Звукопоглощающая конструкция и звукоизолированное помещение
SOUND-ABSORBING STRUCTURE AND SOUNDPROOF ROOM

Изобретение касается звукопоглощающей конструкции и звукоизолированного помещения, состоящих из звукопоглощающих секций и звукопоглощающих полос, включающих такие секций.
Известны звукопоглощающие элементы для улучшения акустических характеристик помещения, то есть для улучшения разборчивости речи и защиты органов слуха. Акустические панели из гипсовых или волокнистых пластин улучшают акустические характеристики помещений, подавляют эхо и преобразуют энергию звука в тепло. Для студий звукозаписи и съемочных павильонов существуют специальные решения, например поглощающие басы угловые шкафы с продольными пазами и наполнителем из волокнистого или вспененного материала. Кроме того, известны различные варианты акустической обшивки стен, например, из панелей разных размеров - такие панели под разными углами монтируются на стены, которые поглощают низкие звуковые частоты. Для поглощения высоких звуковых частот принято использовать панели с перфорацией, которые крепятся к стене на определенных расстояниях. Между панелями и стеной располагаются шумопоглощающие и звукоизолирующие материалы, например пеноматериалы или войлок.
В документе DE 10 2011 105 608 A1 приводится описание звукопоглощающей конструкции по типу потолочного поглотителя для низких частот. Конструкция включает корытообразные, предпочтительно квадратные емкости, внутри которых находится волокнистый или пористый поглощающий материал и которые образуют звуконепроницаемую или звукопроницаемую оболочку. Такие емкости размещаются на стене или на потолке помещения в углах или вдоль стыков. Подобная звукопоглощающая конструкция отличается тем, что все ее стороны, обращенные к помещению, имеют звуконепроницаемое исполнение. Только одна сторона, расположенная под углом к стене или потолку (предпочтительно перпендикулярно) и имеющая меньшую площадь, обладает поглощающими свойствами. Для достижения желаемого эффекта используемые емкости должны иметь определенный минимальный размер, а для места их установки должно быть предусмотрено достаточное место. В предпочтительном варианте реализации, например, используется толстый однородный волокнистый поглощающий элемент размером 400×500 мм, располагаемый на полу вблизи одной из стен помещения.
В документе DE 10 2015 109 808 A1 приводится описание звукопоглощающего конструктивного элемента, предназначенного для наружной установки и состоящего из звукопоглощающего внешнего слоя и вделанных внутрь звукопоглощающих элементов с более высоким коэффициентом поглощения по сравнению с внешним слоем.
В документе EP 2 868 826 A1 приводится описание армированного бетонного элемента, на поверхности которого располагается частично незакрепленный, поглощающий звук материал, как минимум частично состоящий из пеноматериала с открытыми порами. Такая арматура частично вделывается во вспененный материал. Приводится также описание потолочного элемента, включающего несколько поглощающих полос из геополимера. В случае использования бетонного элемента в качестве потолочной плиты используемые поглощающие полосы располагаются в продольном направлениях, но не в области стыков между стеной и потолком.
На рынке представлены звукопоглощающие элементы, выполненные из спеченного гранулированного вспененного стекла, и, например, компания Liaver GmbH & Co. KG поставляет такие изделия под торговым наименованием Reapor.
В паспорте продукта компании ABC Akustik GmbH (Берлин) от 2011 года приводится описание решения по дооборудованию помещений площадью до 20 м2 с целью улучшения их акустических характеристик, причем расстояние между противоположными стенами должно быть не более 5 м. Для этого в области стыков между потолком и стеной монтируются поглощающие элементы в форме потолочного плинтуса, выполненные из пеноматериала с открытыми порами, изготавливаемого на основе меламиновой смолы. Поглощающие элементы вдаются в помещение приблизительно на 14-35 см таким образом, чтобы с обратной стороны между такими элементами и стеной формировалось заполненное воздухом пространство. Поглощающие элементы монтируются на потолке при помощи специальных подвесных элементов.
Большинство известных эффективных решений для шумопоглощения или монтируются с нуля в помещении, акустические параметры которого требуется улучшить, или требуют существенных трудозатрат при установке в готовом помещении. При этом часто возникает конфликт между акустическими эффектами и другими характеристиками помещения, касающимися функциональности, строительных технологий или эстетических качеств. Например, полная отделка потолка шумопоглощающими плитами обеспечивает хорошие акустические характеристики, но делает невозможным монтаж потолочных элементов системы кондиционирования. Монтаж звукопоглощающих потолков в существующих помещениях сложен технически и требует больших финансовых затрат, и поэтому редко встречается на практике. Размещение у стыков стен и потолка поглощающих элементов большого размера значительно ухудшает эстетическое восприятие помещения.
Таким образом, цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы, исходя из известного уровня техники, предложить усовершенствованную шумопоглощающую конструкцию с улучшением акустических характеристик жилых, рабочих и бытовых помещений для максимально возможного диапазона звуковых частот. Шумопоглощающая конструкция должна занимать в помещении минимальное место, быть малозаметной визуально и при этом обеспечивать существенное улучшение акустических свойств помещения в широком диапазоне частот. При этом такая шумопоглощающая конструкция должна обеспечивать желаемую эффективность звукопоглощения в помещениях площадью более 40 мI.
Для решения этой задачи служит звукопоглощающая конструкция согласно прилагаемому пункту 1 формулы изобретения. Задача также решается путем сооружения звукоизолированного помещения согласно пункту 5 формулы изобретения.
Предлагаемая звукопоглощающая конструкция состоит из нескольких звукопоглощающих секций, располагаемых в помещении со стенами и примыкающим к ним сверху потолком. В предпочтительном варианте реализации предусматривается несколько расположенных в ряд звукопоглощающих секций, образующих одну или несколько звукопоглощающих полос, которые проходят как минимум вдоль части стыка между стеной и потолком помещения, то есть располагаются в углу между стеной и потолком. Ширина звукопоглощающей полосы составляет 200-400 мм, предпочтительно - 250-350 мм, а наиболее предпочтительна ширина 310 мм. Толщина звукопоглощающей полосы составляет 40-65 мм, предпочтительно - 50 мм. Для обеспечения функциональности изобретения особенно важно, чтобы звукопоглощающие секции имели зависящее от длины аэродинамическое сопротивление в диапазоне 8-10 кПа⋅с/м4 , предпочтительно - 8-9 кПа⋅с/м4. Было убедительно продемонстрировано, что аэродинамическое сопротивление, выходящее за пределы указанного диапазона, не обеспечивает желаемого звукопоглощения, которое также не обеспечивается, если значения аэродинамическое сопротивления звукопоглощающих секций существенно варьируются и частично выходят за пределы определенного изобретением диапазона.
Предпочтительно, чтобы зависящее от длины аэродинамическое сопротивление звукопоглощающих секций, используемых в соответствии с изобретением, варьировалось менее чем на 0,5 кПа⋅с/м4, предпочтительно - менее чем на 0,3 кПа⋅с/м4 в расчете на площадь соответствующей секции. Особенно предпочтительной считается такая малая дисперсия зависящего от длины аэродинамического сопротивления для всей звукопоглощающей полосы, при которой аэродинамическое сопротивление рассматривается для площади звукопоглощающей полосы менее 0,5 м2, предпочтительно - менее 0,3 м2, а наиболее предпочтительно - менее 0,1 м2.
Соответствующее изобретению звукоизолированное помещение является жилым, рабочим или бытовым. Помещение оснащено как минимум одной звукопоглощающей полосой, расположенной в стыке между стеной и потолком помещения. Существенным признаком изобретения является то, что несколько звукопоглощающих секций располагаются в форме звукопоглощающей полосы и проходят как минимум вдоль части стыка между стеной и потолком помещения. Звукопоглощающие секции обладают свойствами, упомянутыми выше для звукопоглощающей конструкции.
Существенным преимуществом звукоизолированного помещения, реализованного в соответствии с изобретением, является то, что размещение звукопоглощающей полосы вдоль верхнего стыка помещения (между стеной и потолком) обеспечивает особенно эффективное поглощение шума. Такое эффективное поглощение обеспечивается благодаря отражению звуковых волн от стены и потолка в этой части помещения. Звукопоглощающую полосу можно без больших трудозатрат монтировать в уже существующем помещении, причем для нее потребуется лишь небольшое монтажное пространство. Расположение звукопоглощающей полосы вдоль верхнего стыка помещения обеспечивает минимальное влияние на использование площади и пространства такого помещения для других целей.
Применение в соответствии с изобретением звукопоглощающих секций с зависящим от длины аэродинамическим сопротивлением в диапазоне 8-10 кПа⋅с/м4, предпочтительно - 8-9 кПа⋅с/м4, впервые позволяет обеспечить очень эффективное поглощение шума в широком диапазоне частот при небольшом объеме звукопоглощающего материала с помощью звукопоглощающей конструкции, которая не занимает помещении много места. В частности, относительно тонкие звукопоглощающие секции можно монтировать непосредственно на стены с сильными отражающими свойствами, не оставляя между секциями и стенами существенного зазора. Стены помещения отражают звуковые волны, которые уже один раз попали на звукопоглощающий элемент, и рассеивают их, возвращая их назад таким образом, что происходит дополнительное поглощение шума. Для такого высокоэффективного поглощения необходимо, чтобы зависящее от длины аэродинамическое сопротивление оставалось в упомянутом диапазоне, например, за счет выбора соответствующего размера частиц и состава материала для звукопоглощающих секций. Наиболее предпочтительным материалом для звукопоглощающих секций является гранулированное вспененное стекло с величиной гранул в диапазоне от 0,25 до 4 мм, причем гранулы должны быть спечены в форме пластин или связаны путем добавления связующего материала.
Таким образом, изобретение опирается на сочетание упомянутых свойств звукопоглощающих секций и указанного расположения этих секций в помещении.
В наиболее предпочтительном варианте реализации звукопоглощающая полоса проходит вдоль верхнего стыка по всему периметру помещения. Использование звукопоглощающей полосы по всему периметру обеспечивает очень хорошее шумопоглощение. Если, например, в связи с особенностями строительного характера, звукопоглощающую полосу невозможно проложить по всему периметру, то допустимы разрывы такой полосы. В таком случае также можно обеспечить хорошее шумопоглощение.
Одним из предпочтительных вариантов реализации изобретения является использование нескольких звукопоглощающих полос. Каждая звукопоглощающая полоса проходит вдоль верхнего стыка помещения как минимум по части периметра. Например, звукопоглощающие полосы могут быть выполнены в форме удобных в обращении узких панелей, которые в предпочтительном варианте монтируются в одну линию. При необходимости между отдельными звукопоглощающими полосами может оставаться промежуточное пространство.
Предпочтительно, чтобы звукопоглощающая полоса крепилась к стене или потолку помещения. Она должна доходить до верхнего стыка помещения, то есть до угла, образуемого стеной и потолком. Для монтажа можно использовать, например, подходящий клей. В альтернативном варианте звукопоглощающую полосу можно также монтировать на стену или потолок при помощи скоб или других подходящих механических крепежных средств. Возможно также применение несущего профиля, в котором звукопоглощающая полоса будет фиксироваться при помощи зажимов или иным способом.
В одном из предпочтительных вариантов исполнения звукопоглощающая полоса изготавливается из акустически эффективного, негибкого звукопоглощающего пеноматериала. Предпочтительно, чтобы это был жесткий пеноматериал на минеральной основе. Наиболее подходящим материалом для звукопоглощающей полосы является акустически эффективный диффузионно открытый пеноматериал на основе стекла, предпочтительно содержащий гранулированное вспененное стекло. В таком материале отдельные частицы стекла спекаются или связываются между собой при помощи связующего средства, в состав которого могут входить волокна. Целесообразно, чтобы материал, используемый для звукопоглощающих полос, подходил для применения во влажных помещениях, был морозостойким, трудновоспламеняемым и очень легким, что позволит применять его в самых разных помещениях. Причем такой материал должен легко поддаваться резке.
Достичь требуемого в соответствии с изобретением зависящего от длины аэродинамического сопротивления звукопоглощающей секции проще всего за счет определенного размера частиц материала и фракционного состава звукопоглощающих секций, предпочтительно изготавливаемых в форме пластин, и (или) за счет доли связующего вещества, добавляемого к гранулам вспененного стекла при производстве.
Предпочтительно, чтобы ширина звукопоглощающей полосы составляла от 250 до 500 мм. Кроме того, приемлемый диапазон толщины составляет от 25 до 60 мм. Соответствующая этим параметрам звукопоглощающая полоса легко устанавливается в сравнительно небольшое монтажное пространство.
Особенно хорошая и незаметная установка звукопоглощающих полос обеспечивается тогда, когда они вделываются в потолок или стену. Предпочтительно выполнить для этого в стене или потолке соответствующее углубление. Предпочтительно, чтобы звукопоглощающая полоса была вделана заподлицо с поверхностью потолка или стены. Такой вариант монтажа особенно подходит при строительстве новых зданий, когда углубления можно предусмотреть еще на этапе проектирования, а также может применяться при капитальном ремонте существующих зданий. Можно предусмотреть углубления в потолках из железобетона, в стенной кладке или в гипсокартонных конструкциях, а затем установить в них звукопоглощающие секции.
Предпочтительно, чтобы площадь звукоизолируемого помещения составляла от 80 до 130 мI, а высота стен - от 2 до 3 м. В этом диапазоне используемые звукопоглощающие полосы обеспечивают особенно эффективное поглощение шума.
Чтобы обеспечить оптимальную акустическую эффективность помещений, площадь которых существенно превышает 120 м2, необходимо акустическое разделение помещения на несколько ячеек. Такое разделение выполняется путем установки дополнительных звукопоглощающих секций, предпочтительно с такими же свойствами, как у звукопоглощающих секций, используемых в звукопоглощающей конструкции, в соответствии с настоящим изобретением. Дополнительные звукопоглощающие секции крепятся к потолку и делят помещение на упомянутые ячейки. В альтернативном варианте изобретения для этого также можно использовать известные звукопоглощающие щиты.
Используемая в соответствии с настоящим изобретением звукопоглощающая конструкция позволяет достичь в специально оборудованных помещениях времени реверберации от 0,6 до 0,9 с, что отвечает требованиям к помещениям, где происходит общение людей. В необорудованных помещениях со стенами и потолками из железобетона время реверберации составляет 2-4 с, а использование звукопоглощающей конструкции позволяет снизить его до 0,8-1,2 с. Звукопоглощающая конструкция служит, в частности для приглушения звуков в диапазоне частот от 250 Гц до 4 кГц.
В одном из измененных вариантов изобретения звукопоглощающие полосы монтируются как на стену, так и на потолок помещения, доходя до стыка между ними, т.е. сходясь друг с другом в углу между стеной и потолком. В альтернативном варианте можно использовать угловые профили из звукопоглощающей полосы, которые будут крепиться непосредственно к стыку между стеной и потолком помещения.
В предпочтительном варианте реализации обращенная к помещению поверхность звукопоглощающей полосы имеет выраженную структуру. Подобная структура позволяет дополнительно улучшить звукопоглощающие свойства и одновременно обеспечить эстетический эффект - звукопоглощающая полоса может быть выполнена, например, в виде бордюра или каймы.
Далее следует подробное описание и указаны дополнительные преимущества предлагаемой звукопоглощающей конструкции и звукоизолированных помещений на примерах его осуществления, проиллюстрированных прилагаемыми рисунками, на которых указаны ссылочные обозначения.
На рис. 1 представлен вид потолка помещения, звукоизолированного в соответствии с настоящим изобретением (масштаб не соблюдается).
На рис. 2 представлена звукопоглощающая полоса, расположенная в стыке между стеной и потолком помещения в соответствии с настоящим изобретением.
На рис. 3. представлен график с несколькими кривыми замеров времени реверберации для широкого диапазона частот в помещениях различной конфигурации.
На рис. 1 представлен без соблюдения масштаба вид потолка предлагаемого звукоизолированного помещения (01), на котором изображена область верхнего стыка помещения (01). Предпочтительно, чтобы площадь помещения составляла от 40 до 130 мI. В соответствии с настоящим изобретением помещение оснащено звукопоглощающей конструкцией. Для этого у верхних стыков (02) помещения (01) расположена проходящая по периметру вдоль стыков (02) звукопоглощающая полоса (03). Звукоизолирующая полоса (03) может располагаться как на потолке, так и на стене помещения (01), достигая места, где между потолком и стеной образуется угол (стык). Между потолком и звукопоглощающей полосой (03) или между стеной и звукопоглощающей полосой (03) имеется жесткое клеевое или механическое соединение, предпочтительно по всей поверхности реализуемое, например, при помощи скоб. В стене или потолке может быть выполнено углубление, полностью или частично соответствующее поперечному сечению устанавливаемой в него звукопоглощающей полосы (03). Предпочтительно, чтобы углубление позволяло установить в него звукопоглощающую полосу (03) полностью таким образом, чтобы ее лицевая поверхность располагалась вровень с потолком или стеной.
Звукопоглощающая полоса (03) состоит из одной или предпочтительно нескольких звукопоглощающих секций из негибкого пеноматериала, предпочтительно пеноматериала на основе стекла, в состав которого входят гранулы вспененного стекла. Этот материал обеспечивает эффективное шупомоглощение и является удобным в обработке. Звукопоглощающие секции имеют зависящее от длины аэродинамическое сопротивление в пределах от 8 до 10 кПа⋅с/м4, предпочтительно - от 8 до 9 кПа⋅с/м4.
В предпочтительном варианте реализации ширина звукопоглощающей полосы составляет от 250 до 500 мм, а толщина - от 25 до 60 мм. Предпочтительно, чтобы звукопоглощающая полоса (03) была выполнена в виде панелей. Для формирования звукопоглощающей полосы (03) по периметру помещения располагают несколько звукопоглощающих секций в ряд без промежутков. В альтернативных вариантах осуществления изобретения предоставляется возможность располагать звукопоглощающую полосу (03) не по всему периметру стыков помещения (01).
На рис. 2 представлена звукопоглощающая полоса (03), расположенная в стыке (02) между стеной и потолком помещения (01) в соответствии с настоящим изобретением. Стрелками упрощенно указано направление отражения рассеянных звуковых волн в области данного стыка. Падающие звуковые волны отражаются главным образом от стены и потолка в области верхнего стыка помещения, что позволяет обеспечить особенно эффективное шумопоглощение при помощи звукопоглощающих полос (03).
На рис. 3 представлен график с несколькими кривыми замеров времени реверберации для широкого диапазона частот. Каждая кривая построена согласно измерениям в одном и том же помещении площадью 10×20 м, стены и потолок которого были изготовлены из обычного строительного железобетона.
Кривая 1 отражает время реверберации в помещении до установки звукопоглощающей конструкции.
Кривая 2 отражает время реверберации после монтажа на потолке по периметру помещения звукопоглощающей полосы, доходящей до стыка со стеной. Время реверберации равномерно уменьшается во всем диапазоне частот приблизительно на 0,3-0,4 с. Этот результат еще нельзя считать удовлетворительным, однако он связан с тем, что площадь помещения существенно превышает 120 м2.
Кривые 3, 4 и 5 отражают время реверберации в помещении после его разделения на акустические ячейки площадью не более 120 м2. Такое разделение было выполнено посредством монтажа подобных звукопоглощающих секций на потолок в помещении вдоль прямых линий, в результате чего образовалась сетка с участками площадью 1×200, 2×100 и 4×50 м2. Время реверберации явно существенно снизилось: более чем на 1 с во всем диапазоне частот. Превосходный акустический эффект наблюдается в помещениях площадью 100 мI и менее. Кроме того, эффективность звукопоглощения можно повысить, увеличив число секций по сравнению с описанной звукопоглощающей конструкцией. Таким образом, предлагаемая звукопоглощающая конструкция демонстрирует оптимальное соотношение между количеством устанавливаемых поглощающих элементов и достигаемой эффективностью шумопоглощения.
Список обозначений
01 - звукоизолированное помещение
02 - верхние стыки
03 - звукопоглощающая полоса.