Внутри помещений, где велика площадь открытого кирпича, штукатурки, бетона, кафеля, стекла, металла, всегда слышно долгое эхо. Если в таких помещениях есть несколько источников звука (разговор людей, музыка, производственные шумы), то прямой звук накладывается на его громкие первые отражения, что приводит к неразборчивости речи и повышенному уровню шума в помещении. В большинстве случаев это нежелательно. Так, в залах вокзалов и аэропортах, больших магазинах, вестибюлях метро и других подобных помещениях время послезвучия (эхо), или реверберация, должно быть по возможности минимальным. В залах, специально предназначенных для прослушивания (лекционных, театральных, кино- и концертных), время реверберации должно быть не больше и не меньше заданных пределов. Слишком большое время реверберации приводит к искажению восприятия речи и музыкальных произведений. Наоборот, слишком малое - к "сухости" зала и "несочности" слышимых звуков. Для снижения или коррекции времени реверберации помещений в его отделке применяют звукопоглощающие материалы и конструкции (звукопоглотители).
- С акустической точки зрения звукопоглотители могут быть разделены на следующие группы:
- пористые (в т.ч. волокнистые);
- пористые с перфорированными экранами;
- резонансные;
- слоистые конструкции;
- штучные или объемные.
Пористые звукопоглотители изготавливают в виде плит, которые крепятся к ограждающим поверхностям непосредственно или на относе, из легких и пористых минеральных штучных материалов - пемзы, вермикулита, каолина, шлаков и т.п. с цементом или другим вяжущим. Такие материалы достаточно прочны и могут быть использованы для снижения шума в коридорах, фойе, лестничных маршах общественных и промышленных зданий.
В помещениях, где к внешнему виду звукопоглотителей предъявляются повышенные требования, применяют специальным образом обработанные волокнистые материалы. Сырьем для их производства служат древесные волокна, минеральная вата, стеклянная вата, синтетические волокна. Эти изделия также изготавливают в виде плоских плит (потолочные или стеновые панели) или криволинейных и объемных элементов. Поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается специальными пористыми красками, пропускающими воздух или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами.
В настоящее время волокнистые звукопоглотители являются наиболее употребительными в строительной практике. Они не только оказались наиболее эффективными с акустической точки зрения в широком частотном диапазоне, но и отвечают возросшим требованиям, предъявляемые к дизайну помещений.
В волокнистых поглотителях рассеяние энергии колебания воздуха и превращение ее в тепло происходит на нескольких физических уровнях. Во-первых, вследствие вязкости воздуха, а его очень много в межволоконном пространстве, колебание частиц воздуха внутри поглотителя приводит к трению. Кроме этого, происходит трение воздуха о волокна, поверхность которых также велика. В-третьих, волокна трутся друг о друга и, наконец, происходит рассеяние энергии из-за трения кристаллов самих волокон. Этим объясняется, что на средних и высоких частотах коэффициент звукопоглощения волокнистых материалов находится в пределах 0,4…1,0.
Напомним, что коэффициент звукопоглощения α равен отношению не отразившейся (поглощенной внутри и прошедшей сквозь) от поверхности энергии колебания воздуха к полной энергии, воздействующей на поверхность. Коэффициенты звукопоглощения большинства строительных материалов см. в таблице 1. Волокнистые и пористые материалы используют в основном для улучшения акустических качеств в кинотеатрах, театрах, концертных залах, студиях, аудиториях. Кроме того, они используются для уменьшения шума в детских садах, школах, больницах, ресторанах, офисах, торговых залах, вестибюлях, залах ожидания, производственных помещениях.
| Материал, объект | 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 |
| Бетон неокрашенный | 0.01 | 0.012 | 0.016 | 0.019 | 0.023 | 0.035 |
| Бетон окрашенный | 0.009 | 0.011 | 0.014 | 0.016 | 0.017 | 0.018 |
| Мрамор | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.013 | 0.015 | 0.017 |
| Кирпич неокрашенный | 0.024 | 0.025 | 0.031 | 0.042 | 0.049 | 0.07 |
| Кирпич окрашенный | 0.012 | 0.013 | 0.017 | 0.02 | 0.023 | 0.025 |
| Штукатурка гипсовая | 0.02 | 0.026 | 0.04 | 0.062 | 0.058 | 0.028 |
| Штукатурка известковая | 0.024 | 0.046 | 0.06 | 0.085 | 0.043 | 0.056 |
| Древесноволокнистые плиты (ДВП), 12 мм | 0.22 | 0.3 | 0.34 | 0.32 | 0.41 | 0.42 |
| Панель гипсовая 10 мм на 100 мм от стены | 0.41 | 0.28 | 0.15 | 0.06 | 0.05 | 0.02 |
| Пол паркетный | 0.04 | 0.04 | 0.07 | 0.06 | 0.06 | 0.07 |
| Пол дощатый на лагах | 0.2 | 0.15 | 0.12 | 0.1 | 0.08 | 0.07 |
| Метлахская плитка | 0.01 | 0.01 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.03 |
| Застекленные оконные переплеты | 0.35 | 0.25 | 0.18 | 0.12 | 0.07 | 0.04 |
| Двери лакированные | 0.03 | 0.02 | 0.05 | 0.04 | 0.04 | 0.04 |
| Ковер шерстяной толщиной 9 мм по бетону | 0.02 | 0.08 | 0.21 | 0.26 | 0.27 | 0.37 |
Для увеличения звукопоглощения на низких частотах необходимо увеличить толщину пористо-волокнистых материалов или предусмотреть воздушный промежуток между поглотителем и отражающей конструкцией.
Волокнистые звукопоглотители без окрасочного или наружного тканевого слоя используют с наружной защитой от механических повреждений, выполненной из перфорированного материала (SoundLux, дерева, фанеры, гипсокартона).
Между экраном и волокнистым материалом прокладывают воздухопроницаемый холст для предотвращения эмиссии волокнистых частиц. Конструкции с перфорированным покрытием звукопоглотителя позволяют достигать достаточно большого звукопоглощения в широком диапазоне частот. Частотную характеристику звукопоглощения регулируют подбором материалов, его толщиной, размером, формой, шагом отверстий. Звукопоглотители с металлическим перфорированным экраном хорошо зарекомендовали себя в качестве антивандальных покрытий.
Звукопоглощение пористым и волокнистым материалом, покрытым перфорированным экраном, носит резонансный характер. Прототипом таких конструкций служит резонатор Гельмгольца, состоящий из воздушной полости, соединенной отверстием с воздухом помещения, например, глиняный сосуд, вмурованный в стену, с открытым в помещение отверстием. У таких резонаторов звукопоглощение достигается в узком диапазоне частот вблизи собственной частоты колебаний резонатора.
Для получения высокого значения коэффициента звукопоглощения (0,7…0,9) в широком диапазоне частот применяют многослойные резонансные конструкции, состоящие из 2-3 параллельных экранов с разной перфорацией с воздушным промежутком разной толщины.
Звукопоглощающие конструкции с большим звукопоглощением в области низких частот изготавливают в виде панелей, состоящих из тонких пластин (дерево, фанера, гипсокартон), закрепленных на раме. Пластины расположены на некотором расстоянии от ограждающих поверхностей. Под действием звуковых волн панели будут колебаться. При совпадении собственных частот панелей и вынуждающих частот звуковых волн будет наблюдаться явление неотражения (поглощения) этих волн. Если при этом между панелями и ограждающими конструкциями разместить эффективные на средних и высоких частотах волокнистые поглотители, то получится широкополосные звукопоглощающие конструкции. Без применения подобных конструкций трудно добиться оптимального времени реверберации в концертных и театральных залах, где применение только эффективных мягких пористых и волокнистых поглотителей приглушает зал на средних и высоких частотах и оставляет его достаточно гулким на низких.
Следует иметь в виду, что в помещениях большого объема эффективность снижения времени реверберации или уровня шума за счет влияния добавочного звукопоглощения уменьшается. В таких помещениях важно использовать еще и форму стен и потолков. Так, применение не плоских, а кессонных потоков и пилястр различной формы или выступов (балконов) на стенах увеличивает звукопоглощение (на низких частотах - за счет формы поверхности, на средних и высоких - за счет многократности отражений от удаленных участках стен и потолка). Кроме того, это приводит к большей диффузности звукового поля, что благотворно сказывается на акустическом климате в помещениях.
В тех случаях, когда звукопоглощающий материал нельзя применять на ограждающих конструкциях (например, если они светопрозрачны) или их площадь недостаточна для достижения необходимого эффекта, используются подвесные штучные (объемные) звукопоглотители. Чаще всего это плоские плиты из волокнистых материалов, покрытые пористой краской, обтянутые тканями или заключенные в перфорированные листы металла. Так, штучные звукопоглотители Buffl шведской фирмы Ecophon имеют размер 600х1200х50мм,обладают специальными крючками для подвеса. Такие конструкции акустически очень эффективны, так как, подвешенные вертикально, они поглощают звук обеими поверхностями. Если эти поглотители подвешены так, что в плане образуют замкнутые фигуры (квадраты, треугольники и т.д.), то звукопоглощение увеличивается за счет резонансного поглощения в воздухе между вертикалями панелей.
При выборе того или иного звукопоглотителя, помимо акустических требований, необходимо учитывать и условия эксплуатации помещения. Поэтому надо иметь в виду такие свойства материалов, как влаго- и огнестойкость, механическая прочность, экономичность, биостойкость, возможность вторичной покраски, очистки от пыли и мойки.