Виды звукопоглощающих материалов

В целях снижения слышимых шумов в промышленных и общественных зданиях промышленность выпускает различные виды звукопоглощающих материалов и изделий. Звукопоглощающими называют материалы, применяемые для внутренней отделки помещений с целью улучшения акустических свойств последних.Основной целью применения звукопоглощающих материалов является снижение слышимых шумов в промышленных и общественных зданиях.
Звукопоглощающие материалы способны обеспечивать требуемую продолжительность реверберации в помещениях различного назначения, причем коэффициент звукопоглощения, измеренный в диффузном поле (в реверберационной камере при непосредственном размещении материала или изделия на жестком основании) в частотных полосах 125…500, 500…2000 и 2000…8000 соответственно не ниже 0,2; 0,4 и 0,6.

Под реверберацией понимают наличие постепенно затухающего в закрытом помещении звука вследствие повторных отражений после прекращения звучания. Время реверберации в зависимости от вида помещений и частот составляет 0,2…2 с.
Звукопоглощающие материалы применяют для равномерного распределения уровней полезного сигнала по площади в данном помещении, а также для предотвращения распространения звука вдоль длинных помещений.

◊ По характеру поглощения звука звукопоглощающие материалы делят: на пористые с твердым скелетом,в которых звук поглощается в результате вязкого трения в порах, при этом звуковая энергия переходит в тепло (пеностекло, газобетон и другие пористые материалы с твердым скелетом); пористые с гибким скелетом,в которых кроме резкого трения в порах возникают релаксационные потери, связанные с деформацией нежесткого скелета (минеральная, скелетная, базальтовая и хлопковая ваты;

древесноволокнистые плиты и другие аналогичные по характеру материалы); панельные материалы и конструкции,звукопоглощение которых обусловлено активным сопротивлением системы, совершающей вынужденные колебания под действием падающей звуковой волны (тонкие панели из фанеры, жесткие древесноволокнистые плиты, звуконепроницаемые ткани и т. п.). Звукопоглощение пористых материалов можно увеличить также посредством устройства воздушного слоя между ограждающей конструкцией и ими.

◊ По структуре различают звукопоглощающие материалы:пористо-зернистые,пористо-волокнистые и пористо-губчатые,а по степени твердости скелета их делят на мягкие, полужесткие,жесткие и твердые. В зависимости от вида звукопоглощающие материалы бывают в виде плит, рулонов и сыпучих материалов; их используют также в виде штукатурки, имеющей гладкопористую структуру, перфорированную и бороздчатую.

В ограждающих конструкциях звукопоглощающие материалы применяют в виде однослойного однородного материала с офактуренной поверхностью, многослойного пористо-волокнистого с жестким перфорированным покрытием, а также в виде штучных материалов разнообразных размеров и формы, однослойных и многослойных.

◊ Из конструкций без защитной оболочки наиболее распространены минераловатные акустические плиты на синтетическом связующем типа ПА/С, ПА/О и ПА/Д; плиты из гранулирован ной минеральной ваты на крахмальном связующем; плиты из штапельного стеклянного волокна типа ПС и ПЖС; базальтовые звукопоглощающие маты марки БЗМ;

древесноволокнистые плиты с перфорацией; гипсовые плиты, армированные стекловолокном со сквозной перфорацией; плиты из ячеистого бетона типа «Силакпор» с пористой структурой и перфорацией лицевого слоя; плиты из газосиликата и др.

◊ Звукопоглощающие материалы с защитными оболочками применяют в ограждающих конструкциях. Это минераловатные полужесткие плиты марок ПП, ППМ на синтетическом связующем; минераловатные маты прошивные на металлической сетке; маты из штапельного стеклянного волокна на синтетическом связующем; маты из супертонких стеклянных волокон, а также холсты и маты из перепутанных супертонких базальтовых волокон.

В строительстве общественных зданий успешно используют защитные оболочки и экраны, которые изготовляют из стеклянного или капронового волокна, гипсовых перфорированных плит, с тыльной стороны оклеенных технической бязью.

Толщина защитных перфорированных покрытий для звукопоглощающих материалов и изделий I класса в диапазоне средних (с) и высоких (в) частот не должна превышать 1,5 мм, а для изделий всех классов в диапазоне низких частот (н) — не должна превышать 10 мм.
В ряде случаев в качестве звукопоглощающих материалов применяют древесностружечные плиты, акустическую штукатурку с заполнителем из обожженной каолиновой корки или перлитового песка.

◊ Минераловатные акустические плиты ПА/С, ПА/О и ПА/Д изготовляют из минерального волокна путем пропитки его синтетическим связующим с последующей тепловлажностной обработкой в специальных камерах. Полученные заготовки подвергают механической обработке, после чего на них наносят декоративный покровный слой.

Указанные плиты выпускают размером 500×500×20 мм, плотностью 130… 140 кг/м³ и пределом прочности на разрыв до 0,4 МПа, коэффициентом звукопоглощения 0,4…0,87 в интервале частот от 500 до 2000 Гц. Хорошие декоративные качества минераловатных акустических плит позволяют широко использовать их для облицовки потолков, вестибюлей театров, концертных залов, радиостудий и помещений со значительным шумовыделением.

◊ Плиты «Акминит» и «Акмигран» — акустические материалы, изготовляемые на основе гранулированной минеральной ваты и композиций крахмального связующего с добавками. Плиты выпускают размером 300×300×20 мм, плотностью 350…400 кг/м³ и пределом прочности при изгибе 0,7… 1,0 МПа, с высо ким коэффициентом звукопоглощения — до 0,8.

Указанные плиты предназначены для звукопоглощающей отделки потолков и верхней части стен помещений общественных и административных зданий, эксплуатируемых с относительной влажностью воздуха не более 70%. Лицевая поверхность плит имеет фактуру в виде направленных трещин (каверн), подобно фактуре поверхности выветрившегося известняка.

Крепление плит к перекрытию осуществляется с помощью металлических профилей, их можно также приклеивать специальными мастиками непосредственно к жесткой поверхности. Своеобразная фактура и широкая гамма цветов вносят разнообразие в интерьеры помещений при массовом применении декоративных акустических плит «Силакпор» и плит из газосиликатов.

◊ Плиты «Силакпор» изготовляют из легковесного газобетона специальной структуры плотностью 300…350 кг/м³. Лицевая поверхность плит может иметь продольную щелевую перфорацию, что придает ей не только лучший вид, но и повышенную способность к поглощению шума. Коэффициент звукопоглощения плит «Силакпор» в диапазоне частот от 200 до 4000 Гц составляет 0,3…0,8.

◊ Плиты из газосиликата обладают хорошими эксплуатационными и архитектурно-строительными свойствами и представляют особую группу звукопоглощающих материалов, в том числе с макропористой структурой. Из газосиликата изготовляют пли ты размером 750×350×25 мм, плотностью 500…600 кг/м³ и пределом прочности при сжатии 1,5…2,0 МПа, коэффициентом звукопоглощения в диапазоне частот от 500 до 4000 Гц для микропористых плит 0,2…0,3, а для макропористых 0,6…0,9.

Технологический процесс производства плит состоит из смешения сырьевых материалов — извести, песка и красителя; заливки приготовленного раствора в формы и автоклавной обработки, после чего изделия фрезеруют и калибруют. Хорошим внешним видом, достаточной огнестойкостью и высокими звукопоглощающими свойствами обладают акустические перфорированные плиты из сухой штукатурки и гипсовые перфорированные плиты с минераловатным звукопоглотителем. Их широко используют для внутренней отделки стен и потолков в культурно-бытовых и общественных зданиях.

◊ Акустические экраны из сухой гипсовой штукатурки получают методом штамповки. Сухую гипсовую штукатурку, разрезанную на плиты размером 1000×500×8 мм, направляют на пресс-штамп для образования отверстий диаметром 6 и 10 мм.

После штамповки экраны подают на шлифовальные станки для снятия шероховатостей, далее на конвейер для приклейки подстилающего слоя из ткани с одновременной подсушкой клея. Для облицовки стен и потолков помещений с относительной влажностью воздуха не более 70% экраны выпускают с минераловатным или стекловолокнистым звукопоглотителем.

◊ Акустические гипсовые перфорированные плиты с минераловатным звукопоглотителем состоят из гипсовой скорлупы, армированной стекложгутом и стальной проволокой диаметром 0,8…1,2 мм, минеральной ваты ПП-80,вкладываемой в свободные секции гипсовой плиты и алюминиевой фольги, которая защищает вату от увлажнения. Плиты имеют коэффициент звукопоглощения до 0,7 при частотах звука 400…1500 Гц.

◊ Асбестоцементные акустические экраны, представляющие большой интерес, отличаются высокой механической прочностью (до 10 МПа), огнестойкостью; они долговечны и гигиеничны, обладают хорошими декоративными качествами и высоким коэффициентом звукопоглощения — 0,6…0,9. Асбестоцементные акустические плиты производят двух видов: перфорированные с круглыми или щелевыми сквозными отверстиями и с перфорированными экранами из асбестоцемента с минераловатным звукопоглотителем.

Плиты и экраны применяют для облицовки подвесных потолков или стен с целью снижения уровня шума.

◊ Перлитовые звукопоглощающие плиты изготовляют на основе вспученного перлита на вяжущем из жидкого стекла или синтетических смол с добавкой пигментов для придания различной цветовой окраски.

Перлитовые плиты производят размером 300×300×30 мм, плотностью 250…500 кг/м³ , пределом прочности при изгибе 0,4…1,2 МПа, коэффициентом звукопоглощения до 0,7 в интервале частот от 500 до 2000 Гц. Применяют их для снижения уровня шума и создания хороших акустических условий в помещении.

Звукопоглощающие материалы

Наибольшее значение из числа материалов с волокнистой структурой имеют минераловатные плиты, изготовляемые из минерального, стеклянного или асбестового волокна. В качестве связующего используют полимеры (преимущественно феноло-формальдегидный и мочевино-формальдегидный), битумную эмульсию, крахмально-бентонитовое связующее.

Звукоизоляционные минераловатные плиты отличаются от теплоизоляционных более жестким скелетом и сквозной пористостью. Плитам придают желобчатую, ноздреватую или трещиноватую декоративную фактуру; перфорация плит делается примерно на 2/3 толщины материала. Например, декоративно-акустические плиты «Акмигран» изготовляют из гранулированной минеральной ваты (76 — 80%), крахмала (10 — 12%) и бентонитовой глины (10 — 15%). Плиты имеют красивый вид и являются эффективным звукопоглощающим материалом с коэффициентом звукопоглощения 0,8 — 0,9 при среднем и высоком диапазонах частот.

Древесноволокнистые плиты, изготовляемые из древесной массы по обычной технологии, применяют в качестве звукопоглощающей облицовки. Для повышения огнестойкости необходимо вводить в состав массы добавки антипиренов. Перфорация плит делается обычно на 2/з толщины в виде круглых отверстий или пазов; плиты окрашиваются.

Акустический фибролит получают из древесной шерсти и минерального вяжущего вещества (портландцемента или гипса) с объемной массой 350 — 600 кг/м3.

Рулоны и маты изготовляют из минерального и органического волокна (синтетического, хлопкового волокна и т. п.), небольшого количества связующего (синтетической смолы, битума, крахмала) или прошивают нитками, тонкой проволокой. Для защиты от пыли и повышения механической прочности маты и плиты покрывают тонкими пленками (например, полиамидной) и декоративной стеклотканью. Их объемная масса 50 — 200 кг/м³.

Акустические бетоны и растворы изготовляют из пористых заполнителей, отличающихся небольшой объемной массой (вспученный перлит, вермикулит, легкие виды керамзита, природной и шлаковой пемзы). Используют также крошку глиняного кирпича и каолиновую крошку из отходов керамической промышленности. Вяжущим служит цветной, белый или обычный портландцемент. Акустические бетоны применяют в виде плит или шумоглушащих блоков.

Керамические блоки и плиты могут изготовляться из кирпичной крошки на жидком стекле. Блоки применяют для глушения шума промышленных установок при температуре до 500°С, а плиты — для глушения шума в вентиляционных каналах.

Ячеистые неорганические материалы: ячеистый бетон, пеностекло, пеноперлитокерамика отличаются высокой огнестойкостью, небольшой массой и достаточной прочностью. При обычных температурных условиях хорошее звукопоглощение достигается при использовании поропластов, т. е. ячеистых пластмасс, имеющих сообщающиеся между собой поры. Например, пористый полиуретан толщиной 50 мм имеет коэффициент звукопоглощения 0,9 при частоте 500 Гц.

Звукопоглощающие изделия из пористого материала с перфорированным покрытием нашли широкое применение. Сравнительная простота сочетается с возможностью получить наилучшую частотную характеристику звукопоглощения для любых конкретных условий. Можно подобрать диаметр отверстий перфорации, процент перфорации, толщины экрана, воз-‘ душного зазора и слоя пористого материала так, чтобы получить при данных частотах высокий коэффициент звукопоглощения.

Основным элементом изделия является пористый материал с объемной массой не более 100 — 140 кг/м3 в виде минераловатных плит, рулонов, акустических бетонных плит или полиуретанового поропласта. Для защиты от увлажнения рулоны, маты или мягкие плиты обертывают в ткань, пропитанную гидрофобным составом. Применяют также защитные тонкие синтетические пленки. Перфорированные покрытия делаются из слоистого пластика, дуралюмина, оцинкованной листовой стали, асбестоцементных листов, гипсовых акустических плит.

Жесткие древесноволокнистые плиты со щелевой перфорацией успешно применяют при обеспечении необходимой огнестойкости с помощью добавок, вводимых при изготовлении, или противопожарной пропитки. Воздушный промежуток создается путем применения каркаса, устроенного из проволоки диаметром 1 — 2 мм, либо из деревянных реек, пропитанных огнезащитным составом, по которым прокладывается металлическая сетка.

Рисунок-1. Слоистые звукопоглощающие изделия:

а — общий вид трехслойной плиты: 1 — основной слой из звукопоглощающего материала; 2 — промежуточный слой с воронкообразными лунками; 3 — перфорированный экран; 4 — отверстия перфорации; б — звуко- и виброизоляционная панель из эластомера, состоящая из плит с большим числом кольцевых пазов: 1 и 2 — вертикальное и горизонтальное сечения панели

Слоистые звукопоглощающие изделия (рис. 1) могут изготовляться в виде трехслойных плит, состоящих из перфорированного экрана 3 толщиной около 0,5 мм, основного слоя из звукопоглощающего рыхлого материала / толщиной 37 — 55 мм и расположенного между ними промежуточного слоя 2 толщиной 6 мм из уплотненного волокнистого материала с отштампованными с двух сторон лунками в виде усеченных конусов; все слои склеены между собой.

Экран можно изготовлять из стеклопластика; площадь перфорации составляет около 15% площади экрана. Промежуточный и основной слои состоят из прессованной стеклянной ваты на синтетическом связующем. Плита имеет общую толщину около 58 мм, она крепится к конструктивным элементам с помощью крепежных деталей. Такие плиты трудносгораемы, биостойки, легко моются, хорошо сопротивляются случайным ударам.

Применение звукопоглощающих материалов

 

Звукопоглощающие облицовки часто устраивают из слоя однородного пористого материала, который монтируется непосредственно на ограждающей конструкции либо на некотором расстоянии для создания воздушного зазора. Применяют готовые штучные изделия в виде плит, панелей, блоков, а также рулонов и матов.Акустическая обработка признается целесообразной, если ожидаемое снижение уровня шума не менее 3 дБ.

Снижение уровня шума можно определить по формуле:

ΔL= 10lg(1+(ΔS/S)), где ΔS-добавочное поглощение после акустической обработки; S-эквивалентная площадь звукопоглощения необработанного помещения.

Штучные звукопоглотители в виде отдельных щитов, кубов, призм, конусов, шаров подвешивают к потолкам шумных помещений. Они могут быть использованы не только для акустической обработки помещения, но и для декоративного решения интерьера в соответствии с требованиями эстетики. Перфорированные стенки штучных поглотителей делают из алюминиевой фольги, алюминиевых листов, а также из прозрачных материалов (например, органического стекла), что имеет важное значение при естественном освещении помещений.

Штучные поглотители заполняют или облицовывают изнутри пористыми материалами. Объемные многорезонансные штучные поглотители устраивают в виде набора полых кубов разного размера. Каждый из них представляет резонирующий воздушный объем, ограниченный перфорированными гранями, с высоким поглощением на частотах, близких к собственной частоте. Многорезонансная система имеет широкую рабочую полосу частот.

Клиновые поглотители. Облицовка из них при правильном устройстве практически полностью поглощает звуковые волны, падающие на внутреннюю поверхность стен. Звукопоглощающему материалу придается форма: клина, конуса или пирамиды. Клиновые поглотители набивного типа имеют проволочный или деревянный каркас, обтянутый марлей или другой тканью, пропитанной огнезащитным составом.

Заполнение производится рыхлым волокнистым материалом: капроновым волокном, шлаковой или стеклянной ватой, асбестовым шнуром. Клинья требуемой формы могут делаться без каркаса из жестких минераловатных плит и других плиточных материалов. С помощью облицовки из клиновых поглотителей можно предотвратить отражение звуковых волн и получить безэховые помещения.

Акустические подвесные потолки, в частности, из профилированных алюминиевых листов, асбестовых перфорированных листов и звукопоглощающих материалов типа «Акмигран» или «Акминит» получили большое распространение. По акустическим и декоративным свойствам они не уступают лучшим иностранным материалам. Резонаторный звукопоглотитель представляет воздушную полость, соединенную отверстием (горлом) с окружающим воздухом. Он является колебательной системой, на частотах резонанса которой резко возрастает скорость движения воздуха в горло. Горло резонатора закрывается фрикционным материалом (рис. 2).

Рисунок-2. Резонаторная звукопоглощающая конструкция:

1-перфорированный лист; 2-отсеки; 3-ткань, закрывающая отверстия

В качестве фрикционного материала обычно используют стеклоткань, марлю и т. п. Предпочтительнее огнестойкие материалы. Один или несколько слоев ткани подклеивают к перфорированному экрану. Перфорированный экран делают из винипластовых листов, оцинкованной кровельной стали, огнестойких жестких древесноволокнистых плит и фанеры, гипсовой сухой штукатурки. Перфорация может быть в виде круглых отверстий и щелевая.

Для обеспечения звукопоглощения в широком диапазоне частот применяют многослойные резонаторные звукопоглотители, состоящие из 2 — 3 параллельных экранов с воздушными промежутками.

Резонирующие панели используют в области низких частот (ниже 200 Гц) в виде щитов, имеющих каркас, на котором крепится мембрана из листов фанеры, древесноволокнистых плит или плотной  непродуваемой ткани. Щиты монтируют на потолке и стенах с относом. Воздушный промежуток заполняют волокнистым материалом, либо делают прокладки из пористого материала по периметру щита. Щиты изготовляют плоскими, полуцилиндрическими или в виде складчатых конструкций.