значения этого показателя, тем эффективнее звукоизоляционный ма­териал) .

Строительно-эксплуатационные свой­ства акустических материалов в основ­ном оценивают по тем же показателям, которые применяют для оценки строительно-эксплуатационных своііств теплоизоляционных материалов: по механической прочности; деформации при колеба­ниях температуры и влажности; стойкости при воздействии влаги, высокой температуры, огня, микроорі анизмов и т. д. Поэтому в данном разделе эти свойства не рассматриваются. Однако необхо­димо подчеркнуть, что подавляющее большинство акустических материалов, как и теплоизоляционных, для обеспечения стабиль­ности функциональных свойств требует надежной защиты от увлажнения.