МОНОЛИТНАЯ АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
MONOLITHIC ACOUSTIC SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к звукопоглощающей или акустической составной конструкции, которая может применяться для потолков, в том числе наклонных потолков, и стен внутри жилых зданий.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В патентах США 8,684,134, 8,770,345 и 8,925,677 раскрываются системы для монтажа звукоизолирующей перегородки, как правило, выполненной в виде подвесного потолка, который представляется монолитным, относительно гладким и не имеющим отверстий. Известно, что для увеличения звукопоглощающих свойств на верхней стороне таких конструкций предлагается применение звукопоглощающих панелей, как правило, пористых панелей низкой плотности из минерального волокна.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Составная конструкция по данному изобретению содержит перфорированные с внешней стороны гипсокартонные панели, с внутренней стороны прикрепленные к или соединенные со звукоизоляционными слоями или звукопоглощающими плитами. Например, перфорированные гипсокартонные панели и жесткие звукопоглощающие панели могут быть соединены между собой и прикреплены к основанию с акустически жесткой лицевой поверхностью, например к потолку или стене из гипсокартона, с помощью параллельно расположенных Z-образных профилей под облицовку. После установки перфорированные гипсокартонные панели покрывают лентой в местах образованных между их краями швов и затем окрашивают с применением сплошного акустически прозрачного покрытия для сокрытия перфорации и швов, тем самым обеспечивая внешний вид относительно гладкого монолитного потолка или стены, но с высоким уровнем акустических характеристик.
Было обнаружено, что составная конструкция по данному раскрытию при упоре или плотном прилегании к акустически жесткой поверхности или основанию и, следовательно, при отсутствии традиционной пленум-полости (то есть пространства глубиной 16 дюймов или более, расположенного непосредственно за комбинированной конструкцией) обеспечивает высокие значения коэффициента шумоподавления (NRC, Noise Reduction Coefficient), находящиеся в пределах от около 0,8 до около 0,9.
Составная конструкция обладает неожиданной особенностью, которая заключается в достижении значений NRC, которые являются относительно высокими и на которые не оказывает существенного влияния наличие или отсутствие открытого пространства или пленум-полости за составной конструкцией. В некоторых случаях, в отличие от стандартной практики, составная конструкция по изобретению при отсутствии пленум-полости может показывать более высокий уровень характеристик по NRC по сравнению с уровнем характеристик для конструкций с пленум-полостью.
Высокий уровень поглощения шумов и тонкое поперечное сечение (стандартно 1-5/8 дюймов) по одному из вариантов реализации составной конструкции согласно изобретению обеспечивают особую эффективность конструкции в условиях применения для новых и переоборудованных потолков, для которых пленум-полость отсутствует или имеет ограниченное пространство. Поскольку составную конструкцию по изобретению можно применять непосредственно на имеющейся акустически жесткой поверхности, составная конструкция может применяться в случаях переоборудования, когда гипсокартон или аналогичную ему поверхность покрывают для получения требуемых акустических характеристик. В последнем случае переоборудование не приводит ни к излишнему уменьшению размеров полезного пространства, ни к существенному уменьшению толщины имеющихся стен. Составная конструкция может применяться при сооружении новых объектов строительства, например, непосредственно на стоечных профилях или балках перекрытия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение поперечного сечения составной конструкции по изобретению, прикрепленной к гипсокартону и стоечному профилю; и
фиг. 2 представляет собой схематическое изображение поперечного сечения составной конструкции по изобретению, прикрепленной к стеновому блоку.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Составная конструкция 10 по изобретению выполнена из перфорированных гипсокартонных листов 11 и звукопоглощающих или звукоизоляционных материалов, предпочтительно в виде жестких панелей 12. На изображении по фиг. 1 перфорированные гипсокартонные листы 11 и звукопоглощающие панели или листы 12 с помощью механического соединения соединены между собой и прикреплены к акустически жесткой поверхности, например, в виде стены 13 из гипсокартона, с применением традиционных Z-образных профилей обрешетки или прогонов 14 из тонколистового металла и элементов механического крепежа в виде самонарезающих винтов 15. В альтернативном варианте реализации изобретения панели или листы 11, 12 могут быть соединены между собой и прикреплены к стене или к иному основанию с помощью клеевого соединения. Термин «прикрепленный» используется в смысле, аналогичном термину «неподвижно установленный», и его следует отличать, например, от случая обыкновенного соприкосновения, возникающего в результате удерживания с неплотным соединением.
Как показано на фиг. 1, стена 13 из гипсокартона содержит традиционные или выполненные на основе обыкновенного гипса гипсокартонные листы 16, прикрепленные к вертикальным стоечным профилям 17, которые изображены схематически и которые могут быть получены, например, профилированием листового металла или древесины.
Пригодные перфорированные гипсокартонные листы 11 составной конструкции 10 раскрываются в патентах США 8,684,134, 8,770,345 и 8,925,677, содержание которых включено в данный документ посредством ссылки. Пригодный перфорированный гипсокартонный лист 11 имеет стандартную толщину 5/8 дюйма и стандартный размер в плоскости 4 фута на 8 футов или промышленный метрический эквивалент этих размеров. Перфорированные гипсокартонные листы 11 содержат гипсовый сердечник, облицованный картоном с обеих сторон, как традиционный гипсокартон, и имеют сквозную перфорацию, например, в виде отверстий 3/8 дюйма, составляющих, например, от 13,2 % до 28,4 % и предпочтительно около 17,2 % или около 1/6 площади поверхности листа. Передняя или внешняя сторона перфорированной гипсокартонной панели или листа содержит прикрепленный с помощью клеевого соединения лицевой акустический холст или сетку 20 под штукатурку для потолочных панелей, например изделие, доступное на рынке от компании Owens Corning под наименованием изделия A125 EX-CH52. Тыльная сторона панели или листа 11 может быть покрыта прикрепленным с помощью клеевого соединения слоем 21 из акустического холста или сетки под штукатурку, например изделия, доступного на рынке от компании Owens Corning под наименованием изделия VL P88-KP01. Оба вида холста под штукатурку представляют собой неперфорированные и нетканые слои на основе стекловолокна, которые являются акустически прозрачными и характеризуются пригодной некапиллярной пористостью. Клеевые материалы и методы их нанесения, применяемые для крепления холста на перфорированном гипсокартонном листе, не блокируют акустические характеристики.
3
3
3
3
Звукопоглощающие панели 12 могут представлять собой пористое изделие, полученное мокрым валянием или мокрым формованием, состоящее преимущественно из минерального волокна и пригодного вяжущего, например крахмала и/или латекса, как известно в данной области техники. Пригодная плотность для панелей 12 находится в пределах от около 3,5 фунтов/фут до около 14 фунтов/фут и предпочтительно составляет около 12,5 фунтов на кубический фут. Панели 12 могут иметь стандартную толщину 1 дюйм или 2 дюйма и планарные размеры 15,5 дюймов x 48 дюймов. Панели 12 предпочтительно являются жесткими, позволяющими исключить их естественный изгиб более чем на 3/8 дюйма на расстоянии в 48 дюймов. Значение NRC для отдельно взятой типовой панели 12 толщиной 1 дюйм (14 фунтов/фут) составит около 0,90, а для аналогичной панели толщиной 2 дюймов (3,5 фунта/фут) NRC составит около 1,05.
Составная конструкция 10, выполненная из звукопоглощающих панелей 12 и перфорированных гипсокартонных листов 11, может быть смонтирована непосредственно, то есть без наличия заметного пространства, на акустически жесткой поверхности стены 13, например на поверхности, изготовленной из традиционного гипсокартона 16, с помощью Z-образных профилей 14 обрешетки из тонколистового металла с размером опорной площади, соответствующим стандартной толщине звукопоглощающих панелей 12. Профили 14 обрешетки должны иметь относительно узкие лицевые поверхности для сведения к минимуму преград для лицевой поверхности панелей 11, 12.
Профили 14 обрешетки с помощью механического соединения прикрепляют к стене 13 с применением самонарезающих винтовых крепежных элементов 15, предпочтительно встраиваемых в стоечные профили 17, которые в горизонтальной плоскости располагаются на взаимном расстоянии, и предназначенных для крепления звукопоглощающих панелей 12 в их местоположении на акустически жесткой поверхности основания или стены 13. Профили 14 обрешетки, как правило, расположены параллельно с интервалом в 16 дюймов между их центральными осями и, например, перпендикулярно стоечным профилям 17. Перед размещением звукопоглощающих панелей 12 для изначального удерживания панели в своем местоположении на стене 13 могут быть установлены прокалывающие фиксаторы 18, имеющие прямоугольное U-образное поперечное сечение с противоположными ножками, образующими шипы или зубцы. Перфорированные гипсокартонные панели или листы 11 с помощью механического соединения устанавливают на профили 14 обрешетки с применением самонарезающих винтов 15, расположенных на взаимном расстоянии по ширине (или длине) листов 11, так что данные панели неподвижны относительно звукопоглощающих панелей 12 и стены 13. Способность звукопоглощающей панели 12 до некоторой степени сжиматься позволяет располагать панель в полном или почти полном соприкосновении с прилегающими листами 11, 16. Любые зазоры между звукопоглощающими панелями и гипсокартоном 16, а также между звукопоглощающей панелью и перфорированным гипсокартоном 11 могут являться незначительными, то есть составлять менее 25 % от толщины перфорированных гипсокартонных листов 11.
При установке перфорированных гипсокартонных панелей 11 в их местоположение края панелей предпочтительно состыкованы в целом аналогичным образом, как и при навешивании обычного или традиционного гипсокартона. Швы между состыкованными или плотно прилегающими краями перфорированных гипсокартонных панелей 11 покрывают материалом для заделки швов и, как правило, бумажной лентой для заделки швов. Композиция для верхнего покровного слоя материала для заделки швов может быть специально выбрана для совпадения требуемого окончательного цвета с цветом внешней поверхности перфорированного гипсокартонного листа 11, покрытой холстом под штукатурку. После этого покрытые лентой для заделки швов перфорированные гипсокартонные панели или листы 11 покрывают неблокирующей акустически прозрачной краской 19, например описываемой в патенте США 9,738,796, содержание которого включено в данный документ посредством ссылки. Данное покрытие или финишное покрытие 19 может наноситься за несколько проходов во взаимно поперечном направлении для обеспечения однородного внешнего вида. После высыхания покрытие скрывает любые остаточные признаки наличия перфорации в листах 11, которые видны через внешний, как правило, светопрозрачный нетканый холст 20 на внешней стороне листов 11, покрытой лентой области швов, а также состава для заделки швов, покрывающего винтовые крепежные элементы 15, крепящие листы к профилям 14 или другой конструкции. В результате образуется стена или потолок, представляющиеся монолитными или бесшовными, с превосходными акустическими свойствами, применение которых особенно соответствует «высокотехнологичным» пространствам, особенно таким, для которых требуется в общей сложности большое количество твердых поверхностей.
На фиг. 2 показан другой вариант применения составной конструкции 10, в этом случае на стеновом блоке 31. Элементы конструкции или функции, которые являются аналогичными или по сути аналогичными показанным на фиг. 1, обозначены аналогичными позиционными номерами. Z-образные профили 14 обрешетки неподвижно прикрепляют к стене 31 с помощью гвоздей для забивки в бетон или других крепежных элементов 32. Стыковой шов между перфорированными гипсокартонными панелями 11 показан как позиция 33. Стандартный гипсокартон вдоль своей длинной стороны имеет скошенные края для более простого сокрытия ленты вдоль этих краев. Короткие края стандартного гипсокартона (и панели 11), как правило, не имеют скошенной формы, что, как правило, затрудняет сокрытие ленты для заделки швов. Наружные поверхности панелей 11, прилегающие к стыковому шву 33, скошены внутрь за счет притягивания соответствующих концов панели внутрь в сторону плиты 34, которая предпочтительно до определенной степени жестче, чем панели 11. Наружная поверхность 36 плиты 34 вогнута внутрь, например, на расстояние около 1/8 дюйма от плоскости внешних поверхностей звукопоглощающих панелей или подкладочной обшивки 12 за счет изменения совместной толщины плиты 34 и разделительной панели 37. И разделительная панель 37, и плита 34 прикреплены к стене соответствующими винтами. Шов 33 сокрыт с помощью ленты 38 для заделки швов и материала 39 для заделки швов, наносимых известным способом на все углубленные участки на лицевой поверхности панелей 11.
Составная конструкция 10, выполненная из армированного холстом перфорированного гипсокартона 11 с акустическим покрытием и звукопоглощающего материала или «подкладочной обшивки» 12, обладает уникальными акустическими свойствами. Традиционные акустические панели, в том числе панели, применяемые в подвесных потолках, как правило, демонстрируют увеличенные значения NRC (коэффициента шумоподавления) при наличии пленум-полости или пространства за их задней или верхней стороной.
3
3
Неожиданно оказалось, что смонтированная непосредственно на акустически жестком основании составная конструкция 10 обеспечивает аналогичный, а в ряде случаев и более высокий, уровень определяемых значением NRC акустических характеристик. В приведенной ниже таблице звукопоглощающая панель или слой 12 именуется как «подкладочная обшивка», а армированная холстом перфорированная гипсокартонная панель 11 с покрытием именуется как «перфорированная панель». Подкладочная обшивка толщиной в 1 дюйм на основе минерального волокна имеет плотность 14 фунтов/фут, а подкладочная обшивка толщиной в 2 дюйма на основе минерального волокна имеет плотность 3,5 фунта/фут.
ТАБЛИЦА
Значения NRC:
Подкладочная обшивка 12
Только подкладочная обшивка 12
Перфорированная панель и подкладочная обшивка(составная конструкция 10), Е-400
Перфорированная панель и подкладочная обшивка(композитная конструкция 10), непосредственный монтаж
1”
0,90
0,80
0,80
2”
1,05
0,85
0,90
Столбец таблицы с термином «E-400» обозначает принятое в отрасли испытание, в котором моделируется высота пленум-полости, составляющая 400 мм. Столбец таблицы с термином «Непосредственный монтаж» обозначает вид испытания, при котором составная конструкция 10 монтируется непосредственно на жесткую поверхность.
Анализ таблицы указывает на то, что составная конструкция 10 демонстрирует высокие технические характеристики также при отсутствии пленум-полости (подкладочная обшивка 12 толщиной в 1 дюйм) или даже превосходящие характеристики при отсутствии пленум-полости (подкладочная обшивка 12 толщиной в 2 дюйма). Во всех случаях применение составной конструкции 10 приводит к получению значений NRC, которые считаются относительно высокими в технике производства подвесных потолков. Примечательно, что составная конструкция 10 позволяет достигать высоких значений NRC, составляющих по меньшей мере около 0,75 и предпочтительно по меньшей мере 0,80 при стандартной толщине 1-5/8 дюйма.
Составная конструкция 10, выполненная из перфорированных гипсокартонных листов 11 и звукопоглощающей панели или подкладочной обшивки 12 может быть установлена на перегородке или основании, содержащих любую из разновидностей известных потолочных или стеновых конструкций, особенно имеющую плохие характеристики шумоподавления. Например, к таким потолочным конструкциям могут относиться деревянные или металлические балки перекрытия, покрытые гипсокартоном, в том числе, например, специализированные деревянные балки или рамы и балки из металлических прутьев, из сборного или отлитого на месте бетона, покрытые гипсокартоном или сухой штукатуркой, или не покрытые. К стеновым перегородкам или основаниям могут относиться, например, деревянные или металлические стоечные профили, покрытые гипсокартоном, сухой штукатуркой или панелями. К другим стеновым конструкциям могут относиться блочные, сборные и наливные бетонные перегородки.
Акустически жесткие поверхности стен или потолка, например получаемые с помощью обычного или традиционного окрашенного гипсокартона, бетона, блочной кладки или штукатурки, как правило, демонстрируют значения NRC, равные 0,10 или менее, и за счет их непосредственного покрытия составной конструкцией 10 для них всех может обеспечиваться техническое преимущество, которое заключается в улучшении акустических характеристик.
Акустическая составная конструкция 10, выполненная из перфорированных гипсокартонных листов 11 и звукопоглощающих панелей 12, как и на стене, может быть установлена на имеющемся потолке с достаточной несущей способностью по сути аналогичным образом, как описывается в данном документе. Предусматриваются изменения вариантов исполнения для вышеописанной схемы монтажа. Например, профили 14 обрешетки могут отсутствовать, если звукопоглощающие панели 12 прикрепляют с помощью механического или клеевого соединения к уже имеющейся стене, потолку или к подобному основанию, а перфорированные гипсокартонные листы 11 после этого прикрепляют к стене или потолку с применением механических крепежных элементов, например винтов, проходящих через перфорированные гипсокартонные листы и звукопоглощающие панели. В альтернативном варианте реализации, например, звукопоглощающие панели могут вначале крепиться на перфорированных гипсокартонных листах, а затем перфорированные гипсокартонные листы могут крепиться с помощью механического соединения к стене, потолку или другому основанию с применением крепежных винтов или подобных элементов, проходящих в основание через перфорированные гипсокартонные листы и звукопоглощающие панели. В обоих таких вариантах, как и в описанной выше конструкции, перфорированный гипсокартонный лист и звукопоглощающую или звукоизолирующую панель соединяют между собой по меньшей мере в случае, когда перфорированный гипсокартонный лист монтируют на нижележащем несущем элементе, образованном уже имеющейся стеной или потолком, или подобными конструкциями. Монтаж составной конструкции 10 отличается тем, что звукопоглощающая панель 12 и перфорированный гипсокартонный лист 11 расположены впритык или почти впритык и закреплены непосредственно на опорной конструкции или перегородке, например на имеющейся стене или потолке, как правило, имеющих значение NRC менее 0,10. В некоторых случаях звукопоглощающий слой 12 может быть нежестким и выполненным, например, в виде войлока.
В некоторых случаях при установке непосредственно на акустически жесткую поверхность составная конструкция может приводить к более высокому звукопоглощению по сравнению с вариантами, в которых пленум-полость или открытое пространство находятся непосредственно за составной конструкцией, что представляет собой не наблюдаемое в обычных условиях явление, которое подтверждает присущую описываемой составной конструкции способность надежного достижения требуемого высокого уровня звукопоглощения даже при ее монтаже непосредственно на акустически жесткую поверхность, то есть такую, которая индивидуально имеет NRC менее чем 0,10.
Очевидно, что данное описание приведено в качестве примера и что различные изменения могут быть сделаны путем добавления, изменения или исключения элементов, не выходя за пределы установленного объема идей, содержащихся в данном описании. Вследствие этого изобретение не ограничивается конкретными элементами по данному описанию, за исключением обязательных ограничений, накладываемых пунктами нижеследующей формулы изобретения.