Секция: Строительство и архитектура

Подсекция: Современные строительные материалы

ЗАХАРЕНКО З. Н., ЯШИНА Т. В.

БелГУТ, кафедра «Строительное производство»

Исследование влияния параметров перфорации

и относительной площади их расположения на коэффициент звукопоглощения материалов,

используемых в строительстве

В строительстве широко используются различные пористые звукоизоляционные материалы: полиэстерные и пенополиуретановые маты, синтепон, рулонные материалы из пенополиэтилена, минеральные плиты, минеральные акустические и декоративные панели и т. д. [1-2].

Известно, что для однослойных звукоизоляционных материалов характерно равномерное затухание звуковых колебаний. Для слоистых и перфорированных конструкций данный процесс происходит сложнее в связи с наличием границ раздела слоев и перфорации, которые, рассеивая и отражая звуковые волны, изменяют их направление распространения. Таким образом, представляет интерес исследовать, как происходит затухание звуковых колебаний в слоистых перфорированных конструкциях. Для проведения испытаний были использованы следующие слоистые материалы:

– образец 1, сформированный из алюминиевой подложки толщиной 0,1 мм и эластичного пенополиуретана, толщиной 25 мм;

– образец 2, сформированный из алюминиевой подложки, толщиной 0,1 мм, нетканого полотна, толщиной 7,5 мм, эластичного пенополиуретана толщиной 10 мм и нетканого полотна – 7,5 мм;

–образец 3, сформированный из алюминиевой подложки толщиной 0,1 мм и нетканого полотна толщиной 25 мм.

Одной из основных акустических характеристик является коэффициент звукопоглощения (α), зависящий от частоты и угла падения звука и равный отношению количества поглощенной материалом звуковой энергии к общему количеству падающей на материал звуковой энергии в единицу времени.

Исследуем зависимости коэффициента звукопоглощения от конструкции поглощающего слоя и наличия перфорированных отверстий на алюминиевой фольге. Измерения проводились на акустическом интерферометре в диапазоне частот 125-2000 Гц. Результаты исследований приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты измерений коэффициента звукопоглощения слоистых материалов без перфорации на алюминиевой фольге и с перфорацией (диаметр перфорации 1 мм, шаг 15 мм)

Номер образца	Коэффициенты звукопоглощения, α, на частотах, Гц
	125	250	500	1000		2000
1	4/4	7/8	30/36		71/76	50/52
2	5/7	10/13	30/33		73/76	63/69
3	6/6	18/12	36/28		66/60	52/46

αо/αı – коэффициент звукопоглощения материала без перфорации

/ коэффициент звукопоглощения с перфорацией

Анализ полученных результатов показал, что для слоистых материалов перфорация, созданная на звукоизолирующем слое может, как увеличить, так и уменьшить коэффициент звукопоглощения. Если поглощающий слой имеет пористо-губчатую или смешанную (пористо-губчатую и пористо-волокнистую) структуру, то перфорация способствует увеличению поглощающей способности материала. При пористо-волокнистой структуре звукопоглощающая способность материала уменьшается.

Для объяснения влияния перфорации на коэффициент звукопоглощения слоистого материала пористо-волокнистой структуры были изготовлены образцы с различной толщиной поглощающего слоя. В результате проведенных исследований было установлено что, при увеличении толщины материала в диапазоне 10-35±2 выделяются три области влияния перфорации. В частности, диапазоны 10-17±1 мм и 28-35 ±2 мм, где перфорация увеличивает коэффициент звукопоглощения и диапазон 17-28±2 мм, где перфорация уменьшает коэффициент звукопоглощения. При толщине материала 35 мм и более перфорация, созданная на звукоизолирующем слое, не оказывает существенного влияния на коэффициент звукопоглощения.

Появление областей положительного и отрицательного влияния перфорации на коэффициент звукопоглощения можно объяснить следующим образом. Волокнистый холст можно рассматривать, как матрицу, состоящую из воздушной среды, наполненную волокнами, а эластичный пенополиуретан – как матрицу, состоящую из жесткого скелета, поры которого заполнены воздухом. Звукопоглощающая способность слоистых материалов в акустическом интерферометре определяется практически рассеянием энергии звуковых волн. Волны, проходя через отверстия на алюминиевой фольге частично отражаются, рассеиваются и поглощаются в воздушных объемах поролона. Из-за малых размеров перфорированных отверстий это произойдет многократно, прежде чем какая-то часть звуковых волн снова попадет на отверстие и выйдет наружу. Поэтому перфорация благоприятствует проникновению волн в пористую структуру и увеличивает тем самым коэффициент звукопоглощения.

Однако для слоистых материалов, имеющих матрицу воздух – волокно звуковые волны ведут себя неадекватно различной толщине звукопоглощающего слоя. В диапазонах 10-17±1 мм и 28-35±2 мм волны накладываются друг на друга и гасятся, что тем самым увеличивают коэффициент звукопоглощения. А в диапазоне 17-28±2 мм наложение волн способствует увеличению энергии звуковых волн и перфорация снижает звукоизолирующую способность алюминиевой фольги. Было установлено, что при толщине образца соизмеримой с 1/10 длины стоячей волны перфорация на звукоизолирующем слое увеличивает коэффициент звукопоглощения материала. Таким образом, по толщине поглощающего слоя можно прогнозировать изменение коэффициента звукопоглощения материала при создании перфорации и без перфорации.

Установим, как влияют размеры и шаг перфорации на звукопоглощающую способность материалов. Для эксперимента использовали волокнистый холст толщиной 10±1 мм. При диаметре 0,5-1,0 мм и шаге 5-15 мм перфорации коэффициент звукопоглощения увеличивается при направлении алюминиевой фольги к источнику звуковых волн и при направлении волокнистого холста к источнику звуковых волн. При создании перфорированных отверстий диаметром 1 мм – 50 % и 7,5 мм – 50% или 7,5 мм – 100% – коэффициент звукопоглощения уменьшается независимо от расположения слоев к источнику излучения звуковых волн.

Вывод. Создание перфорированных отверстий на звукоизолирующем слое способствует увеличению коэффициента звукопоглощения в случае образования поглощающего слоя пористо-губчатой и смешанной (пористо-губчатой и пористо-волокнистой) структуры. Для пористо-волокнистой структуры существуют области толщин, для которых наблюдается как уменьшение, так и увеличение звукопоглощающей способности материалов. При создании перфорированных отверстий диаметром 0,5-1 мм с шагом 5-15 мм коэффициент звукопоглощения увеличивается независимо от расположения слоев к источнику звуковых волн. Таким образом, для разработки эффективных строительных звукопоглощающих материалов необходимо подбирать не только саму слоистую конструкцию, но и грамотно располагать перфорацию на подложке, так как перфорация может не только увеличивать, но уменьшать звукопоглощающую способность материала.

ЛИТЕРАТУРА

1. Боголепов И.И. Промышленная звукоизоляция. -Л.: Судостроение, 1986. -368 с.

2. Мякшин В.Н., Чудакова Е.И. Борьба с шумом на предприятиях легкой промышленности. - Киев: Техника, 1982. -200 с.