Специальные звукопоглощающие материалы и конструкции 1 страница

Наиболее трудной задачей, является подбор специальных звукопоглощающих мате­риалов для акустической обработки стен и потолка студий.

Для дополнительной акустической обработки радиовещательных, телевизионных студий и других помещений, перечисленных в табл. 1, применяются специальные материалы, к числу которых относятся пористые, а также плоские или выпуклые резонансные поглотители.

Поглощение звуковой энергии пористыми материалами обусловлено трением колеблющихся частиц воздуха падающей звуковой волны о стенки пор и переходом звуковой энергии в тепловую.

Пористые поглотители имеют вид жестких и мягких плит.

Жесткие древесноволокнистые плиты, фибролит, плиты акустические декоративные ПАД, плиты акустические с отверстиями ПАО (отверстия в виде круглых перфораций), плиты акустические стандартные ПАС, плиты «Акмигран», плиты «Брекчия» и т.п. окрашиваются анилиновыми красителями в любой цвет, имеют достаточно ровную поверхность и не требуют дополнительного декоративного оформления.

Плиты (1) из более мягкого материала (рис. 3, а) крепятся в каркасе из деревянных реек (2); сверху покрываются акустически прозрачной материей (3) и декоративной решеткой из тонких реек (4). К числу таких поглотителей относятся плиты из минеральной ваты и плиты «Стилит».

Резонансные поглотители имеют упругий лист из фанеры или дюралюминия. Падающая звуковая волна вызывает колебания листа, а возникающее при этом внутреннее трение – переход звуковой энергии в тепловую. Между листом и неподвижной стеной может быть воздушный промежуток или слой пористого вещества, демпфирующего резонансные колебания листа и, как правило, обеспечивающего звукопоглощение в достаточно широком спектре частот.

а б

Рис. 3. Панельные звукопоглощающие конструкции:

а – конструкция акустической плиты с мягким звукопоглотителем;

б – конструкция плоского резонансного абсорбента.

Лист (1) крепится на каркасе из реек (2) (рис. 3, б). В качестве пористого заполнителя (3) обычно используется материал типа «Стилит». Наибольшее применение получили панели из фанеры, древесно-стружечных плит, которые оклеиваются пластиком, панели из декоративного пластика, дюралюминиевые тонкие плиты «Ацеид», гипсовые панели, иногда обтягиваемые тканью.

Особой разновидностью являются панели (рис. 4, a), имеющие различную длину (l), ширину (b) и высоту (h), открытый или закрытый торец (С) и применяемые с пористым заполнителем или без него.

Выпуклые резонансные поглотители, называемые полицилиндрическими, (рис. 4, б), рассеивают часть звуковой энергии.

Внешняя поверхность конструкции сделана из фанеры (1), которая крепится к кружалам (2) с прокладками (3) из войлока или резины. Основой конструкции является рама (4). Различные расстояния между кружалами позволяют создавать резонаторы разных объемов, которые настроены на ряд частот звукового спектра.

а б

Рис.4. Резонансные поглотители:

а – разновидность панели; б – полицилиндрическая конструкция.

Применяются также полицилиндры с пористым поглотителем – демпфером (2) (рис. 5, а). Покровный лист (3) крепится на каркасе (1) с воздушным промежутком.

Резонансные поглотители (рис. 5, б) могут иметь покровный лист (1) с перфорационными отверстиями (2). С внутренней стороны перфорированный лист оклеивается материей (3) Воздушный промежуток (4) между листом и стеной иногда заполняется пористым звукопоглотителем.

а б

Рис. 5. Резонансные поглотители:

а – полицилиндрическая конструкция с пористым поглотителем;

б – перфорированный лист с подклеенной тканью.

Величины диаметров отверстий (d), шага перфораций (D) и отношения площади перфораций к площади всего листа (K) обеспечивают различную частотную зависимость коэффициентов звукопоглощения при прочих равных условиях.

Применяются частично перфорированные конструкции с асбоцементным покровным листом. В зависимости от того, какая часть листа перфорирована, от шага и диаметра перфо­раций, различают десять типов конструкций. Примеры конструкций III-го и VIII-го типов даны на рис. 6, а.

Поверхность резонансных поглотителей окрашивается, в любой цвет.

При подборе звукопоглощающих материалов следует применять поглотители разных частот, чередуя их при креплении на стенах и потолке акустически обрабатываемого помещения. На противоположных стенах рекомендуется применять различную последовательность расположения поглотителей, чтобы избежать встречного отражения волн с одинаковыми частотами и возможности образования стоячих звуковых волн.

Сведения о специальных звукопоглощающих материалах и конструкциях приводятся в табл. 4, 5 и 6, при составлении которых каждый отдельный вид абсорбента снабжен порядко­вым номером.

Перечислим порядковые номера видов поглотителей. Длина, ширина и толщина плоских плит обозначены соответственно: l (м), b (м) и h (мм). Плоские плиты могут крепиться на некотором расстоянии от неподвижной стены. Воздушный зазор между плитой и стеной a ₁ (мм), толщина зазора, заполненного пористым поглотителем – а ₂ (мм). В ряде случаев имеется как воздушный, так и заполненный пористым поглотителем промежуток.

Сведения о толщине этих слоев даны в табл. 6. Выпуклые полицилиндрические конструкции характеризуются величинами хорды х, стрелы вылета h и толщиной слоя а пористого поглотителя, если таковой имеется (рис. 6, б).

а б

Рис. 6. Примеры перфорированных конструкций звукопоглотителей:

а – частично перфорированные поглотители;

б – основные размеры полицилиндра.

Перфорированные плиты характеризуются шагом перфораций D и диаметром d перфорационных отверстий (рис. 5, б).

Ряд поглотителей имеет щелевые перфорации. В данном случае указываются размеры р, q и площадь Q отверстий (рис. 7). Для перфорированных листов указан коэффициент перфораций К, т.е. отношение площади отверстий к площади всего перфорированного листа.

В рамках курсового проекта для выполнения расчета звукопоглощения используются материалы, имеющиеся в базе данных программной среды Ulysses. Это обеспечивает возможность последующего создания и анализа трехмерной модели акустически обработанного помещения. С целью упрощения подбора звукопоглощающих материалов и конструкций, для выполнения курсового проекта используется около 200 наименований поглотителей, однако, при необходимости можно дополнительно использовать

Рис. 7. Щелевая перфорация.

любой материал, имеющийся в полной базе данных программы Ulysses. Подробная информация о работе с программой и базой данных звукопоглощающих материалов изложена в Приложении 2.

Информация об используемых для выполнения расчета поглотителях представлена в таблицах 4–9.

В табл. 4 приведен перечень абсорбентов, данные о составе, размерах и специальных характеристиках.

В табл. 5 приводятся данные воздушных зазоров (а ₁, мм) и слоев пористого заполнителя (а ₂, мм). Знак «0» означает, что плита крепится вплотную к стене.

В табл. 6 приведены данные коэффициентов звукопоглощения специальных акустических материалов, приведенных в перечне абсорбентов в табл. 4. в указанной последовательности, т.е. по типу конструкции и материалу панелей.

В табл. 7 представлены данные α _max для подбора специальных абсорбентов. Материалы перечислены по особенностям частотных зависимостей коэффициентов звукопоглощения. Здесь указаны коэффициенты звукопоглощения α _max, частоты, которым соответствуют эти величины и номера поглотителей (в соответствии с табл. 6). Как видно из табл. 7, большинство специальных абсорбентов относятся к числу низкочастотных поглотителей, а количество высокочастотных поглотителей значительно меньше. Табл. 7 помогает выбрать требуемый поглотитель при выполнении расчета.

В табл. 7 приведены также систематизированные по частотным свойствам коэффициенты звукопоглощения α специальных акустических материалов, приведенные к максимальному значению α _max для отдельного материала. Очевидно, что α /α _max = (α × S)/(α _max × S) = A / A_{max .}, т.е. данные табл. 8 позволяют легко подобрать требуемую частотную зависимость единиц звукопоглощения. Необходимая площадь подобранного по табл. 8 поглотителя находится с помощью табл. 7, где указана величина α _max данного поглотителя. Следовательно, S = A /α _max. Величина А_max известна из расчета.

Заметим, что в табл. 8 относительные значения коэффициентов звукопоглощения перечислены в следующей последовательности для каждого акустического материала.

Вначале даны отношения α /α _max абсорбентов, имеющих α _max на частоте 125 Гц, затем – на частоте 250 Гц и т.д. Материалы, имеющие α _max на частоте 125 Гц, расположены в после­довательности, определяемой их поглощательной способностью на частоте 4000 Гц (от максимума к минимуму). По тому же признаку расположены материалы, имеющие α _max на частотах 250 и 500 Гц. Материалы, которые имеют α _max на частотах 1000, 2000 или 4000 Гц, расположены в последовательности, определяемой величинами α на частоте 125 Гц (от максимума к минимуму). Таким образом, преимущественно низкочастотные поглотители в табл. 8 расположены в последовательности, определяемой их поглощательной способнос­тью на верхней расчетной частоте, высокочастотные – в последовательности, определяемой их поглощательной способностью на нижней расчетной частоте.

В ряде особых случаев необходимо применение специальных материалов, которые следует учитывать в основном фонде. Так, например, поверхности эхо-комнат обраба­тываются материалами, имеющими наименьшие коэффициенты звукопоглощения (бетон, штукатурка). Для отделки нижней части стен студий и студийных аппаратных применяются панели высотой порядка 0, 7...1, 0 м. В телевизионных студиях применяются декоративные занавеси в качестве фона позади лектора, диктора или небольшого инструментального ансамбля. Такие обязательно необходимые абсорбенты называются дополнительными. Коэффициенты звукопоглощения этих абсорбентов даны в табл. 9.

Метод подбора специальных и дополнительных звукопоглощающих материалов для обработки поверхностей помещения будет подробно изложен в разделе 4 «Пример выполнения акустического расчета помещения». Поглотители с разными акустическими характеристиками размещают на поверхностях студии по возможности равномерно, тем самым способствуя повышению диффузности звукового поля.

В качестве примеров размещения звукопоглощающих материалов и конструкций, на рис. 8–10 представлены несколько европейский студий звукозаписи, акустическое оформление которых было выполнено английской фирмой Munro Acoustics.

Таблица 4

Специальные звукопоглощающие материалы и конструкции

Продолжение табл. 4

Продолжение табл. 4

Продолжение табл. 4

Таблица 5

Конструктивные особенности звукопоглощающих плит

Продолжение табл. 5