Звукоизолирующие конструкции предназначены для уменьшения проникновения шума в изолируемое помещение или на территорию жилой застройки от источника, расположенного в соседнем помещении или открытом пространстве (рис. 5.19, а).

Акустический эффект таких конструкций в основном обусловлен отражением звука от их поверхностей, изготовленных из плотных твердых материалов (бетона, кирпича, стали и т.п.). Поскольку эффект изоляции звука основан на его отражении, для звукоизоляции в воздухе – среде с малым акустическим сопротивлением, необходимо применять ограждения с большим акустическим сопротивлением.

С помощью звукоизолирующих конструкций можно обеспечить снижение шума на 20…50 дБ в зависимости от типа конструкции и частоты звука. При установке в этих помещениях звукопоглощающих облицовок стен и потолков снижение шума составляет всего лишь 5…8 дБ. Некоторое звукопоглощение происходит даже при падении звуковых волн на совершенно жесткую поверхность, лишенную каких-либо пор и не способную колебаться. В этом случае частичное поглощение звука происходит за счет трения и тепловых процессов в вязком пограничном слое воздуха около поверхности.

При расположении в воздухе массивного звукоизолирующего плоского ограждения бесконечных размеров (рис. 5.20) и толщиной h, намного меньшей длины продольной волны λ_п в этом ограждении, колебания обеих поверхностей ограждения происходят практически синфазно. Тогда проникновение звука можно рассматривать как результат излучения звука ограждением, колеблющимся под воздействием падающей волны.

Звукоизоляция ограждения (R) представляет собой выраженную в децибелах величину, обратную τ:

R_н  = 10 lg  = 10 lg  = 10 lg .                                (5.7)

При условии fm >> ρc в выражении (5.7) можно пренебречь единицей, тогда с учетом постоянной величины π/ρс имеем:

R_н = 10 lg  = 20 lg mf – 42,5.

В реальных условиях звуковые волны падают на ограждение под различными углами (звуковое поле диффузно), и звукоизоляция бесконечного ограждения уменьшается на 5 дБ /30/:

R  = 10 lg  = 20 lg mf – 47,5.                                        (5.8)

Итак, из формулы (5.8) следует, что R увеличивается с возрастанием массы ограждения, а для одного и того же ограждения зависит только от частоты звука.

Звукоизоляция у ограждений конечных размеров за счет дополнительной передачи звука через закрепленные края оказывается несколько меньше, чем звукоизоляция, определенная по формуле (5.8). Нужно отметить, что в частотной характеристике какого-либо ограждения есть несколько диапазонов, где звукоизоляция подчиняется определенным зависимостям, в том числе и так называемому «закону массы» (5.8). Поэтому при проектировании ограждений обычно используют методы расчета, основанные на теоретических и экспериментальных данных по звукоизоляции различных ограждений.

Если шум излучается через строительные ограждения шумного помещения (см. рис. 5.5, г), то требуемую звукоизоляцию при про­ектировании определяют на основании выражений (5.2) и (5.3):

R_тp = 10 lg  – 10 lg B + 10 lg F_огр – 20 lg r – L_доп – 5,

а при эксплуатации, когда известен средний уровень звукового давления L_cp в шумном помещении следующим образом:

R_тр = L_ср + 10 lg F_огр – L_доп – 11.

Величина звукоизоляции конструкций дверей и окон, обычно применяемых в массовом строительстве, значительно ниже величины звукоизоляции других ограждающих конструкций здания. Это объясняется двумя причинами: во-первых, небольшим их весом (20…25 кг/м³ для дверей и 10…20 кг/м³ для окон) по сравнению со стенами и перегородками, во-вторых, повышенной воздухопроницаемостью через щели в полотнищах дверей, неплотности и щели в притворах дверей и окон.

Звукоизоляция окон зависит главным образом от толщины стекол, плотности притвора и расстояния между переплетами. Снижение величины звукоизоляции только за счет щелей и неплотностей составляет в среднем 9 дБ, изменяясь в отдельных случаях от 4 до 19 дБ. При увеличении воздушного промежутка между переплетами свыше 0,1 м дополнительный рост звукоизоляции незначителен.

Величина звукоизоляции дверей обычно на 16…24 дБ ниже требуемой величины звукоизоляции для межкомнатных перегородок. Значение звукоизоляции дверей мало зависит от их конструкции и в основном определяется плотностью притворов и размером щели под дверью, так как вес 1 м² полотна дверей различных типов меняется незначительно. В среднем снижение величины изоляции дверей за счет неплотностей и щелей составляет около 12 дБ. Величина звукоизоляции двойных дверей примерно на 9…19 дБ выше значения звукоизоляции однослойной двери.

Общая величина звукоизоляции (R) ограждения с дверями или окнами определяется по формуле:

R = R₀ – 10 lg ,

где R₀ – звукоизоляция стены (без двери или окна), дБ; S₁ – площадь двери или окна; S₀ – общая площадь стены (включая дверь или окно);R₁ – звукоизоляция двери или окна, дБ.

На практике применяют однослойные и многослойные звукоизолирующие конструкции. Последние представляют собой два и более однослойных ограждения из твердых плотных материалов (бетона, газобетона, металла и т.п.) в сочетании со слоями пористых материалов типа минеральной ваты и т.п.

Конструкцию звукоизолирующего ограждения, обеспечивающую R_тр, выбирают по справочникам или рассчитывают, используя приближенные методики расчета.

Расчет изоляции плоского однослойного ограждения от воздушного шума состоит в построении частотной характеристики звукоизоляции этого ограждения в зависимости от его материала. Так, для материалов с поверхностной плотностью (т)  от 100 до 1000 кг/м² (бетона, железобетона, кирпича и т.д.) расчет проводят в такой последовательности:

1) определяют среднюю поверхностную плотность ограждения:

m = p h,

где ρ – плотность выбранного материала, кг/м³, h – толщина ограждения, м;

2) определяют частотную характеристику изоляции воздушного шума плоским ограждением графическим способом в зависимости от толщины (h) и поверхностной плотности (т) ограждения.

При устройстве составных ограждений (перегородок с окнами, дверьми и т.д.) необходимо учитывать, что шум легко проникает через всевозможные неплотности в ограждениях, существенно снижая их звукоизоляцию. Необходимо, чтобы подобные ограждения имели такую звукоизоляцию входящих в них «слабых» элементов, чтобы средняя звукоизоляция составного ограждении была не ниже требуемой, т.е.

R_cp ≥ R_тр.

Величину R_ср определяют следующим образом:

R_ср = 10 lg ,

где S_общ – общая площадь составного ограждения, м²; S – площадь отдельного элемента сплошной части ограждения, м²; R_i – его звукоизоляция, дБ; n – количество всех элементов.

Звукоизолирующие кожухи

Одним из распространенных и эффективных способов снижения шума машин и оборудования является установка на них звукоизолирующих кожухов, полностью закрывающих источники шума. Это позволяет значительно уменьшить шум машин, поскольку устраняется свободное прямое распространение звуков волн. Конструкции применяемых кожухов весьма разнообразны. В зависимости от вида машины и условий ее эксплуатации они бывают стационарными, съемными или разборными, могут иметь смотровые окна, открывающиеся дверцы, проемы для ввода различных коммуникаций и т.д.

Эффективность звукоизолирующего кожуха зависит не только от звукоизоляции его отдельных элементов, но и от герметичности. При установке кожуха на машину, работа которой должна проходить при определенных температурах, необходимо делать систему обдува. С этой целью в кожухе для прохода воздуха делают отверстия, оборудованные глушителями шума, которые должны обеспечить снижение шума до требуемой звукоизоляции стенок кожуха и не должны иметь большое аэродинамическое сопротивление. Наиболее подходящими для этого являются щелевидные глушители из звукопоглощающего материала толщиной 50 мм, расположенного по обеим сторонам щели. Ширина щели должна быть в пределах 10…20 мм для одностороннего расположения материала и 30… 40 мм для двустороннего. Длина глушителя обычно составляет 500…700 мм.

Стенки кожуха изготавливают из листовых несгораемых материалов (стали, дюралюминия, пластмассы и т.п. Внутренняя поверхность кожуха обязательно должна быть облицована звукопоглощающим материалом толщиной 30 мм для высокочастотного шума и толщиной 100 мм для низкочастотного. Это необходимо для уменьшения плотности звуковой энергии внутри кожуха и, в конечном итоге, для повышения его эффективности. Важно, чтобы кожух непосредственно не соприкасался с изолируемой машиной.

Например, звукоизолирующий кожух для радиального вентилятора (рис. 5.21, а) состоит из металлического корпуса 1 толщиной 1,5 мм и слоя звукопоглощающего материала (минеральных плит) 2 толщиной 50 мм.

Для предотвращения проникновения шума в местах прохождения воздуховодов через кожух сделаны уплотнения из резины 3, причем сами воздухопроводы подсоединены к вентилятору через гибкие вставки 4. Вентилятор установлен на виброизоляторы 5. Установка такого кожуха существенно снижает шум вблизи вентилятора. При установке кожуха на вентилятор должны быть приняты меры по звукоизоляции выходящих из кожуха воздуховодов. Возможен также вариант, когда на входе и выходе вентилятора ставится трубчатый глушитель, который одновременно повышает звукоизоляцию и снижает шум, распространяющийся по воздуховодам.

Требуемую эффективность звукоизолирующего кожуха определяют по формуле:

∆L_кож.тр  = L – L_доп  + 5,                                               (5.9)

где L – рассчитанный по формуле (5.2) уровень звукового давления в РТ или измеренный уровень; L_доп – допустимый уровень по нормам.

Снижение шума кожухом зависит от звукоизоляции стенок кожуха, его размеров, наличия и качества звукопоглощающей облицовки, источника шума и других факторов:

∆L_кож.тр  = R + 10 lg α_обл + ∆R,

где R – звукоизоляция  стенок кожуха; α_обл – реверберационный коэффициент звукопоглощения облицовки внутренней поверхности кожуха; ∆R – дополнительная звукоизоляция облицовки, значения которой можно определить по /30/ (выбираем звукопоглощающий материал: слой супертонкого стеклянного или базальтового волокна толщиной 30…50 мм с ρ = 20 кг/м³ или слой полужестких минераловатных плит толщиной 50…80 мм с ρ = 100 кг/м³).

Если расчет по формуле (5.9) показал, что для принятой конструкции кожуха значение ∆L_кож.  оказалось меньше требуемого (∆L_кож.тр), то необходимо увеличить толщину стенки кожуха, применить для него другой материал или заменить звукопоглощающий материал на более эффективный.

Акустические экраны

Такие звукоизолирующие конструкции устанавливают на территории предприятия для снижения шума, создаваемого открыто установленными источниками в окружающей среде. Применение экранов оправдано только в том случае, если шум экранируемого источника не менее чем на 10 дБ выше уровней, создаваемых другими источниками в застройке.

Акустическая эффективность экрана (∆L_экр) – это снижение уровней звукового давления в РТ, расположенной за экраном, которое зависит, прежде всего, от размеров и формы экрана, расстояния от источника шума и РТ до экрана, частоты звука и др. Экраны могут быть плоской или П-образной формы, гладкими (из металла, пластмассы и т.п.) или (чаще всего) со звукопоглощающей облицовкой толщиной не менее 50 мм со стороны источника шума. Экраны могут быть стационарными и передвижными.

Значение ∆L_экр  в условиях открытого пространства рассчитывают по формуле:

,

где ΔL^I_экр – акустическая эффективность экрана бесконечной протяженности, определяемая в зависимости от величины δ₁ = a₁ + b₁ + d₁ и частоты f; ∆L^II _экр   и ∆L^III_экр  – акустические эффективности экрана бесконечной высоты, определяемые в зависимости от δ₂ = а₂ + b₂ + d₂ и δ₃ = a₃ + b₃ + d₃ (a₁, a₂, a₃ – кратчайшие расстояния от источника до верхней и боковых границ экрана; b₁, b₂, bз – кратчайшие расстояния от верхней и боковых границ экрана до РТ; d₁, d₂, d₃ – кратчайшие расстояния от РТ до верхней и боковых границ источников шума).

Ширина и высота экрана должны в три и более раз превышать соответствующие размеры источника для того, чтобы зона акустической тени, а следовательно, и ∆L_экр,  были как можно больше. Поскольку эффективность экранирования тем выше, чем больше высота и ширина экрана по отношению к длине звуковой волны, экраны целесообразно применять для снижения средне- и высокочастотного шума.