Применение акустических материалов для звукоизоляции производственных помещений

     Содержание  

     Введение……………………………………………………….. .3

1. Виды акустических материалов…………………………… 5
1. Звукопоглощающие материалы…………………….. 7
2. Звукоизолирующие материалы……………………..13
2. Факты и выводы…………………………………………….22
3. Заключение …………………………………………………29

Список литературы…………………………………………30 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение       

       Сегодня вопросу качественной звукоизоляции  уделяется все больше и больше внимания, поскольку было установлено, что на предприятиях, где присутствует повышенный уровень шума, снижается  качество выполненной работы, а также увеличивается количество заболеваний и травматических случаев. В связи с этим на большинстве современных производств устанавливаются хорошие звукоизоляционные системы, позволяющие снизить уровень структурного шума, обеспечив таким образом, здоровую рабочую атмосферу.  
       Больше всего шума производится на предприятиях тяжелой промышленности, и именно здесь необходимо максимально защищать рабочие пространства от его воздействия. Например, газотурбинные установки производят просто непереносимый звук, и для звукоизоляции газотурбинных установок часто используются маты из супертонкого базальтового волокна. Этот материал, в отличие, например, от минеральной ваты, является экологически чистым, он не содержит токсических и канцерогенных веществ, а также органических соединений. Кроме того, он устойчив к воздействию температуры, грызунов и микроорганизмов, не поддерживает горение, а потому обеспечивает длительный срок службы свыше  50-ти  лет  [3].  
        Кроме звукоизоляции непосредственно самих объектов, которые производят шум, также прибегают к звукоизоляции межкомнатных перегородок, которые позволяют снизить уровень шумов, доносящихся из цехов. В этом случае звукоизоляцию обеспечивают при помощи гипсокартонных перегородок, которые крепятся на стальной, алюминиевый или железобетонный каркас, при этом между гипсокартоном и стеной остается пространство, которое заполняется звукоизолирующим материалом. Кроме того, для лучшего эффекта иногда оставляется воздушная прослойка, благодаря которой происходит значительная потеря звуковой волны. В целом, существует два вида шума – воздушный и структурный, но на производствах обычно присутствуют оба, поэтому стоит острая задача обеспечить максимальную защиту от шума, гарантируя, таким образом оптимальные рабочие условия.     

        Когда речь идет о звукоизоляции промышленных помещений, обычно звукоизолируют не только стены, но и потолки, полы, оконные конструкции. Хорошую звукоизоляцию могут обеспечить натяжные потолки, поскольку они позволяют крепить слой акустического материала, способного поглощать значительную часть воздушного шума, таким образом, гарантируется звукоизоляция потолка. От структурного шума поможет защититься конструкция так называемого плавающего пола, которая состоит в том, что под слой бетона укладывается слой упругого звукоизоляционного материала и армирующая сетка. Такая конструкция гарантирует максимальную защиту от структурного шума.  
         Помимо шума, производимого внутри здания, существуют еще и внешние звуки, поступающие с улицы. И тут уже не имеет значения, идет ли речь о предприятиях или квартирах, так как посторонние звуки способны причинять массу неудобств как на работе, так и дома, особенно если здание находится на оживленной улице, возле трассы или же рядом со стройкой.  
          Звукоизоляция окон зависит, главным образом, от таких факторов: толщины стекол, их количества, величины воздушных промежутков между окнами и плотности притворов. Для того чтобы повысить звукоизоляционные характеристики оконных конструкций, часто используются утеплители, которые позволяют снизить уровень поступающего извне шума до 80% [4]. 
 
 
 
 

1. Виды  акустических материалов

   Звукопоглощающие материалы применяются в основном в звукопоглощающих облицовках производственных помещений и технических устройств, требующих снижения уровня шумов (промышленные цехи, машинописные бюро, установки вентиляции и кондиционирования воздуха и др.), а также для создания оптимальных условий слышимости и улучшения акустических свойств помещений общественных зданий (зрительные залы, аудитории, радиостудии и пр.).

          Звукопоглощающая способность материалов обусловлена их пористой структурой и наличием большого числа открытых сообщающихся между собой пор, максимальный диаметр которых обычно не превышает 2 мм (общая пористость должна составлять не менее 75% по объёму). Большая удельная поверхность материалов, создаваемая стенками открытых пор, способствует активному преобразованию энергии звуковых колебаний в тепловую энергию вследствие потерь на трение. Эффективность звукопоглощающих материалов оценивается коэффициентом звукопоглощения α, равным отношению количества поглощённой энергии к общему количеству падающей на материал энергии звуковых волн.

Как известно, уровень шума измеряется в децибелах (Дб). В нормальных условиях, комфортных для жизни людей днем этот уровень может быть около 40 Дб, и ночью 30 Дб. Прекраснейший уровень шума для человеческих ушей и нервов – это 25 Дб . Все, что больше, при длительном воздействии вызовет нервное переутомление и головную боль. При долгих шумах в 90 Дб – нервное расстройство с истерией, бессонницей, болезнями [8]. 
 
 
 
           Защиту от лишнего шума разделяют на два больших метода – звукоизоляцию и звукопоглощение. В первом случае материал должен отразить звук и не позволить ей пройти через стену (это прерогатива толстых массивных стен, дверей, перекрытий, не способных к деформации от звуковых колебаний). Любой строительный материал оценивается по своим способностям к этой звукоизоляции и имеет свои индекс звукоизоляции (Rw) , оптимальным являются показатели 52 - 60 Дб (чтобы не слышна была человеческая речь за стеной). Среди звукоизолирующих материалов выделяют бетон, кирпич, гипсокартон и другие. 
             Звукопоглощение – другое по природе и по характеру борьбы со звуком. Задача – максимально поглотить шум внутри себя и не дать ему отразиться от преграды обратно. Существует и свой коэффициент звукопоглощения для материалов - от 0 до 1. Если коэффициент равен 0, звук полностью отражается (то есть плохое звукопоглощение). Все звукопоглощающие материалы начинают гордо называться таковыми, когда коэффициент звукопоглощения у них не менее 0,4 [7]. 
 
 
 

1. Звукопоглощающие  материалы

       Задача  звукопоглощения – поглотить  шум, не дать ему отразиться от преграды обратно в комнату. Звукопоглощающие материалы имеют волокнистое, зернистое или ячеистое строение. Характеристика поглощения звука оценивается коэффициентом звукопоглощения. Коэффициент звукопоглощения меняется в пределах от 0 до 1. При нулевом значении коэффициента звукопоглощения звук полностью отражается, при полном звукопоглощении коэффициент равен единице. К звукопоглощающим материалам относят те, которые имеют коэффициент звукопоглощения не менее 0,4.

       По  степени жесткости звукопоглощающие материалы бывают: твердые, мягкие, полужесткие.

       Твердые материалы производятся на основе гранулированной  или суспензированной минеральной  ваты; материалы, в состав которых  входят пористые заполнители такие  как пемза, вспученный перлит, вермикулит. Коэффициент звукопоглощения: 0,5. Объемная масса: 300-400 кг/м3.

       Мягкие  звукопоглощающие материалы изготавливаются  на основе минеральной ваты или стекловолокна; а также ваты, войлока и пр. Коэффициент звукопоглощения: от 0,7 до 0,95. Объемная масса: до 70 кг/м3.

       Полужесткие материалы - это минераловатные или стекловолокнистые плиты, материалы с ячеистым строением - пенополиуретан и т. п. Коэффициент звукопоглощения: от 0,5 до 0,75. Объемная масса: от 80 до 130 кг/м3.

           Мягкие звукопоглощающие материалы изготовляются на основе стекловолокна с минимальным расходом синтетического связующего (до 3% по массе) или без него (рис. 1) и минеральной ваты (рис. 2). К ним относятся маты или рулоны, которые обычно применяются в сочетании с перфорированным листовым экраном (из алюминия, асбестоцемента, жёсткого поливинилхлорида) или с покрытием пористой плёнкой.

Рис.1. Звукоизоляционные материалы на основе стекловолокна

Рис.2. Звукоизоляционные материалы на основе минеральной ваты  

 К  полужёстким материалам относятся  минераловатные или стекловолокнистые плиты размером (мм) 500 × 500 ×20  при содержании синтетического связующего от 10 до 15% по массе, а также древесноволокнистые плиты с объёмной массой 180—300 кг/м³ (рис. 3). Поверхность плит покрывается пористой краской или плёнкой. В эту же группу входят звукопоглощающие плиты из пористых пластмасс, имеющие ячеистое строение - пенополиуретан, полистирольный пенопласт и другие  (рис. 4).

Рис.3. Древесноволокнистые плиты               Рис.4. Пенополиуретан 

      Твёрдые материалы волокнистого строения изготовляются в виде плит на основе гранулированной или суспензированной минеральной ваты и коллоидного связующего (крахмальный клейстер, раствор карбоксиметилцеллюлозы) (рис.5). Поверхность плит окрашена и имеет различную фактуру (трещиноватую, рифлёную, бороздчатую).                Разновидность твёрдых материалов — плиты и штукатурные растворы, в состав которых входят пористые заполнители (вспученный перлит, вермикулит, пемза) и белые или цветные портландцементы. Применяются также звукопоглощающие плиты, в которых древесная шерсть связана цементным раствором, например, акустический фибролит (рис. 6). Выбор материала зависит от акустического режима, назначения и архитектурных особенностей помещения [8]. 
 

    Рис. 5. Плиты травертон                      Рис.6. Плиты фибролит

Для увеличения звукопоглощения на низких частотах необходимо увеличить толщину пористо-волокнистых  материалов или предусмотреть воздушный  промежуток между поглотителем и  отражающей конструкцией. 

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. 
              Для борьбы с разными видами шумов – воздушными и структурными (ударными) – подойдут разные звукопоглощающие материалы. Твердые, упругие материалы с закрытой ячеистой структурой применяют для борьбы с ударным шумом [7].

        С воздушным шумом хорошо борются пористые и волокнистые материалы, у которых  высокий коэффициент звукопоглощения. Например, мягкие материалы на основе минеральной ваты или стекловолокна, ваты, войлока. 
         Также хорошо подходят для этого полужесткие материалы – минераловатные или стекловолокнистые плиты, пенополиуретан и другие материалы с ячеистым строением. Самым надежным вариантом считается комбинации разных, твердых и мягких, звукопоглощающих материалов с чередованием слоев. Например, бетон, гипсокартон, кирпич – как звукоизоляция, а между ними звукопоглотители с волокнистой структурой [4].

       Наиболее  эффективными звукопоглотителями сегодня  считаются материалы, разработанные на основе минеральной ваты и стекловолокна. Стекловата – материал, который характеризуется повышенной упругостью, прочностью  и  вибростойкостью  (рис.7).