Звукоизоляция - Soundproofing

Безэховой камере , показывая акустические демпфирующие плитки , используемые для поглощения звука.

Звукоизоляция - это любое средство снижения звукового давления по отношению к определенному источнику звука и рецептору. Существует несколько основных подходов к уменьшению звука: увеличение расстояния между источником и приемником, использование шумовых барьеров для отражения или поглощения энергии звуковых волн , использование демпфирующих конструкций, таких как звуковые перегородки , или использование активных противошумовых генераторов звука.

В звукоизоляции есть 5 элементов ( поглощение , демпфирование , развязка, расстояние и добавление массы). Аспект звукопоглощения при звукоизоляции не следует путать со звукопоглощающими панелями, используемыми в акустической обработке. Поглощение в этом смысле относится только к уменьшению резонансной частоты в полости путем установки изоляции между стенами, потолком или полом. Акустические панели могут играть роль в обработке только после того, как стены, потолки и полы будут звукоизолированы, уменьшая отражения, которые делают общий звук в комнате источника громче.

При проектировании акустической обработки может потребоваться рассмотреть две различные проблемы звукоизоляции - улучшить звук внутри комнаты (см. Реверберацию ) и уменьшить утечку звука в / из соседних комнат или на улицу (см. Класс передачи звука и индекс звукоизоляции ). Акустическое приглушение и контроль шума могут использоваться для ограничения нежелательного шума. Звукоизоляция может подавлять нежелательные непрямые звуковые волны, такие как отражения , вызывающие эхо, и резонансы , вызывающие реверберацию . Звукоизоляция может уменьшить передачу нежелательных прямых звуковых волн от источника к непроизвольному слушателю за счет использования расстояния и препятствий на пути прохождения звука.

Абсорбция

Звукопоглощающий материал регулирует уровни реверберирующего звукового давления в полости, ограждении или помещении. Синтетические абсорбирующие материалы пористые и относятся к пенопласту с открытыми порами (акустическая пена, звукоизоляционная пена). Волокнистые абсорбирующие материалы, такие как целлюлоза, минеральная вата, стекловолокно, овечья шерсть, чаще используются для снижения резонансных частот внутри полости (изоляция стен, пола или потолка), обеспечивая двойное назначение своих теплоизоляционных свойств. Как волокнистый, так и пористый поглощающий материал используются для создания акустических панелей, которые поглощают звуковые отражения в комнате, улучшая разборчивость речи.

Пористые поглотители

Пористые поглотители, обычно вспененные резины с открытыми порами или меламиновые губки , поглощают шум за счет трения внутри ячеистой структуры. Пористые пенопласты с открытыми порами являются высокоэффективными поглотителями шума в широком диапазоне средних и высоких частот. На более низких частотах производительность может быть менее впечатляющей.

Точный профиль поглощения пористой пены с открытыми ячейками будет определяться рядом факторов, включая следующие:

  • Размер ячейки
  • Извилистость
  • Пористость
  • Толщина материала
  • Плотность материала

Резонансные поглотители

Резонансные панели, резонаторы Гельмгольца и другие резонансные поглотители работают, демпфируя звуковую волну при ее отражении. В отличие от пористых поглотителей, резонансные поглотители наиболее эффективны на низких и средних частотах, а поглощение резонансных поглотителей всегда согласовано с узким частотным диапазоном.

Демпфирование

Под демпфированием понимается уменьшение резонанса в комнате за счет поглощения или перенаправления (отражения или диффузии). Поглощение снижает общий уровень звука, в то время как перенаправление делает нежелательный звук безвредным или даже полезным за счет снижения когерентности . Демпфирование может уменьшить акустический резонанс в воздухе или механический резонанс в структуре самой комнаты или предметах в комнате.

Развязка

Создание разделения между источником звука и любой формой прилегающей массы, затрудняющее прямой путь для передачи звука.

Разделение стены включает использование упругих изолирующих зажимов или звукопоглощающих прокладок. При установке зажимы следует располагать в шахматном порядке (через каждую другую стойку), чтобы создавать меньше путей для передачи звука. Упругий изолирующий канал легко вставляется в упругие зажимы, в результате чего между стойкой и гипсокартоном образуется зазор 1 5/8 дюйма. Винты с мелкой резьбой используются для ввинчивания гипсокартона в эластичный канал. Винты должны быть правильной длины, чтобы не проткнуть стойку, так как это снизит эффективность изолированной стены.

Расстояние

Плотность энергии звуковых волн уменьшается по мере их удаления друг от друга, так что увеличение расстояния между приемником и источником приводит к постепенному снижению интенсивности звука в приемнике. В обычной трехмерной обстановке, с точечным источником и точечным приемником, интенсивность звуковых волн будет ослабляться в соответствии с обратным квадратом расстояния от источника.

Масса

Добавление плотного материала в обработку помогает предотвратить выход звуковых волн из исходной стены, потолка или пола. Материалы включают в себя винил, гипсокартон, звукоизоляцию из гипсокартона, фанеру, древесноволокнистую плиту , бетон или резину. Звукоизолирующие материалы различной ширины и плотности уменьшают звук в пределах переменного частотного диапазона. Использование нескольких слоев материала необходимо для успеха любого лечения.

Отражение

Когда звуковые волны попадают в среду, отражение этого звука зависит от различий поверхностей, с которыми он соприкасается. Звук, ударяющийся о бетонную поверхность, приведет к совершенно иному отражению, чем если бы звук попал в более мягкую среду, такую ​​как стекловолокно. На открытом воздухе, например, при строительстве дорог, насыпи или панели часто используются для отражения звука вверх в небо.

Диффузия

Если зеркальное отражение от твердой плоской поверхности дает проблемное эхо, то на поверхность можно установить акустический диффузор . Это будет рассеивать звук во всех направлениях. Это эффективно для устранения очагов шума в комнате.

Шумоподавление

Подавление шума генераторов для активного контроля шума являются относительно современные инновации. Микрофон используется для улавливания звука, который затем анализируется компьютером; затем звуковые волны с противоположной полярностью (фаза 180 ° на всех частотах) выводятся через динамик, вызывая деструктивные помехи и подавляя большую часть шума.

Жилой

Программа Residential Sound направлена ​​на уменьшение или устранение воздействия внешнего шума. Основное внимание в звуковой программе жилых домов в существующих конструкциях уделяется окнам и дверям. Двери из массива дерева являются лучшим звуковым барьером, чем пустотелые двери. Шторы можно использовать для гашения звука либо за счет использования тяжелых материалов, либо за счет использования воздушных камер, известных как соты . Одно-, двух- и трехкомпонентные сотовые конструкции обеспечивают относительно большую степень звукоизоляции. Основным пределом звукоизоляции штор является отсутствие уплотнения на краю занавеси, хотя это можно смягчить, используя уплотняющие элементы, такие как застежка-липучка, клей, магниты или другие материалы. Толщина стекла будет играть роль при диагностике утечки звука. Окна с двойным остеклением обеспечивают несколько большее шумопоглощение, чем окна с одним остеклением, когда они хорошо загерметизированы в проем оконной рамы и стены.

Значительного снижения шума можно также добиться, установив второе внутреннее окно. В этом случае внешнее окно остается на месте, в то время как в тех же стенных проемах устанавливается задвижка или подвесное окно.

В США FAA предлагает шумоподавление для домов, попадающих в зону шума, где средний уровень децибел составляет 65 децибел. Это часть их программы звукоизоляции жилых помещений. Программа предлагает входные двери из массива дерева, а также окна и штормовые двери.

Потолки

Звукоизоляция потолка квартиры, Звукоизоляция гипсокартона, Канал упругой изоляции, Вязкоупругий состав, Звукоизоляция
Звукоизоляция потолка в квартире
  • Герметизация зазоров и трещин вокруг электропроводки, водопроводных труб и воздуховодов с помощью акустического герметика или аэрозольной пены значительно снизит нежелательный шум в качестве предварительного шага для звукоизоляции потолка.
  • Изоляция из минеральной ваты чаще всего используется для звукоизоляции из-за ее плотности и низкой стоимости по сравнению с другими звукоизоляционными материалами. Изоляцию из аэрозольной пены следует использовать только для заполнения щелей и трещин или в качестве слоя 1-2 дюйма перед укладкой минеральной ваты. Затвердевшая пена для распыления и другая пена с закрытыми порами может быть проводником звука. Пена для распыления недостаточно пористая, чтобы поглощать звук, а также недостаточно плотная, чтобы остановить звук.
  • Эффективным методом снижения ударного шума является упругий изолирующий канал . Каналы отделяют гипсокартон от балок, уменьшая передачу вибрации. Шурупы закрепляют каналы в балке потолка, поражая все остальные балки. Каналы опираются на 1/2 дюйма от балки с помощью эластичных изолирующих зажимов или резиновой демпфирующей прокладки. После установки ударная вибрация имеет минимальные способы передачи через каналы к новой установке гипсокартона.
  • При отделке потолка следует использовать акустический герметик по периметру стены и вокруг всех приспособлений и регистров воздуховодов для дальнейшей герметизации обработки. Избегайте встраиваемых светильников или каких-либо светильников, требующих больших отверстий в потолке. Одно маленькое отверстие может поставить под угрозу эффективность всего лечения.

Стены

  • Розетки, выключатели света и электрические коробки являются слабыми местами в любой звукоизоляции. Электрические коробки следует обернуть глиной или замазкой и покрыть слоем MLV . После того, как пластины переключателей, крышки розеток и светильники установлены, необходимо произвести акустическую герметизацию по периметру пластин или светильников.
  • Масса - единственный способ остановить звук. Масса относится к гипсокартону, фанере или бетону. MLV (Mass Loaded Vinyl) используется для гашения или ослабления звуковых волн между слоями массы. Использование вязкоупругого демпфирующего состава или MLV преобразует звуковые волны в тепло, ослабляя волны до достижения следующего слоя массы.
  • Стены заполнены утеплителем из минеральной ваты. В зависимости от желаемого уровня обработки может потребоваться 2 слоя утеплителя. Использование эластичных изолирующих зажимов помогает в процессе разъединения для звукоизоляции стен и потолка. После установки зажимов эластичный изолирующий канал легко вставляется в зажимы.
  • Установка звукоизоляционного гипсокартона рекомендуется из-за его более высокого значения STC . Звукоизоляционный гипсокартон в сочетании с вязкоупругим составом может снизить уровень шума до уровня STC 60+. Важно использовать несколько слоев массы разной ширины и плотности, чтобы оптимизировать любую звукоизоляцию.

Полы

Оставить зазор между балкой и фанерой чернового пола - самый эффективный способ укладки звукоизоляционного пола. Неопреновая лента для балок или U-образные резиновые прокладки помогают отделить черновой пол от балки. Можно установить дополнительный слой фанеры с вязкоупругим составом. Винил с массовой загрузкой в ​​сочетании с резиной с открытыми порами или пенопластом для пола с закрытыми порами дополнительно снижает передачу звука. После применения этих методов можно укладывать паркет или ковровое покрытие. Дополнительные коврики и мебель помогут уменьшить нежелательное отражение в комнате.

Комната в комнате

Помещение в комнате (RWAR) - это один из методов изоляции звука и предотвращения его передачи во внешний мир, где это может быть нежелательно.

В большинстве случаев передача вибрации / звука из комнаты наружу происходит с помощью механических средств. Вибрация проходит непосредственно через кирпич, дерево и другие твердые элементы конструкции . Когда он встречается с таким элементом, как стена, потолок, пол или окно, который действует как дека , вибрация усиливается и слышится во втором пространстве. Механическая передача намного быстрее, эффективнее и, возможно, легче усиливается, чем воздушная передача той же начальной силы.

Использование акустической пены и других абсорбирующих средств менее эффективно против этой передаваемой вибрации. Пользователю рекомендуется разорвать связь между комнатой, в которой находится источник шума, и внешним миром. Это называется акустической развязкой. Идеальная развязка предполагает устранение передачи вибрации как в твердых материалах, так и в воздухе, поэтому поток воздуха в комнату часто контролируется. Это имеет значение для безопасности: внутри изолированного пространства должна быть обеспечена надлежащая вентиляция, и нельзя использовать газовые обогреватели.

Коммерческий

Рестораны, школы, офисные предприятия и медицинские учреждения используют архитектурную акустику, чтобы снизить уровень шума для своих клиентов. В США , OSHA имеет требования , регулирующие продолжительность воздействия на работников определенных уровней шума.

Коммерческие предприятия иногда используют технологию звукоизоляции, особенно когда они представляют собой открытый офис. Есть много причин, по которым компания может применить звукоизоляцию для своего офиса. Одно из самых больших препятствий для производительности труда - отвлекающие шумы, которые исходят от людей, разговаривающих, например, по телефону, или от своих коллег и начальника. Шумоизоляция важна для того, чтобы люди не теряли концентрацию и внимание при выполнении своего рабочего проекта. Также важно обеспечить безопасность конфиденциальных разговоров для предполагаемых слушателей.

При поиске места для установки звукоизоляции акустические панели следует устанавливать в офисных помещениях, где соединяются многие транспортные коридоры, проходы и открытые рабочие зоны. Успешная установка акустических панелей основывается на трех стратегиях и методах поглощения звука, блокирования передачи звука из одного места в другое, а также прикрытия и маскирования звука, расположенных так, чтобы избегать других услуг или блокировать свет.

Для преподавателей и студентов улучшение качества звука в окружающей среде впоследствии улучшит обучение, концентрацию и взаимодействие учителя и ученика. В 2014 году исследование, проведенное Applied Science, показало, что 86% студентов воспринимают своих преподавателей более внятно, в то время как 66% студентов сообщили, что испытывали более высокий уровень концентрации после того, как в класс были включены звукопоглощающие материалы.

Автомобильная промышленность

Автомобильная звукоизоляция направлена ​​на уменьшение или устранение воздействия внешнего шума, в первую очередь шума двигателя, выхлопных газов и шин, в широком диапазоне частот. При конструировании транспортного средства, которое включает в себя звукоизоляцию, используется амортизирующий материал панели, который снижает вибрацию панелей кузова транспортного средства, когда они возбуждаются одним из многих источников звука высокой энергии, возникающих при использовании транспортного средства. Внутри транспортных средств создается множество сложных шумов, которые меняются в зависимости от условий движения и скорости движения транспортного средства. Значительное снижение шума до 8 дБ может быть достигнуто за счет установки комбинации различных материалов.

Пространственно усредненные спектры скорости частиц (слева) и широкополосные цветовые карты пола автомобиля без (в центре) и с (справа) демпфирующей обработки.

Автомобильная среда ограничивает толщину материалов, которые можно использовать, но комбинации демпферов, барьеров и поглотителей являются обычным явлением. Обычные материалы включают войлок, пену, полиэстер и смешанные полипропиленовые материалы. В зависимости от используемых материалов может потребоваться гидроизоляция. Акустическая пена может применяться в различных частях автомобиля во время производства для снижения шума в кабине. Пены также имеют преимущества в стоимости и производительности при установке, поскольку пеноматериал может расширяться и заполнять полости после нанесения, а также предотвращать утечки и попадание некоторых газов в автомобиль. Звукоизоляция автомобиля может снизить шум ветра , двигателя , дороги и шин . Звукоизоляция автомобиля может снизить уровень шума внутри автомобиля с 5 до 20 децибел.

Материалы для поверхностного демпфирования очень эффективны для снижения структурного шума. Пассивные демпфирующие материалы используются в аэрокосмической промышленности с начала 1960-х годов. С годами достижения в производстве материалов и разработка более эффективных аналитических и экспериментальных инструментов для описания сложных динамических характеристик позволили расширить использование этих материалов в автомобильной промышленности. В настоящее время к кузову обычно прикрепляют несколько вязкоупругих демпфирующих прокладок для ослабления структурных мод панелей более высокого порядка, которые вносят значительный вклад в общий уровень шума внутри кабины. Традиционно используются экспериментальные методы для оптимизации размера и местоположения демпфирующих обработок. В частности, испытания типа лазерного виброметра часто проводятся на теле с белыми структурами, что позволяет быстро получить большое количество точек измерения с хорошим пространственным разрешением. Однако тестирование всего транспортного средства в большинстве случаев невозможно, требуя оценки каждой подсистемы в отдельности, что ограничивает возможности использования этой технологии быстрым и эффективным способом. В качестве альтернативы, вибрации конструкции можно также измерить акустически, используя датчики скорости частиц, расположенные рядом с колеблющейся конструкцией. Несколько исследований выявили потенциал датчиков скорости частиц для характеристики структурных колебаний, что значительно ускоряет весь процесс испытаний в сочетании с методами сканирования.

Шумовые барьеры

Шумоизоляция вдоль железной дороги в Японии

С начала 1970-х годов в Соединенных Штатах и ​​других промышленно развитых странах стало обычной практикой проектировать шумозащитные экраны вдоль основных автомагистралей для защиты жителей прилегающих территорий от постороннего шума проезжей части . Федеральное управление автомобильных дорог (ФАД) совместно с Государственной дорожной администрацией (ССЗ) принято Федеральные Правила (23 CFR 772) требует от каждого государства принять свою собственную политику в отношении к ограничению шума дорожного движения. Были разработаны инженерные методы для прогнозирования эффективной геометрии конструкции шумового барьера в конкретной реальной ситуации. Шумозащитные экраны могут быть изготовлены из дерева, кирпичной кладки , земли или их комбинации. Одна из первых конструкций шумозащитных экранов была построена в Арлингтоне, штат Вирджиния, рядом с межштатной автомагистралью 66 , исходя из интересов, выраженных Арлингтонской коалицией по транспорту . Возможно, самая ранняя научно разработанная и опубликованная конструкция противошумового барьера была построена в Лос-Альтосе, Калифорния, в 1970 году.

Смотрите также

использованная литература