Акустические свойства материалов и показатели их определяющие

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
1.Общие сведения об акустике и ее восприятии человеком 5
2.Свойства акустических материалов 8
3.Виды акустических материалов 10
4.Классификация акустических материалов 13
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 16
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 17

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность этой работы обусловлена тем, что в древние времена стены, иногда толщиной до метра, останавливали все остальные звуки. Но с появлением современных технологий они стали намного «тоньше», сохраняя при этом свою качественную теплоизоляцию, но, не теряя способность защищать от шума. В таком случае появилась проблема звукоизоляции, а вместе с ней появились и акустические материалы.
Неблагоприятное акустическое влияние в той либо иной мере испытывает примерно каждый второй житель нашей земли. Шум стал неизменным спутником жизни человека, основным виновником раздражительности, стресса, усталости, а кроме того общего состояния здоровья человека.
По анализам специалистов Всемирной организации здравоохранения, житель города проводит в помещениях в пределах 80% своего времени. В связи с этим наиболее актуальной проблемой является создание акустического комфорта, например, дома и на работе. Это означает, что в жилых и общественных зданиях, а также в жилых районах уровень шума от внешних и внутренних источников не должен превосходить действующие санитарные нормы. Действительно с учетом уровня шума - разрешенным полагается рассматривать такой уровень шума, какой длительным воздействием, не вызывает негативных изменений в физиологических и отрицательных реакций на благосостояние человека.
Мы знаем, что научно-технический прогресс стал одним из основных условий развития человеческого сообщества. Однако результаты цивилизации в некоторых случаях создают проблемы, многие из которых могут напрямую влиять на человека, в том числе на его состояние здоровья. Проблема шума является одним из неблагоприятных итогов научно-технического прогресса.
Цель работы рассмотреть акустические свойства материалов и показатели их определяющие.
Основные задачи работы:
1. Рассмотреть общие сведения об акустике и ее восприятии человеком.
2. Рассмотреть свойства акустических материалов.
3. Рассмотреть виды акустических материалов.
4. Рассмотреть классификация акустических материалов.
5. Рассмотреть применение акустических материалов.
1. Общие сведения об акустике и ее восприятии человеком
Акустическими материалами называются те, которые способны снизить энергию звуковой волны, уменьшив уровень громкости внутреннего или внешнего звука.
Звук - это восприятие ухом упругих механических колебаний и волн, которые возникают в окружающей среде под влиянием принудительных воздействий.
Человеческое ухо воспринимает звуки только в том случае, если его мощность не ниже определенного минимального значения, называемого порогом слуха. Порог слышимости различен для низких, средних и высоких частот. Наиболее чувствительным для человеческого уха считаются колебания частоты в диапазоне 1000 ... 3000 Гц, когда порог слышимости достигает интенсивности звука.
Реальный уровень громкости оценивает значение, пропорциональное логарифму отношения между силой этого звука и силой звука на нулевом уровне, выраженное в белах (B) или в децибелах (дБ). Например, шепот - 10 дБ, бесшумный разговор - 40 дБ, дорога с нормальным движением - 60 дБ и с с шумным - 70 дБ, автомобиль грузовой - 90 дБ, двигатель самолета - 120 дБ, болевой порог - 140 дБ [1].
Для большинства зданий задачей акустики, акустического благоустройства является снижение уровня внешнего шума до предела при относительном режиме тишины в производственных, учебных, жилых, культурно-бытовых и других зданиях.
Для общественных зданий также важно обеспечить хорошую разборчивость и слышимость в основных и музыкальных помещениях, а также естественность звучания голоса и инструментов. Решением этих проблем является комплексное планирование, конструктивные и профилактические мероприятия.
Основным является правильное размещения строительных материалов в конструкциях, в частности в ограждающих конструкциях (перегородках, стенах), полах и кровлях, междуэтажных перекрытиях.
Выбор материалов основан на их разнообразных способностях ими удерживать (поглощать) звуковую волну, которая может распространяться в воздухе, в жидкостях и твердых телах. Скорость звука в воздухе примерно равна 340 м/с, в воде - 1450 м/с, а в твердых телах она еще выше: в кирпичной кладке - 2000 м/с, в бетоне - 4000 м/с, в металле - более 5000 м/с. На пути передачи звука антенны установлены препятствия из поглощающих материалов и конструкций.Преграды установить сложнее на пути материального (ударного), передачи звука, например, в процессе монтажа междуэтажных перекрытий. Очень часто совмещаются ударные и воздушные переносы шумов, особенно в современных зданиях, которые изготавливаются из сборных железобетонных элементов, с низким уровнем звукопоглощения и трещинами, отсутствием герметичности и присутствием отверстий, а также при тонких конструкциях, способных еще и к изгибным колебаниям.
По мере увеличения массы ограждений звукопоглощение улучшается, так как ограждение сложнее перевести в изгибное колебание под воздействием волны звукового давления. Но с увеличением массы ограждающей конструкции увеличение звукоизоляции происходит медленно. Так, например, если масса звукоизоляционной перегородки в 100 кг составляет 40 дБ, то при массе 200 кг -44 дБ 300 кг -48 дБ.
Для большего снижения шума потребуется устраивать или очень тяжелые однородные ограждения, или заменить их на двустенные ограждения с воздушными слоями (без физических связей между стенками), перейдя к слоистым конструкционным элементам.
Рассмотрим разновидность шумов. Рекордсменами по способности передавать звуки являются дома из панельных блоков, жильцы которых отчетливо слышат, все, происходящее вокруг. Различают следующие шумы:
1. - шум, передаваемый по воздуху. Именно этим путем до нас доходит звук ребенка, который плачет из квартиры на верхнем этаже, либо лай собаки или разговоры на кухне.
2. - ударный шум. Обычно он рассказывает нам, что соседи начали ремонт: звук ударов молотка и работающей дрели иногда являются основной причиной «войн» между соседями.
3. - структурный шум. Дом живет своей жизнью, и мы чувствуем «дыхание»: работу лифтов, системы вентиляции, движение воды из водопроводных труб и т. д.
Сложив их вместе, эти шумы даже создают фоновый звук, который иногда мешает спать, раздражает, приводит к серьезным нервным проблемам. Для шумоподавления и обработки звука используются звукопоглощающие (активное поглощение звука) и акустические (малошумные) материалы. Основные разновидности этих материалов описаны ниже. Они могут быть прокладочными и отделочными.
Отделочные материалы частично поглощают шум внутри помещений, например, промышленных установок или технических устройств, например, вентиляции воздуховодов. Отделка изоляционных материалов оптимизирует условия слуха в помещениях, например, в театрах, классных комнатах, радиостудиях. Большинство или самая маленькая часть звуковых волн обычно отражают конструкции, выполненные с отделкой из абсорбирующих материалов. В результате интерьер сохраняет звук даже после окончания источника звука. Это явление называется задержкой.
Прокладочные материалы, используемые под упругими полами междуэтажных перекрытий, таким образом, защищают помещения от распространения материала (ударного) перемещения звука. Часто эти материалы сочетаются с отделкой [3].
2. Свойства акустических материалов
Акустические свойства (от греческого akustikos – слуховой) представляют собой взаимодействия материала и звука. Звук (звуковые волны) - это механические колебания, возникающие в твердых, жидких и газообразных средах. Падающая на поверхности конструкции здания звуковая волна частично отражается, частично ее поглощает материал поверхности, но частично она проникает сквозь поверхность наружу или в соседнюю комнату (рис. 1).
Рис. 1 Схема воздействия звуковых волн на материал ограждения: 1 – отраженная энергия; 2 – поглотившаяся энергия; 3 – звуковая энергия, прошедшая через толщу материала [1]
Акустическими свойствами, которые характеризуют способность материала проводить, отражать либо поглощать попадающий на него звук, являются звукопроводность, звукопоглощение, звукоизоляция и т.д. Следовательно, звукопроводность - способность материала выполнять проведение звука сквозь свою толщу, звукопоглощение - способность материала отражать и поглощать падающий на него звук, а звукоизоляция – степень ослабление звука при его проникновении через слой материала.
Взаимосвязь между интенсивностью звука прошедшего через ограждение и интенсивностью поступающего звука называется коэффициентом звукопроводности. Значение обратного коэффициента звукопроводности называется звукоизоляцией и описывает процесс отражения и поглощения.
Звукопроводность материала зависит от его массы и структуры. Чем больше масса материала, тем больше на него расходуется звуковой энергии и тем меньше он проводит звук. Пористые и волокнистые материалы проводят мало ударного звука, потому что энергия звука поглощает и рассеивает развитую поверхность материала и тепловую энергию.
Физический процесс передачи звуковой энергии в тепло называется поглощением звука. Мера его измерения звукопоглощения, например, соотношение между звуковой энергией, поглощенным материалом (не отраженным поверхностью) и общим количеством падающей энергии в единицу времени (СП 51.13330.2011 и СНиП 23-03-2003). Для блоков звукопоглощения он условно принимает звукопоглощение 1 м2 при открытом окне. Уровни звукопоглощения варьируются от 0 до 1. Коэффициент равен единице при полном звукопоглощении. Звукопоглощение всех строительных материалов менее единицы. К звукопоглощающим относят материалы с шумопоглощением не менее 0,4 при частоте 1000 Гц.
Звукопоглощение зависит от степени и типа пористости материала, а также от условий его поверхности. Чем больше пористость и больше количество пор, связь между ними и на поверхности материала, тем больше степень поглощения звука. Для усиления звукопоглощения поверхность строительных конструкций (ограждений) дополнительно перфорируется или придается им характер рельефности. Гладкие поверхности отражают большую часть звука, который попадает на них (зеркальный эффект). Поэтому в помещениях с гладкими стенами из-за многократного отражения от них звука будет возникать постоянный тональный шум, так называемое «эхо». Если поверхность материала имеет открытую пористость, звуковые волны, попадающие в поры, не отражаются, а поглощаются материалом. Способность материала отражать звук является важной особенностью, в первую очередь, для внешних защитных конструкций, а для внутренних стен способность поглощать звук является более решающей.
Звукоизоляционные материалы и изделия защищают от распространения и проникновения ударного шума (для конструкции - диффузия внутри конструкции здания), воздушного (лай собаки, громкая музыка), акустических и других звуков (шумов). Свойства этих материалов тесно связаны с их упругими деформациями: способность сжимать и восстанавливать исходные размеры при постоянных и переменных нагрузках. Поэтому свойствами, влияющими на эффективность звукоизоляционных материалов, являются динамический модуль упругости, динамическая жесткость, плотность, удельное сопротивление воздушному потоку, а другие материалы обычно имеют небольшой модуль упругости (не более 10 МПа), обуславливающим низкоскоростное распространении звука. Например, скорость распространения звуковых волн (м/с) в стали составляет 5050, железобетона - 4100, дереве - 1500, пробки - 50, пористой резины - 30 м/с.
Также, звукоизоляционная способность материалов пропорциональна их логарифму массы. Вот почему массивная конструкция обладает большей звукоизолирующей способностью, от воздушного шума, нежели легкие конструкции.
3. Виды акустических материалов
Есть небольшой способ запретить окружающим шуметь, но есть возможность снизить шум, его интенсивность, что он не будет мешать - и это главная задача акустических материалов.
В зависимости от своих свойств звукопоглощающие материалы различаются по способу, которым «поглощающие» звуки и звукоизолирующие материалы могут отражать звуковые волны.
Звукопоглощающие материалы. Акустические материалы первого типа в основном используются для борьбы с шумом, который передается по воздуху. Его главной особенностью является степень поглощения звука, то есть соотношение между поглощенной звуковой энергией и общим количеством звуковой энергии.
Все они имеют пористую структуру с множеством открытых каналов, через которые звуковые волны постепенно ослабевают. Материал может быть, как мягкий, так жесткий.
Они представляют собой звукопоглощающие материалы в виде пластин (плит), которые непосредственно соединяются с другой конструкцией для крепления. Кроме того, звукопоглощающие панели получили большое распространение: они находятся на небольшом расстоянии от стен и состоят из деревянных рам с определенным пористым веществом и покрытием.
На сегодняшний день наиболее признан термопластичный звукопоглощающий материал - термозвукоизол - представляющий собой стекловолокнистую субстанцию, нанесенное между двумя слоями полипропилена, благодаря которому невозможным проникновение стеклянного порошка в воздух.Следующие продукты также доказали свою эффективность:
Базальтин используется для звукоизоляции стен и потолков жилых помещений.
Виброфлор - область применения - шумоизоляции пола.
Стопзвук - панельные блоки, специально предназначенные для межэтажных перегородок и многих других.
Среди ваших преимуществ: простота установки; долгий период службы; привлекательный внешний вид; полная безопасность.
Звукоизоляционные материалы. Область использования звукоизолирующих материалов - снижение структурных и ударных шумов. Их главной характеристикой считается динамический модуль упругости: чем меньше, тем больше затухает звуковая энергия. Различают звукоизолирующие материалы, изготовленные из органического или минерального сырья.
На современном рынке звукоизолирующих материалов представлены материалы: Звукоизол ВЭМ; Соноплат; Тексаундом; Стопзвук.
Эти материалы нового поколения способны обеспечить очень эффективную акустическую изоляцию, их можно использовать как в жилых зданиях, так и на промышленных предприятиях. Они имеют плотную полимерную основу, которая способствует выработке звуковой энергии в тепле, и их достоинства включают отличные звукоизоляционные качества, которые сочетаются с: абсолютной безопасностью; положительным воздействием на окружающую среду; простой установкой; долгой жизнью; стойкостью к влажности и сильным изменениям температуры. Кроме того, высокая плотность и, следовательно, низкая толщина этих материалов позволяют обеспечить качественную акустическую изоляцию помещения без уменьшения объема.
Преимущества и недостатки акустических материалов. Большинство современных звукопоглощающих и звукоизолирующих материалов доступны в виде плит и панелей, фасад которых имитирует различные материалы. Они не только могут выполнять свои основные функции, но и могут: экономить тепло; придайте комнате привлекательный вид; выровнять стены.
В то же время следует учитывать несколько недостатков снижения шума с помощью акустических материалов: во-первых, не так просто повесить что-то на стену, украшенную акустическими панелями. Во-вторых, покупка и монтаж эффективной звукоизоляции далеко не дешевы и требуют значительных затрат. Кроме того, требуются некоторые знания, которые позволят вам выбрать оптимальный для условий, представленных широким спектром современных материалов.
4. Классификация акустических материалов
Главная особенность акустических материалов - высокая пористость (до 98%). Структура ячеистая, зернистая, волокнистая или смешанная. Размер пор варьируется в широких пределах и обычно не превышает 3-5 мм. Пористость может регулироваться, в определенных пределах, влиянием технологических факторов при изготовлении, таким образом, получают материалы с указанными свойствами: средней плотностью и теплопроводностью.
Высокую пористость получаютследующими способами: газообразование, высокого водозатворения, механической диспергацией, создание волокнистого каркаса, набухание минерального и органического сырья, химическая обработкаи и введение выгорающих добавок.
Классификация акустических материалов основана на принципе функционального определения этих материалов. Согласно этому принципу они классифицируются следующим образом:
- звукопоглощающие, в частности для использования в звукопоглощающих облицовках внутренних конструкций и для индивидуального звукопоглощения для снижения уровня акустического давления в промышленных и общественных зданиях;- звукоизолирующие, применяющиеся в качестве прокладок (прослоек) в многослойных ограждающих конструкциях для улучшения изоляции ограждений от ударного и воздушного звуков;- вибропоглощающие, предназначенные для ослабления изгибных колебаний, распространяющихся по жестким конструкциям (преимущественно тонким) для снижения излучаемого ими звука.Звукоизоляционные материалы в соответствии с действующим стандартом классифицируются в соответствии с наиболее важными критериями: эффективность, форма, жесткость (максимальное относительное сжатие), структура и воспламеняемость.
 По форме звукопоглощающие материалы и изделия подразделяют:
- на штучные (блоки, плиты);
- рулонные (маты, полосовые прокладки, холсты);
- рыхлые и сыпучие (вата минеральная и стеклянная, керамзит, вспученный перлит и другие пористые зернистые материалы).
  По жесткости эти материалы и изделия мягкие, полужесткие, жесткие и твердые.
  По структурным характеристикам звукопоглощающие материалы и изделия делятся на пористо-волокнистые, пористо-ячеистые (из ячеистого бетона и перлита) и пористо-губчатые (пенопласты, резины) [2].
По воспламеняемости, как и все строительные материалы, акустические материалы и изделия, можно разделить на три группы: огнестойкие, трудносгораемые и сгораемые. Сравнивая признаки классификации звукопоглощающих и теплоизоляционных материалов и изделий, можно заметить, что эта общность подчеркивает идентичность задач при производстве этих материалов. Однако следует иметь в виду, что максимальные функциональные свойства рассматриваемых материалов и изделий должны быть разными технологическими процессами, которые позволяют сформировать правильную пористую структуру для конкретного случая.
По эффективности звукопоглощающие материалы и изделия делятся на три класса:
- 1 класс - более 0,8;
- 2 класс - от 0,8 до 0,4;
- 3 класс - от 0,4 до 0,2.
Звукоизоляционные материалы подразделяются на штучные (ленточные, полосовые и штучные прокладки, маты, плиты) и сыпучие (керамзит, доменный шлак, песок).По структуре звукоизолированные изделия (материалы) подразделяются на:
- особая пористая и волокнистая форма из минеральной ваты и стекловаты в виде мягких, полужестких и жестких прокладочных изделий, со средней плотностью от 75 до 175 кг / м3 и динамическим модулем упругости не более E (w) = 0,5 МПа при нагрузке 0,002 МПа;
- пористо-губчатые изготовляемые из пенопластов и пористой резины характеризуются E (w) от 1,0 до 5,0 МПа.
- модуль динамической упругости зернистых наполнителей не должен превышать E (w) = 15 МПа.
Динамический модуль упругости E (w). Модуль, определяемый соотношением между напряжением и частью деформации, которая синфазна с напряжением. Соответствует выражению E (w) = En (En - EP) / (1 + (wt2) [1].Поэтому звукоизоляционные и звукопоглощающие материалы должны обладать высокой способностью поглощать и рассеивать звуковые волны. Кроме того, используются звукоизоляционные и звукопоглощающие материалы, и продукты должны обладать стабильными физико-механическими и акустическими свойствами в течение всего периода эксплуатации, они являются био- и влагостойкими, не выделяют загрязняющих веществ в окружающую среду.
Звукопоглощающие изделия обычно обладают высокими декоративными свойствами, поскольку используются одновременно и для отделки ограждения зданий.
Звукоизоляционные промежуточные материалы и пористая структура из волокнистого продукта, состоящая из различных типов мягкой, полужесткой и жесткой ваты с Е, не превышающей 0,5 МПа или 5 • 105 Н / м2, имеют нагрузку на звукоизоляционный слой 0,002 МПа (2 • 103 Н / м2).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Итак, цель данной работы можно считать достигнутой: рассмотрены акустические свойства материалов и показатели их определяющие.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие основные задачи, поставленные в работе: 1. Рассмотрены ; 2. Рассмотрены ; 3. Рассмотрены ; 4. Рассмотрены .Все виды звуков и шумов, какими наполнен современный город, являются постоянным источником стресса для человека.
Очень трудно найти то место, где нет звуков автомобилей, с шумом не хлопают двери, с шумом не падают вещи на пол, никто не кричит и не говорит громко, в стену не пытаются вбить очередной гвоздь, а громкий шум от мусоровоза или сливного бачка не напоминает нам о соседях и плохой звукоизоляции стен. Звукоизоляция, тишина и покой были главными критериями при выборе дома в последнее время. Поэтому строительные компании придают большое значение акустическим системам изоляции. Это эффективная звукоизоляция квартиры, которая помогает уменьшить дискомфорт, вызванный раздражающими шумами, устранить шум или минимизировать его в помещениях, в которых мы находимся. Все это напрямую связано со здоровьем человека и способностью работать, и поэтому очень важно для строительства новых домов и поддержания здорового образа жизни. Шумоподавление важно как на специализированном производстве, так и в местах, связанных с громкими шумами, вызывающими определенную реакцию у людей (музыкальные школы, кафе на первом этаже зданий).
Поэтому разработка новых технологий и материалов имеет особое значение во времена технического прогресса и роста производства.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Горлов Ю.П. Технология теплоизоляционных и акустических материалов и изделий. Высшая школа. Москва. 1989. 384 с.
Столетов, А. Г. А. Г. Столетов. Собрание сочинений. Том 3. Введение в акустику и оптику. Теория теплоты / А.Г. Столетов. - М.: Гостехиздат, 1999. - 623 c.
Рожанский, Д. А. Курс физики. Часть 2. Акустика и оптика / Д.А. Рожанский. - М.: Объединенное научно-техническое издательство, 2012. - 515 c.
Фейнман, Р. Фейнмановские лекции по физике. Выпуск 4. Кинетика. Теплота. Звук / Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс. - М.: Едиториал УРСС, Либроком, 2015. - 272 c.