Звукоизоляция — это любое средство, препятствующее распространению звука . Существует несколько методов, включая увеличение расстояния между источником и приемником, развязку, использование шумозащитных экранов для отражения или поглощения энергии звуковых волн , использование демпфирующих структур, таких как звуковые экраны , для поглощения или использование активных противошумных звуковых генераторов. [1] [2]
Акустическое глушение и контроль шума могут быть использованы для ограничения нежелательного шума. Звукоизоляция может уменьшить передачу нежелательных прямых звуковых волн от источника к невольному слушателю за счет использования расстояния и промежуточных объектов на пути звука (см. класс передачи звука и индекс снижения звука ).
Звукоизоляция может подавлять нежелательные косвенные звуковые волны, такие как отражения , вызывающие эхо , и резонансы , вызывающие реверберацию .
Звукопоглощающий материал контролирует уровни реверберационного звукового давления внутри полости, корпуса или комнаты. Синтетические поглощающие материалы являются пористыми, относящимися к пене с открытыми ячейками (акустическая пена, звукоизоляционная пена). [3] Волокнистые поглощающие материалы, такие как целлюлоза, минеральная вата, стекловолокно, овечья шерсть, чаще используются для подавления резонансных частот внутри полости (изоляция стен, пола или потолка), выполняя двойную функцию наряду с их теплоизоляционными свойствами. Как волокнистые, так и пористые поглощающие материалы используются для создания акустических панелей , которые поглощают звуковые отражения в комнате, улучшая разборчивость речи. [4] [5]
Пористые поглотители, обычно резиновые пены с открытыми ячейками или меламиновые губки , поглощают шум за счет трения внутри структуры ячеек. [6] Пористые пены с открытыми ячейками являются высокоэффективными поглотителями шума в широком диапазоне средних и высоких частот. Производительность может быть менее впечатляющей на более низких частотах. Точный профиль поглощения пористой пены с открытыми ячейками будет определяться рядом факторов, включая размер ячеек, извилистость , пористость, толщину и плотность.
Аспект поглощения в звукоизоляции не следует путать со звукопоглощающими панелями, используемыми в акустической обработке. Поглощение в этом смысле относится к снижению резонансной частоты в полости путем установки изоляции между стенами, потолками или полами. Акустические панели могут играть роль в обработке, уменьшая отражения, которые делают общий звук в исходной комнате громче, после того, как стены, потолки и полы были звукоизолированы.
Резонансные панели, резонаторы Гельмгольца и другие резонансные поглотители работают, заглушая звуковую волну при ее отражении. [7] В отличие от пористых поглотителей, резонансные поглотители наиболее эффективны на низких и средних частотах, а поглощение резонансных поглотителей соответствует узкому диапазону частот.
Демпфирование служит для уменьшения резонанса в помещении путем поглощения или перенаправления через отражение или диффузию. Поглощение снижает общий уровень звука, тогда как перенаправление делает нежелательный звук безвредным или даже полезным за счет снижения когерентности . Демпфирование может применяться отдельно для уменьшения акустического резонанса в воздухе или для уменьшения механического резонанса в структуре самого помещения или вещей в помещении.
Создание разделения между источником звука и любой формой прилегающей массы, препятствующее прямому пути передачи звука.
Плотность энергии звуковых волн уменьшается по мере их удаления друг от друга, поэтому увеличение расстояния между приемником и источником приводит к постепенному уменьшению интенсивности звука в приемнике. В обычной трехмерной обстановке с точечным источником и точечным рецептором интенсивность звуковых волн будет ослабляться обратно пропорционально квадрату расстояния от источника.
Добавление плотного материала к обработке помогает остановить выход звуковых волн из стены, потолка или пола. Материалы включают винил с массой, звукоизолирующий гипсокартон или гипсокартон, фанеру, древесноволокнистую плиту , бетон или резину. Различная ширина и плотность звукоизолирующего материала снижают звук в диапазоне различных частот.
Когда звуковые волны попадают в среду, отражение этого звука зависит от несходства материала, с которым он вступает в контакт. [8] Звук, ударяющийся о бетонную поверхность, приведет к совершенно иному отражению, чем если бы звук попадал в более мягкую среду, такую как стекловолокно. В наружной среде, такой как дорожное строительство, насыпи или панели часто используются для отражения звука вверх в небо.
Если зеркальное отражение от твердой плоской поверхности дает проблемное эхо, то на поверхность можно нанести акустический диффузор . Он будет рассеивать звук во всех направлениях.
При активном шумоподавлении микрофон улавливает звук, который затем анализируется компьютером; затем звуковые волны с противоположной полярностью (фаза 180° на всех частотах) выводятся через динамик, вызывая деструктивную интерференцию и подавляя большую часть шума.
Программы по звукоизоляции жилых помещений направлены на уменьшение или устранение воздействия внешнего шума. Основное внимание в программе по звукоизоляции жилых помещений в существующих зданиях уделяется окнам и дверям. Двери из массива дерева являются лучшим звуковым барьером, чем пустотелые двери. [9] Шторы могут использоваться для глушения звука, либо за счет использования тяжелых материалов, либо за счет использования воздушных камер, известных как соты . Конструкции с одинарными, двойными и тройными сотами достигают относительно большей степени глушения звука. Основным ограничением звукоизоляции штор является отсутствие уплотнения по краю занавески, хотя это может быть смягчено с помощью использования уплотнительных элементов, таких как застежка-липучка, клей, магниты или другие материалы. Толщина стекла будет играть роль при диагностике утечки звука. Окна с двойными стеклами достигают несколько большего глушения звука, чем окна с одинарными стеклами, если они хорошо герметизированы в проеме оконной рамы и стены. [10]
Значительное снижение шума может быть достигнуто также путем установки второго внутреннего окна. В этом случае внешнее окно остается на месте, а раздвижное или подвесное окно устанавливается в тех же проемах стены. [11]
В США Федеральное управление гражданской авиации США (FAA) предлагает меры по снижению уровня шума для домов, которые попадают в зону шума, где средний уровень шума составляет65 дБ SPL или выше. Это часть их Программы по звукоизоляции жилых помещений. Программа предусматривает входные двери из массива дерева, а также окна и штормовые двери. [12]
Герметизация щелей и трещин вокруг электропроводки, водопроводных труб и воздуховодов с помощью акустического герметика или распыляемой пены значительно снизит нежелательный шум в качестве предварительного шага для звукоизоляции потолка. Акустический герметик следует использовать по периметру стены и вокруг всех приборов и воздуховодов для дальнейшей герметизации обработки. Изоляция из минеральной ваты чаще всего используется для звукоизоляции из-за ее плотности и низкой стоимости по сравнению с другими звукоизоляционными материалами. Изоляцию из распыляемой пены следует использовать только для заполнения щелей и трещин или в качестве слоя в 1-2 дюйма перед установкой минеральной ваты. Затвердевшая распыляемая пена и другая пена с закрытыми ячейками могут быть проводниками звука. Распыляемая пена недостаточно пористая, чтобы поглощать звук, и также недостаточно плотная, чтобы остановить звук. [ необходима цитата ]
Эффективным методом снижения ударного шума является «эластичный изоляционный канал». [13] Каналы отделяют гипсокартон от балок, уменьшая передачу вибрации.
Масса — единственный способ остановить звук. Масса относится к гипсокартону, фанере или бетону. Массо-нагруженный винил (MLV) используется для гашения или ослабления звуковых волн между слоями массы. Использование вязкоупругого демпфирующего состава [14] или MLV преобразует звуковые волны в тепло, ослабляя волны до того, как они достигнут следующего слоя массы. Важно использовать несколько слоев массы, разной ширины и плотности, для оптимизации любой заданной звукоизоляционной обработки. [15] Установка звуконепроницаемого гипсокартона рекомендуется из-за его более высокого значения класса звукопередачи (STC). Звуконепроницаемый гипсокартон в сочетании с вязкоупругим составом может обеспечить снижение шума STC 60+.
Стены заполнены минеральной ватой. В зависимости от желаемого уровня обработки может потребоваться два слоя изоляции. Розетки, выключатели и электрические коробки являются слабыми местами в любой данной звукоизоляционной обработке. Электрические коробки должны быть обернуты глиной или шпатлевкой и подложены MLV . После установки пластин переключателей, крышек розеток и светильников по периметру пластин или светильников следует нанести акустический герметик.
Разделение балки и фанеры подложки пола с помощью неопреновой ленты для балок или U-образных резиновых распорок помогает создать звуконепроницаемый пол. Дополнительный слой фанеры можно установить с помощью вязкоупругого состава. Массово-нагруженный винил в сочетании с резиной с открытыми ячейками или подложкой из вспененного материала с закрытыми ячейками еще больше снизит передачу звука. После применения этих методов можно установить пол из твердой древесины или ковровое покрытие. Дополнительные коврики и мебель помогут уменьшить нежелательное отражение в помещении.
Комната в комнате (RWAR) — это один из методов изоляции звука и предотвращения его передачи во внешний мир, где это может быть нежелательно.
Большая часть звука передается из комнаты наружу механическим путем. Вибрация проходит непосредственно через кирпич, деревянную конструкцию и другие твердые элементы конструкции. Когда она встречается с элементом, таким как стена, потолок, пол или окно, которые действуют как резонатор , вибрация усиливается и слышна во втором пространстве. Механическая передача намного быстрее, эффективнее и легче усиливается, чем воздушная передача той же начальной силы.
Использование акустической пены и других поглощающих средств менее эффективно против этой передаваемой вибрации. Передачу можно остановить, разорвав связь между помещением, содержащим источник шума, и внешним миром. Это называется акустической развязкой.
Рестораны, школы, офисные предприятия и медицинские учреждения используют архитектурную акустику для снижения шума для своих клиентов. В Соединенных Штатах OSHA имеет требования, регулирующие продолжительность воздействия определенных уровней шума на работников. [16]
Для преподавателей и студентов улучшение качества звука окружающей среды впоследствии улучшит обучение студентов, концентрацию и взаимодействие между преподавателем и студентом. В 2014 году исследование, проведенное Applied Science, показало, что 86% студентов воспринимают своих преподавателей более внятно, в то время как 66% студентов сообщили о более высоком уровне концентрации после того, как в классе были включены звукопоглощающие материалы. [17]
Автомобильная звукоизоляция направлена на уменьшение или устранение воздействия внешнего шума, в первую очередь двигателя, выхлопных газов и шума шин в широком диапазоне частот. Устанавливается панельный демпфирующий материал, который уменьшает вибрацию панелей кузова автомобиля, когда они возбуждаются одним из многих источников звука высокой энергии, действующих при использовании автомобиля. Внутри транспортных средств создается множество сложных шумов, которые изменяются в зависимости от среды вождения и скорости, с которой движется автомобиль. [18] Значительное снижение шума до 8 дБ может быть достигнуто путем установки комбинации различных типов материалов. [19]
Автомобильная среда ограничивает толщину материалов, которые могут быть использованы, но комбинации амортизаторов, барьеров и поглотителей являются обычными. Обычные материалы включают войлок, пену, полиэстер и полипропиленовые смеси. Гидроизоляция может быть необходима в зависимости от используемых материалов. [20] Акустическая пена может применяться в различных областях транспортного средства во время производства для снижения шума в салоне. Пены также имеют преимущества по стоимости и производительности при установке, поскольку пенный материал может расширяться и заполнять полости после нанесения, а также предотвращать утечки и попадание некоторых газов в транспортное средство. Звукоизоляция транспортного средства может снизить шум ветра, двигателя, дороги и шин. Звукоизоляция транспортного средства может снизить звук внутри транспортного средства от пяти до 20 децибел. [21]
Материалы с поверхностным демпфированием очень эффективны для снижения структурного шума. Пассивные демпфирующие материалы используются с начала 1960-х годов в аэрокосмической промышленности. За эти годы достижения в производстве материалов и разработка более эффективных аналитических и экспериментальных инструментов для характеристики сложных динамических поведений позволили расширить использование этих материалов в автомобильной промышленности. В настоящее время к кузову обычно прикрепляют несколько вязкоупругих демпфирующих подушек, чтобы ослабить более высокие моды структурных панелей, которые вносят значительный вклад в общий уровень шума внутри салона. Традиционно экспериментальные методы используются для оптимизации размера и расположения демпфирующих обработок. В частности, испытания типа лазерного виброметра часто проводятся на кузове в белых конструкциях, что позволяет быстро получить большое количество точек измерения с хорошим пространственным разрешением. Однако тестирование всего транспортного средства в большинстве случаев невозможно, поскольку требует индивидуальной оценки каждой подсистемы, что ограничивает возможность использования этой технологии быстрым и эффективным способом. В качестве альтернативы структурные вибрации также можно измерять акустически с помощью датчиков скорости частиц, расположенных вблизи вибрирующей конструкции. Несколько исследований выявили потенциал датчиков скорости частиц для характеристики структурных вибраций, что ускоряет весь процесс испытаний в сочетании с методами сканирования. [22]
.jpg/1280px-Shinkansen_Noise_barrier(concrete_board_standard_type).jpg)
С начала 1970-х годов в Соединенных Штатах и других промышленно развитых странах стало обычной практикой проектировать шумозащитные экраны вдоль основных автомагистралей для защиты близлежащих жителей от вторгающегося дорожного шума . Федеральное управление автомобильных дорог (FHWA) совместно с Государственным управлением автомобильных дорог (SHA) приняли Федеральное постановление (23 CFR 772), требующее от каждого штата принятия собственной политики в отношении снижения шума дорожного движения. [23] Были разработаны инженерные методы для прогнозирования эффективной геометрии для проектирования шумоизоляционного экрана в конкретной реальной ситуации. Шумозащитные экраны могут быть построены из дерева, каменной кладки , земли или их комбинации.