 |
Критическая частота пластины при котором наступает резонанс совпадения
|
|
|
|
Критическая частота пластины при котором наступает резонанс совпадения
или 
(4. 11)
где h - толщина пластины (преграды), Е - модуль упругости, r - плотность, m - коэффициент Пуассона, с - скорость звука в окружающей пластину среде; спр – скорость продольной волны в преграде.
Многообразие факторов, определяющих частотную зависимость звукоизоляции, заставляет обращаться к приблизительной оценке средней звукоизоляции по полуэмпирической формуле, справедливой для диапазона частот между резонансной частотой f0 и половиной критической частоты fкр (выражение закона масс):
. (4. 12)
где Q – вес 1м2 ограждения заданной толщины;
f – частота звука.
Для частотного диапазона выше частоты совпадения выражение для ЗИ может быть записано в виде:
(4. 12а)
где: η – коэффициент потерь в материале;
– частота совпадения.
Таким образом, внутренние потери влияют на величину звукоизоляции только в районе резонанса совпадения и для частот, лежащих выше этой зоны.
Подкрепление перегородок ребрами жесткости уменьшает звукоизоляцию на 3 - 5 дБ.
| б) |
| а) |
Рис. 4. 6. Прохождение волн через перегородку с большим отверстием (а)
и малыми отверстиями (б)
Звукоизолирующую способность стены с оконным или дверным проемом можно определить следующим образом:
(4. 12б)
где: 
, 
– звукоизолирующая способность в дБ соответственно глухой стены и проема;
S1, S2 – площадь соответственно глухой стены и проема, м2.
|
|
|
Наличие всевозможных отверстий и щелей существенно влияет на эффект звукоизоляции перегородок. При больших размерах щелей или отверстий а> 5l фронт проходящих через отверстие волн будет плоским и весь падающий на отверстие звук пройдет через него.
При малых диаметрах отверстий прошедшая волна будет сферической, и импедансы плоской падающей и прошедшей сферической волн будут отличаться, поэтому значительная часть колебательной энергии отразится. Сто малых отверстий лучше, чем одно большое равной площади. При беспорядочном расположении отверстий по площади перегородки потери звукоизоляции не наблюдаются вплоть до частот 700 - 800Гц. Сосредоточение отверстий в одном месте приводит к потере звукоизоляции во всем диапазоне частот, что видно из экспериментальных данных, приведенных на рис. 4. 7.
Рис. 4. 7. Влияние отверстий на звукоизоляцию перегородки
Эффект звукоизоляции перегородки при наличии отверстий можно оценить по формулам
(4. 13)
, дБ (4. 14)
где Sо, S - площади отверстий и перегородки, R – звукоизоляция перегородки; n – коэффициент, выбираемый в соответствии с таблицей 4. 2.
Таблица 4. 3
| f | Гц | |||
| n | - | 2-5 |
В области низких частот звуковая энергия более активно проникает сквозь отверстия. Таким образом, хорошее уплотнение щелей по периметру и отсутствие трещин в ограждении обеспечивает звукоизолирующую способность, близкую к расчетной.
4. 3. Звукоизоляция двойных перегородок
Что произойдет, если вместо удвоенной массы перегородки мы поставим позади первой вторую перегородку, оставив между ними воздушный промежуток? Суммарная масса будет вдвое больше, как если бы мы просто удвоили толщину первой перегородки, однако при этом, мы ввели еще два фактора, обуславливающих нарушение согласование импедансов - дополнительные переходы звука из воздуха во вторую перегородку и из нее снова в воздух. Поэтому можно ожидать, что двойная перегородка окажется более эффективной, чем одинарная. Если бы удалось раздвинуть перегородки достаточно далеко друг от друга, оставив между ними большой воздушный промежуток, то общий эффект почти равнялся бы арифметической сумме изоляций, выраженной в децибелах, создаваемых в каждой из этих перегородок в отдельности.
|
|
|
На практике перегородки обычно приходиться ставить близко друг к другу и, кроме того, каким-либо образом, например шпильками, соединять их механически друг с другом, что снижает звукоизолирующую эффективность двойных перегородок. Тем не менее, двойные перегородки много эффективнее, чем эквивалентные однослойные и дают выигрыш в 10дБ и более. При этом все проблемы, связанные с резонансами и эффектами совпадений, по-прежнему остаются существенными и даже усложняются. Появляется новый резонанс: воздух между перегородками может вести себя как резонансная полость. Резонансный эффект слоя воздуха можно снизить применив какой-либо пористый материал. К сожалению, хорошее демпфирование в межперегородочном пространстве означает повышение импеданса, а поскольку импедансы перегородок высоки, следует по возможности уменьшать импеданс промежуточного слоя. Поэтому бороться с резонансом слоя лучше путем уменьшения резонансной частоты (уменьшая жесткость слоя), а не путем повышения демпфирования.
Наиболее известный пример осуществления принципа двойной перегородки - это двойные оконные рамы. Однако, двойная рама со стеклами, жестко закрепленными в раме, на расстоянии 20 мм друг от друга, дает не большую звукоизоляцию, чем рама с одним стеклом суммарной массы. Акустическая двойная рама должна удовлетворять трем требованиям:
1. Воздушный промежуток должен составлять 100 мм и более;
2. По крайней мере, одно из стекол должно быть закреплено не жёстко;
3. Оконные притолоки должны иметь звукопоглощающую облицовку.
Расчетная схема двойной перегородки показана на рис. 4. 8.
| m1 |
| m2 |
| G2 m2 |
| G1 m1 |
| K |
| h |
|
|
|
Рис. 4. 8 Схема двойной перегородки
Частота собственных колебаний двойной перегородки будет
(4. 15)
Упругая сила при сжатии воздушного объема V равна
(4. 16)
где S - площадь, x -деформация перегородки (воздушного слоя).
Жесткость воздушного слоя 
(4. 17)
Формулу (4. 15) можно переписать в виде:
, (4. 17а)
где: 
, 
- вес 1 м2 перегородки, кГ;
h – толщина воздушной прослойки, см.
Средняя в диапазоне частот 100 - 3200 Гц звукоизоляция двойной перегородки с воздушной прослойкой при весе 1м2 обеих стен до 200 кГ:
, дБ (4. 18)
при весе более 200 кГ:
, дБ (4. 19)
где Dпр - звукоизоляция воздушного промежутка (см. рис. 4. 9), G1 и G2 - массы 1 м2 двойной перегородки.
| Dпр, дБ |
| h, см |
Рис. 4. 9 Звукоизолирующая способность воздушной прослойки
При суммарном весе 1 м2 двухслойной конструкции до 200 кГ рекомендуется воздушный промежуток заполнять матами из минераловаты или другого волокнисто – пористого материала, имеющего легкий вес. Заполненный воздушный промежуток, создавая активные потери, увеличивает звукоизолирующую способность ограждения. Если суммарный вес 1 м2 перегородок двухслойного ограждения более 200 кГ, то инерционное сопротивление конструкции обеспечивает среднюю звукоизолирующую способность, близкую к расчетной, и поэтому заполнять воздушный промежуток легким материалом не имеет смысла.
|
|
|
