Акустика — наука о звуке, изучающая физическую природу звука и проблемы, связанные с его возникновением, распространением, восприятием и воздействием.
Звукоизоляция – способность преграды (пол, стена, перекрытие) работать на отражение падающей звуковой волны, а также снижению уровня прошедшей волны в соседнее помещение.
Звукопоглощение – способность преграды препятствовать отражению падающей звуковой волны, путем преобразования звуковой энергии в тепловую.
Несмотря на простоту определений, между понятиями поглощения и изоляции звука существует огромная путаница. Это не удивительно, потому что вопрос не так прост, как может показаться на первый взгляд. Часто рекомендуют использовать различные пористые материалы с высоким поглощением с целью задержать звук, идущий из одной точки в другую. На практике же выходит что это просто потеря времени. Максимум, чего можно добиться таким путем, это снизить уровень звуковой энергии на 3 дБ на высоких частотах.
Конечно, пористые материалы поглощают звук, а так как они частично уменьшают энергию звука, они уменьшают и энергию волны, проходящей через них. Но для того чтобы получить мало-мальски стоящее затухание, толщина слоя поглощающего материала должна быть сравнима с длиной звуковой волны. Так как на практике часто приходится иметь дело со звуковыми волнами длиной в несколько метров, ясно, что об использовании поглощающих материалов непосредственно в качестве звукоизоляторов не может быть и речи.
Нередко встречаются случаи, когда для увеличения звукоизоляции несущих конструкций предлагается наклеить тонкие мембраны разного типа и состава. В отличие от первого варианта в этом случае эффект будет нулевым. Такой эффект получается потому, что масса и толщина демпфирующего материала (мембраны) на много меньше массы исходной преграды, а из теории известно, что в однослойных конструкциях работает принцип удвоения массы, при котором, звукоизоляция увеличивается максимум на 6 дБ. Получается, что при увеличении толщины тяжелой преграды в 2 раза, например, из кирпича, общая звукоизоляция увеличится максимум на 6 дБ. Поэтому дополнительного эффекта от наклеивания мембран на кирпичные, андезито-базальтовые или другие тяжелые преграды не происходит по причине недостаточной поверхностной массы демпфирующего материалы.
Чтобы понять какие материалы лучше использовать для звукоизоляции нужно внимательно присмотреться к тому, что происходит, когда звуковая волна падает на некоторую поверхность. Обычно большая часть звуковой энергии отражается, некоторое количество ее поглощается и переходит в тепло, а часть проникает через поверхность.
В силу закона сохранения энергии в каждом случае сумма всех этих долей энергии: отраженной, поглощенной и прошедшей — всегда должна равняться энергии волны, падающей на поверхность. Так как нам желательно уменьшить долю прошедшей волны, логично попытаться увеличить долю отраженной или поглощенной волны. Но увеличить поглощение нельзя: это требует большого объема материалов дорогих материалов, поэтому остается только увеличивать интенсивность отраженной волны за счет прошедшей. В такой постановке проблема упрощается: чем больше отражает поверхность, тем меньше звука проникает через нее.
Приведем пример со стеной из гранита. Гранитная стена настолько массивна и так мало сжимаема, что легкие молекулы воздуха не могут оказать на нее заметного воздействия. Для дальнейшего нам было бы полезно располагать некоторой мерой, которая единовременно учитывала бы и упругость, и плотность вещества. Вспомнив, что скорость звука в среде зависит от упругости и плотности этой среды, в качестве такой меры мы можем выбрать волновое сопротивление среды. Понять значение этой величины несложно. Плотность гранита велика, а вследствие его малой сжимаемости скорость звука в нем также велика. Поэтому волновое сопротивление гранита огромно. В результате этого, как мы уже знаем, при падении звуковой волны из воздуха на гранитную стену отражается больше 99% падающей энергии. Но если бы мы заменили гранитную стену «стеной» воздуха, скачка от малого к большому импедансу не было бы, а потому исчезло бы и отражение. Чем больше различие (несогласование) импедансов двух сред, тем больше отражение и тем меньшая доля падающей волны проходит из одной среды в другую. Отсюда можно сделать еще один вывод: толстая, плотная каменная стена — наилучший простой изолятор звука.
Но что если в помещении изначально есть тяжелая преграда, например, перегородка в пол кирпича, которая обладает собственной изоляцией 47 дБ, но этой величины недостаточно? Т.к. у Вас за стеной очень шумные соседи, либо над офисными помещениями предполагается технический этаж с множеством шумящего оборудования? В таком случае бесконечно увеличивать толщину и массу ограждения не целесообразно!
Для дополнительной звукоизоляции тяжелых преград чаще всего используются каркасные и бескаркасные облицовки с обшивкой ГВЛ и ГКЛ, а не отделочные звукопоглощающие материалы или легкие демпфирующие мембраны.
Подведение итогов: для высокой звукоизоляции в первую очередь необходима преграда, которая способна хорошо отражать звуковую энергию, а значит такая преграда должна быть как можно тяжелее.
Вторым фактором, влияющим на звукоизоляцию является чередование материалов с разной структурой и плотностью (разность импедансов). Для этого часто между несущей стеной и звукоизоляционной конструкцией дополнительно делают воздушный промежуток.
В-третьих, звукоизоляционная преграда должна быть максимально герметична, не должно быть никаких отверстий и щелей для проникновения звука.
В четвертых, звукоизоляционная преграда не должна быть жестко связана с изолируемой поверхностью, т.е. все крепления к несущим поверхностям необходимо осуществлять с помощью демпфированных прокладок и виброизоляционных креплений.
Звукопоглощающие преграды снижают энергию отраженных волн, позволяя достигать в помещениях таких результатов, как снижение гула и слышимого эха, улучшать разборчивость речи, уменьшить отклики в помещениях специального назначения, улучшать общее акустическое впечатление.
Чаще всего в качестве звукопоглотителей используются декоративно отделочные материалы, которые поглощают звук за счет наличия мелких пор на лицевой поверхности, либо представляют собой листовые материалы с перфорированными отверстиями. Как правило звукопоглощающие материалы для разных помещений могут подбираться разными методами. Для студий, кинотеатров, спортивных залов акустические материалы выбираются на основании расчетов. Для офисных помещений, ресторанов, аудиторий, холлов – звукопоглощающие материалы могут выбираться из эстетических соображений, а также требуемого эффекта по звукопоглощению.
