Классификация и характеристики материалов для звукоизоляции 

Нормативные документы подразделяют материалы для звукоизоляции на: 

• звукопоглощающие, предназначенные для покрытия внутренних элементов помещений; 
• звукоизолирующие, предназначенные для изоляции элементов помещения от воздушных шумов (в качестве прокладок в многослойных конструкциях);
• звукоизолирующие, предназначенные для изоляции элементов помещения от структурных (ударных) шумов.

Звукопоглощающие и звукоизоляционные стройматериалы и изделия классифицируются по следующим основным признакам:

• предназначению (см. выше);
• форме;
• жесткости (относительному сжатию);
• горючести;
• структуре материала.

По форме стройматериалы и изделия бывают:

• в виде блоков, плит (штучные);
• в виде матов, мембран, холстов (рулонные);
• в виде акустических ват и пористых заполнителей (рыхлые и сыпучие).

По величине жесткости, шумоизоляционные материалы и изделия делятся на твердые, жесткие, полужесткие, мягкие.

По горючести стройматериалы и изделия делятся на группы:

• несгораемые;
• трудносгораемые;
• сгораемые.

В нормативных документах на стройматериалы и изделия, должны указываться к какой группе горючести относится конкретный материал.

По структурным характеристикам материалы и изделия делятся на:

• волокнисто-пористые (минеральные, стеклянные ваты);
• ячеисто-пористые (ячеистые и перлитовые бетоны);
• губчато-пористые (пенопласты, резины).

Существуют общие требования к звукопоглощающим и звукоизолирующим стройматериалам и изделиям:

• стабильные физико-технические и акустические характеристики материала в течение всего периода эксплуатации;
• обладать влагостойкими свойствами;
• обладать устойчивыми свойствами от воздействия грибков, плесени и т.д.;
• не выделять в окружающую среду токсичных веществ вредных для человека (в количествах, более предельно допустимые норм).

Звукопоглощающие материалы

В строительной акустике понятие — уровень громкости определяют, начиная с минимальной громкости звука, которую улавливает человек, обладающий нормальным слухом.

Источник шума в здании, создает звуковое поле, которое состоит из суммы прямых и отраженных от стен, перегородок и т.д. звуковых волн. При этом отраженные волны увеличивают энергию звука и усугубляют его характеристики по воздействию на организм человека.

Кинетическая энергия звука, встречаясь со стеной или перегородкой, как бы разделяется по трем направлениям:

1. часть отражается от препятствия;
2. часть поглощается препятствием;
3. часть проходит через нее.

При этом, материалы, способные поглощать большую часть энергии звука, квалифицируют как звукопоглощающие материалы.

Принципиальная схема разделения энергии звука при встрече с преградой

Звукопоглощающие материалы должны быть высокопористой структуры. Это обусловлено физическим процессом, происходящим в материале. Суть процесса заключается в следующем: при движении волны звука через тело материала, она вызывает колебание воздуха, заключенного в порах материала. При этом, чем меньше поры по величине, тем большее они создают сопротивление волне (по сравнению с крупными порами). Движение воздуха в порах тормозится, при этом, за счет трения, механическая энергии переходит в тепловую энергию.

Шумоизоляционные материалы, имеющие звукопоглощающие характеристики подразделяются на:

• панельные материалы и конструкции. В них эффект звукопоглощения обеспечивается активным сопротивлением пористой системы материала. К таким материалам относятся: тонкие фанерные панели; жесткие ДВП; многослойные ткани и т.п.;
• пористые материалы имеющие «твердый скелет». В них звуковая энергия уменьшается за счет вязкого трения воздуха в порах. К этим материалам относится пенобетон, газостекло и т.п.;
• пористые материалы имеющие «гибкий скелет». В таких материалах, кроме значительного трения воздуха в порах, энергия волн обуславливается потерями на релаксацию системы. Эти потери обуславливаются деформацией мягкого скелета материала. К таким материалам относятся различные акустические ваты (минеральная, базальтовая, хлопковая и т.д.).

Звукопоглощающие свойства материалов зависят от их упругих характеристик. Звуковая энергия несет дополнительные потери в материалах установленных в гибкий деформирующий каркас. Происходит это за счет активного гашения материалами вынужденных колебаний, возникающих от воздействия звуковых волн.

Для облицовки поверхности элементов строительных конструкций могут применяться перфорированные листы из твердых материалов, таких как ГКЛ, различные пластмассовые и асбоцементные листы и т.п. При этом, они вместе со звукопоглощением, придают достаточную механическую прочность и декоративность строительным элементам.

Количественно звукопоглощающие характеристики материала определяются коэффициентом поглощения. Он определяется делением поглощенной кинетической звуковой энергии материалом к суммарной звуковой энергии приходящей на материал и подсчитывается по формуле:

αзв = Епогл / Епад, где Епогл — поглощенная звуковая энергия, Епад — вся звуковая энергия, приходящая на материал (или еще ее называют — падающая звуковая энергия).

Чем больше коэффициент поглощения, тем он эффективней в качестве звукопоглощающих материалов.

В таблице приведены αзв ряда материалов (частота 1000 Гц).

Таблица

Примечание: условно, единицей звукопоглощения считается звукопоглощение 1 м² открытого окна.

В акустике существует такое понятие как реверберация – время звучания отраженного звука. Это время может достигать до 5…8 сек., если помещение имеет твердые покрытия (при объеме помещения 100 м³). То есть время воздействия на организм человека шума резко возрастает и ведет к дискомфорту пребывания в таком помещении. Чтобы исключить этот негативный фактор, необходимо элементы поверхности помещения изолировать акустическим материалом. При хорошей изоляции, можно сократить время реверберации менее чем до 1 сек.

Ко всем звукопоглощающим материалам предъявляются более жесткие требования, чем к теплоизоляционным материалам по механической прочности и декоративности. Это объясняется тем, что они предназначены для облицовки внутренних стен помещений.

Звукоизоляционные материалы

Звукоизоляционная эффективность ограждений конструкций здания прямо пропорционально зависит от их массы. Чем больше их масса, тем  лучше они защищены от воздушного шума.

Однако устройство тяжелых ограждений не всегда возможно и, как правило, экономически невыгодно застройщику. Поэтому, необходимый уровень звукоизоляции обеспечивают конструктивными мероприятиями. Самым распространенным из них, является устройство двух или трехслойных ограждений. При этом, как правило, конструкция имеет воздушный зазор с заполнением его пористыми звукопоглощающими материалами. При этом слои ограждений выполняют из материалов различной жесткости. Очень важно, чтобы строительные конструкции имели хорошо загерметизированные стыки в местах примыкания элементов между собой.

Для защиты от ударного шума применяют прокладочные материалы, обладающие пористой структурой и малым модулем упругости. По сравнению с плотными материалами, их более эффективная способность защиты от ударного шума, объясняется меньшей скоростью распространения звука в материале.

Ниже приведены скорости распространения звука в некоторых строительных материалах:

1. сталь — 5050 м/с;
2. железобетон — 4100 м/с;
3. древесина — 1500 м/с;
4. пробка — 50 м/с;
5. пористая резина — 30 м/с.

Кроме защиты от воздействия шума ударного характера, звукоизоляционные материалы с звукоизоляционными характеристиками, широко применяются для снижения вредного для человеческого организма воздушного шума. Допустимые уровни шума и их воздействие на организм были рассмотрены в предыдущей статье (часть 2). Требования к этой категории материалов, аналогичны требованиям, предъявляемым к звукопоглощающим материалам: влагостойкость, биостойкость, нетоксичность, соответствие санитарно-гигиеническим нормам, сохранность физико-технических характеристик в процессе всего срока эксплуатации.

По структурным характеристикам звукоизоляционные материалы подразделяются на:

• ячеисто-пористые. К ним относятся — бетон ячеистый, перлит и т.п.;
• губчато-пористые. Это - резина, вспененный полиэтилен и т.п.;
• волокнистые. Это акустические ваты.

В зависимости от величины допустимой деформации (сжатия), эти материалы имеют так называемый «скелет», т.е. формообразующий каркас. Он может быть по жесткости от мягкого до твердого.

Мягкий и полужесткий «скелеты» усиливают звукоизоляционные качества материала.

К мягким «скелетам» относят ячеистые пластмассы (поливинилхлорид, полиуретановый поропласт и т.п.). Полужесткий «скелет» образуют стекло и древесно- волокнистые, минватные и асбестосодержащие материалы.

Жесткий скелет образуют фибролиты, легкие бетоны и т.п.

Звукоизоляционные материалы должны обладать хорошими вязкоупругими характеристиками при динамическом модуле упругости до 15 МПа. К ним можно отнести: песок; керамзит; доменный шлак и т.п.

Для прокладочных звукоизоляционных материалов и изделий волокнисто-пористой структуры, хорошо подходят различные акустические ваты, практически всех видов жесткости (при этом модуль упругости должен быть до 0,5 МПа). Их плотность находится в пределах 75…175 кг/м³.

Губчато-пористые звукоизоляционные материалы изготавливаются из пористой резины, ППУ с Е в пределах от 1 до 5 МПа.

В зависимости от структуры, величина относительного сжатия (усредненные данные) составляет:

• полужестких — 5…10%;
• жестких — до 5%;
• твердых — 0%.

Ореол применения звукоизоляционных материалов:

• в различных перекрытиях. Как сплошные нагруженные или ненагруженные (несущие только собственную массу) прокладки. Штучные и полосовые нагруженные прокладки;
• в стенах и перегородках. Как сплошные ненагруженные прокладки и прокладки в стыках элементов конструкций.

Вибропоглащающие материалы

Предназначение этих материалах заложено в самом их названии — снижение вибрации (колебаний) элементов конструкции здания, вызванных акустическими волнами при работе инженерного, бытового и другого оборудования.

Как уже говорилось ранее (в части 2 данной статьи) самыми эффективными конструкциями по защите помещений от ударного звука и воздушного шума являются так называемые — «плавающий пол» и «подвесной потолок». Их устройство подробно описано в предыдущей части статьи.

В практике широко применяются звукоизоляционные прокладки из материалов:

• стекловолокнистых и минераловатных плит и матов на синтетической основе;         
• мягких древесноволокнистых плит;
• вспученного вермикулита в полиэтиленовых матах;
• листов пенополиуретана (ППУ);
• листов пенополиэтилена (ППЭ).      

Основными характеристиками этих материалов является модуль упругости, который находится в пределах:

• статический модуль упругости 0,02…0,3 МПа;
• динамический модуль упругости 0,20…1,8 МПа
• и средняя плотность — 20,0…150,0 кг/м³.

Хорошими вибропоглощающими характеристиками обладают полимерные волокнистые композиты, полимербетоны и бетонополимеры с высокими вибропоглощающими свойствами, ряд сортов резины, мастики, фольгоизол, некоторые листовые пластмассы и т.д.

Звукоизоляционные мембраны

На рынке Украины, достаточно недавно, в качестве звукоизоляционного материала, представлены мембраны. Они представляют собой синтетический, высокоплотный материал, имеющий высокие звукоизоляционные характеристики. Изготавливается он на полимерной основе, при этом не содержит битума или каучука. Подобранные в его составе композии, придают мембранам такие свойства как отличную звукоизоляцию, прочность, гибкость и долговечность.

Они используются в составе каркасных гипсокартонных систем, что значительно увеличивают их звукоизоляционные характеристики. Вместе с тем  предотвращают резонансный эффект. Мембраны можно наклеивать прямо на гипсокартонные листы (с внутренней стороны несущего каркаса). Еще эффективней защемлять мембраны между ГКЛ.

Также эти мембрана весьма эффективны при организации изоляции различных трубопроводов, водосточных труб, вентканалов и т.п.

Ореол применения мембран:

• звукоизоляция от «воздушных шумов» в перегородках в комплексе с легкими панелями из различных материалов;
• звукоизоляция от «воздушных шумов» для потолков;
• звукоизоляция от «ударных шумов» для всех видов перекрытий и для системы «плавающий пол»;
• как «гаситель» ударных шумов в металлических крышах от дождя, града и т.д.

Применение звукоизоляционных мембран, позволяет создать самую тонкую и эффективную акустическую конструкцию.

Звукоизолирующие крепления

При устройстве звукоизоляционных элементов (перегородок, подвесных потолков, «плавающих» полов) а также виброизоляции трубопроводов, вентканалов и прочего инженерного оборудования очень важно изолировать эти элементы от основных строительных конструкций.

Для этого, строительной промышленностью предлагается группа звукоизолирующие крепления. Главное предназначение этого крепежа защита от шума и вибраций.

Крепления представлены широкой гаммой модификаций. Каждый тип крепления предназначен, для какого либо конкретного применения (стены, потолка, пола и т.д.).

Комплексные решения звукоизоляции с использованием этих креплений, позволяют на практике реализовать такую звукоизолирующую систему как «комната в комнате». Эта система, позволяет обеспечить один из самых эффективных методов защиты помещений от шума.

Применение таких упругих элементов, позволяет соответствовать строительным конструкциям, действующим в Украине нормам по защите от шума.

Звукоизолирующие крепления изготавливаются из прочной стали, а упругие элементы из микропористого полиуретанового эластомера или специальной виброизоляционной резины.

Прочностные показатели креплений обеспечивают их долговременную работу. Упругие элементы способны нести пиковые нагрузки, которые многократно  превышают их рабочий диапазон.

Комплекс звукоизолирующих креплений

В заключении можно отметить, что строительная промышленность (отечественная и зарубежная) производит большое количество видов различных звукоизолирующих материалов. Но, к сожалению, не все они достаточно эффективны, хотя производитель заявляет обратное. Поэтому, при выборе материала, желательно проконсультироваться с независимым специалистом по строительной акустике.

Читайте также: 

• Звукоизоляция дома. Часть 1
• Звукоизоляция дома. Часть 2. Звукоизоляция конструкций дома