7.4. Совокупный эффект от потерь

 

После столь продолжительного экскурса в физические и акустические свойства воздуха, все же вернемся к нашей комнате. Теперь мы уже знаем, что акустическая энергия сильно ослабляется благодаря комплексному подходу, сочетающему низкочастотные потери в гидроизоле, демпфирование, которое оказывает воздух в межстоечных полостях, и препятствующую движению звуковой волны массу гипсокартона, которая амортизируется за счет тяжелого гидроизола, упакованного внутри «сэндвича». Так как вся эта конструкция установлена на слое пенополиуретана соответствующей плотности, можно сказать, что она сидит на пенополиуретановой «пружине», которую окружают с пяти сторон другие - воздушные - «пружины». Излучаемый остаток энергии вынужден теперь пройти через эти «пружины», прежде чем он достигнет гипсокартон-ного слоя, который опять-таки покрывает еще один слой пенополиуретана, приклеенного в свою очередь к несущим стенам. Пружины же являются реактивными элементами, т.е. они более склонны хранить и отдавать энергию, чем передавать ее дальше. Полости на рис. 33 обши-

ты войлоком из отходов хлопка. Поэтому любые резонансы, пытающиеся сформироваться в этих воздушных полостях из-за поперечного движения воздуха или из волн, блуждающих вокруг «коробки» акустической конструкции, вынуждены проходить сквозь метры войлока, что им явно не под силу. Благодаря таким мерам резонансы в воздушном пространстве становятся невозможными. Тем самым удается избежать образования акустического «короткого замыкания», поскольку если бы воздух стал резонировать, сильно возросла бы и его способность выполнять как бы акустическую смычку между двумя сторонами воздушной полости.

Далее, воздух, окружающий внутреннюю «плавающую» акустическую оболочку, обладая относительно малой плотностью, должен передать энергию своих вибраций несравненно более тяжелой обшивке стен из гипсокартона. Как и в случае с нашей пушкой, материалу, имеющему малую массу и малую плотность, очень трудно возбудить материал, обладающий большой массой и высокой плотностью, а поэтому воздух, налегая на гипсокартон, который всей своей массой препятствует его дальнейшему движению, испытывает дальнейшие потери в плане звуко-передачи. К тому же к энергетическим потерям приводит и трение частиц гипсокартона, тем самым еще более уменьшая ту энергию, которая может пройти на приклеенный к нему пенополиуретан, который в свою очередь приклеен к стене.

Сам пенополиуретан, прочно приклеенный к гипсокартону, оказывает сильное сопротивление движению гипсокартона и таким образом обеспечивает дополнительное демпфирование вибраций, из-за чего акустические потери еще более усиливаются. И, наконец, будучи приклеенным к несущей стене, пенополиуретан изгибается под воздействием силы, сообщаемой ему со стороны гипсокартона, поскольку его масса и жесткость являются незначительными по сравнению с массой и жесткостью основной несущей стены, которую он как бы стремится сдвинуть. Конкретная величина этих последних потерь зависит от массы стены, к которой он приклеен. Если же говорить в общем и целом, то предполагается, что конструкция такого рода, о которой сейчас идет речь, может - на протяжении от внутренней стороны обшивки комнаты до наружной стороны несущей стены - обеспечивать звукоизоляцию на уровне 60 - 80 дБ на частоте 40 Гц.

Проходя по всей сложной системе конструкции стен, мы говорили, прежде всего, о потерях в плане звукопередачи. Однако, конечно же, нельзя забывать и о звукоотражении - ведь акустическая энергия не только проходит от слоя к слою, но и отражается от границы каждого слоя, в особенности внутренних границ слоев, обладающих большей массой. В нашей конструкции мы имеем четыре тяжелых слоя: внутреннюю обшивку из гидроизола, «сэндвич» из гипсокартона и гидроизола с другой стороны «коробки» внутренней акустической оболочки, слой гипсокартона, приклеенного к пенополиуретану и, наконец, саму несущую стену. Раньше уже говорилось о том, что происходит с волной, отраженной от внутренней обшивки. Когда же мы доходим до слоя-«сэндвича», отражения усиливаются благодаря большей жесткости материала. Однако эти отражения не могут непосредственно пройти в комнату. Им нужно сначала пройти сквозь внутренний слой гидроизола, который еще до образования отражений уже успел пригасить проходившую сквозь него прямую волну благодаря, во-первых, своей массе, во-вторых, свойствам, обеспечивающим внутренние вязкостные энергетические потери, и в-третьих, благодаря своей слабой излучающей способности. Так вот, на своем обратном пути в комнату отражения от слоя-«сэндвича» вынуждены снова нести такие же потери. Но здесь есть еще один момент. Точно так же, как какая-то часть энергии прямой волны отражается в комнату от внутренней гид-роизольной обшивки, эта же обшивка отражает и часть энергии отраженной волны обратно к конструкции стены - в направлении «сэндвича», от которого часть уже ранее отраженной энергии снова отражается в сторону гидроизольной обшивки и так далее - по кругу. И на всех этих этапах отраженная волна несет все новые и новые потери. Чем больше акустических потерь мы добьемся внутри нашей многослойной конструкции стены за счет внутренних отражающих поверхностей (которые, как ловушки, захватывают звук, удерживая его между определенными слоями, пока он не рассеется в виде тепловой энергии), тем более «чистого» звукопоглощения (т.е. звукопоглощения без учета звукопередачи) мы сможем добиться.

Точно таким же образом отражают энергию назад - внутрь комнаты - и другие тяжелые граничные слои, слои с обеих сторон нашего 6-сантиметрового слоя пенополиуретана, который приклеен к несущей стене, однако чем дальше мы углубляемся в нашу сложную стеновую конструкцию, тем меньше у акустической энергии шансов вернуться назад - в пространство комнаты. Если же говорить в целом, то такая сложная стеновая конструкция, как показана на рис. 33, позволяет за счет высокой степени внутреннего звукопоглощения решать не только проблемы внутренней акустики, но и проблемы звукоизоляции наших комнат. Эта конструкция обладает постепенно нарастающим звукопоглощением, поскольку ее самые звукоотражаю-щие поверхности располагаются дальше всех от внутреннего пространства комнаты. А теперь вспомним наш разговор об открытом окне и кирпичной стене. Мы говорили, что простые звукопоглощающие материалы являются, как правило, плохими изоляторами, а хорошие изоляторы - плохими звукопоглотителями. Что касается нашей вокальной комнаты, то нам нужно иметь и хорошее звукопоглощение, и хорошую звукоизоляцию. Вариант установки поначалу достаточного количества звукопоглощающего материала, а затем простой изоляционной стены позади него не проходит, поскольку он может занять немыслимое количество пространства помещения. Если воспользоваться таким упрощенным методом в помещении объемом около 27 м3 (как раз помещение такого объема мы имеем на рис. 33), то мы в конечном итоге получим полезное пространство размером с телефонную будку.

В плане занимаемого места наиболее приемлемыми представляются такие многослойные сложные конструкции, которые описаны здесь. Они чем-то напоминают собой энергопоглоща-ющие передние части автомобилей, которые при лобовом ударе сплющиваются постепенно, поэтапно поглощая энергию удара и тем самым уберегая от больших травм как пассажиров автомобиля - виновника аварии, так и пассажиров автомобиля - жертвы аварии. Те же принципы сейчас применяются в отношении облегченной брони танков и военных кораблей, использующейся взамен прежних очень тяжелых броневых плит из стали, которые повсеместно применялись вплоть до конца 1960-х г. Вас не должны смущать эти аналогии, поскольку поглощение энергии - это в любом случае поглощение энергии, будь то энергия автомобильных столкновений, попавших снарядов или звуковых волн.

Тем не менее вернемся к нашей комнате. Итак, мы уже рассмотрели относительно простую облицовку поверхностей, которая поглощает верхний спектр средних частот и высокие частоты; поговорили о «мягком мешке», который очень хорошо справляется с низкими частотами, и все, что нам осталось, это разобраться с нижними средними частотами. Они могут выступать в качестве модальных частот, т.е. тех частот, на которых могут формироваться резонансы между противоположными поверхностями комнаты. Длина их волн чересчур велика для того, чтобы поглощаться тонким слоем звукопоглощающего войлока, но они не несут в себе такого количества энергии, которого хватило бы им, чтобы пробиться сквозь слои гидроизола и композитные слои. В области, находящейся под воздействием мод, существуют моды двух типов: во-первых, вынужденные моды, которые возбуждаются от источника звука, но тут же перестают действовать, как только прекращается возбуждающее воздействие на них, и во-вторых, резонансные моды, которые продолжают «звенеть» на своих естественных частотах еще долгое время после прекращения возбуждающего воздействия. Точно так же громкоговоритель, возбуждаемый усилителем, вибрирует на частотах возбуждения, а когда возбуждающий сигнал прекращается и демпфирование вибраций диффузора громкоговорителя невелико, он будет продолжать резонировать непродолжительное время на своих естественных частотах. Механизм действия резонансов в обоих случаях одинаков.

Именно эти резонансные моды и представляют собой проблему в плане времени затухания акустики комнаты, а самые вредные из этих мод обычно формируются между параллельными поверхностями или противоположными углами. Впрочем, о структуре мод мы уже говорили в главе 1. В комнате, показанной на рис. 33, нет параллельных поверхностей, поскольку стены расположены под углом друг к другу, - здесь мы использовали геометрический метод, позволяющий избежать усиления мод. Величина углов, под которыми расположены поверхности, была бы недостаточной для комнаты с более «живой» акустикой, так как для самых низких из нижнесредних частот они по-прежнему остаются акустически параллельными относительно длины их волн (см. главу 2). Но для нашей комнаты она будут достаточной, ведь в обшивке ее поверхностей так много войлока и гидроизола, что звук, ударяясь в них под углом, отличным от 90°, несет больше потерь и отражается намного меньше, чем если бы это было в комнате с аналогично расположенными, но более отражающими поверхностями.

Конструкция потолка нашей вокальной комнаты такая же, как на рис. 7, 6. Потолок выполнен с устройством сводов из гидроизольно-войлочного композитного материала РКВ2, причем войлочная сторона обращена к полу. Глубина сводчатой конструкции в 20 см достаточна для того, чтобы отнимать определенную часть энергии как у прямых среднечастотных волн, так и у тех, которые почти без потерь отражаются от твердого пола. Поскольку деревянный пол является самой отражающей поверхностью из всех поверхностей комнаты, это необходимо должным образом учесть в конструкции противоположного ему потолка. Над внутренним потолком имеется свободное пространство глубиной примерно 30 см. Если его набить звукопоглощающим материалом, будь это стекловата или обрезки пенополиуретана, он будет обеспечивать хорошее поглощение всех тех нижних средних частот, которым удалось пройти сквозь внутреннюю обшивку. Впрочем, пустое место над внутренним потолком оставлено для других целей, а именно для прокладки вентиляционных каналов (воздуховодов), поскольку музыканты должны быть обеспечены хорошим притоком свежего воздуха, поступающим непрерывно и бесшумно, насколько это возможно. Вместе с тем это же пространство можно использовать и для набивки дополнительного количества звукопоглощающего материала, который будет способствовать еще большему выравниванию акустики комнаты.

Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100 Яндекс цитирования Яндекс.Метрика