Введение

Современному инженеру в практической деятельности приходится иметь дело с проектированием и эксплуатацией студий звукозаписи, звукового и телевизионного вещания, систем и устройств звукоусиления в производственных помещениях, аудиториях, театральных и концертных задах. В связи с этим ему необходимо знать и понимать основные положения акустики помещений (строительной, архитектурной акустики) и применять эти положения при решении возникающих задач.

Цель статьи - ознакомить с историей, развитием и сов-ременным состоянием этой важной отрасли акустики как науки, дать некоторые знания, которые могут понадобиться при выполнении проектов, частью которых является акустический расчет перечисленных объектов.

Истоки архитектурной (строительной) акустики восходят к глубокой древности. Акустические задачи в те времена ставились и решались в связи со строительством гигантских сначала культовых, а позже и других общественных сооружений - залов для собраний и зрелищ.

Зодчие Ассирии, Вавилона, Древнего Египта в V-II тысячелетиях до н. э. строили храмы, обладавшие выразительной архитектурой и впечатляющим художественным убранством. И мощные строительные конструкции, и скульптура, и живопись - все было направлено на то, чтобы поразить и подавить психику молящихся, создать у них ощущение своего ничтожества, мистического страха перед божественными силами. Зодчим, по-видимому, уже были известны законы распространения и отражения звуковых волн. Пользуясь ими, они достигали акустических эффектов, поражавших воображение молящихся.

Иные, хотя и столь же сильные чувства возбуждало искусство Древней Греции (VII-IV вв. до н. э.) - одной из вершин мировой цивилизации. В отличие от искусства Древнего Египта в основе древнегреческого лежало представление о силе и красоте человека, его неразрывной связи с окружающей природой и общественной средой. Искусство Древней Греции отличалось гармоничностью и светлыми чувствами. Древним греческим храмам и другим общественным сооружениям свойственна соразмерность частей, она определила их высокие акустические свойства. Рациональность принятых древними греками акустических решений была впоследствии подтверждена наукой нашего времени.

Наряду с храмовыми зданиями уделялось большое внимание сооружениям общественного назначения. Зрелищные сооружения Древней Греции разделялись на два вида: одейоны и театры. Первые представляли собой сравнительно небольшие крытые здания для репетиций и представлений с малым количеством исполнителей (без хора) и зрителей, вторые являлись зрелищными сооружениями открытого типа и большой вместимости (тысячи и десятки тысяч человек). Каменные скамьи зрительских мест располагались на склонах возвышенностей.

Традиции греческих архитекторов были продолжены их римскими последователя в VII-I вв. до нашей эры. Римские театры на открытом воздухе были сходны с греческими, хотя в отличие от них строились не только на естественных склонах, но и на горизонтальных участках. Типичным примером такого театра служит амфитеатр Флавия - Колизей на 56 тыс. зрителей, построенный в 80-90 гг. н. э.

В наше время требуется установка систем звукоусиления даже в залах вместимостью 200-300 человек. Поэтому кажутся фантастическими свидетельства историков о вместимости древних греческих и римских театров, обслуживающихся естественной звучностью голосов актеров. Так, театр Помпея вмещал 17800 человек, театр Марцелла в Риме - 20 тыс. человек. Если даже эти данные сильно преувеличены (по современным оценкам, названные театры вмещали соответственно 5 и 7 тыс. человек), то кажется чудом, что в этих гигантских театрах достигали удовлетворительной звучности на слушательских местах. Остается предположить: либо уши тогдашних посетителей зрелищ были в несколько раз чувствительнее современных, либо древние строители знали неведомые нам секреты, позволявшие получить достаточную громкость и разборчивость на слушательских местах. Известно, что в маски актеров, изображающие различные эмоции действующих лиц, были встроены рупоры, направлявшие звук в сторону зрителей.

Римский поэт, философ, ученый Лукреций Кар (99-55 гг. до н. э.) в трактате "О природе вещей" выразил тогдашние представления об акустике, в том числе и об акустике помещений. Витрувий в "Десяти книгах об архитектуре" обобщил опыт античных архитекторов и сформулировал ряд положений, которые являются гениальным предвидением и используются при строительстве современных театров. Наши далекие предки имели ясное представление о роли прямого звука, опасности поздних отражений, способных вызвать эхо, и о "нарушении строения звуковых волн", вызванных отражениями звуков от преград.

Знание акустических явлений в помещениях находило подчас самое необычное применение. До наших дней дошли так называемые "шепчущие галереи" Древнего Рима и Китая. В них, благодаря умело расставленным и особым образом ориентированным отражающим поверхностям стен, тихие звуки распространялись на большие расстояния, и люди, удаленные друг от друга на десятки метров, могли общаться, не напрягая голоса.

Вблизи г. Сиракузы на острове Сицилия сохранились древние каменоломни. По преданию, в одну из галерей, названную "ухом Диониса", помещали пленных. Наверху благодаря естественным каналам-щелям было слышно все, что пленные говорили между собой. Таким образом выведывались их секреты.

Особые звуковые каналы позволяли правителям в своих дворцах подслушивать откровенные высказывания сановников, полагавших, что их не слышат, и на основании этого оценивалась их преданность.

В конце дохристианской эры развитие акустики как экспериментальной части физики приостановилось. Считалось, что немалую роль в этом сыграл авторитет греческого ученого Аристотеля (384-322 г. до н. э.), который утверждал, что эксперимент недостоин внимания ес-тествоиспытателя. Даже во времена Леонардо да Винчи (около 1500 г. н. э.) пользовались представлениями об акустики помещений, заимствованными из античного мира.

Античные знания об акустике помещений нашли практическое применение при сооружении культовых зданий раннего и позднего средневековья. В католических храмах создавалось впечатление музыки, льющейся с небес. Это не случайная находка строителей, а сознательное использование особых архитектурных форм и продуманное расположение духового органа и хора. Своеобразными акустическими эффектами отличались и православные храмы. Голоса священника и певчих отражались от купольной части сооружения вниз, к молящимся, и у них возникало ощущение общения с небом. Для создания желаемой акустической среды строители закладывали в стены и своды храмов глиняные кувшины разных размеров, так называемые "голосники". Это были своеобразные акустические резонаторы.

В 18 и начале 19 в. внимание стали уделять сооружению концертных и театральных залов. Развивалось синтетическое музыкальное искусство - опера. Разумным выбором геометрической формы, размеров, продуманным размещением звукопоглощающих материалов в этих залах создавали хорошие условия для слушателей и исполнителей - певцов, музыкантов.

В 19 в. из не вполне четких представлений античного мира стали выкристаллизовываться точные знания. Эйлер, Лагранж, Фурье, Стокс, Юнг, Гельмгольц, Дж. Стретт (последний более известен под именем лорда Рэлея, точнее Рейли) создали акустику как науку. В конце 19 и начале 20 в. У. Сэбин (Walles Sabine) выполнил эксперименты, положившие начало теории архитектурной акустики, выявил количественные связи между геометрическими параметрами помещений и их акустическими характеристиками. Его работы были продолжены другими.

Эйринг, Хант, Беранек, Ма Да-ю, Кнудсен, Майер, Ватсон создали солидный теоретический фундамент современной акустики помещений. Заметный вклад в архитектурную акустику внесли отечественные ученые: И.И. Андреев, И.Г. Дрейзен, А.Н. Качерович, С.Я. Лифшищ, А.В. Рабинович, С.Н. Ржевкин, М.А. Сапожков, В.В. Фурдуев и другие.

Сэбин рассматривал акустические процессы в помещении после выключения источника звука как запаздывание многократно отраженных волн и их постепенное ослабление в результате поглощения энергии волн преградами. Исходной причиной этого процесса является энергия, сообщенная помещению источником звука.

Теория У. Сэбина, несмотря на большие практические успехи, вызвала серьезную критику. В 1929 г. Шустер (K. Schuster) и Ветцман (E. Waetzmann) признали трактовку статистической теории неудовлетворительной. После прекращения действия источника звука процесс затухания происходит не под воздействием вынужденных колебаний, а как результат затухания собственных (резонансных) колебаний, возбужденных источником звука, и с частотами, определяемыми формой и размерами помещения. Такая теория, названная волновой, была фундаментально развита Болтом, Морзом, Дрейзеном, Фурдуевым и другими. Следует отметить, что уже Дж. Стретт (лорд Рэлей), ссылаясь на математическое решение, данное Дюамелем, считал возможным анализировать акустику помещений с позиций волновой теории.

До начала 20 в., т. е. до работ У. Сэбина, главное внимание в акустике помещений уделяли анализу направлений путей распространения потоков звуковой энергии в помещении - прямого и отраженного от преград, т. е. рассмотрению геометрической (лучевой) картины. Геометрическая теория - самая древняя. Она успешно применяется и в наше время, особенно при проектировании залов большой вместимости. Геометричес-кая теория получила развитие в работах И.Г. Дрейзена, А.Н. Качеровича, Л. Контюри. С.Я. Лифшица. Е. Скучика и других.

В настоящее время не существует единой теории, объясняющей все акустические процессы в помещениях и позволяющей с единых позиций решать конкретные задачи оптимизации в помещениях разного назначения. К тому же эти задачи связаны с психофизиологией и эстетической оценкой звучания слушателями, со вкусами музыкантов и актеров. Такие задачи носят особый характер, и мы не будем их касаться. Проблемы акустики залов большой вместимости, оборудованных системами звукоусиления, также находятся за пределами данной статьи. Она посвящена лишь рассмотрению основных положений и практическому применению трех существующих теорий - статистической, волновой, геометрической.

Статистическая теория

Основные положения. В статистической теории акустические процессы в помещении рассматриваются как постепенный спад энергии многократно отраженных преградами помещения волн. Этот спад происходит после прекращения действия источника звука. Идеализируя, считают этот процесс в первом приближении непрерывным. Тогда его можно изобразить в линейном масштабе экспонентой (рис.1,а), а в полулогарифмическом масштабе - прямой (рис 1,б). Предпосылкой к такому рассмотрению является выполнение двух условий: все направления движения волн равновероятны, а плотность звуковой энергии e=Е/V в каждой точке пространства помещения одинакова.

Прежде чем анализировать процесс спада звуковой энергии в помещении, необходимо объяснить, почему в архитектурной акустике большее внимание уделяется не стационарному процессу (процессу установившихся колебаний), а переходному (нестационарному). Последний начинается после прекращения действия источника звука, заключается в постепенном спаде звучания вследствие потерь звуковой энергии и называется отзвуком, или реверберацией.

Реверберация существенно влияет на качество и речевого, и музыкального звучания. Чрезмерная длительность реверберации приводит к тому, что новые слоги речи звучат на фоне предыдущих затухающих слогов. Разборчивость речи при этом ухудшается. При коротком отзвуке разборчивость речи вполне удовлетворительна, но своеобразная "безжизненность", "стерильность" такого звучания воспринимается так же, как не-достаток, особенно при художественном чтении. Еще большее значение имеет процесс отзвука при слушании музыки. Каждая музыкальная фраза представляет собой последовательность звуковых импульсов. Затянутый отзвук нарушает эстетичность восприятия музыки тем сильнее, чем быстрее темп исполнения, так как звуки "набегают" друг на друга. Наоборот, при очень коротком отзвуке или его отсутствии (при исполнении на открытом воздухе) музыка звучит сухо. Утрачивается слитность звучания. Лишь при некотором, вполне определенном для каждого стиля исполнения времени отзвука образуется необходимая связность звучания, создающая наилучший эстетический результат.

Рассмотрим процессы, происходящие в помещении при звучании источника И (рис. 2). Первым в точку приема Пр, где находятся уши слушателя или микрофон, приходит по пути 1 прямой звук, затем по пути 2 звуки, отраженные от ближайших к источнику поверхностей, далее звуки по пути 3, отраженные от удаленных поверхностей. Позже приходят звуки, претерпевшие двукратные отражения на пути 4, и т. д. Количество отражений в единицу времени возрастает пропорционально второй степени времени. Помещение постепенно заполняется звуковой энергией. После прекращения звучания источника начинается процесс отзвука. В той же последовательности, как и при начале звучания, сперва в точку приема приходят сравнительно редкие начальные отражения. Далее плотность запаздывающих импульсов увеличивается, а их энергия постепенно спадает (рис. 3).

Статистическая теория занимается именно этой, второй частью отзвука с повышающейся плотностью импульсов во времени и уменьшающейся их энергией. Прямой звук и начальные сравнительно редкие отражения статистической теорией не принимаются во внимание.

Метод, предложенный У. Сэбином, основан на модели идеального помещения, в котором звуковое поле после прекращения действия звукового сигнала может быть рассчитано на основе статистического рассмотрения процесса затухания звука. При этом предполагается, что амплитуды и фазы отраженных звуковых волн распределены хаотически, т. е. в волновом движении нет преобладающих направлений потоков и симметрии в распределении амплитуд. Принятое допущение позволяет считать, что средние значения звуковой энергии по различным направлениям одинаковы, т. е. звуковое поле изотропно, и средняя по времени плотность звуковой энергии в любой точке помещения тоже одинакова. Такое звуковое поле называют диффузным. Его рассмотрение дало возможность пренебречь явлениями интерференции и применить при расчетах энергетическое суммирование. Этот подход подобен используемому в кинетической теории газов и основан на математической теории вероятностей. Л. Бреховских показал, что для помещений, линейные размеры которых велики по сравнению с длиной волны, получаются достаточно удовлетворительные результаты.

Методами математической статистики в диффузном поле определяют среднюю длину пробега звукового луча между двумя отражениями. Для помещения в форме прямоугольного параллелепипеда с линейными размерами, близкими к "золотому сечению" (длина относится к ширине и к высоте, как 2:2^0,5:1, по другому определению 5:3:2), статистически определенная средняя длина свободного пробега звукового луча I_ср=4V/S, где V - объем помещения, S - общая площадь всех ограничивающих поверхностей (пола, потолка, стен).

Впоследствии было установлено, что полученная зависимость примерно сохраняется и для помещений, линейные размеры которых отклоняются от "золотого сечения", и для помещений более сложной формы.

При каждом отражении часть падающей энергии поглощается преградами и превращается в тепло. Процесс постепенного уменьшения плотности звуковой энергии У. Сэбин назвал реверберацией (reverberation в переводе означает "отражение", "отзвук"). В Германии для обозначения этого процесса используется слово Nachhall, в переводе на русский "отзвук", "отголосок", "отклик". Термин "отзвук" ранее встречался и в русской технической литературе.

За длительность процесса, реверберации - время реверберации - было принято считать промежуток, за который плотность звуковой энергии уменьшается в 106 раз, звуковое давление в 103, а уровень звукового давления на 60 дБ.

Прямых объяснений мотивов выбора спада уровня на 60 дБ нет. Попытаемся найти разумные причины. Фортиссимо оркестра соответствуют уровни звукового давления 90-100 дБ, а пианиссимо - 35-40 дБ. Тогда средние уровни составят 63-70 дБ и принятое по определению (спад на 60 дБ) время реверберации будет примерно соответствовать длительности спада средних уровней до порога слышимости. Возможно, данное обстоятельство и стало причиной выбора такого определения времени реверберации.

Разумеется, все это справедливо в отсутствии акустических помех. При шумах, например, с уровнями 30-40 дБ, что характерно и для жилой комнаты, и для концертного зала, значительная часть отзвука будет маскироваться шумами, и слышимый отзвук будет длиться менее половины времени реверберации.

Расчетные соотношения. Для экспериментального определения времени реверберации Сэбин пользовался простейшими приспособлениями: органными трубами как источником звука и секундомером. Он нашел, что время реверберации Т прямо пропорционально объему помещения V и обратно пропорционально произведению среднего коэффициента поглощения a_ср и площади всех преград S:

Средний коэффициент поглощения:

где a₁, a₂,... - коэффициенты поглощения различных материалов;

S=S₁ + S₂ + ... - общая площадь преград; n - количество разных преград.

Из этого выражения можно заключить, что средний коэффициент поглощения соответствует единому материалу, которым можно было бы покрыть все поверхности преград помещения с сохранением общего звукопоглощения А=a_срS. Единицей поглощения считают 1 м² открытого проема, полностью поглощающего всю падающую на него энергию (без учета дифракции). Эту единицу назвали сэбин (Сб).

По измерениям времени реверберации в пяти различных помещениях в форме прямоугольного параллелепипеда и объемами от 96 до 1960 м³ У. Сэбин принял значение коэффициента k=0,164 (это число примерно равно хорошо запоминающейся дроби 1/6). При теоретическом выводе формулы для расчета времени реверберации было получено значение k=0,161, которое и указывается в большинстве учебников. Чтобы согласовать физические размерности в левой и правой частях формулы, было решено придать коэффициенту k размерность с/м.

В дальнейшем было обнаружено, что k различно для помещений разной формы. Измеренные значения k приведены в таблице.

Из приведенных примеров видно, что форма помещения влияет на значение времени реверберации, хотя из структуры самой формулы У. Сэбина это не вытекает. Дело в том, что от соотношения линейных размеров зависит средняя длина пробега между двумя отражениями lcр, следовательно, зависит и время реверберации Т.

Теоретический вывод формулы Сэбина основан на предположении о диффузном, равномерном распределении звуковой энергии по пространству помещения и о непрерывном поглощении энергии преградами в процессе реверберации.

Это допущение дает сравнительно небольшое отклонение рассчитанной величины Т от измеренной, если средний коэффициент поглощения мал, и поэтому количество отражений получается достаточно большим, чтобы пренебречь дискретностью этого процесса.

На самом деле звуковая энергия поглощается преградами не непрерывно, а скачками, по мере достижения волной той или иной поверхности. Поэтому вполне равномерного заполнения энергией всего объема по-мещения не будет.

Более точные исследования реверберации были проведены в 1929 г. Шустером и Ветцманом, а в 1930 г. - Карлом Эйрингом. Формула Эйринга имеет вид:

Разложив выражение ln(1-a) в ряд и оставив в нем ввиду малости a только первый член, обнаружим, что при небольших значениях a формула Эйринга переходит в формулу Сэбина. Действительно,

Объясним смысл знака минус в знаменателе формулы. Логарифм чисел меньше единицы имеет отрицательное значение. Знак минус введен, чтобы исключить физическую несообразность - отрицательное значение Т. Выражение, стоящее в знаменателе, является эквивалентом общего поглощения А=a_cрS, содержащегося в формуле Сэбина.

Сравнивая формулы Сэбина и Эйринга, приходим к выводу, что приближение Сэбина дает завышенное значение T. Расхождение увеличивается с возрастанием a_cр:

При значении a_cр=1 получается физически нереальный результат: T=V/6S, хотя в этом случае должно Т=0.

Формулы Сэбина и Эйринга могут быть применены, если звукопоглощающие материалы распределены по ограждающим помещение поверхностям достаточно равномерно, чтобы можно было пользоваться понятием среднего коэффициента поглощения.

Для оптимизации акустических условий в концертных залах рекомендуется a_cр=0,19. Поэтому вполне допустимо время реверберации в этом случае рассчитывать по формуле Сэбина.

При выводе формулы Сэбина и Эйринга приняты некоторые допущения, которые редко оговариваются в литературе по акустике. Формула Сэбина получена в предположении, что волны падают на преграды под любыми углами, а при выводе формулы Эйринга принято, что волны падают на преграды под углами, близкими к нормали. Поэтому, строго говоря, в формулу Сэбина следовало бы подставлять значения коэффициента поглощения, определенные в диффузном поле, в реверберационной камере, а в формулу Эйринга - значения коэффициента поглощения, измеренные в плоском поле, при нормальном падении, т.е. в трубе.

При очень неравномерном распределении общего поглощения результат, вычисленный по формуле Эйринга, может оказаться далеким от измеренного. Миллингтон (Millington) объяснил причину этого расхожде-ния. Эйринг полагал, что число отражений от разных поверхностей с площадями S1, S2,... одинаково. В действительности вероятность числа отражений от данной поверхности тем больше, чем больше сама поверхность. На основании этих соображений Миллингтон вывел иную формулу для расчета времени реверберации:

где S_i - площадь материалов с коэффициентами поглощения a_i.

Недостаток формулы Миллингтона заключается в следующем: вычисленное значение времени реверберации получается равным нулю, если хотя бы один элемент преграды, как бы он ни был мал, имеет a_cр=1. По-видимому, при выводе формулы было принято какоето сомнительное допущение. Впрочем, парадоксального результата легко избежать, приняв, что ни один коэффициент поглощения не равен единице.

Практика показала, что для помещений с небольшим a_cр (театральные и концертные залы, учебные аудитории и т. п.) все три формулы дают одинаково удовлетворительный результат. Для помещений со средними коэффициентами затухания (например, студии) более близки к измеренным значения времени реверберации, рассчитанные по формуле Эйринга. Если материалы имеют сильно различающиеся a_i, а сами материалы распределены по поверхностям неравномерно, более близкими к измеренным получаются значения Т, рассчитанные по формуле Миллингтона. Используя названные формулы, необходимо принять те a, которые были рассчитаны с помощью этих же формул при обработке экспериментального материала, полученного в звукомерной камере.

Определение коэффициента поглощения. Коэффициенты поглощения материалов определяют измерениями в "гулкой" (реверберационной) камере. Обозначим объем камеры через V, а ее время реверберации через T₀. После внесения в камеру исследуемого материала с площадью S_M время реверберации уменьшается до T_M. Тогда:

Если площадь исследуемого предмета (например, стола, кресла и т. д.) не может быть выражена определенным числом, находят поглощение предмета

Итак, с помощью вышеприведенных формул Сэбина и Эйринга решают обратную задачу: определяют a или А по измеренному времени реверберации.

Учет поглощения звука в воздухе. Пауль Сэбин (Paul Sabine) - двоюродный брат У. Сэбина - в 1929 г. заметил, что влажность воздуха в измерительной камере влияет на время реверберации на частотах более 2 кГц. Эрвин Майер (Erwin Meyer) обнаружил тот же эффект для частот выше 3,2 кГц. Более точное исследование этого явления было сделано в 1931 г. Верном Кнудсеном (Vern Knudsen). Он определил, что поглощение звука в сухом воздухе больше, чем во влажном, и на верхних звуковых частотах больше, чем на нижних. Только тогда, когда относительная влажность становится 100% и появляется туман, поглощение звука в воздухе сильно увеличивается и уже для всех частот.

Поглощение звука вызвано вязкостью и теплопроводностью воздуха, а также молекулярными потерями. Оно становится заметным на частотах более 2 кГц в помещениях объемом свыше 2000 м³ и растет примерно пропорционально квадрату частоты. С учетом этого обстоятельства формула Эйринга приобретает вид:

Заменив натуральный логарифм на десятичный, получим формулу с иными числовыми коэффициентами, более удобную для расчетов:

Коэффициент m - показатель затухания в воздухе, имеющий размерность м-1, определяют по графикам, приведенным в руководствах и учебниках по акустике. Он возрастает с увеличением частоты и уменьшением влажности. Поправка на затухание звука в воздухе пропорциональна объему, поскольку звуковая энергия ослабляется по всему пространству помещения. По данным И.Г. Дрейзена в больших студиях уже на частоте 4 кГц поглощение звука в воздухе достигает 1/3-1/4 общего звукопоглощения. В помещениях объемом более 2000 м³ с увеличением частоты второе слагаемое в знаменателе формулы начинает преобладать над первым и время реверберации стремится к T=1/24 m.

Это означает, что время реверберации на верхних частотах в помещениях большого объема определяется климатическими условиями в помещении, т.е. температурой и относительной влажностью.

Оценим на нескольких примерах влияние на время реверберации поглощения звука в воздухе.

Имеется помещение объемом 1000 м³ и площадью преград 700 м². Пусть на частоте 4 кГц коэффициент поглощения a_ср=0,15. Без учета поглощения в воздухе

При температуре воздуха 21° и относительной влажности 70, 40 и 20% значения m будут соответственно 0,05; 0,01 и 0,02, а время реверберации - 1,23; 1,05 и 0,84 с, т.е. снижается весьма заметно. Поэтому поддерживать постоянными климатические параметры в студии необходимо не только для того, чтобы исполнители чувствовали себя хорошо, но и чтобы были стабильными акустические условия в студии, другими словами, чтобы частотная характеристика времени реверберации не претерпевала изменений.

Заметим попутно, что вследствие сезонной акклиматизации человеческого организма комфортные условия несколько меняются: летом желательна температура 22-25° при относительной влажности 60-45%, для зимы - 20-23° при относительной влажности 70-50%.

Эффективная (эквивалентная) реверберация. Для более точной оценки акустических процессов в помещении необходимо учитывать энергию и диффузного, и прямого звука (рис.4). На небольших расстояниях от источника преобладает энергия прямого звука, на больших расстояниях - энергия диффузного звука, поскольку первая уменьшается обратно квадрату расстояния, а вторая примерно постоянна. Отношение плотностей этих двух энергий называют акустическим отношением:

На расстоянии r1 обе составляющие одинаковы (R=1). На расстояниях более r1 преобладание диффузной энергии проявляется на слух как повышенная "гулкость" помещения. Численное значение r1 связано с объемом помещения V и временем реверберации T эмпирически:

При объеме помещения 150 м³ и времени реверберации 0,7 с имеем r1=0,87 м, а при объеме 8000 м³ и времени реверберации 2,0 с соответственно r1=3,8 м.

На расстояниях более r1 характер звучания определяется главным образом энергией диффузного звука. Для определения времени реверберации в этой области используют ранее приведенные формулы. На близких расстояниях спад уровня имеет иной, более сложный характер, представленный на рис. 5 "ступенчатой" линией А-В-Е. Ощущаемая эффективная реверберация в этом случае будет меньше, чем рассчитанная по ранее приведенным формулам. Сравнивая два процесса спада уровней - со "ступенькой" и без "ступеньки", Г.А. Голъдберг и С. Ф. Тер-Осипянц обнаружили, что определяющим для равенства двух ощущений длительности процессов является следующее обстоятельство. Два процесса отзвука создают одинаковое впечатление длительности процессов, если через промежуток времени 0,1-0,3 с графики обоих процессов проходят через одну точку, соответствующую какому-то значению уровня. Время эффективной реверберации Tэфф. < Т определяют на основе равенства площадей двух треугольников В-С-Е и А-С-F. Оно характеризуется временем, в течение которого уровень уменьшился бы на 60 дБ от начального уровня 0 дБ при условии спада уровня без "ступеньки", и зависит от соотношения энергий диффузного и прямого звука, численно выражаемого акустическим отношением R и коэффициентом направленности микрофона W (если в качестве приемника звука выступает микрофон). Для расчета времени эффективной реверберации была предложена формула

В этой формуле Q - ранее указанный промежуток времени, в течение которого слух достаточно хорошо интегрирует процесс спада уровня, его среднее значение 0,2 с, что несколько больше постоянной времени слуха t=0,165 с. Подставив в формулу численное значение 6Q, получим

В качестве примеров рассчитаем Tэфф. при Т=2 с, R=1, для W=1 (ненаправленный микрофон) и W=3 (микрофон с косинусоидальной или кардиоидной диаграммой направленности):

Изменяя расстояние между источником звука и используя микрофоны с разными диаграммами направленности, можно в широких пределах регулировать время эффективной реверберации. Тем самым подбирают эффект реверберации в соответствии с содержанием передаваемых сцен или с жанром музыкальных произведений.

Из-за различного расстояния от инструментов оркестра до микрофона может возникнуть нежелательный эффект, нарушающий баланс звучания (под балансом понимают задуманную композитором определенную соразмерность звучностей различных оркестровых групп, солирующего инструмента и оркестрового сопровождения). Ближайшие к микрофону инструменты будут воздействовать на него прямым звуком, а удаленные - звуком с заметной реверберацией. Перемещение певца-солиста во время исполнения перед микрофоном приведет к ощущению изменения "гулкости" помещения.

Понимая явление эффективной реверберации и используя его, можно добиться полезного эстетического воздействия. Так, на общем фоне звучания оркестра с присущей данному помещению реверберацией передавать звучание солистов с укороченным временем реверберации, улучшая тем самым разборчивость пения или добиваясь четкого звучания солирующего инструмента, например рояля. На основе этого же явления студию с большим временем реверберации можно успешно использовать для небольших ансамблей с малой эффективной реверберацией, необходимой для них.

Реверберация с позиций слушателя и исполнителя. Рассмотрим, насколько правомерно при проектировании залов требование диффузности звукового поля, положенное в основу статистической теории.

При акустическом проектировании концертных и театральных залов выполнение требования диффузности поля и вытекающего из него требования равномерного распределения звукопоглощающих материалов по всем преградам приведет к тому, что значительная часть звуковой энергии будет бесцельно теряться. Тем самым пренебрегают интересами и слушателей, и исполнителя. Последний должен хорошо слышать себя и своих товарищей по ансамблю. Для этого необходимо, чтобы достаточно большое количество отраженной звуковой энергии возвращалось к исполнителю. Это тем более важно потому, что тесно расположенные в группе исполнители сами по себе поглощают значительную долю энергии, а значит в зоне их расположения дополнительное звукопоглощение должно быть сравнительно небольшим.

Оценить комфортность условий исполнения для певца можно на основании данных, приведенных в таблице.

Несколько меньшие значения времени реверберации являются комфортными для чтеца. Однако с позиций слушателя более приемлемо время реверберации от 1 до 1,7 с в зависимости от характера исполняемого произведения. Чтобы разрешить это противоречие, необходимо создать достаточно большую местную реверберацию в зоне расположения исполнителей. Эффективные звукопоглощающие материалы надо размещать на тех поверхностях, которые могут дать интенсивные отражения с большой разностью хода по отношению к прямому звуку. Остальные преграды покрывают звукопоглощающими материалами лишь в той мере, чтобы обеспечить нужную реверберацию в зале и не допустить неравномерного затухания разных частотных составляющих спектра звука.

Даже при проектировании студий следует относиться осмотрительно к рекомендации равномерно размещать звукопоглощающие материалы. В зоне расположения исполнителей желательно обеспечить большую реверберацию, чем в остальной части студии. Правда, при этом руководитель записи или передачи несколько скован в возможностях иного размещения ансамбля, например, выигрышного со зрелищных позиций, что имеет место при телевизионном вещании.

Слуховое ощущение реверберации. Не вся длительность процесса реверберации ощущается нашим слухом. Постоянная времени слуха t, характеризующая инерционные свойства слуха и соответствующая спаду слухового ощущения в е раз (уменьшению уровня громкости на 8,7 дБ), составляет по разным данным 0,125-0,15 с (по некоторым сведениям даже 0,165 с). Это соответствует спаду уровня интенсивности на 60 дБ, т.е. времени стандартной реверберации 0,86-1,05 с. Следовательно, процесс реверберации при Т < 0,86 с мало заметен на слух ввиду его маскировки собственным процессом спада слухового ощущения. Еще более он маскируется акустическими помехами (шумами) помещения. Поэтому длительность слышимой части отзвука составляет менее половины времени реверберации и реверберация при Т < 0,86 с мало ощущается нашим сознанием. Для ощущения полноты музыки время реверберации должно быть существенно больше 0,86 с. Как известно, этот оптимум составляет для различных музыкальных звучаний от 1 до 1,7 с.

Ограничения теории по диапазону частот и объему помещения. Рассмотрим ограничения на использование расчетов, основанных на статистической теории, по диапазону частот и объемам помещений.

Частотный диапазон слышимых звуков простирается от 20 до 20 000 Гц. Между тем акустические расчеты проводятся для интервала, ограниченного частотами 100-4000 Гц. Причина ограничения по верхним частотам очевидна из предыдущего. На частотах более 4 кГц в помещениях большого объема трудно разделить составляющие поглощения, обусловленные материалами и воздухом. Поэтому достоверные данные о коэффициентах поглощения материалов на более высоких частотах отсутствуют. Так же трудно, если не невозможно вовсе, получить достоверные данные о коэффициентах поглощения на частотах ниже 100 Гц. Линейные размеры образцов материалов должны быть, по крайней мере, соизмеримы с длиной волны. Для частоты 100 Гц это 3,4 м. Очевидно, что образцы столь значительных размеров нельзя разместить в звукомерных камерах, и об их свойствах на нижних частотах можно судить лишь приблизительно.

Нижний предел применения статистических методов по объему помещения обусловлен тем, что при размерах преград, соизмеримых с длиной волн, невозможно пользоваться понятием отражения волн.

Для оценки нижней границы по объему пользуются соотношением

Обоснование причины ограничения применимости статистических методов в помещениях большого объема требует более подробного объяснения. Предпосылки статистической теории тем ближе к действительности, чем большее количество отражений претерпевает звуковая энергия по мере затухания. Отсюда следует, что положения статистической теории не применимы к крупным помещениям и к помещениям с большим средним коэффициентом поглощения. В обоих случаях количество отражений оказывается слишком малым. Рассмотрим некоторые конкретные случаи.

1.                   В помещении объемом 12х9х6 м³ и площадью преград 468 м² средняя длина свободного пробега l_ср=4V/S=5,6 м. Пусть время реверберации помещения Т=1 с. За это время звуковая волна, отражаясь от преград, пройдет путь 340х1=340 м, а количество отражений составит 340/5,6=60, что достаточно велико. Но если учесть, что слышимая часть отзвука составляет примерно одну треть от времени реверберации, то количество отражений будет равно всего 20.

2.                   Для зала с линейными размерами 40, 30, 15 м, т.е. объемом 18000 м³, и площадью преград 4500 м² имеем l_ср=18000/4500=16 м, число отражений при T=1 с составит 340/16=21, что совсем немного. За слышимую часть процесса реверберации количество отражений будет менее 10. Заметим, что даже при небольших размерах помещения положения статистической теории не всегда применимы.

3.                   Пусть комната имеет размеры 6, 4 и 3 м. Ее объем 72 м³, площадь преград 69 м². Тогда l_ср=4х72/60=4,8 м. При времени реверберации комнаты 0,5 с и полезной части этого времени 0,2 с длина пути звуковой энергии составит 340х0,2=68 м, а количество отражений 68/4,8=14. Ясно, что при таких количествах отражений серьезная статистическая оценка процесса реверберации невозможна.

Из этих примеров видно, насколько формулы, по которым определяют время реверберации, основываются в некоторых случаях на спорных положениях.

В статистической теории не рассматриваются соотношение между энергией прямого и диффузного звука, энергия начальных, сравнительно редких отражений, направленные потоки энергии, фокусировка звука. Сфера ее рассмотрения - достаточно плотный временной ряд отражений, создающий слитную последовательность запаздывающих звуков. Ее выводы тем точнее, чем дальше находится точка наблюдения от точки расположения источника звука.

Статистическая теория имеет ряд уязвимых мест. Некоторые ее положения не находят подтверждения в повседневной практике, расходятся с ней. Она не объясняет акустических процессов на очень низких и очень высоких звуковых частотах, в небольших и очень больших помещениях, в помещениях с резким преобладанием какого-то линейного размера, с неравномерным распределением звукопоглощающих материалов.

Несмотря на это, она является мощным и действенным инструментом исследования и проектирования помещений, поскольку дает числовые значения параметров, характеризующих акустику помещений. Важно знать ее сильные и слабые стороны, с пониманием и осторожностью применять расчетные формулы и на этой основе сознательно пользоваться ее достижениями.

Волновая теория

Основные положения. В статистической теории отзвук рассматривается как затухание последовательного ряда отраженных звуковых импульсов, излученных источником звука. Подразумевается, что форма импульсов, следовательно, и их спектр, заданные источником звука, при отражениях остаются неизменными. Такое представление вызвало сомнения принципиального характера: ведь замкнутый воздушный объем помещения, если его размеры соизмеримы с длиной волны или больше ее, следует рассматривать как колебательную систему с распределенными параметрами, которая обладает спектром собственных (резонансных) частот. После прекращения действия источника звука, поддерживающего вынужденные колебания воздуха в помещении, в системе совершаются только собственные колебания, они затухают по мере поглощения энергии. В явлении реверберации нет места остаточному колебательному процессу, навязанному ранее действием вынуждающей внешней силы; отзвук есть собственное затухающее колебание воздушного объема с частотами, зависящими от размеров и формы помещения.

Следовательно, сутью реверберации являются не многократные отражения, а постепенно затухающие собственные колебания объемного резонатора, не зависящие от внешних влияний.

Такой взгляд положен в основу волновой теории акустических процессов в помещении.

Акустику помещений с позиции волновых, колебательных процессов анализировали Дж. В. Стретт, Бейль, Курант, Шустер и Ветцман, Кнудсен, Морз и Болт и другие. Среди разработчиков волновой теории в нашей стране следует в первую очередь назвать И.Г. Дрейзена и В.В. Фурдуева.

Большинство инженеров полагают, что волновая теория основана на анализе действия объемных электромагнитных резонаторов. Действительно, в обеих теориях есть много общего, включая расчетные соотношения. Но волновую теорию реверберации начали разрабатывать еще в середине прошлого века, значительно раньше статистической. Просто в ее разработке продвинулись меньше, чем в статистической.

Идеи, положенные в основу волновой теории, были впервые высказаны Дж. В. Стреттом (лордом Релеем). В "Основах акустики", изданных впервые в 1877 г., приводится необходимый математический аппарат, причем со ссылкой на решение волнового уравнения для трехмерного пространства, данного Дюамелем (Duhamel) в математическом журнале "Liouville Journal Math.", том XIY, 1849. Дюамель вывел выражение для собственного периода 1/fo объемного резонатора в форме прямоугольного параллелепипеда, в котором длина волны

Отсюда

В приведенных выражениях l, b, h - линейные размеры, р, q, n - любые целые числа. В зависимости от значений коэффициентов р, q, n принята следующая классификация типов образующихся стоячих волн:

§                     осевые, когда два из трех коэффициентов равны нулю,

§                     касательные, когда один из коэффициентов равен нулю,

§                     косые, когда ни один из коэффициентов не равен нулю.

Осевые волны отражаются только от одной пары противоположных параллельных преград (стен), касательные - от двух пар (т.е. устанавливаются в плоскости, параллельной третьей паре преград), косые - от всех пар преград. Для многих материалов коэффициенты поглощения зависят от угла падения волны на преграду. В связи с этим волны разных типов затухают с разной скоростью. Затухание получается наибольшим для косых волн и наименьшим для осевых. Поэтому, когда источник звука возбуждает колебания разных типов, то различные собственные колебания, даже с близкими частотами, будут затухать с неодинаковой скоростью. В результате кривая спада интенсивности звука не будет иметь регулярного вида, который предписывается статистической теорией. Крутизна спада уровня на разных стадиях отзвука будет различной, и тогда теряется определенный смысл самого понятия времени реверберации. Процесс спада будет складываться из разных частных процессов и значит не будет изображаться экспоненциальной кривой (см. рис. 1а статьи, опубликованной в предыдущем номере), а будет следовать ей лишь в среднем. На него будут накладываться небольшие флуктуации, изображенные на рис. 2 (см. там же) штриховой линией. Практика показывает, что наличие малых флуктуаций благоприятно сказывается на оценке качества звучания. Поэтому значение статистической теории не только не снижается, а, наоборот, приобретает новую опору в выводах волновой теории. Итак, в статистической теории ход спада интенсивности рассчитывается методами теории вероятности, "в среднем", а флуктуации фактического спада относительно усредненной формы определяются методами волновой теории.

Из волновой теории вытекает, что помещения простой правильной геометрической формы менее удовлетворяют условию диффузности поля, чем помещения сложной геометрической формы с непараллельными стенами, косо поставленными плоскостями или выпуклыми поверхностями, углублениями в виде кессонов. Разумеется, линейные размеры этих поверхностей должны быть соизмеримы с длиной волны или быть больше ее.

Спектр собственных частот. Приведем в качестве примеров результаты расчета длин волн и частот, соответствующих резонансным колебаниям в помещении в виде прямоугольного параллелепипеда с линейными размерами 10, 6, 4 м. Наибольшая длина волны будет в два раза больше максимального размера помещения, т.е. имеем 10х2=20 м. Результаты сведены в таблице, причем значения частот округлены до целых чисел.

Из результатов расчета видно, что на нижних частотах резонансы следуют через значительные промежутки и должны привести к заметному изменению спектра отзвука по сравнению со спектром исходного звучания, следовательно, к изменению тембра отзвука. Между тем, повседневный опыт убеждает нас в обратном. Как объяснить это противоречие? Объяснение сводится к следующему. В той области частот, где резонансные частоты расположены редко, соответствующие частотные составляющие в спектре речевых и музыкальных сигналов почти не встречаются. Реальное значение могли бы иметь, например, 13 и 14 частоты, но интенсивность резонансных колебаний столь больших номеров невелика, поэтому заметного изменения тембра отзвука не произойдет. С увеличением частоты плотность резонансных частот быстро возрастает. Так, в области 500 Гц на 1 Гц полосы частот придется примерно 10 резонансных частот. В связи с этим в помещениях большого объема, какими являются концертные и театральные залы, ухудшения звучания не происходит.

Иное положение складывается в помещениях небольшого объема, например в речевых (дикторских) студиях и жилых комнатах. Известны жалобы дикторов, что их голос в речевых студиях звучит совершенно необычно, неприятно, ощущается "бубнение". Объясняется это тем, что в помещениях небольшого объема основная резонансная частота попадает в область хорошо слышимых звуков. Для борьбы с этим неприятным явлением приходится либо значительно уменьшать время реверберации путем использования в студии эффективно поглощающих материалов, либо ограничивать полосу пропускания электрического тракта ниже 250-300 Гц. "Бубнение" свойственно и многим жилым комнатам. Устранить этот недостаток почти невозможно, так как нет дешевых материалов, эффективно поглощающих звуковую энергию в области 100 Гц и ниже.

Особенно выражены резонансы в помещениях с совпадающими линейными размерами. В этом случае совпадают резонансные частоты, обусловленные стоячими волнами в разных плоскостях. Наихудшим в акустическом отношении является помещение кубической формы, наилучшим - помещение, пропорции которого приближаются к "золотому сечению". Заключение, сделанное акустиками древности, нашло подтверждение в выводах волновой теории.

Дж. В. Стретт в "Теории звука" отметил наблюдавшееся им вырождение спектра собственных частот в помещении с преобладанием одного из линейных размеров и, следовательно, с преобладанием одного из видов собственных колебаний: "В моем доме есть подземный коридор, в котором можно, пропев надлежащую ноту, возбудить свободные колебания, продолжающиеся много секунд, и часто случается, что звучащая нота сопровождается отчетливыми биениями." Эти биения порождаются одновременным возбуждением двух близких собственных частот.

Каждый человек обнаружит резонансные частоты помещения, пропев несколько звуков разной частоты. Помещение отзовется на некоторые из них усилением колебаний.

Убедиться, что помещение небольшого объема с совпадающими линейными размерами обладает обедненным спектром собственных частот, можно, проделав простой опыт. В слабо заглушенном помещении (например, ванной комнате), стены которого покрыты кафельными плитками, ударьте в ладоши. Вместо ожидаемого шумового отклика вы услышите звенящий звук с заметно выраженной высотой тона. Это объясняется бедностью спектра собственных частот такого помещения.

Стретт заметил, что люди с особо развитым слухом, например слепые, обладают способностью решить обратную задачу: анализируя каким-то неведомым способом спектр отзвука, они определяют линейные размеры помещения и их пропорции.

Коэффициент поглощения с позиций волновой теории. Волновая теория дала ответ на вопрос, имеющий практическое значение при сооружении различных залов и аудиторий: почему звукопоглощающие материалы, коэффициенты поглощения которых определены в звукомерной камере, ведут себя в помещении иным образом, как будто их коэффициенты поглощения отличаются от измеренных и указанных в справочниках.

В звукомерной камере материал, как правило, исследуют в диффузном поле. Коэффициент поглощения определяется усреднением по всем углам падения звуковых волн, интегрально. Но коэффициент поглощения многих материалов зависит от угла падения волны. Поэтому поглощение материала в зале даже на близких частотах будет зависеть от типа волны - осевого, касательного, косого. А от образующегося типа волны зависят углы, под которыми волны падают на преграду. Для большинства пористых материалов коэффициент поглощения растет с увеличением угла падения по закону a(q)=a(0)/cos(q), где a(0) - коэффициент поглощения при нормальном (перпендикулярном) падении, а q - угол между нормалью и направлением падающей на преграду волны. Но при приближении q к 90° a резко уменьшается в результате скольжения волны вдоль преграды (рис. 6). Поэтому в помещении материал ведет себя иначе, чем в звукомерной камере.

Кроме того, из-за нестационарности звукового поля a зависит не только от свойств материала преграды, но и от общего поглощения помещения A=a_срS. Поэтому коэффициент поглощения одного и того же материала в разных помещениях может отличаться в 1,5-2 раза. Правда, учитывая, что оптимум времени реверберации - понятие несколько неопределенное и что расчеты времени реверберации в силу высказанных ранее причин носят приближенный характер, с такими тонкостями поведения звукопоглощающих материалов чаще всего не считаются.

Противоположность и единство теорий. При всей разнице в подходах к объяснению акустических процессов в помещениях статистическая и волновая теории дополняют друг друга и потому в известной мере работают на практику совместно.

В заключение настоящего раздела заметим следующее. Многие люди, попав в помещение с большой реверберацией, произносят: "Какой здесь резонанс!" Известный акустик В. Кнудсен высказался по этому поводу: "Те, кто смешивают процесс реверберации с резонансом, видимо, не так уж далеки от истины." Кнудсен этим высказыванием подчеркнул физическое единство акустических процессов, описываемых с разных точек зрения статистической и волновой теориями.

Принципиальное различие подходов к объяснению акустических процессов заключается в том, что в одном случае процесс отзвука рассматривается с помощью теории вероятностей усредненно, а в другом с волновых позиций определяются отклонения фактического хода процесса от "среднего".

Из оптики известно, что при уменьшении длины волны волновые законы приближаются к законам геометрической оптики. Точно так же в помещениях, размеры которых весьма велики по сравнению с длиной волны, можно пользоваться законами геометрической оптики, строить пути звуковых лучей, находить точки фокусов, определять запаздывание начальных отражений, т.е. использовать весь арсенал геометрической теории.

Геометрическая (лучевая) теория

Основные положения. Геометрическая (лучевая) теория акустических процессов в помещениях основана на законах геометрической оптики. Движение звуковых волн рассматривают подобно движению световых лучей. В соответствии с законами геометрической оптики при отражении от зеркальных поверхностей угол отражения b равен углу падения a, и падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости. Это справедливо, если размеры отражающих поверхностей много больше длины волны, а размеры неровностей поверхностей много меньше длины волны.

Характер отражения зависит от формы отражающей поверхности. При отражении от плоской поверхности (рис.7, а) возникает мнимый источник И', место которого ощущается на слух подобно тому, как глаз видит мнимый источник света в зеркале. Отражение от вогнутой поверхности (рис.7, б) приводит к фокусировке лучей в точке И'. Выпуклые поверхности (колонны, пилястры, крупные лепные украшения, люстры) рассеивают звук (рис.7, в).

Роль начальных отражений. Немаловажным для слухового восприятия является запаздывание отраженных звуковых волн. Звук, излученный источником, доходит до преграды (например, стены) и отражается от нее. Процесс многократно повторяется с потерей при каждом отражении части энергии. На места слушателей (или в точку расположения микрофона) первые запаздывающее импульсы, как правило, приходят после отражения от потолка и стен зала (студии).

Вследствие инерционности слуха человек обладает способностью сохранять (интегрировать) слуховые ощущения, объединять их в общее впечатление, если они длятся не более 50 мс (точнее 48 мс). Поэтому к полезному звуку, подкрепляющему исходный, относятся все волны, которые достигают уха в течение 50 мс после исходного звука. Запаздыванию на 50 мс соответствует разница в пути 17 м. Концентрированные звуки, приходящие позднее, воспринимаются как эхо. Отражения от преград, укладывающиеся в указанный промежуток времени, являются полезными, желательными, так как они увеличивают ощущение громкости на значения, доходящие до 5-6 дБ, улучшают качество звучания, придавая звуку "живость", "пластичность", "объемность". Таковы эстетические оценки музыкантов.

Исследования начальных отражений методом акустического моделирования были проведены в Научно-исследовательском кинофотоинституте (НИКФИ) под руководством А. И. Качеровича. Изучалось влияние на качество звучания речи и музыки формы, объема, линейных размеров, размещения звукопоглощающих материалов. Получены интересные результаты.

Существенную роль играет направление прихода начальных отражений. Если запаздывающие сигналы, т.е. все ранние отражения, поступают к слушателю с того же направления, что и прямой сигнал, слух почти не различает разницы в качестве звучания по сравнению со звучанием только прямого звука. Возникает впечатление "плоского" звука, лишенного объемности. Между тем даже приход только трех запаздывающих сигналов по разным направлениям, несмотря на отсутствие реверберационного процесса, создает эффект пространственного звучания. Качество звучания зависит от того, с каких направлений и в какой последовательности приходят запаздывающие звуки. Если первое отражение поступает с фронтальной стороны, звучание ухудшается, а если с тыльной стороны, то резко ухудшается.

Весьма существенно время запаздывания начальных отражений по отношению к моменту прихода прямого звука и относительно друг друга. Длительности запаздывания должны быть различными для наилучшего звучания речи и музыки. Хорошая разборчивость речи достигается, если первый запаздывающий сигнал поступает не позже 10-15 мс после прямого, а все три должны занимать интервал времени 25-35 мс. При звучании музыки наилучшее ощущение пространственности и "прозрачности" достигается, если первое отражение приходит к слушателю не ранее 20 мс и не позже 30 мс после прямого сигнала. Все три запаздывающих сигнала должны располагаться в промежутке времени 45-70 мс. Наилучший пространственный эффект достигается, если уровни запаздывающих начальных сигналов незначительно отличаются друг от друга и от уровня прямого сигнала.

При подключении к структуре начальных отражений (первого, второго, третьего) остальной части отзвука наиболее благоприятное звучание получается в том случае, когда вторая часть процесса начинается после всех дискретных отражений. Подключение же процесса реверберации (отзвука) сразу же за прямым сигналом ухудшает качество звучания.

При обеспечении оптимальной структуры начальных (ранних) отражений звучание музыки остается хорошим даже при значительном (на 10-15%) отклонении времени реверберации от рекомендуемого. Достижение оптимального запаздывания отраженных сигналов по отношению к прямому звуку выдвигает требование к минимальному объему помещения, которое не рекомендуется нарушать. Между тем при проектировании помещения выбирают его размеры, исходя из заданной вместимости, т.е. решают задачу чисто экономически, что неправильно. Даже в небольшом концертном зале оптимальную структуру ранних отражений можно получить лишь при заданных высоте и ширине зала перед эстрадой, меньше которых спускаться нельзя. Известно, например, что звучание симфонического оркестра в зале с низким потолком существенно хуже, чем в зале с высоким потолком.

Полученные результаты дали возможность выработать рекомендации в отношении времени запаздывания и размеров зала. Учитывалось, что первый запаздывающий сигнал, как правило, приходит от потолка, второй - от боковых стен, третий - от задней стены зала. Разные требования по времени задержки начальных отражений объясняются особенностями речи и музыкальных звуков и различием решаемых акустических задач.

Чтобы добиться хорошей разборчивости речи, запаздывания должны быть сравнительно небольшими. При звучании музыки нужно подчеркнуть мелодическое начало, для обеспечения слитности звуков необходимо большее время запаздывания начальных отражений. Отсюда вытекают рекомендуемые размеры концертных залов: высота и ширина не менее 9 и 18,5 м соответственно и не более (у портала) 9 и 25 м.

Увеличивать высоту и ширину зала в некоторой мере можно лишь на расстоянии от портала сцены (эстрады), превышающем примерно 1/4-1/3 общей длины зала: высоту до 10,5 м, ширину до 30 м. Длину зала выбирают, учитывая необходимость получать на самых удаленных слушательских местах достаточную энергию прямого звука. Исходя из этого обстоятельства, рекомендуют выбирать длину зала по партеру не более 40 м, а по балкону - 46 м.

В таблице приводим сведения о геометрии некоторых залов, акустические качества которых считаются хорошими (n - вместимость зала, lп - наибольшее удаление слушателя от эстрады в партере, l_б - то же на балконе, Dt₁ - время запаздывания первого отражения).

Таким образом, минимальные размеры помещения для воспроизведения музыки (высота и ширина) не связаны с его вместимостью, а определяются необходимой структурой начальных отражений. Даже если помещение предназначено для исполнения музыки в отсутствии слушателей (студия звукозаписи, звукового вещания, ателье записи музыки, зал прослушивания киностудии), его размеры должны определяться только качеством звучания музыки. "Экономить" на этих размерах - значительно ухудшать качество звучания.

Исторические примеры. По сохранившимся до наших времен культовым и зрелищным сооружениям видно, что основные положения лучевой теории были известны древним строителям и что эти положения неукоснительно соблюдались. Размеры греческих и римских театров на открытом воздухе были выбраны такими, чтобы в наибольшей степени использовать энергию отраженных волн.

Театры (рис.8) содержали три основные части:

§                     сцену (shena) глубиной 3,5-4 м в Греции и 6-8 м в Риме, на которой разыгрывалось театральное действие;

§                     площадку перед сценой - орхестру (orhestra буквально "место плясок"), на которой располагался хор и выступали танцоры;

§                     поднимающиеся ступенями зрительские места вокруг орхестры, образующие так называемый амфитеатр (от греческих слов amphi - "с обеих сторон", "кругом" и theatron - "место зрелищ").

Звуки от исполнителей достигали зрителей, располагавшихся на амфитеатре, прямым путем 1, а также после отражений от поверхности орхестры (луч 2) и стены 3, находящихся позади сцены (рис.9,а). Плоскость орхестры покрывали хорошо отражающим материалом. Как указывал Витрувий, высоту стены 3 следовало выбирать равной высоте парапета 4, ограждавшего верхний ряд амфитеатра, "для улучшения акустики". Видимо, речь шла о том, чтобы не допустить излишнего рассеяния звуковой энергии в пространстве. Глубину сцены в греческих театрах делали небольшой, чтобы лучи 5, отраженные от задней стены, не слишком запаздывали по отношению к прямому лучу 1 и не ухудшали разборчивость речи актеров. Часть звуковой энергии, отразившись от стен 3 и 4, уходила вверх. В современных крытых театральных залах эта энергия отражается потолком вниз и увеличивает интенсивность звука на зрительских местах. На орхестре происходили танцы и располагался хор, повторявший реплики актеров, т.е. выполнявший задачу звукоусиления. При расположении хора в точке 1 звуковые лучи, отразившись от стены 3 (рис.9,б), приходят к зрителю с большой задержкой во времени, вызывающей эхо. Для уменьшения этого недостатка в римских театрах хор стали располагать ближе к сцене, в точке 2. Тогда для направления энергии в сторону зрителей начали использовать отражения от сцены (ее высота в римских театрах достигала 3,5 м), а освободившуюся часть орхестры заняли танцоры. В современных театрах перед сценой находятся музыканты, и на них перешло название занимаемой ими площадки.

Особую роль в усилении и обогащении звучания играли так называемые "гармоники" - системы резонаторов в виде бронзовых цилиндрических сосудов и глиняных кувшинов-амфор. Они располагались в нишах стены позади зрительских мест и под скамьями. Греки считали, что для благозвучия речи и музыки резонаторы должны быть подобраны или настроены по тонам музыкальных гамм: энгармонической, хроматической и диатонической.

§                     Первая система, по мнению их создателей, придавала звукам торжественность и строгость;

§                     Вторая, благодаря "толпящимся" нотам, - утонченность, нежность звучанию;

§                     Третья - из-за консонансности интервалов - естественность музыкальному исполнению.

Очевидно, что античные архитекторы при строительстве театров искали и находили технические пути передачи зрителям и слушателям не только смысловой (семантической), но и художественной (эстетической) информации, стремились обогатить музыкальное звучание.

Рациональной формой и разумно выбранными размерами отличались театральные и концертные залы 18 и 19 веков. Ряд хороших в акустическом отношении театральных и концертных залов был построен в разных странах в 20 веке.

Неудачные решения. Казалось бы, опыт, накопленный за тысячелетия, должен использоваться современными архитекторами и строителями. Между тем множатся примеры неудовлетворительных акустических решений, например, строительство залов круглой или эллиптической в плане формы (кинотеатр "Колизей" в Санкт-Петербурге, концертный зал им. Чайковского в Москве и др.). В них образуются зоны фокусировки отраженных лучей и зоны, в которые отраженные лучи либо не попадают, либо попадают с большой временной задержкой. В круглом в плане зале (рис.10) касательный к стене луч 1 и при последующих отражениях остается в близкой к стене зоне. Лучи 2, распространяющиеся примерно в диаметральном направлении, образуют после отражения мнимое изображение источника И', в котором интенсивность звука, как и в кольцевой зоне возле стены, повышена. Неудовлетворительными являются залы с плоским потолком и низким порталом сцены (рис.11, а). Зона АВС оказывается своеобразной ловушкой для значительной части, излучаемой источником звука энергии. Только зона DE дает полезные отражения, но они попадают лишь в удаленную часть зала ЕС. Предпочтительнее конструкции с рассеивающим потолком (рис.11,б), акустической раковиной и козырьком (рис.11,в).

Неудовлетворительным в акустическом отношении являлся знаменитый зал Альберт-холл в Лондоне шириной 56 м при высоте 39 м. Ввиду необычайно большой высоты зала разница в пути между прямым звуком и звуками, отраженными от потолка, достигала 60 м, что давало запаздывание почти на 200 мс. Центр кривизны вогнутого потолка находился в зоне, занятой слушателями, что порождало сильное эхо.

Примером неудачного акустического решения может служить Большой зал Центрального театра Российской армии (ЦТРА). Основные недостатки зала: большая ширина, равная в середине зала 42 м, и чрезмерно высокий потолок - у портала 18 м над планшетом сцены (рис.12). Отражения от боковых стен не приходят в центральную часть зала, а первые отражения от потолка поступают в середину партера с запаздыванием более 35 мс. В результате разборчивость речи в партере низкая, несмотря на близость актеров к публике. Форма задней стены зала и парапета балкона является частью окружности, центр которой расположен на авансцене в точке О. Звуки, отраженные от задней стены и парапета балкона, возвращаются в эту же точку и прослушиваются как сильное эхо, ибо запаздывание превышает 50 мс. При перемещении актера в точку И сопряженные фокусы И' и И" смещаются в партер. В результате эхо возникает в первых рядах партера.

Когда-то хорошей акустикой отличался актовый зал МТУСИ, где даже проводились симфонические концерты, транслировавшиеся по радио. Акустические условия значительно ухудшились после косметического ремонта зала. Была изменена конструкция ограждения балкона, в глубине которого был поставлен отражающий щит. Сильные отражения от парапета и щита ухудшили звучание в партере. Из-за больших запаздываний снизилась разборчивость речи.

Примером неудачного акустического решения является и Центральный концертный зал гостиницы "Россия" в Москве. Квадратная в плане форма зала привела к обеднению спектра собственных частот, низкий потолок создает малую задержку первых отражений, а большая ширина зала приводит к тому, что отражения от стен не попадают в первую половину партера. Трижды пытались улучшить звучание заменой звукопоглощающих материалов и их размещением в зале. Однако скомпенсировать заведомо неудачную исходную форму зала не удалось.

Даже в помещениях с правильно выбранными формой и линейными размерами, пропорции которых приближаются к "золотому сечению", обнаруживаются недостатки звучания, устранение которых занимает много времени, сил и средств. В тщательной подготовке к нормальной эксплуатации нуждаются студии звукового и телевизионного вещания. Примером может служить комплекс работ по подготовке студии N5 Государственного дома радиовещания и звукозаписи (ГДРЗ). Студия предназначена для исполнения произведений крупных форм с участием симфонического оркестра и хора в присутствии слушателей. Ее линейные размеры (29,8х20,5х14 м) почти соответствуют "золотому сечению", расчетное время реверберации на средних частотах 2,3 с. Ввиду большой высоты и ширины время прихода начальных отражений не оптимально. Для уменьшений длины путей отраженных лучей над местом расположения оркестра и на боковых стенах были укреплены отражающие панели. Потребовалось несколько раз изменять положение панелей и уменьшать площадь звукопоглощающих конструкций, прежде чем музыканты и звукорежиссеры признали качество звучания хорошим. Из этого примера видно, насколько тонкой и скрупулезной является акустическая настройка помещений.

Встречаются залы, рассчитанные на небольшое количество слушателей, соответственно небольшой площади и невысокие. Авторы их, по-видимому, полагали, что при небольших размерах зала "все будет хорошо слышно". В действительности в таких залах на слушательских местах образуется плотная структура начальных отражений. Из-за этого при небольшом времени реверберации звучание оказывается "плоским", подобно звучанию на открытом воздухе, а при большом времени реверберации теряется "прозрачность" звучания, начинается маскировка последующих музыкальных звуков предыдущими.

Также неудовлетворительны большей частью так называемые актовые залы. Они предназначаются для собраний, т.е. для звучания речи. Низкий потолок, гладкие параллельные стены, лишенные акустической отделки порождают неоптимальные начальныфяе отражения. Попытки проводить в них концерты не приносят успеха. Музыка звучит в них плохо. Хуже всего, что концерты в таких залах портят публику. Ниже всякой критики акустика так называемых "концертно-спортивных" залов.

В нашей стране большой вред качеству театральных и концертных залов принесла "борьба с архитектурными излишествами". "Излишествами" были объявлены все звукорассеивающие и звукопоглощающие конструкции и даже мягкая обивка кресел, призванная служить эквивалентом отсутствующих зрителей. В результате - на слушательских местах плохая структура начальных отражений, невысокая диффузность, а при частичном заполнении - чрезмерная "гулкость".

Лучшие залы. Непревзойденными по качеству звучания остаются Колонный зал Дома союзов, Большой и Малый залы Московской консерватории, Большой зал Санкт-Петербургской филармонии и некоторые другие залы старой постройки.

К достижениям отечественной архитектурной акустики следует отнести зрительные залы Детского музыкального театра, Театра им. Евг. Вахтангова, Московского драматического театра им. А.С. Пушкина, Дворца культуры ЗиЛ, студии Государственного дома звукозаписи, ателье записи звука и зал прослушивания "Мосфильма". При их проектировании и строительстве были учтены положения и рекомендации отечественных и зарубежных акустиков.

В этих залах соблюдены требования геометрической акустики: рационально выбраны форма и размеры, что обеспечило высокую степень диффузности поля и оптимизацию времен запаздывания начальных отражений. В каждом конкретном случае выбраны свои архитектурно-планировочные решения. Залам сравнительно небольшой ширины придана форма прямоугольного параллелепипеда. Таковы Большой и Малый залы Московской консерватории, Большой зал московского Дома ученых. При небольшой ширине количество отражений, приходящих на места слушателей, быстро нарастает со временем и в завершающей части процесса реверберации настолько велико, что обеспечивает хорошую диффузность поля. В залах большой ширины (Колонный зал Дома союзов, Большой зал Санкт-Петербургской филармонии) введены звукорассеивающие конструкции в виде ряда колонн. В современных залах большой вместимости хорошего рассеяния звуков достигают членением стен и потолка и установкой крупных рассеивающих поверхностей на стенах.

Важное значение имеет материал, которым отделаны стены и потолок. Наилучшим является дерево. Звучание музыки в залах, отделанных деревом, отличается красивой тембральной окраской. Наоборот, совершенно противопоказаны железобетонные конструкции, особенно тонкие, и штукатурка по сетке рабица. Звуки, отраженные от этих поверхностей, обладают неприятным "металлическим" оттенком.

Заключение

Три рассмотренные теории с разных сторон объясняют акустические процессы, происходящие в помещениях. Из них только одна - статистическая - позволяет определить численно важную величину, характеризующую акустические свойства помещения - время реверберации. Следует лишь сознательно, критически относиться к получаемой числовой оценке, понимать, что в большинстве случаев, особенно при рассмотрении крупных помещений, она носит ориентировочный характер.

По современным воззрениям принято разделять процесс отзвука, реверберации на две части: начальные, сравнительно редкие запаздывающие импульсы, и более уплотняющаяся во времени последовательность импульсов. Первую часть отзвука оценивают с позиций геометрической (лучевой) теории, вторую - с позиций статистической теории.

Геометрическая теория более приложима к анализу акустических процессов в помещениях больших размеров - концертных и театральных залах, крупных студиях. Оптимальные размеры зала (студии) определяют на основе анализа начальных отражений. При проектировании больших помещений расчет времени реверберации может дать результат, значительно отличающийся от реального, и главное - эта величина не позволяет полностью оценить акустическое качество помещения. В такой оценке главную роль играют начальные отражения. Правильное временное соотношение начальных отражений обеспечивает высокое качество звучания даже тогда, когда время реверберации отличается от оптимального.

Статистическая и волновая теории особенно применимы к помещениям сравнительно малых размеров, например к студиям звукового вещания и аудиториям различного назначения. Результаты этих теорий как бы дополняют друг друга. Первая дает возможность оценить время реверберации, вторая - рассчитать спектр собственных (резонансных) частот, скорректировать размеры помещения так, чтобы спектр собственных частот в области нижних частот был более равномерным.

Было бы очень интересно и важно объединить положения акустических теорий, создать единую теорию, объясняющую с общих позиций сложные акустические процессы, протекающие в помещениях разного назначения, разной формы и разных размеров. Но пока это не достигнуто, остается сознательно использовать существующие теории и добиваться с их помощью наилучших решений.

Рекомендуем обратиться к источникам, перечисленным в списке литературы, где можно найти много интересного и полезного для себя.

Литература

1.                   Акустика: Справочник / под ред. М.А. Сапожкова. - М.: Радио и связь, 1989.

2.                   Бреховских Л.М. Распространение волн в слоистых средах. - М.-Л.: Изд. АН СССР, 1958.

3.                   Дрейзен И.Г. Курс электроакустики, ч. 1. - М.: Связьрадиоиздат, 1938.

4.                   Дрейзен И.Г. Электроакустика и звуковое вещание. - М.: Связьиздат, 1951.

5.                   Емельянов Е.Д. Звукофикация театров и концертных залов. - М.: Искусство, 1989.

6.                   Контюри Л. Акустика в строительстве. - М.: Стройиздат, I960.

7.                   Макриненко Л.И. Акустика помещений общественного назначения. - М.: Стройиздат, 1986.

8.                   Морз Ф. Колебания и звук. - М.-Л.: Гостехиздат, 1949.

9.                   Сапожков М.А. Звукофикация помещений. - М.: Связь, 1979.

10.               Скучик Е. Основы акустики. - М.: Изд. иностр. лит., 1959.

11.               Стрэтт Дж.В. (лорд Релей). Теория звука. - М.: ГИТТЛ, 1955.

12.               Фурдуев В.В. Электроакустика. - М.-Л.: ОГИЗ-ГИТТЛ. 1948.

13.               Фурдуев В.В. Акустические основы вещания. - М.: Связьиздат, 1960.

14.               Фурдуев В.В. Моделирование в архитектурной акустике // Техника кино и телевидения, 1966. N 10.

Для офисных помещений наиболее важными с точки зрения акустики являются два вопроса. Это вопрос обеспечения благоприятной акустической среды в помещениях с несколькими рабочими местами и вопрос обеспечения секретности, т.е. высокой звукоизоляции помещений переговорных комнат и кабинетов руководителей.

Создание благоприятной акустической среды в помещении

Если в одном офисном помещении находятся несколько рабочих мест менеджеров, то без специальных мероприятий по обеспечению акустического комфорта в помещении не обойтись. Еще в старые добрые советские времена практически во всех бухгалтериях или отделах НИИ, где в одном большом помещении работало несколько человек, можно было наблюдать картину, когда большая комната уродливо перегораживалась различными книжными шкафами и тумбами и еще Бог знает чем. Таким образом каждый работник старался отгородиться от остальных коллег по комнате. Здесь дело, конечно, не только в акустике - играют роль и другие психологические моменты. Однако именно обстоятельство, когда из-за одного человека, разговаривающего по телефону, становилось невозможно без помех переговариваться в помещении, являлось той отправной точкой, после которой каждый начинал отгораживать себе "свое" место. И различная мебель выполняла роль акустических экранов, позволяя на рабочем месте не отвлекаться на окружающие шумы. Сегодня для создания акустического комфорта все чаще применяются офисные системы на основе мобильных перегородок высотой 1,2-1,8 м, формирующие звукопоглощающую среду в помещениях с несколькими рабочими местами. Наиболее эффективны в качестве акустических экранов - относительно сложные по конструкции перегородки толщиной не менее 60 мм, состоящие из двух сэндвич-панелей (МДФ-поролон-ткань), и с полым пространством, внутри которого можно скрыть всю проводку. Кроме того, комбинирование перегородок различной высоты позволяет создавать такие акустические конфигурации, когда один сектор рабочего места акустически защищен, а другой, наоборот, облегчает работу менеджера с клиентом.

На протяжении последних десяти лет в нашей стране деловая активность работников в офисе только повышается. Ведь для хорошего бизнеса совершенно нормальное явление, когда из четырех менеджеров, работающих в одном зале, одновременно трое ведут переговоры по телефону, а четвертый - энергично убеждает посетителя сделать заказ. При всем этом также желательно, чтобы руководитель и менеджеры со своих рабочих мест могли видеть друг друга, так как это, согласно распространенным западным теориям, укрепляет дисциплину, способствует взаимному контролю и тем самым повышает производительность труда.

Но если стены и потолок такого помещения выполнены из жестких, хорошо отражающих звук материалов (допустим, из окрашенных гипсокартонных листов), то посторонние для каждого работника шумы вынуждают постоянно напрягать слух и повышать голос. Также имеет место шум от большого количества офисной оргтехники, которая должна присутствовать в помещении с несколькими рабочими местами. Это, в конечном итоге, приводит к преждевременной усталости и раздражительности сотрудников к снижению производительности труда и конфликтам в коллективе.

Создание благоприятной акустической среды в помещениях такого рода решается с помощью введения в помещение офиса определенного количества звукопоглощающего материала и так называемого "заглушения" помещения. При этом подавляется требуемая часть отраженного звука, в результате чего громкость голоса и других источников шума можно уменьшить до двух-трех раз. Оставшийся прямой звук (непосредственно от источника - к уху слушающего человека) в сочетании со строго определенной частью отраженного звука обеспечивают высокую четкость и разборчивость речи, что удобно при общении менеджеров между собой. Однако, при чрезмерно высоком звукопоглощении отраженный звук может полностью исчезнуть, и звучание речи приобретет уже неприятный "ватный" оттенок, когда теряются начала и окончания фраз. Для избежания этого существуют специальные методики расчета количества звукопоглощающего материала для офисных помещений.

Традиционно в качестве основной звукопоглощающей поверхности используется пространство потолка, а в качестве звукопоглощающей конструкции - подвесной акустический потолок, имеющий ко всему прочему, множество других удобных свойств, характерных для всего класса подвесных потолков. Для такого потолка, к уже привычным функциональным свойствам: возможность монтажа в надпотолочном пространстве систем вентиляции, электрических коммуникаций и встроенных систем освещения, добавляются еще и высокие звукопоглощающие свойства.

Акустическая эффективность звукопоглощающих потолков выражается в значениях безразмерного коэффициента звукопоглощения a, который может изменяться в пределах от 0 до 1. Значение a=0 означает полное отражение звука при a=1 весь звук, попавший на данную поверхность, поглощается.

Также значение коэффициента звукопоглощения зависит от частоты звука. Поэтому звукопоглощающую способность той или иной модели подвесного потолка, как правило, характеризуют график или таблица для стандартного набора частот от 100 Гц до 3200 Гц. Так как характеристики звукопоглощения приводятся именно для конструкции подвесного потолка, то они справедливы только для указанных под графиком величин относа плит подвесного потолка от жесткой поверхности "черного" потолка. При этом изменение расстояния высоты подвеса напрямую сказывается на величине и частотной характеристике звукопоглощения. Так, с увеличением расстояния высоты подвеса звукопоглощение в области низких частот для акустических потолков большинства фирм-производителей возрастает. Однако некоторые фирмы-производители ("Armstrong") в своих каталогах не указывают высоту подвеса конструкции подвесного потолка, поэтому при сравнении акустических характеристик потолков между собой это обстоятельство следует иметь в виду.

Для характеристики акустических свойств подвесного потолка может также применяться так называемый средний коэффициент звукопоглощения (NRC). Он рассчитывается как среднее арифметическое для коэффициентов звукопоглощения в четырех октавных полосах частот: 250, 500, 1000 и 2000 Гц, и предназначен, прежде всего, для оценки звукопоглощения в речевом диапазоне частот. Поскольку в офисных помещениях важен именно речевой диапазон, для выбора подходящей модели подвесного потолка корректно сравнивать их коэффициенты NRC. Акустический потолок может называться таковым при значениях NRC, превышающих 0,6-0,7.

К сожалению, в России большинство уже построенных офисов имеют неакустические подвесные потолки в тех помещениях, где звукопоглощающие потолки были бы чрезвычайно желательны. Всему виной - существенная разница в цене между чисто декоративными и акустическими моделями даже одних и тех же фирм-производителей. К примеру, очень широко распространенный в России (из-за своей дешевизны) потолок марки "Байкал", не имеющий даже тестов производителя на акустические свойства, почти на порядок дешевле модели акустического потолка "Armstrong Parafon".

К фирмам-производителям, специализирующимся на производстве именно акустических потолков можно отнести шведскую компанию "Ecophon", финскую компанию "Isover" (торговая марка "Ecophon"), датский концерн "Rockwool" (торговая марка "Rockfon"). Основной материал перечисленных акустических потолков - спрессованные плиты из супертонкого стекловолокна или тонкого минераловолокна. Дело в том, что на сегодняшний день - это лучшие звукопоглощающие материалы. Плиты затем окрашиваются или кашируются стеклохолстом, тканью или пленкой. Именно отделочное покрытие в большей степени влияет на характеристику звукопоглощения различных моделей акустических потолков. В общем, для таких потолков коэффициент звукопоглощения тем выше, чем лучше воздухопроницаемость (продуваемость) лицевой поверхности потолочной панели. Поэтому, при прочих равных условиях, модели с пленочным лицевым покрытием имеют заведомо худшее звукопоглощение, чем модели с окрашенной или тканевой микропористой поверхностью. Если поверхность акустического потолка пытаться окрашивать самостоятельно, то из-за закрашивания микропор звукопоглощающая способность такого потолка также может существенно ухудшиться.

Именно поэтому все акустические потолки автоматически имеют более высокую стоимость, так как их технология изготовления более сложная, а исходное сырье более качественное и дорогое.

Звукоизоляция подвесных потолков

В Европе и в США при строительстве офисов очень часто практикуется наличие общего надпотолочного пространства для группы из нескольких офисных помещений. То есть сначала в большом помещении (может быть на всем этаже здания) подвешивается подвесной потолок, а потом оно разделяется на требуемое количество больших и малых комнат посредством легких перегородок. Безусловно, здесь есть много плюсов. Например, возможность легкого и быстрого монтажа различных коммуникаций в общем надпотолочном пространстве. Вместе с тем, в таком случае подвесной потолок должен обладать дополнительными звукоизолирующими функциями, чтобы изолировать передачу звука из одного помещения в другое через надпотолочное пространство. Поэтому в каталогах фирм-производителей подвесных потолков (в том числе и акустических) появляются сведения о звукоизоляции. Здесь очень важно помнить, что звукоизолирующие способности подвесного потолка абсолютно не связаны с его звукопоглощающими (акустическими) свойствами. Для хорошей звукоизоляции плита потолка должна быть максимально тяжелой и герметичной (идеально подходит гипсовая плита с уплотнителем по периметру), а для хорошего звукопоглощения - легкой, мягкой и продуваемой. Хотя, конечно, существуют комбинированные модели подвесных потолков, где потолочная плита представляет собой сэндвич-панель, составленную из звукоизоляционного и звукопоглощающего слоев. Однако необходимо помнить, что собственная звукоизоляция потолка в дБ и коэффициент звукопоглощения потолочной конструкции a - величины, не связанные между собой и друг из друга не вытекающие.

Следует также отметить, что приведенные в каталогах данные абсолютно непригодны для оценки другой часто возникающей ситуации - дополнительной звукоизоляции существующего межэтажного перекрытия путем подвеса к нему данной модели подвесного потолка. Подобные проблемы в нашей стране возникают гораздо чаще, чем строительство офисов с общим надпотолочным пространством.

Акустические стеновые панели

Иногда для создания благоприятной акустической среды в помещении большого офиса недостаточно применения только подвесного акустического потолка. Расчет показывает, что для получения требуемых акустических характеристик помещения необходимо задействовать площади большие, чем площадь потолка. Как правило, это происходит в помещениях с очень высокими потолками. Тогда помимо подвесного звукопоглощающего потолка, а иногда и вместо него (если в силу определенных обстоятельств потолок нельзя закрывать подвесной системой), применяются стеновые акустические панели, имеющие также очень высокие характеристики звукопоглощения. Коэффициент NRC таких панелей колеблется в пределах 0,9-0,95. Стеновые акустические панели на сегодняшний день в Россию поставляет только одна компания - шведская фирма "Ecophon".

В случаях, когда помещение большого офиса разгораживается офисными перегородками, не доходящими до потолка (чтобы стоящий человек мог видеть весь зал целиком), акустические стеновые панели применяются для облицовки таких перегородок-экранов, чтобы повысить эффект звукоизоляции между кабинами.

Звукоизоляция комнат переговоров и кабинетов руководителей

Если переговоры проходят "за закрытыми дверями", необходимо проводить их в помещениях, отвечающих данным требованиям. Прежде всего - это комнаты переговоров и кабинеты руководителей. Существует ряд правил, позволяющих построить такие помещения грамотно. Конечно, мы не будем рассматривать здесь методики, позволяющие избежать прослушивания путем сканирования оконного стекла помещения для переговоров лазерным лучем из здания, стоящего напротив. Однако предпринять некоторые мероприятия, позволяющие значительно повысить звукоизоляцию ограждающих конструкций комнаты переговоров или кабинета, бывает весьма полезно.

Первое, самое важное, но как показывает практика, неочевидное правило - это обеспечение хорошей звукоизоляции входной двери в помещение. Лучшим средством для этого является устройство тамбура, т.е. последовательная установка двух дверей с воздушным промежутком между ними. Чем больше будет расстояние между дверьми, тем выше эффект. Помимо этого двери должны обязательно иметь порог и уплотнение по всему периметру притворов. Чем массивнее полотна дверей, тем лучше их звукоизоляция. Следует отметить, что стеклянные, пластиковые и полые двери для подобных помещений не подходят. То же относится и к откатным дверям (их практически невозможно качественно уплотнить). Внутри тамбура поверхности стен и внутренние поверхности дверей желательно обработать звукопоглощающими материалами (например стеновыми акустическими панелями "Ecophon").

Для обеспечения хорошей звукоизоляции помещения для переговоров или кабинета руководителя следует исключить общее надпотолочное пространство с соседними помещениями, для чего перегородки в таких помещениях необходимо выполнять до потолочного перекрытия. Также важно проконтролировать системы вентиляции и кондиционирования. В некоторых случаях через воздуховоды слышимость может быть настолько высокой, что в соседнем помещении не потребуется даже напрягать слух.

Звукоизоляции стен, пола и потолка в случае необходимости может быть увеличена специальными материалами и конструкциями дополнительной звукоизоляции. Для увеличения звукоизоляции стен и потолка применяются панели дополнительной звукоизоляции ЗИПС (Россия). Звукоизоляция пола увеличивается путем устройства конструкции "плавающего" пола (см. "Технологии Строительства" №4 2000).

Применение панелей ЗИПС обеспечивает до 13 дБ дополнительной звукоизоляции. Эту цифру можно арифметически сложить с собственной звукоизоляцией стены или перегородки. Допустим, исходная звукоизоляция стены была равна Rw=45 дБ (реальная звукоизоляция легкой перегородки). Применяя панели ЗИПС, мы увеличиваем общую звукоизоляцию стены до величины Rw=55-58 дБ. Это показатель хорошей звукоизоляции. При громком разговоре с уровнем L=80 дБА в соседнем помещении в дневное время трудно будет разобрать содержимое фраз (L=55 дБА). Тогда как при исходной звукоизоляции стенки в соседнем помещении можно было, особенно не напрягая слух, слушать весь разговор.

В зависимости от конструкции "плавающего" пола возможно получить от 5 до 12 дБ дополнительной изоляции воздушного шума для межэтажного перекрытия. Поскольку собственная звукоизоляция перекрытий редко бывает ниже Rw=50 дБ, суммарный эффект может превышать величину Rw=60 дБ, что является очень хорошим показателем.

Для увеличения звукоизоляционного эффекта, внутренние поверхности комнаты переговоров также рекомендуется обрабатывать звукопоглощающими материалами. В таких помещениях подвешивается акустический потолок и монтируются звукопоглощающие стеновые панели.

Большое разнообразие моделей, цветов и материалов отделки лицевых поверхностей существующих звукопоглощающих материалов открывает широкие возможности для создания оригинальных офисных интерьеров при соблюдении необходимых акустических требований.

Основные типы звукоизоляционных перегородок

С конструктивной точки зрения перегородки можно разделить на два класса: однослойные и многослойные.

Однослойные конструкции подразумевают использование какого-либо плотного строительного материала на жестком связующем (растворе). Это могут быть кирпичные, гипсолитовые, керамзитобетонные и даже железобетонные перегородки, где бетон играет роль и конструктивного материала, и связующего. Несмотря на то, что в одной перегородке возможна комбинация нескольких материалов, определяющим будет наличие только плотных материалов при условии жестких связей между всеми элементами конструкции (например, стена из пемзобетонных блоков на цементно-песчаном растворе, облицованная кирпичом).

Звукоизоляционные характеристики подобных конструкций определяются, прежде всего, их массой и улучшаются примерно на 6 дБ при двукратном увеличении массы стены. Пористость материала перегородки также играет роль в обеспечении ее звукоизоляционных качеств. Однако, как показывает практика, выигрыша за счет повышения пористости материала получить практически не удается из-за более существенных потерь звукоизоляции при соответственно уменьшающейся при этом поверхностной плотности такого материала.

Многослойные перегородки, как следует из названия, состоят из нескольких (минимум двух) чередующихся слоев жестких (плотных) и мягких (легких) строительных материалов. Плотные материалы (гипсокартон, кирпич, металл) проявляют здесь звукоизоляционные свойства и работают аналогично однослойным перегородкам: звукоизоляция тем выше, чем больше поверхностная плотность материала. Материалы легкого слоя выполняют звукопоглощающую функцию, т.е. структура материала должна быть такой, чтобы при прохождении сквозь нее звуковых колебаний последние ослаблялись за счет трения воздуха в порах материала. Следует отметить низкую эффективность применения в звукоизоляционных перегородках таких материалов, как пенопласт, пенополиуретан или пробка. Это связано с тем, что для хороших звукоизоляционных материалов они имеют недостаточную плотность, а для причисления их к классу звукопоглощающих материалов - слишком низкое поглощение из-за отсутствия возможности продувания воздухом.

Звукоизолирующая способность трехслойных вариантов многослойных перегородок (наиболее распространенный пример - каркасно-обшивная гипсокартонная перегородка) зависит от большего числа факторов, чем звукоизоляция однослойной перегородки. Увеличение плотности материала жестких слоев, увеличение расстояния между крайними слоями (т.е. увеличение общей толщины перегородки) и заполнение внутреннего пространства слоями специального звукопоглотителя (именно поглотителя, а не утеплителя) - вот основные пути достижения необходимой звукоизоляции.

Для реализации всего потенциала многослойных конструкций должно выполняться требование послойного прохождения звука через толщу перегородки. Проще говоря, в идеале звуковая волна должна последовательно пройти сначала только через первый жесткий слой, затем только через мягкий, затем только через второй жесткий слой и т.д. На практике же обязательное присутствие несущего каркаса приводит к тому, что звуковые колебания первого жесткого слоя передаются через общий каркас (или общий фундамент) на последний жесткий слой и переизлучаются им в защищаемое помещение. Таким образом, звуковая энергия по жестким элементам каркаса успешно минует специально заготовленные внутренние звукопоглощающие слои-ловушки, в результате чего реальная звукоизоляция многослойных конструкций оказывается значительно ниже расчетных значений.

В процессе рассмотрения звукоизолирующей способности данных типов перегородок неизбежно возникает вопрос: какой тип перегородок имеет лучшую звукоизоляцию при наименьшей толщине, массе и стоимости? Традиционный ответ звучит так: многослойные каркасные перегородки в качестве внутренних ограждающих конструкций предпочтительнее. При значительно меньшей массе (что очень важно для снижения нагрузок на перекрытия и фундамент) и толщине они имеют практически одинаковый (а иногда и больший) индекс изоляции воздушного шума (Rw), чем однослойные конструкции.

Однако, здесь важно понимание сущности индекса изоляции воздушного шума. Rw - это некая усредненная величина, с помощью которой можно быстро и достаточно объективно сравнивать звукоизоляционные характеристики строительных конструкций в отношении изоляции так называемых "бытовых шумов", то есть таких шумов, как звуки голоса, работающего телевизора, дребезга посуды, звонка телефона или будильника.

В отношении музыкальных центров с системами "Mega Bass", домашних кинотеатров, оснащенных мощными сабвуферами, и высококачественных систем прослушивания музыки, выбор конструкции перегородки, основанный только на значении индекса Rw, представляется не вполне корректным. Как, впрочем, и вся система нормирования звукоизоляции строительных конструкций, регламентирующая параметры их изоляции в частотном диапазоне от 100 Гц и выше. А ведь на сегодняшний день практически у любой качественной системы звуковоспроизведения частотный диапазон начинается с 20-40 Гц.

На рис.1 показаны графики звукоизоляции однослойной (неоштукатуренная стена в полкирпича) и многослойной (перегородка из ГКЛ) конструкций. По значениям индексов изоляции воздушного шума Rw гипсокартонная перегородка (Rw=48 дБ) превосходит кирпичную стенку (Rw=45 дБ) на 3 дБ. При этом толщины двух конструкций практически равны: толщина кирпичной стены без штукатурки - 120 мм, а толщина гипсокартонной перегородки - 125 мм. Однако, как видно из графиков, на частотах до 200 Гц звукоизоляция кирпичной стены превосходит звукоизоляцию гипсокартонной перегородки. И, в общем, данная закономерность справедлива практически для всех однослойных и многослойных конструкций одинаковой толщины. Вместе с тем уже в области средних частот звукоизоляция многослойных конструкций может существенно превышать изоляцию однослойных перегородок (именно за счет этого и происходит рост индекса Rw).

Поэтому при выборе конструкции внутренних перегородок необходимо четко представлять, для изоляции каких типов шумов и от каких источников данные перегородки предназначены.

Звукоизоляционные характеристики перегородок

Несмотря на некоторые недостатки индекса изоляции воздушного шума Rw, он, безусловно, является очень удобным параметром для быстрого сравнения звукоизоляции различных конструкций перегородок между собой и с нормативными величинами звукоизоляции ограждающих конструкций.

На территории Российской Федерации по-прежнему действует СНиП II-12-77 "Защита от шума", а в Москве с 1997 года действуют дополняющие и уточняющие МГСН 2.04-97 "Допустимые уровни шума, вибрации и требования к звукоизоляции в жилых и общественных зданиях". Несмотря на то, что в МГСН введено деление зданий по категориям комфортности (А, Б и В), в отношении требований к звукоизоляции стен и перегородок значительных изменений не произошло. Например, требование нормативной изоляции воздушного шума межкомнатными перегородками вне зависимости от класса жилья осталось на уровне Rw=43 дБ, как и 25 лет назад, а требование к индексу изоляции воздушного шума межквартирной стены ужесточилось всего на 2 дБ, и только по отношению к зданиям категории А (высококомфортные условия). То есть индекс изоляции воздушного шума межквартирной стены в таком здании должен быть не менее Rw=54 дБ, против Rw=52 дБ обязательных ранее для жилых зданий всех типов. А ведь шумовой фон в квартирах (не считая мощных источников, типа кинотеатров или Hi-End) за прошедшие десятилетия, по крайней мере, у нас в стране значительно вырос. В настоящее время практически в каждом доме и в каждой комнате имеется телевизор, телефон, магнитола, а в кухне и ванной комнате работают стиральная или посудомоечная машины, вытяжка и кондиционер. Домашний компьютер также вносит свой вклад в увеличение общего шумового фона.

Имеющийся опыт позволяет утверждать, что для современных условий индекс изоляции воздушного шума межкомнатной перегородки должен быть не менее Rw=52 дБ, а межквартирной стены - не менее Rw=62 дБ. Только при таких нормативных значениях ограждающих конструкций можно говорить об акустическом комфорте. Однако даже стена с Rw=62 дБ полностью не решит проблему звукоизоляции спальни, если сосед решил посмотреть в своем кинотеатре новый боевик. Практика показывает, что средний уровень звука при просмотре фильма в домашнем кинотеатре составляет LА=90 дБА. Таким образом, в помещении спальни уровень шума окажется в районе LА=30 дБА. И хотя это примерно соответствует предельному значению ночных норм по уровню шума в жилых помещениях (LАпред=30 дБА), чтобы действительно можно было говорить о чуть слышном или о вообще неслышном звуке уровень шума в комнате должен быть не выше LА=20 дБА.

Интересно, что шум, проникающий с улицы (прежде всего от автотранспорта), и существенно (более чем на 6 дБА) превышающий шум от соседей, вызывает гораздо меньшее раздражение, чем более слабые звуки: музыка, крики, смех и т.п. Это обусловлено психофизиологическими особенностями человеческого слуха, и в борьбе за акустический комфорт жилища с этим также приходится считаться.

Какие конструкции внутренних перегородок с индексом изоляции воздушного шума не менее 50 дБ можно предложить? Прежде всего, это легкие каркасные перегородки с обшивкой из гипсокартонных (ГКЛ) или гипсоволокнистых (ГВЛ) листов. С точки зрения звукоизоляции применение листов ГВЛ предпочтительнее. Во-первых, они имеют более высокую (почти в полтора раза) поверхностную плотность. Во-вторых - из-за технологии производства данный материал имеет более высокие внутренние потери, т.е. является менее звонким. Однако из-за более сложной технологии финишной отделки подавляющее большинство строителей, к сожалению, отдает предпочтение использованию ГКЛ.

Для получения высокой звукоизоляции необходимо использовать два независимых каркаса, на каждый из которых монтируются внешние слои обшивки. Помимо этого, элементы каркаса, связанные с боковыми стенами и перекрытиями, должны быть изолированы упругими прокладками, чтобы исключить косвенную передачу звука.

Общий звукоизоляционный эффект также зависит и от выбора материала среднего слоя. Главный критерий выбора такого материала - величина его безразмерного коэффициента NRC (NRC - усредненный по частотам коэффициент звукопоглощения), значения которого могут колебаться от 0 до 1. Чем ближе значение NRC к единице, тем выше звукопоглощающая способность материала. Для получения максимального эффекта рекомендуется выбирать материалы с NRC не менее 0,8. Так, например, специальный звукопоглощающий материал - минеральная плита "Шуманет-БМ" имеет значение NRC=0,9. Толщина поглощающего слоя должна составлять не менее 50% внутреннего пространства перегородки и быть не тоньше 100 мм (естественно, что при толщине каркаса 50-75 мм можно применить только один слой звукопоглотителя толщиной 50 мм).

Индекс изоляции воздушного шума каркасно-обшивной перегородки из двух листов ГВЛ 12 мм на каждом из двух независимых каркасах толщиной по 50 мм с воздушным промежутком между каркасами 10 мм составляет около Rw=53 дБ. При этом внутреннее пространство заполняется звукопоглощающей ватой толщиной 100 мм и общая толщина конструкции равна 160 мм.

Кирпичные перегородки из полнотелого красного кирпича, оштукатуренные с двух сторон, имеют следующие значения индекса звукоизоляции:

§                     стена в полкирпича (толщина со штукатуркой 150 мм) - Rw=47 дБ;

§                     стена в один кирпич (толщина со штукатуркой 280 мм) - Rw=54 дБ;

§                     стена в два кирпича (толщина со штукатуркой 530 мм) - Rw=60 дБ.

Таким образом, для изоляции "бытовых" шумов более предпочтительным является использование легкой перегородки из ГВЛ толщиной 160 мм, имеющей уровень звукоизоляции, сопоставимый по величине с аналогичным параметром более массивной стены толщиной в один кирпич (280 мм).

Причины снижения звукоизоляционных характеристик перегородок

Наверное, нет ни одной статьи, посвященной проблеме звукоизоляции легких перегородок, где бы ни говорилось о важности установки упругих прокладок в местах примыкания направляющих профилей каркаса к стенам и перекрытиям. Однако на практике крайне редко встречаются строители, которые бы добросовестно выполняли подобные мероприятия. Как правило, необходимость установки таких прокладок осознается уже после монтажа и обработки всех поверхностей, когда изменить что-либо не представляется возможным.

Помимо ухудшения звукоизоляции перегородок, отсутствие упругих прокладок по контуру закрепления приводит к повышенной передаче косвенных шумов из других помещений и этажей. Даже если к звукоизоляции в отношении соседнего помещения претензии отсутствуют, такая перегородка может преподнести неприятный сюрприз, переизлучая шумы, например, от соседей сверху или снизу.

Здесь также уместно упомянуть о передаче косвенных шумов однослойными конструкциями. Безусловным лидером среди перегородок с плохой звукоизоляцией является стена из гипсолитовых блоков со стандартной толщиной 80 мм. Мало того, что ее индекс изоляции воздушного шума не превышает Rw=40 дБ, что недостаточно даже по действующим нормам (Rwнорм=43 дБ); но, кроме всего прочего, конструкция, выполненная из этого материала, является отличным проводником и излучателем структурных шумов. В качестве примера можно привести ситуацию, когда в одной из комнат квартиры, со стороны стены, выполненной из гипсолитовых блоков, был слышен звук соседского рояля. Создавалось полное впечатление, что музыкант живет в квартире, расположенной рядом. Каково же было удивление присутствующих, когда выяснилось, что рояль находится у соседей снизу!

Невысоко оцениваются звукоизоляционные свойства семищелевого и многопустотного красного кирпича. Это тот самый случай, когда внутренние пустоты вносят в повышение звукоизоляции гораздо более скромный вклад, чем снижение звукоизоляции за счет уменьшения поверхностной плотности такой стены. Ко всему прочему перегородки из семищелевого кирпича прекрасно проводят и излучают звук. Для уменьшения передачи и излучения структурного шума стеной из этого материала можно рекомендовать засыпку внутренних полостей кирпичей песком.

Необходимость заполнения внутреннего пространства звукопоглотителем при монтаже легких перегородок и облицовок из ГКЛ для некоторой части строителей, к сожалению, не является очевидным фактом. Так как для внутренних перегородок проблема теплоизоляции, как правило, не возникает, очень часто единственным "звукопоглотителем" внутри перегородки оказывается воздух. В этом случае возможно существенное снижение звукоизоляции конструкции (на собственных резонансных частотах), когда перегородка становится подобной барабану. Поэтому заполнение внутреннего пространства звукопоглощающим материалом крайне важно, причем это должен быть материал с как можно более высоким коэффициентом звукопоглощения (желательно не менее NRC=0,8).

Одной из типичных причин снижения звукоизоляции перегородок всех видов являются банальные щели и отверстия в конструкциях. Наличия небольшой сквозной трещины в углу межквартирной стены вполне достаточно, чтобы не напрягая слух, слышать разговор соседей. Для того чтобы перестать различать слова, необходимо лишь хорошо заделать такую щель раствором.

При этом хотелось бы развеять миф о хороших звукоизоляционных свойствах монтажной пены. Благодаря удобству ее применения возникает искушение "запенить" ненужное отверстие или образовавшуюся щель. Однако звукоизоляционные свойства монтажной пены очень слабые, несмотря на ее пористость (а скорее благодаря последней). Поэтому заделанные таким образом отверстие или щель продолжают вполне успешно излучать звук, пусть и с небольшими потерями. Для устранения щелей и отверстий рекомендуется использовать акриловые или силиконовые герметики, тем более что последние обладают хорошей эластичностью - важной особенностью материала для заделки всякого рода трещин.

Следует иметь в виду, что два слоя обшивочного материала обеспечивают большую герметичность каркасно-обшивной перегородки, чем один слой удвоенной толщины. При этом листы ГВЛ или ГКЛ монтируются так, чтобы швы первого и второго слоев не совпадали (внахлест).

Увеличение звукоизоляции существующих перегородок

В случае недостаточной звукоизоляции каркасно-обшивной перегородки из ГКЛ, прежде всего, необходимо рассмотреть вышеперечисленные "типовые" причины и устранить их. Если это сделать по каким-либо причинам невозможно, единственно верным решением является установка дополнительной каркасной облицовки или применение готовых панелей дополнительной звукоизоляции ЗИПС.

Для того чтобы увеличить звукоизоляцию легкой перегородки на DRw=10 дБ, необходимо параллельно ей установить дополнительную каркасную перегородку. Гипсоволокнистые листы толщиной 12 мм монтируются в два слоя со стороны защищаемого помещения на каркасе из П-образных металлических профилей шириной 100 мм. Внутреннее пространство заполняется двумя слоями звукопоглощающей ваты "Шуманет-БМ" толщиной 50 мм каждый. При этом направляющий профиль монтируется только к полу, потолку и боковым стенам через упругую прокладку "Вибросил" с отступом от существующей стены около 10 мм, чтобы избежать соприкосновения с ней элементов каркаса (стоечных профилей). Общая толщина дополнительной звукоизоляционной конструкции составляет около 135 мм.

Те же DRw=10 дБ могут быть получены путем монтажа на защищаемую стену панелей дополнительной звукоизоляции ЗИПС-7-4 толщиной 70 мм. Панель ЗИПС - это готовая к применению сэндвич-панель (многослойная конструкция), где чередуются звукоизоляционные (листы ГВЛ) и звукопоглощающие (сверхтонкое стекловолокно) слои. Толщина звукоизолирующей панели и количество слоев может изменяться в зависимости от требований конкретной акустической задачи (от 40 до 130 мм). Единственным условием применимости панелей ЗИПС в данном случае является достаточная несущая способность исходной перегородки.

Одним из главных достоинств панелей ЗИПС является исключение путей косвенной передачи звука на панель, и тем самым, увеличение ее дополнительной звукоизоляции. Крайне редко возникают ситуации, когда только одна общая для двух помещений стена излучает шум. Как правило, вместе с ней шум также переизлучают все боковые стены, перекрытия пола и потолка. Конечно, интенсивность звука на них может быть несколько меньше, однако именно к ним монтируются (пусть даже и через упругую прокладку) направляющие профили дополнительной каркасной перегородки из ГВЛ. Панели ЗИПС не имеют жестких связей по контуру, поэтому они эффективны не только в отношении шума, проходящего через стену, на которой они закреплены, но и шума, передающегося от боковых стен и перекрытий.

В случае необходимости увеличения звукоизоляции однослойной перегородки (кирпичной стены и т.п.), панели ЗИПС также являются одним из самых эффективных средств дополнительной изоляции. Комбинация массивной однослойной стены и легкой многослойной облицовки также позволяет решить проблему звукоизоляции от источников звука с мощными низкочастотными составляющими. В этом случае кирпичная стена определяет уровень звукоизоляции на низких частотах, где решающее значение имеет только масса преграды, а на средних и высоких частотах в дело вступает панель дополнительной изоляции ЗИПС.

Все вышесказанное справедливо и в отношении дополнительной каркасной облицовки, но ее эффективность при прочих равных условиях оказывается существенно ниже из-за перечисленных недостатков.

В процессе организации и оснащения домашних кинотеатров, акцент традиционно делается на электротехнические характеристики акустической аппаратуры. Чем они выше, тем точнее воспроизводится запись и, следовательно, тем дороже оборудование кинотеатра. И все же, как показывает опыт, параметры звука зависят не только от возможностей технических средств...

Московская студия архитектуры и дизайна "АТТИКА" в сотрудничестве с Институтом акустики им. Андреева создала проект частного кинотеатра, не имеющего на сегодняшний день аналогов. Подвальное помещение в загородном доме было превращено в высокотехнологичный кино- и звукозал для просмотра кинокартин и прослушивания аудиозаписей. О том, какое значение заказчик уделял качеству звуковоспроизведения, говорит тот факт, что проект кинозала выделялся в самостоятельное направление, и бюро было поручено заниматься только этой работой. Проанализировав требования заказчика, проектировщики пришли к выводу, что, в данном случае речь должна идти о профессиональном озвучивании помещения. Выполнение такой задачи требовало соблюдения максимального количества довольно специфических условий и норм, с которыми в обычной проектной практике архитектор не сталкивается. Поэтому было принято решение обратиться за помощью к сотрудникам Института акустики им. Андреева. Рабочую группу возглавили ведущие российские специалисты в области электроакустики: кандидат технических наук А. Гайдаров (вице-президент московского отделения Всемирного Общества инженеров электроакустиков), кандидаты технических наук В. Белов и М. Ланне.

В идеальном случае при воспроизведении звукозаписи слушатель должен воспринимать только то, что записано в студии. Любые, не предусмотренные в процессе записи отражения акустической волны будут искажать звуковую картину. Следовательно, акустические свойства помещения, в котором размещается звуковоспроизводящая техника, оказывают самое непосредственное влияние на распространение и распределение звуковой волны. Поэтому все основные этапы проектирования были посвящены формированию акустической среды, которая находилась в тесной связи с функционально-эстетической организацией объема кинозала.

На первой стадии работ появился визуальный ряд, содержащий в себе основные предложения по отделке интерьера и его предметному насыщению. Выбранная авторским коллективом концепция следования стилистике 20-х годов ХХ в. возникла как ассоциативное обращение к эпохе расцвета кинематографа. Для работы над архитектурным проектом потребовалось провести серьезные исследования в области истории искусств и дизайна. В частности, в интерьер были введены витражи, созданные по мотивам произведений известного дизайнера и ювелира того времени Рене Лалика (Rene Lalique). На стекле методом химического травления выполнялись декоративные горельефные композиции, с характерной для этой техники обработки стекла тонкой моделировкой формы. Вместе с тем, проект предусматривал устройство потолка с глубокими кессонами и широкое применение в отделке помещения пробки и шпона из древесины ценных пород.

После того как с архитектурным предложением ознакомились инженеры из Института акустики, работы вступили в новую фазу. Необходимо было увязать дизайн интерьера с акустическим проектом. На основании результатов расчетов акустических параметров помещения специалисты по акустике определили критерии выбора отделочных материалов и обозначили их распределение в объеме кинозала. Таким образом, выявилась явная зависимость архитектурной части проекта от акустических характеристик будущего кинозала. В этой ситуации архитекторам предстояло средствами дизайна найти точное выражение основополагающих законов распределения звука в помещении. При этом основная задача, которую следовало решить творческому коллективу, состояла в том, чтобы свести к минимуму эффект звукоотражения. Поэтому в структуре отделки особое значение придавалось звукопоглощающим материалам. Для их подбора были составлены таблицы зависимости акустических характеристик материалов от физических свойств. Поскольку представители торгующих организаций не всегда могли предоставить архитекторам интересующую их информацию, проектировщикам зачастую приходилось заниматься сбором образцов материалов. Затем в Институте акустики под руководством кандидата технических наук В. Белова проводилось тестирование собранных образцов с целью определения их способности к звукопоглощению. Все замеры осуществлялись в специально оборудованной акустической камере. На основании выявленных акустических свойств отделочных материалов и с учетом пропорций помещения создавалась математическая модель распределения звуковых волн в объеме кинозала. Полученные таким образом данные использовались для определения электротехнических параметров звуковоспроизводящих устройств, и отрабатывались возможные варианты комплектации кинозала необходимой акустической аппаратурой.

По мере формирования перечня материалов, которые предстояло использовать в отделке кинозала, архитектурный проект постоянно корректировался и насыщался конкретными конструкторско-технологическими решениями. Исходя из рекомендаций инженеров-электроакустиков стены помещения должны быть покрыты панелями, состоящими из двух слоев пробкового конгломерата различной толщины, между которыми размещались алюминиевые листы. Кроме того, панели, обращенные к фронту акустической волны, предстояло пропитать фисташковым лаком. Пробковые панели необходимо жестко закрепить к стене и между ними, в местах стыков, организовать демпфирующие зазоры, заполненные рейками из мягкого пористого бальзового дерева, обладающего хорошим звукопоглощением. Бальзовые рейки, как и фронтальные акустические панели, следовало пропитать фисташковым лаком. Благодаря особому сочетанию пробкового конгломерата, бальзы, листового алюминия и фисташкового лака удалось достичь необходимых показателей отражения и поглощения звуковой волны.

Стяжку под напольное покрытие требовалось выполнить по особой технологии, когда в выравнивающий состав добавляются распушенная целлюлоза, волокна которой способствуют звукопоглощению. В качестве напольного покрытия был использован акустически пассивный ковер со специально подобранной жесткостью ворса.

Любопытно, что целый ряд архитектурных предложений по отделке помещения был сразу поддержан специалистами Института акустики, хотя для их реализации потребовалось внесение определенных уточнений в отношении толщины и сочетаемости различных материалов. В частности, это касалось пробкового покрытия стен и подвесного кессонированного потолка. Для потолочных конструкций была выбрана технология компании "КНАУФ ГИПС". Поскольку в данном случае речь шла о ячеистом потолке, несущая система монтировалась с шагом в два раза меньшим, чем это определено производителем. Зазор между плитой перекрытия и потолочными панелями заполнялся базальтовой ватой, которая запрессовывалась туда со значительным усилием. Во избежание образования резонирующих полостей все коммуникационные полости в стенах вскрывались и также заполнялись минеральной ватой.

Входные двери - двухкамерный стеклопакет в алюминиевом профиле, поверх которого наклеивались демпфирующие фальш-филенки из бальзы. Так как бальза не отличается декоративными свойствами, окончательная отделка дверей производилась шпоном из древесины тропической породы с последующей пропиткой натуральным растительным маслом.

В интерьере много стекла, которое в соответствии с архитектурным замыслом задает основную тему декоративного решения. Однако по требованию акустиков все стеклянные элементы (полочки, остекление шкафов и т.д.) были жестко зафиксированы (вклеены) или установлены с демпфирующей прокладкой из пористой резины. Задники шкафов и стеллажей оклеены пробковым листом и окрашены серебристой краской. Выполняя функцию демпфера, задники одновременно являются фоном для DVD-дисков и видеокассет, а также для экспозиции коллекции старинной кино- и фотоаппаратуры.

Проекционный экран, закрывающийся шторами, смонтирован в объемной раме коробчатой конструкции и несколько утоплен по отношению к ее фронтальной плоскости. В нижней части короба размещен сабвуфер. Коробчатая рама изготовлена из листов гипсокартона, ее основание заполнено песком, а верхняя часть - минеральной ватой "Шуманет". Поверхность короба зашпаклевана выравнивающим составом с добавлением распушенной целлюлозы, зашлифована и окрашена латексной краской.

Особое внимание было уделено созданию комфортных условий пребывания в помещении. В систему светотехнического оборудования был введен диммер - устройство плавной регулировки уровня освещенности. В то же время, при отключении общего света в комнате остается местная подсветка. Она осуществляется благодаря встроенным в мебель точечным светильникам, свет которых рассеивается при помощи полок из матового стекла. Мягкое освещение снимает утомляемость глаз во время демонстрации фильма и позволяет ориентироваться в пространстве зала. Кроме того, в зале предусмотрен пол с подогревом до 18-20°С. Такая температура не снижает тонус сосудов и не приводит к варикозному расширению вен.

Длительное нахождение в кинотеатре при закрытых дверях потребовало оснащения помещения микроклиматическим оборудованием: вентиляцией, кондиционером, а также системами охлаждения и поддержания влажности. В связи с этим пришлось соблюсти еще одно важное условие - все агрегаты должны работать бесшумно. Для того чтобы исключить малейший фоновый звук, архитекторы применили разнесенные воздухозаборники с вентиляционными решетками лабиринтного типа - всего боле 50 решеток, расположенных на пересечении кессонов.

В результате детальной проработки функциональной среды кинозала возникла многоступенчатая структура, включающая в себя различные сетевые блоки, одни из которых должны действовать синхронно, другие - последовательно или независимо друг от друга. Для обеспечения четкой и слаженной работы всей исполнительной автоматики инженеры-схемотехники создали систему управления и контроля, в конфигурацию которой введен центральный процессорный модуль. Поскольку зал насыщен дорогостоящей энергозависимой аппаратурой, чутко реагирующей на скачки напряжения в сети, система электропитания имеет стабилизирующее устройство. Во избежание нежелательных последствий аварийного сбоя в энергоснабжении предусмотрен источник бесперебойного питания, который в течение 30 мин. в автономном режиме будет осуществлять подачу электроэнергии. Как показывает опыт, этого времени вполне достаточно для отключения от сети всего электрооборудования.

Благодаря совместным усилиям архитекторов, специалистов по электроакустике и представителей других инженерных специальностей, удалось реализовать новейшую комплексную программу по организации домашнего кинотеатра. В состав данного проекта вошли архитектурная часть, сложнейший инженерный и акустический проекты, содержащие в себе специально разработанные технологии, направленные на достижение максимального качества воспроизведения звука и изображения. Эта работа задает принципиально новый уровень в решении подобных задач и выделяет этот вид проектных услуг в отдельное направление архитектурной, научной и инженерной деятельности.

В предыдущей статье, посвященной увеличению звукоизоляции перегородок, в качестве основной акустической характеристики строительных конструкций рассматривался индекс изоляции воздушного шума Rw со всеми его плюсами и минусами. Тот факт, что для конструкций межэтажных перекрытий в строительной нормативной документации дополнительно введен еще один звукоизоляционный показатель - индекс приведенного уровня ударного шума Ln,w, указывает на то, что проблема обеспечения требуемой звукоизоляции перекрытий усложняется как минимум вдвое. Это подтверждает практика - по статистике более половины жалоб жильцов на повышенный шум можно отнести к категории "шум от соседей сверху", причиной чему служит именно недостаточная звукоизоляция перекрытий.

Нормативными документами, регламентирующими звукоизоляционные свойства строительных конструкций, в настоящее время являются СНиП-II-12-77 "Защита от шума" и нормы МГСН 2.04-97 "Допустимые уровни шума, вибрации и требования к звукоизоляции в жилых и общественных зданиях", действующие на территории Москвы с 1997 года на правах дополняющего и уточняющего документа. Строительные нормы МГСН 2.04-97, как и полагается относительно новому изданию, представляют из себя более развернутый документ. В нем требования к звукоизоляционным характеристикам строительных конструкций варьируются в зависимости от заданной категории комфортности здания. В современных экономических условиях это весьма важно, поэтому проектирующие и инспектирующие организации даже в других крупных городах и регионах России охотно применяют нормы МГСН в своей работе.

Для конструкций межэтажных перекрытий жилых зданий согласно нормам МГСН 2.04-97 в качестве нормативных значений приняты следующие величины.

С величиной требуемой изоляции воздушного шума дело обстоит относительно просто. В массовом многоэтажном строительстве данный вопрос издавна решается путем производства сборных железобетонных элементов или выполнения монолитных перекрытий требуемой поверхностной плотности и толщины.

Для многопустотных железобетонных плит толщиной 220 мм и вибропрессованных железобетонных плит толщиной 160 мм индекс изоляции находится примерно на грани Rw=52 дБ.

Но для плит перекрытия толщиной 140 мм, из которых, например, в Москве возведена значительная часть жилого фонда, индекс изоляции воздушного шума редко превышает Rw=51 дБ. И это при том, что введенный еще в 1977 г. СНиП устанавливает минимальное значение индекса изоляции воздушного шума перекрытием не менее Rw=52 дБ! К слову сказать, в нормах МГСН историческая справедливость, а вернее несправедливость, узаконена - здания с подобными стенами и перекрытиями отнесены к категории В. Величина требуемой изоляции воздушного шума стенами и перекрытиями между квартирами для домов данной категории снижена на 2 дБ по сравнению со СНиП от 1977 года и составляет Rw=50 дБ. Тем самым без проведения каких-либо дорогостоящих мероприятий звукоизоляция громадного количества жилых зданий стала удовлетворять требованиям нормативных документов.

Так или иначе, звукоизолирующая способность перекрытия в отношении воздушного шума формируется на стадии заводского изготовлении строительных элементов. И если плотность бетона при изготовлении не была существенно нарушена, в зависимости от выбора той или иной конструкции перекрытия можно с большой степенью уверенности предсказать ее звукоизоляцию. Задача строителей в области изоляции воздушного шума сводится к тому, чтобы при возведении здания дополнительно не испортить ее посредством многочисленных щелей между плитами или незаделанными технологическими отверстиями (например, под трубы отопления) в перекрытиях между квартирами. В настоящее время при строительстве "элитного" монолитного жилья категории А толщина межэтажных перекрытий может доходить до 250 мм. Индекс изоляции воздушного шума при этом оказывается равным Rw=55 дБ и выше.

При этом, когда здание уже построено, вряд ли возможно без проведения капитального ремонта уменьшить толщину несущих плит перекрытия. Таким образом, если при строительстве был получен неплохой показатель изоляции воздушного шума, то он, скорее всего, таковым и останется, по крайней мере, на ближайшие годы (до образования сквозных трещин).

С обеспечением требуемой изоляции ударного шума - показателем уровня приведенного ударного шума под перекрытием - дело обстоит гораздо хуже. Во-первых, какая изоляция будет получена: плохая или хорошая, практически целиком определяется на месте непосредственными исполнителями, т.е. строителями. Во-вторых - никто не даст гарантию, что новый жилец во время последующего ремонта не уничтожит дополнительную звукоизоляционную конструкцию поверх плиты перекрытия, радикально ухудшив тем самым изоляцию ударного шума.

Дело здесь в следующем: величина изоляции ударного шума хотя и определяется массивностью конструкции, однако даже при полутораметровой толщине перекрытия (что характерно исключительно для бомбоубежищ), все равно не удовлетворяет нормативным требованиям. К примеру, уже упоминавшееся монолитное железобетонное перекрытие толщиной 250 мм имеет уровень приведенного ударного шума около Ln,w=74 дБ. Как видно из таблицы, данное значение намного превышает все приведенные там предельно допустимые уровни.

Категории зданий:

§                     Категория А - высококомфортные условия;

§                     Категория Б - комфортные условия;

§                     Категория В - предельно допустимые условия.

Необходимо сказать несколько слов в отношении самого стандарта и методики оценки уровня ударного шума. Если рост индекса Rw свидетельствует об улучшении звукоизоляционных характеристик перекрытия, то в отношении изоляции ударного шума ситуация улучшается, если значение уровня шума под перекрытием становится меньше. При проведении акустических испытаний в специальной камере на перекрытие сверху устанавливают так называемую "топальную" машину, которая молотит по полу специально тарированными молоточками с заданной частотой. Уровень шума, создаваемый машиной, измеренный в нижерасположенном помещении (с поправками на стандартизацию измерений) и представленный одним числом, называется приведенным уровнем ударного шума. Таким образом, чем меньше данный индекс, тем лучше с акустической точки зрения конструкция перекрытия.

Увеличение изоляции ударного шума перекрытием

Если уровень изоляции воздушного шума определяется, прежде всего, массивностью и толщиной самой плиты перекрытия, то в отношении изоляции ударного шума проблема всегда решается за счет дополнительных конструкций. Снижение уровня ударного шума производится либо посредством устройства на несущей плите перекрытия дополнительной конструкции пола на упругом основании, т.н. "плавающего пола", либо применением в качестве чистового покрытия пола материалов с собственными высокими показателями снижения уровня ударного шума (линолеум, ковролин и т.п.).

Железобетонная плита перекрытия толщиной 140 мм без покрытия имеет индекс приведенного уровня ударного шума около Lw,n=80 дБ. В отличие от "недостающих" до нормы в случае с воздушным шумом пары-тройки децибел, здесь разница с предельно допустимым значением (Lw,n=60 дБ для зданий категории В) составляет целых 20 дБ. Это примерно соответствует случаю, когда сосед сверху прямо на перекрытие уложил керамическую плитку. При этом в нижнем помещении становятся слышны абсолютно все перемещения сверху. И если в предыдущей публикации речь шла о том, что существующие санитарные нормы и понятие акустического комфорта - вещи, расположенные достаточно далеко друг от друга, то что же можно сказать в данном случае?

Вариант, когда на плиту перекрытия без всяких звукоизоляционных мероприятий укладывают через лист фанеры штучный паркетный пол, прочно занимает второе место на пьедестале ночных кошмаров нижних соседей. Следует отметить, что ситуация с широко распространенной на рынке паркетной доской с акустической точки зрения гораздо лучше. По технологии укладки между основанием (плитой перекрытия) и самой доской обязательно должен быть проложен упругий слой. В зависимости от звукоизоляционных показателей упругого слоя с точки зрения изоляции ударного шума могут быть получены неплохие показатели. Например, применение в качестве подложки под паркетную доску рулонного материала "Шуманет-100" c индексом изоляции ударного шума Ln,w=18 дБ позволяет добиться соответствия требованиям строительных норм для зданий минимальной категории комфортности (Ln,w=60 дБ) в случае бетонного перекрытия толщиной 160 мм.

Однако самым эффективным методом борьбы с ударным шумом является применение следующей конструкции плавающего пола (рис.1). На плиту перекрытия укладывается слой упругого звукоизоляционного материала, поверх которого устраивается выравнивающая стяжка. При этом края звукоизоляционного материала следует заводить на стены по всему периметру изолируемого помещения для того, чтобы стяжка не имела жестких связей по контуру т.н. "звуковых мостиков", наличие которых приводит к существенному снижению эффекта звукоизоляции.

На этапе строительства или ремонта существуют две опасности для благополучного устройства изоляции ударного шума. Первая заключается в том, что звукоизоляцию вообще не выполнят, считая данные затраты лишними. В случае с отдельно взятым владельцем отдельно взятой квартиры аргумент таков: "Я не так богат, чтобы оплачивать покой моего соседа снизу".

Вторая опасность - что звукоизоляцию выполнят, но со звуковыми мостиками. К сожалению, даже там, где дальновидные проектировщики и инвесторы предусмотрели грамотное устройство пола, всегда найдется нерадивый прораб, не объяснивший рабочим смысл данного мероприятия. В результате нередко приходится выдалбливать стяжку по периметру помещения в надежде получить запланированный эффект.

На сегодняшний день на рынке существует огромный выбор материалов, которые можно с большим или меньшим успехом использовать под стяжку в качестве упругого слоя. Это всякого рода материалы на основе вспененного пенополиэтилена (ППЭ), пробки, резины, иглопробивных стеклянных и синтетических волокон, минеральной и стеклянной ваты.

Среди этого множества хотелось бы выделить несколько материалов, имеющих наиболее высокие акустические свойства. Прежде всего - это плиты из стеклянного штапельного волокна "Шуманет-П60" толщиной 20 мм. При устройстве поверх них стяжки с поверхностной плотностью не менее 80 кг/м³ индекс изоляции ударного шума такой конструкции равен Ln,w=37 дБ. Это позволяет с большим запасом удовлетворить самым жестким требованиям к уровню ударного шума (Ln,w=55 дБ) при любой толщине несущей плиты перекрытия. Для примера, звук разбиваемой об пол стеклянной бутылки в нижнем помещении воспринимается как падение легкой монеты. Более тонкий рулонный материал "Вибросил-Е" толщиной 11 мм, уложенный под стяжку с поверхностной плотностью не менее 80 кг/м³, обеспечивает снижение уровня ударного шума на Ln,w=32 дБ.

Необходимо отметить, что все упомянутые материалы, особенно при их небольшой толщине, являются исключительно изоляторами ударного шума. Их способность снижать шум в нижерасположенном помещении проявляется только при использовании в качестве упругой прокладки в конструкции плавающего пола. Применение данных материалов для повышения звукоизоляции путем нанесения их на потолок или стены со стороны нижнего помещения лишено практического смысла.

Увеличение изоляции воздушного и ударного шума перекрытием со стороны нижерасположенного помещения

Проблема увеличения изоляции межэтажного перекрытия со стороны нижерасположенного помещения крайне актуальна как в случае шумов воздушного происхождения, так и по отношению к ударному шуму.

Когда два вертикально расположенных помещения (квартиры) принадлежат разным владельцам, договориться о совместном выполнении звукоизоляционных работ зачастую невозможно. А поскольку от ударного шума всегда страдает сосед снизу, именно ему предстоит расплачиваться за чью-то нерадивость. При этом важно представлять, что те 20 дБ снижения уровня ударного шума, которые легко могли быть получены при устройстве плавающего пола со стороны верхнего этажа, никакими средствами не могут быть наверстаны со стороны нижнего этажа. Практика показывает, что эффективность звукоизоляционных мероприятий "снизу" редко превышает величину 15 дБ.

В случаях с расположенными на первых этажах жилых зданий шумными помещениями - кафе, ресторанами или магазинами - возникает обратная задача. Требуется защитить вышерасположенные жилые помещение от громких звуков (воздушного шума), особенно в ночное время. Также при устройстве студии звукозаписи или любого другого помещения, где должна обеспечиваться полная тишина, межэтажное перекрытие обязательно должно быть дополнительно изолировано. Причем на предмет шумов любого типа.

На сегодняшний день одной из самых эффективных конструкций дополнительной звукоизоляции считается подвесной потолок из гипсоволокнистых листов (ГВЛ) с шарнирными подвесами в сочетании с подвесным звукопоглощающим потолком, расположенным ниже.

Нижеприведенная схема дополнительной звукоизоляции перекрытия применялась в одном из московских ресторанов, расположенном на первом этаже жилого дома.

Измеренный индекс изоляции воздушного шума исходной конструкцией перекрытия, представляющей собой многопустотные железобетонные плиты толщиной 220 мм, составил Rw=48 дБ (расчетное значение Rw=52 дБ). Согласно действующему СНиП индекс изоляции воздушного шума перекрытием между жилыми квартирами и расположенными внизу ресторанами должен быть не менее Rw=62 дБ. Таким образом, с помощью конструкции подвесных потолков необходимо добавить не менее Rw=14 дБ.

Была предложена следующая конструкция подвесных потолков (рис. 2):

§                     к плите перекрытия (поз. 1) на регулируемых подвесах "ТИГИ-Кнауф" (поз. 2) подвешивается потолочный профиль ПП-60/27 (поз. 3). Шаг подвеса равен 500 мм. При этом все подвесы (поз. 2) имеют шарнирный подвес через уголки с отверстиями (поз. 12), которые одной стороной крепятся к плите перекрытия на анкерных дюбелях (поз. 13);

§                     к потолочному профилю крепятся два слоя малоформатных гипсоволокнистых листов (поз. 4) толщиной по 10 мм. При этом места стыковки листов ГВЛ со стенами (поз. 5) выполняются без пристенных направляющих профилей ПН через виброизолирующую прокладку "Вибросил-К" толщиной 6 мм (поз. 6);

§                     относ данной конструкции подвесного потолка из ГВЛ от плиты перекрытия составляет около 400 мм. В пространство между плитой перекрытия и листами ГВЛ укладываются 3 слоя звукопоглощающей ваты "Шуманет-БМ" толщиной по 50 мм (поз. 7);

§                     ниже подвесного потолка из ГВЛ на относе 400 мм подвешивается звукопоглощающий подвесной потолок марки "Ecophon" модель "Harmony" (поз. 8) на собственной подвесной системе (поз. 9, 11) с применением пристенного уголка (поз. 10);

§                     поверх плит подвесного потолка "Ecophon" укладывают два слоя звукопоглощающей ваты "Шуманет-БМ" толщиной по 50 мм (поз. 7).

Вышеприведенная схема устройства дополнительной звукоизоляции перекрытия с некоторыми изменениями применяется также при строительстве студий, концертных залов и кинотеатров.

Для решения более "скромных" акустических задач величины воздушных зазоров в конструкциях потолков могут уменьшаться, конструкция может упрощаться, т.е. выполняться частично. Например, для снижения ударного и воздушного шума от соседей сверху в панельных и блочных домах с высотой потолка до 2.8 м чаще всего используется более простая схема. К плите перекрытия подвешивается подвесной потолок "Ecophon Harmony" (поз. 8, 9, 10, 11 на рис. 2) с двумя слоями звукопоглощающей ваты "Шуманет-БМ" толщиной по 50 мм (поз. 7 на рис. 2), которая помещается во внутреннее пространство между плитой перекрытия и акустическим потолком. Общая толщина звукопоглощающего потолка в таком случае составляет 170 мм, а величина снижения шума в защищаемом помещении (в зависимости от ситуации) равна 8-10 дБА.

Для всех конструкций с использованием подвесного потолка из ГВЛ принципиально важными являются следующие решения:

§                     наличие шарнирной конструкции подвеса каркаса гипсоволокнистого потолка, когда крючок регулируемого подвеса "ТИГИ-Кнауф" (поз. 2 на рис. 2) вставляется в отверстие в уголке (поз. 12 на рис. 2) и жестко не закреплен;

§                     отсутствие жестких связей каркаса и листов ГВЛ со стенами (примыкание к стенам через виброизолирующую прокладку "Вибросил-К" толщиной 6 мм (поз. 6 на рис. 2).

В заключение необходимо отметить, что при проведении любых звукоизоляционных работ следует внимательно относиться к проблеме косвенной передачи шума в здании. Через "третьи" стены и перегородки может быть настолько сильная звукопередача, что, игнорируя данный факт и направляя все усилия на дополнительную звукоизоляцию одного перекрытия, можно не получить ожидаемого акустического эффекта.

Соседи сверху постоянно топают. У соседей снизу без перерыва лает собака. Соседи слева вечно перестраивают квартиру и мучают вас жужжанием дрелей и стуком молотков. Соседи справа даже ночью на полной громкости слушают музыку. Входную дверь колышет эхо от ремонта на последнем этаже. За окном - оживленный проспект, рев моторов и вой сигнализаций. Что делать? У вас есть выбор. Первый вариант: можно героически терпеть весь этот шум. Но имейте в виду: интенсивное воздействие звука опасно для здоровья. Оно вызывает агрессию, стресс и даже ухудшение слуха. Второй вариант - звукоизолировать помещение. Тем, кто выбрал второе, посвящается...

Устанавливаем личность

Для того чтобы бороться с врагом, надо знать его в лицо. Откуда берется звук? Это результат колебания воздуха от механического колебания, которое возникает в твердом теле. Вы хлопнули в ладоши, ударили мячом об пол или напрягли голосовые связки - родилась звуковая волна, обладающая энергией. Что происходит дальше? Волна распространяется по помещению, находит преграду и частично отражается от нее, теряя свою энергию. Другая часть волны рассеивается по преграде. При этом ее энергия необратимо превращается в тепловую энергию. А оставшаяся часть вырывается на "свободу" с другой стороны стены или перекрытия.

Шум - это звуки, которые в данный момент не несут полезной для данного человека информации. То есть песня "Летят утки" в собственном исполнении - это народное творчество, а в исполнении соседа за стеной - это уже шум. Шумы различаются. "Воздушный" образуют звуки голоса, телевизора, музыкального центра или лай собаки. "Ударный" возникает при механическом взаимодействии предметов: верхние соседи бегают по полу, опрокидывают стулья, двигают столы и хлопают дверями, а вам все это слышно. Шум от ремонта, который добрался с 10-го этажа до 2-го, - "структурный", то есть тот шум, который распространяется преимущественно по элементам конструкции здания. Отсюда очевидна задача звукоизоляции: не дать звуковой волне выйти наружу и не впустить в помещение "чужие" волны.

Каждую ли комнату следует звукоизолировать? Каждую, где человек проводит много времени. Шум ни в коем случае не должен попадать в спальню и детскую. И в обязательном порядке не должен "выпускаться" из домашнего кинотеатра и спортивной комнаты, а в случае коттеджа - из помещений, где расположено шумное инженерное оборудование - котельной, генераторной, насосной. Шумов много, а ощущать себя по-настоящему комфортно можно только в таком жилище, где ничто не будет напрягать ваш слух. Поэтому к проблеме звукоизоляции стоит подходить основательно.

Звукоизоляция и здравый смысл

Один из первых вопросов, с которым заказчик обращается к продавцу: "Сколько стоит звукоизоляция?" Вопрос абсолютно корректный с точки зрения русского языка и здравого смысла. Но слишком глобальный с точки зрения акустики. Ведь способностью изолировать звук обладает любой строительный материал, будь то кирпич, бетон или дерево. Более того, любая конструкция в доме - от стен до мебели - также поглощает децибелы. Поэтому правильнее говорить о нескольких элементах, из которых состоит звукоизоляция помещения. Во-первых, о конструкциях, образующих изначальную звукоизоляцию. Во-вторых, о дополнительных звукоизолирующих конструкциях. И, в-третьих, о специальных звукопоглощающих материалах.

Между звукоизоляцией и звукопоглощением есть существенная разница. Если говорить в общем, то первый термин означает отражение энергии, второй - ее поглощение. Казалось бы, почему не ограничиться только отделкой помещения звукопоглощающими материалами? Тогда бы и обратно в комнату ничего не отражалось, и наружу бы не просачивалось. Но, оказывается, что собственно звукоизолирующие конструкции "работают" эффективнее. Например, для того чтобы снизить уровень "выходящего" звука на 50 дБ, понадобится звукопоглощающий материал толщиной в два метра или звукоизолирующая конструкция толщиной всего около кирпича. На практике же звукоизоляция комнаты устраивается так, чтобы и отражать, и поглощать звуковую энергию.

Начнем со звукоизолирующих конструкций. Если есть такая возможность, желательно заранее подумать об акустическом комфорте вашего жилища. Дело в том, что звукоизоляция определяется прежде всего массивностью ограждающих перегородок - потолка, пола и стен (и только потом - качеством звукопоглощающих материалов). Чем увесистей стена, тем больше звука она отразит. Крикните соседу, чтобы он прекратил шуметь, сначала через лист бумаги, а затем через кирпичную стену. В каком случае он вас услышит? Ответ очевиден.

Помимо кирпича, немало и других строительных материалов, однослойные конструкции из которых умело "задерживают" звук. Это монолитный железобетон, керамзито- и пенобетонные блоки и т.д.. Главное, чтобы они вместе со связующим раствором образовывали герметичную конструкцию без всяких щелей и отверстий. Так что при проектировке помещения уже только за счет увеличения массы перекрытий и стен при надлежащей герметичности соединений можно получить неплохую звукоизоляцию. Однако тут есть и свои тонкости. Даже если вы нарастите массу конструкции вдвое, звукоизоляция увеличится всего лишь на 6 дБ. А это не так уж и много. Кроме того, с ростом массы в два раза во столько же раз вырастет и толщина стены. Редкий хозяин коттеджа решится на такое "расползание" дома, что уж говорить о владельце готового типового жилья, где ценен каждый квадратный метр. Кроме того, увеличение массивности стен и перекрытий приведет к увеличению нагрузки на фундамент, что в случае с многоэтажным зданием вообще может закончиться плачевно.

Добавить тишины помогут многослойные конструкции. Именно "добавить". К сожалению, в городских условиях полностью устранить шум почти невозможно. В комнате должно быть меньше 20 дБА, только тогда покажется, что вы пребываете в абсолютной тишине. В большинстве случаев городская квартира находится под "давлением" 40-50 дБА. Максимальная цифра, на которую способны уменьшить шум многослойные конструкции - 15 дБ. Практически это предел для дополнительной звукоизоляции существующих стен и перекрытий. Многослойные конструкции легкие и не массивные по строительным меркам, но и они "съедают" полезную площадь. Увы, но по-другому не получится. Если вам будут обещать сделать тонко и эффективно, - не верьте, это противоречит законам физики. Жертвуя не более 20-30 мм, вы не ощутите значительных перемен.

В конструкциях, предназначенных для дополнительной борьбы с децибелами, чередуются как минимум два слоя - "жесткий" (гипсокартон, гипсоволокно или кирпич) и "мягкий" (звукопоглотитель). Часть звуковой волны отражает первый слой, а часть тонет в "пучине" второго. Что же из себя представляет эта "пучина"?

Чудесные превращения

Звук, как вы помните, очень "энергичен". Поглощающие материалы преобразуют энергию звуковой волны в тепловую. Качество звукопоглощающего материала зависит от того, сколько именно энергии превратится в тепло. Как происходит "чудесное превращение"? Звуковая волна, проходя через толщу материала, колеблет молекулы воздуха, которые там находятся. Молекулы начинают тереться о поры материала, друг о друга и тем самым "теплеют". Чем больше трутся - тем выше эффект. Поэтому для хорошего звукопоглощения материал должен быть прежде всего пористым - "впускать" звук - и продуваемым, то есть способным пропускать колеблющийся воздух сквозь себя.

Другая важная черта - определенная плотность звукопоглощающего материала, при которой звуковая волна как можно больше теряет энергии при прохождении внутрь материала, но и еще не начинает отражаться назад. Лучше всего этим требованиям отвечают волокнистые материалы - такие, как стекловолокно, минеральная вата, кремнеземные волокна, войлок.

В качественном звукопоглотителе волокна очень тонкие и имеют огромную площадь поверхности. Но при этом не мешают воздуху свободно проникать в толщу материала. Кроме того, бывают ячеистые материалы, которые получают с помощью вспучивания или вспенивания (ячеистый бетон, пенопласт, пенополиэтилен, пенополиуретан и другие). Они упруги и поэтому умело справляются с ударным шумом, однако не слишком подходят для изоляции воздушного.

Нередко звукопоглотители не только "работают по специальности", но и являются частью интерьера. А значит, они должны иметь презентабельную внешность, обладать низким водопоглощением, а также быть огне- и биостойкими. Последнее немаловажно, так как многие звукопоглощающие материалы горючи, способны образовывать дым и выделять токсичные вещества при горении.

Итак, комната со всех сторон находится под защитой ограждающих конструкций. Однако им не всегда по силам оградить от шума самостоятельно. На помощь приходят специальные материалы и конструкции. О помощниках подробнее...

"Умный" пол

Специалисты говорят, что около 70% жалоб жильцов многоэтажек приходится на шумы, "пробравшиеся" от соседей сверху через междуэтажные перекрытия. Причем, не столь важно, из чего построен дом: угнетающий звук найдет прореху в звукоизоляции как кирпичного, так и монолитного здания, не говоря уже о блочном или панельном. Тяжелейший случай - если в квартире над вами пол выложен керамической плиткой, да еще прямо на плиту перекрытия. Даже когда по нему ходят "на цыпочках", это бьет по вашим барабанным перепонкам. А уж когда начинают топать или двигать мебель...

Причинами хорошей слышимости ударного шума могут быть: недостаточная массивность перекрытий, жесткие связи в его конструкции, а также жесткость самого материала "чистого пола" (та же плитка, приклеенная к поверхности перекрытия). Как спастись? Увеличить массу перекрытия в несколько раз опасно и технически почти невыполнимо, а меньше - бесполезно. Можно просить соседей постелить на жесткую, а, следовательно, идеально звукопроводящую керамическую плитку толстый ковер или мягкий и бесшумный ковролин. Однако вряд ли они вам внемлют. Так что лучше заранее подумать о своем и соседском покое. Для этого в квартире необходимо применять "плавающий пол". Его конструкция легка в устройстве и не слишком тяжела для кошелька. Под чистовой пол (паркет, линолеум, плитку) или под выравнивающую стяжку укладывается тонкий слой изолятора ударного шума.

В отличие от звукопоглотителей, материалы, которые используются для изоляции ударного шума, звуковую волну не "впитывают", а отталкивают, заставляя ее терять энергию. Упругие прокладки из стеклохолста "Шуманет-100" толщиной всего 3 мм, уложенные под выравнивающую стяжку толщиной 60 мм, снизят уровень ударного шума на 23 дБ, а пол, устроенный по слою стекломатов "Шуманет-П60" толщиной 20 мм, - на 37 дБ. Это весьма ощутимое снижение. Например, если соседи разобьют об пол стеклянную бутылку, вам покажется, что упала рублевая монета. Кроме того, под чистовой пол можно подложить листы пенопропилена, пробковый агломерат, кремнеземное волокно или любой другой упругий прокладочный материал.

Пол - "плавающий", потому что паркетная доска или стяжка не должны соприкасаться с боковыми стенами. Нарушив это условие, вы существенно снизите звукоизолирующий эффект. Ведь тогда между чистовым полом и перекрытием образуются "мостики", по которым "побежит" звук. Поэтому будьте внимательны при монтаже: заводите звукоизолирующий слой на стены по всему периметру помещения. Не допускайте жестких связей плинтуса с досками паркета (крепите только к стенам) и не забивайте гвозди через ДСП или доски пола прямо в балки.

Вышеописанная конструкция "плавающего пола" - сильнодействующее средство, но только от ударного шума. Воздушный шум прокладка из стекломата "Шуманет-П60" погасит всего на 3 дБ и это при толщине слоя 20 мм. От соседского топота вы избавитесь, а от "голосистого" музыкального центра - нет. Для решения этой проблемы требуется иная прокладка - звукопоглощающий материал, причем с высоким коэффициентом звукопоглощения. Например слой из звукопоглощающей минеральной ваты. Жилплощадь сберечь не удастся: слой "подпольного" материала поднимется не менее чем до 50 мм. Примерно такой же толщины будет обязательная бетонная стяжка. Но и звукоизоляция воздушного шума увеличится на 8 дБ. Хотите больше - слой звукопоглотителя должен быть толще.

Теперь, благодаря толстой подложке, не только вы избавлены от назойливой соседской музыки, но и... сосед от ваших любимых хитов. Ведь подобный "плавающий пол" одинаково изолирует звук как сверху-вниз, так и снизу-вверх. Ударный шум эта конструкция также не пропустит. К сожалению, не всегда получается уговорить соседа реконструировать свое жилище. Тогда остается рассчитывать только на собственные силы.

"Наращиваем" потолок

Для дополнительной звукоизоляции вы можете установить подвесной акустический потолок. Он выполняет несколько функций: уменьшает энергию отраженного звука, поглощает шум и улучшает акустику помещения. Кроме того, в пространстве между его внешним слоем и перекрытием легко "спрячутся" электропроводка, вентиляционные ходы и встроенные системы освещения.

Чаще всего в качестве звукопоглощающего материала для таких потолков используются спрессованные плиты из супертонкого стекловолокна или тонкого минераловолокна. От материала лицевой отделки потолочной плиты во многом зависят звукопоглощающие возможности потолка. Важно, чтобы оно было пористым, тогда воздух будет иметь возможность проникать внутрь плиты. Поэтому подвесные потолки с "лицом" из пленки поглощают звук хуже, чем модели с окрашенной или тканевой поверхностью, в которой имеется множество микроскопических пор. Но в любом случае, с помощью акустического потолка вы не снизите уровень шума более, чем на 10 дБА.

Еще один нюанс: погасить удастся лишь средние и высокие частоты. Изолировать низкие частоты таким образом невозможно. Соседскую музыку, а также звон разбитой посуды и будильника вы заглушите, но ходьбы "по голове" полностью не избежать. Кроме того, что делать, если крик, смех и всевозможные звоны доносятся не сверху, а сбоку? Дополнительно звукоизолировать стены.

"Слоистые" стены

Для дополнительной звукоизоляции чаще всего используются легкие каркасные облицовки с обшивкой из гипсокартонных или гипсоволокнистых листов. Они выглядят так: к стене или перекрытию крепится деревянный или металлический каркас, на который "одеваются" листы. Между защищаемой поверхностью и листами укладывается звукопоглотитель. Монтируя такую конструкцию, важно не только правильно выбрать звукопоглощающий материал и толщину жесткого слоя, но и не допустить, чтобы шум от стены или перекрытия распространялся через каркас на внешние листы облицовки. Ведь таким образом листы облицовки напрямую начинают переизлучать звук, полученный от стены, а слой звукопоглотителя внутри остается, что называется "не у дел". Поэтому места соединения каркаса со стеной необходимо изолировать упругими прокладками. И только тогда конструкция начнет ощутимо гасить децибелы.

Среди современных материалов для дополнительной изоляции стен и перекрытий можно выделить готовые пазогребневые сэндвич-панели ЗИПС. Они состоят из комбинации плотных (гипсоволокнистые листы) и легких (минеральная вата и/или штапельное стекловолокно) слоев. Принципиальное отличие от других конструкций - панели лишились промежуточного каркаса, зато приобрели специальные виброразвязанные узлы для крепления к стене. Поэтому при толщине 70 мм четырехслойная панель ЗИПС удерживает до 10 дБ, а это очень прилично, если иметь в виду что путем удвоения массы стены возможно прибавить только 6 дБ.

Изолируя комнату надежными конструкциями и качественными материалами, не забывайте про банальные щели и отверстия в стенах. Заделайте отверстия и трещины цементным раствором - и ваши соседи не смогут подслушать, как вы перемываете им косточки. Итак, от шумных соседей мы заблокировались. Постойте... А откуда слышна сирена?

Окна и двери

Воздушный уличный шум - беда больших городов. Вокруг оживленной московской магистрали уровень шума может достигать 80 дБА. Притом, что по санитарным нормам днем в приоткрытое окно не должно "влетать" больше 40 дБА. Данная проблема решается по-разному. Наиболее очевидный путь - установить стеклопакеты. Такие конструкции в силу своего устройства чаще всего отвечают требованиям по звукоизоляции.

Известно, что звукоизоляция окна зависит, во-первых, от количества и толщины стекол, во-вторых, от толщины воздушного промежутка между крайними стеклами и, в-третьих, от плотности притвора (проницаемости стыков). Чем толще стекла, тем, естественно, выше звуконепроницаемость. Еще лучше, если стекла в стеклопакете разной толщины. Например, внешнее - 8 мм, а внутреннее - 6 мм. В таком случае на резонансной частоте провал звукоизоляции будет меньше, чем в случае с одинаковыми стеклами. Но даже если стеклопакет укомплектован толстыми стеклами, тонкая рама снизит изолирующий эффект: низкие частоты будут нейтрализованы, а средние и высокие - не в полной мере.

Количество стекол внутри рамы влияет на качество звукоизоляции, но не самым принципиальным образом. Тройной стеклопакет снизит шум только тогда, когда среднее стекло приближено к одному из крайних. Межстекольный промежуток заполняется воздухом или газом. Последний также улучшает звукоизоляционные показатели окна. Но наиболее значимый фактор с точки зрения специалистов - это герметичность притвора. Ее обеспечивают резиновые прокладки по периметру створок и рамы.

Основное отличие старых деревянных рам от современных металлопластиковых или алюминиевых не столько в толщине стекол и не в большем расстоянии между крайними стеклами, а в том, что старое окно закрывалось неплотно, оставляя огромные щели. В них-то и задувало ветер и децибелы. Одно только герметичное уплотнение створок может улучшить звукоизоляцию на 6 дБ. Отсюда и второй, самый дешевый, путь решения проблемы комфортного обитания "за стеклом" - отремонтировать старые окна. Установить толстые стекла на упругих прокладках, проложить по периметру межстекольной коробки звукопоглотитель, а также установить два контура резиновых прокладок на створках и раме - для плотного притвора.

Последняя рекомендация: при установке следите, чтобы зазоры между рамой и стеной были герметично заделаны. Случается, что даже качественные стеклопакеты пропускают шум и холод через трещины и щели в откосах и подоконниках. Это монтажники поскупились на специальные уплотняющие прокладки. Но они бы не скупились, если бы вы напомнили им об этом.

С дверью ситуация примерно такая же, как и с окном. Чем массивнее дверь - тем мощнее звукоизоляция. Чем толще внешние слои - тем лучше. Но у дверей есть одно преимущество перед окнами. Внутрь двери, в пространство между внешними слоями можно проложить звукопоглотитель, чего нельзя сделать с окном. Соответственно, стеклянные, пластиковые или полые двери практически "открыты" для децибел. Для повышения звукоизоляции друг за другом устанавливают две двери. Чем больше расстояние между ними - тем ощутимее эффект. Стены в промежутке от двери до двери не помешает обработать звукопоглощающими материалами. Порог и уплотнение по периметру притворов - обязательны.

Итак, проблема проникновения шума решаема. К сожалению, только путем компромиссов: либо квадратные метры жилплощади, либо сантиметры звукоизоляции, либо комплексные меры, либо невысокий эффект. Остается определиться, что важнее: тишина и покой или экономно построенная, просторная квартира, в которой негде спрятаться от шума.

Введение

Настоящая статья является первой из намеченной серии публикаций, подготовленных членами российской секции международного звукотехнического общества (AES) по заказу редакции журнала 625. Основная задача этой серии состоит в представлении современной информации по профессиональной звукотехнике для практических работников радиодомов, телецентров, студий звукозаписи и т.п. Поскольку студия является головным звеном тракта вещания и звукозаписи, то логично посвятить первую статью серии именно вопросам студийной акустики. Статья не является оригинальной научной работой. Она также не ставит своей целью дать подготовку в области акустического проектирования. Цель публикации заключается в том, чтобы ознакомить читателя с основами студийной акустики и теми требованиями, которые предъявляются к студиям различного назначения.

Некоторые понятия и определения

Для описания звуковых полей в акустике широко используется звуковое давление p, измеряемое в Паскалях (Па). Так же как и применительно к электрическим величинам в звукотехнике, здесь обычно оказывается удобнее пользоваться логарифмической шкалой. При этом вводится понятие уровня звукового давления (УЗД) L=20 lg (p/p0), где p0=2х10-5 Па - звуковое давление на пороге слышимости. Весьма часто УЗД измеряют (или вычисляют) в отдельных частотных полосах. Наибольшее распространение получили октавные или 1/3 октавные полосы с относительно постоянной шириной полосы. Среднегеометрические (ниже в тексте для краткости - средние) частоты этих полос регламентированы международными и отечественными стандартами. Предпочтительный ряд средних частот для октавных полос: ..., 125, 250, 500, ... Гц; для 1/3 октавных полос: ..., 125, 160,200, 250, ... Гц. Помимо указанных узких частотных полос применяется и широкополосная коррекция, форма которой обозначается буквами A, B, C,... и также строго регламентирована. Наиболее часто из них применяется кривая A. При ее использовании говорят об уровнях звука по кривой A и вводят обозначение дБA.

Для оценки способности материала или конструкции поглощать звуковую энергию используют, в частности, понятие коэффициента звукопоглощения (КЗП). Он равен отношению поглощенной данным материалом звуковой энергии ко всей падающей на материал звуковой энергии, т.е. a=Епогл/Епад. Таким образом, в экстремальных случаях, a=1 когда вся звуковая энергия полностью поглощается материалом, и a=0, когда вся звуковая энергия полностью отражается от материала. КЗП определяют в октавных (реже в 1/3 октавных) полосах, используя обычно диапазон от 125 до 4000 Гц. Иногда в справочной литературе можно встретить значения КЗП большие, чем 1. Казалось бы, это физически некорректный результат, т.к. поглощенная энергия оказывается больше падающей. Фактически, разумеется, принцип сохранения энергии нарушен быть не может, и величины > 1 связаны лишь с особенностями измерения КЗП при размещении материала в реверберационной камере.

Одним из важнейших понятий акустики помещений является время реверберации Т. Под этой величиной подразумевается временной интервал, в течение которого УЗД в помещении падает на 60 дБ после выключения звукового источника. Величины Т, так же как и КЗП, измеряют (или вычисляют) в октавных или 1/3 октавных полосах.

Классификация студий

Ведя речь о классификации, обычно используют формулировки нормативных документов. Следует отметить, организациями по стандартизации обычно не уделялось особого внимания акустическим показателям студий. Известны некоторые национальные и отраслевые стандарты, включая нормы бывшего Гостелерадио, а также несколько рекомендаций международной организации по радиовещанию и телевидению (ОИРТ). Сейчас Технический Комитет ОИРТ прекратил свое существование, но следует учесть, что сравнительно недавно большинство рекомендаций ОИРТ в области акустики были пересмотрены и, в основном, не потеряли своей актуальности.

Поскольку в современных публикациях по акустике студий ссылки на эти рекомендации встречаются весьма часто, то представляется оправданным использовать их и в данной статье. Итак, достаточно общепринятой является следующая классификация студий (цифры после буквы "С"- студия указывают на площадь помещения в кв. м.). По радиовещанию: большая (С-1000), средняя (С-450), малая (С-250) и камерная (С-150) музыкальные студии; литературно-драматическая студия (С-100); заглушенная студия (С-50) и речевая дикторская студия (С-24-36). По телевидению: большая (С-450-600), средняя (С-300), малая (С-150) и дикторская программная (С-60-80) телевизионные студии.

Требования к уровню звукового фона в студиях приведены в таблице, где указаны предельно допустимые УЗД в октавных полосах и в дБA (последние лишь для ориентировочной оценки). Следует отметить, что измерения УЗД шума проводятся в пустой студии при закрытых дверях и включенных системах кондиционирования, спецосвещения и технологическом оборудовании. Последние требования характерны для ТВ студий и означают, что при измерении звукового фона должно быть включено на типовой режим спецосвещение, а также размещенные в студии камеры и мониторы. Помимо указанных требований к уровню звукового фона, регламентируются также оптимальные значения времени реверберации. Эти величины будут рассмотрены ниже, дифференцированно по отдельным типам студий.

Максимально допустимые УЗД шума для разных типов студий и аппаратных

Основные принципы акустического проектирования

Как будет ясно из дальнейшего изложения, основные принципы акустического проектирования студий достаточно просты. Тем не менее, данный раздел хотелось бы начать с одной рекомендации, обращенной как к работникам радиодомов и телецентров, так и к людям, решившим организовать новую студию: НЕ СЛЕДУЕТ ПЫТАТЬСЯ САМОСТОЯТЕЛЬНО СПРОЕКТИРОВАТЬ СТУДИЮ ИЛИ АППАРАТНУЮ. ВСЕГДА ЦЕЛЕСООБРАЗНЕЕ ОБРАТИТЬСЯ К СПЕЦИАЛИСТАМ-ПРОФЕССИОНАЛАМ. В подтверждение этой рекомендации можно привести следующие доводы.

Во-первых, обеспечить в одном и том же помещении оптимум реверберации можно в принципе совершенно различными конструктивными решениями. При этом надо выбрать наиболее подходящий вариант, как по экономическим и эстетическим соображениям, так и по наиболее благоприятной структуре импульсного отклика. Для решения этой проблемы надо иметь достаточный практический опыт проектирования и настройки студий.

Во-вторых, надо учесть, что расчеты фонда звукопоглощения помещений не являются абсолютно точными. Это связано с целой группой факторов, в том числе с тем, что используемые при расчетах справочные данные о КЗП различных материалов и конструкций являются среднестатистическими. Реально значения КЗП могут в определенной степени отличаться от справочных данных, что обуславливает необходимость корректировки времени реверберации в построенном помещении.

Подобная корректировка, называемая также акустической настройкой, является обязательной процедурой перед вводом в эксплуатацию любой студии. Поэтому опытный консультант всегда старается предусмотреть в проекте конструктивные решения, позволяющие проводить акустическую настройку достаточно быстро и без сколько-нибудь существенных дополнительных капитальных затрат. Бывают варианты, когда найти подобные решения оказывается довольно сложно. Разумеется, процедура акустической настройки базируется на проведенных в студии акустических измерениях, для чего надо иметь соответствующее аппаратное оснащение. Сейчас в этой области достигнут значительный прогресс, и в мировой практике повсеместно применяется для данной цели цифровая измерительная аппаратура с процессорным управлением. При проведении акустических измерений в студиях не ограничиваются определением только нормированных показателей, т.е. временем реверберации и УЗД шума. Необходимо определять также структуру звуковых отражений и целый ряд дополнительных параметров акустического качества: индекс прозрачности, индекс четкости, время раннего затухания и др.

В подтверждение целесообразности привлечения к проектированию студий высококвалифицированных специалистов можно привести и тот факт, что исправление акустики студии с неудовлетворительным качеством звучания может в ряде случаев потребовать капитальных затрат, соизмеримых со стоимостью всех первоначальных работ. Известны печальные примеры, когда подобные работы столь дороги и трудоемки, что студии в течение всего периода их существования эксплуатируются с явно неудовлетворительным качеством звучания. что вызывает закономерные жалобы звукорежиссеров. В конце статьи приведен перечень российских организаций, имеющих опыт профессиональной работы в области архитектурной акустики.

При акустическом проектировании студий приходится сталкиваться с двумя основными группами задач. Первая из них связана с защитой студий от проникающих звуковых помех, а вторая - с получением оптимальной структуры звукового поля непосредственно внутри студии. Поскольку первая группа задач решается методами строительной акустики, а вторая - архитектурной акустики, то они будут рассмотрены отдельно.

Защита студий от звуковых помех

Можно выделить три основных механизма, приводящих к образованию звукового фона в студиях. Первый из них - это вентиляционные шумы, обусловленные работой моторов вентиляторов и процессами распространения звука в воздуховодах. Второй - это так называемый воздушный шум. Данный механизм связан с проникновением звука через студийные ограждения. Источниками воздушного шума могут являться транспортные шумы (если ограждение студии является наружной стеной здания), звук работающих в смежной аппаратной контрольных агрегатов, разговоры в смежных со студией коридорах и помещениях и т.п. Наконец, третий механизм, структурный звук, связан с распространением звуковых волн по перекрытиям и ограждениям здания при возбуждении их в форме вибрационных нагрузок. Типичными примерами источников структурного звука являются шаги в смежных со студией коридорах и расположенных над студией помещениях, а также хлопки при закрытии дверей. Структурные шумы могут также возникать при работе лифтов и другого технологического оборудования.

Борьба со всеми указанными источниками шумов должна проводиться в комплексе. Опыт показывает, что принципиально важно правильно выбрать объемно-планировочное решение аппаратно-студийных помещений в зданиях. Поэтому в случае строительства нового аппаратно-студийного комплекса целесообразно специалиста-акустика привлекать к проектированию на самой ранней его стадии, когда составляются поэтажные планы будущего здания. Только в этом случае удается выбрать оптимальное размещение студий, обеспечивающее их защиту от шума при минимальных капитальных затратах.

Методика расчета вентиляционных шумов в настоящее время достаточно хорошо разработана. Для каждой конкретной студии с учетом числа исполнителей и типов выделяющего тепло технологического оборудования определяется требуемый воздухообмен. На основе этих данных выбираются параметры вентсистемы и типы вентиляторов. После этого с учетом конкретной конфигурации системы выбираются глушители шума, обеспечивающие снижение шума вентсистем до требуемого уровня. Обычно для студий требуется минимально две группы глушителей: магистральные - на выходе патрубков моторов вентиляторов и секционные - перед входами воздуховодов в студию. Расчеты по методике хотя и достаточно громоздки, но позволяют достаточно точно определить требования к типу и конструкции глушителей, обеспечивающих требуемое снижение шума. Весьма важно, чтобы при производстве работ не проводились произвольные изменения параметров системы. Известны примеры, когда принятое при строительстве занижение сечения коробов вентсистемы приводило к столь большому уровню шума, что студии совсем не могли эксплуатироваться при включенной вентиляции. В целом же при корректном проектировании борьба с вентиляционными шумами может проводиться вполне успешно и представляет собой чисто инженерную задачу.

Задача снижения воздушного звука в своей постановке достаточно проста. После выбора объемно-планировочного решения студии становятся известны возможные источники шума в смежных помещениях. Обычно среди них наибольший УЗД создают работающие в смежной аппаратной контрольные агрегаты. Зная этот УЗД (он определен в Рекомендации ТК ОИРТ 86/3) и допустимый уровень шума, можно определить требования к звукоизоляции (ЗИ) ограждения. Довольно распространенной является ошибка, при которой требуемую ЗИ определяют как простую разность уровней между шумным и изолируемым помещениями. Реально же следует при определении ЗИ учитывать также площадь ограждения и время реверберации в изолируемом помещении.

Наиболее сложной является проблема борьбы со структурным звуком. Связано это с тем, что требуется обеспечить полную акустическую развязку между внутренними ограждениями студии и конструкциями здания. Ситуация усугубляется и отсутствием инженерной методики расчета распространения структурных шумов по реальным конструкциям здания. На практике для эффективного ослабления структурного звука широкое распространение получил принцип коробка в коробке. При этом внутренняя коробка студии (стены, пол и перекрытие) являются независимыми и не имеют жесткой связи с другими конструкциями здания. Последнее достигается либо устройством внутренней коробки на отдельном фундаменте (что, естественно возможно только при размещении студии на нижнем этаже), либо опиранием пола внутренней коробки на несущее перекрытие не непосредственно, а через упругий слой. В качестве него могут использоваться пружинные амортизаторы, резиновые кубики или иные упругие прокладки. При тщательном качестве выполнения строительных работ подобное решение обеспечивает вполне достаточную ЗИ.

Отметим, что в отечественной практике (за редким исключением) получил распространение лишь один конструктивный подход к реализации принципа коробка в коробке. Он заключается в том, что двойные ограждения студии, образующие внутреннюю и внешнюю коробку, выполняются в виде кирпичных стен, каждая из которых опирается на собственный фундамент. Такой подход является очень трудоемким и дорогостоящим. Кроме того, его эффективность очень критична к качеству строительных работ. Например, наличие забытого строительного мусора в промежутке между ограждениями внешней и внутренней коробок или плохо выполненная расшивка акустического шва во входном тамбуре приводят к резкому снижению ЗИ структурного звука и сводят на нет все дорогостоящие затраты на сооружение подобной конструкции.

В зарубежной практике для ЗИ студий почти повсеместно используются легкие многослойные ограждающие конструкции. При этом широко применяются укрепляемые по металлическому каркасу в несколько слоев гипсовые обшивочные листы. Наличие упругих прокладок между этими листами обеспечивает эффективное ослабление структурного звука. В последние годы стал широко рекламироваться модульный принцип устройства студий. Он исходит из применения упомянутых многослойных ограждений, конструкция которых очень тщательно отработана. Подобная студия может быть вписана в любое помещение достаточно больших размеров. Известно несколько конструктивных подходов. Достаточно часто на ограждение исходного помещения кладут резиновые кубики, выполняющие роль амортизаторов и ослабляющих передачу вибраций на ограждения будущей студии. На эти кубики кладут панели пола, крепят металлический каркас, а затем обшивают его панелями, образующими стены и перекрытие студии. Предусмотрены стеновые панели с заранее встроенными смотровым окном и входными студийными дверями. Все необходимые для сооружения такой студии материалы достаточно легкие и могут транспортироваться в обычном грузовике. Ряд изготовителей с гордостью сообщает, что подобная студия может быть полностью смонтирована и сдана в эксплуатацию за несколько часов.

Обеспечение оптимальных акустических характеристик

Основным этапом проектирования является подбор фонда звукопоглощения помещения, который обеспечивал бы требуемые значения времени реверберации при оптимальной структуре ранних звуковых отражений. Подобные расчеты обычно производятся по формуле Эйринга. Исходными данными для их проведения являются объем помещения, общая площадь его внутренних поверхностей и требуемый оптимум реверберации. Расчеты проводят для отдельных октавных полос, используя обычно частотный диапазон от 125 до 4000 Гц. В справочных руководствах приводятся значения КЗП различных звукопоглощающих материалов и конструкций, а также данные о звукопоглощении исполнителей, кресел и других предметов.

Прежде всего, необходимо отобрать те звукопоглощающие материалы и конструкции, которые будут намечены к использованию в проектируемой студии. Эта задача является наиболее сложной и ответственной, так как при этом приходится учитывать одновременно целый ряд факторов: стоимость материалов, их внешний вид, возможность поставки, требования пожарной безопасности и т.п. На этой же предварительной стадии следует решить вопрос и о способе монтажа материалов на поверхностях студии. Дело в том, что значения КЗП материалов зависят от способа их крепления. Например, наличие воздушного относа между задней поверхностью звукопоглощающей плитки и плоскостью стены (при креплении плитки по несущему каркасу) приводит к увеличению КЗП в низкочастотной области. Игнорирование этого факта при акустическом проектировании может привести к существенному "переглушению" студии на низких частотах, причем исправление этого дефекта в построенной студии обычно весьма сложно и требует больших дополнительных затрат. Помимо этого, следует принимать во внимание и ряд дополнительных чисто акустических требований. В частности, для музыкальных студий оказывается полезным размещать на потолке достаточно большое количество звукорассеивающих конструкций, в дикторских студиях следует избегать поступления первых интенсивных отражений в область размещения дикторского стола. Некоторые эти вопросы ниже рассмотрены подробнее.

После решения указанных проблем приступают к непосредственным расчетам. Суть их сводится к тому, чтобы путем варьирования площадей занимаемых выбранными материалами подобрать такой общий фонд звукопоглощения студии, при котором в ней будет обеспечен оптимум реверберации. В настоящее время подобные расчеты повсеместно производятся на ЭВМ по специально разработанным программам, позволяющим найти оптимальное решение. При расчете, как показывает опыт, обычно необходимо учитывать некоторые поправочные параметры, к которым относится так называемый коэффициент добавочного звукопоглощения. Этот коэффициент учитывает добавочное поглощение, обусловленное наличием осветительной арматуры, щелей и ряда других факторов. Его значения были определены на основании исследования большого числа студий разного назначения. После завершения расчетов приступают к заключительному этапу, на котором подготавливаются необходимые чертежи для проведения строительных работ.

Типовые акустические решения студий различного назначения

Указанные выше основные принципы защиты помещений от проникающих звуковых помех в целом являются общими для всех типов студий и аппаратных. По иному обстоит дело с проектированием акустических облицовок на внутренних поверхностях, требования к которым для различных типов студий существенно отличаются. Ниже кратко будут рассмотрены эти требования дифференцированно по отдельным типам помещений.

Телевизионные студии

Для указанных выше ТВ студий устанавливаются следующие значения оптимума реверберации: студии С-450-600 - Т=0,8-1,1 с; С-300 - Т=0,75-0,85 с; С-150 - Т=0.6-0,7 с и С-60-80 Т=0,3-0,4 с. Форма частотной характеристики времени реверберации должна быть строго горизонтальной. При этом в ТВ студиях площадью 150 кв. м и более является допустимым (но не обязательным) спад времени реверберации в области низких частот (в октавной полосе 125Гц) до 20-25% относительно указанных выше средних значений.

Из всех типов студийных помещений проектирование ТВ студий является наиболее простым. Это связано с тем, что в них достаточно разместить на стенах и потолке плоские звукопоглощающие облицовки, обеспечивающие оптимум реверберации. Однако их размещение должно быть выбрано обоснованно и разумно. Часто встречается ошибка, при которой все поверхности стен и потолка облицовываются одинаковым звукопоглощающим материалом. При таком подходе качество звучания в студии оказывается неудовлетворительным. Связано это с тем, что при этом невозможно обеспечить во всем частотном диапазоне оптимум реверберации. При использовании пористого звукопоглощающего материала (например, плит АКМИГРАН) студия оказывается переглушенной в области высоких частот, а при выборе резонансного звукопоглотителя (например, плит ППГЗ) - переглушенной в области средних частот. Кроме того, при размещении на всех поверхностях одинакового звукопоглотителя степень равномерности звукового поля (так называемая диффузность поля) оказывается явно неудовлетворительной. Надо отметить, что в студийной акустике в большинстве случаев следует избегать размещения одинаковых звукопоглощающих материалов крупными фрагментами на большой площади стен или потолка.

В последние годы в отечественной практике наибольшее распространение получило практически единственное акустическое решение ТВ студий. Отчасти такое единообразие является вынужденным и связано с крайне бедным ассортиментом звукопоглощающих материалов, выпускаемых отечественной промышленностью. Сейчас он еще более сузился, и типы пригодных для использования звукопоглощающих плиток можно буквально пересчитать по пальцам одной руки. Кроме того, в ТВ студиях требования пожарной безопасности являются весьма жесткими, что еще более суживает возможность выбора материалов для акустических облицовок.

Итак, данное акустическое решение заключается в следующем. На стенах и потолке студии монтируется несущий каркас (обычно из деревянного бруса, пропитанного антипренами в целях пожарной безопасности). Глубина каркаса определяется акустическим расчетом и составляет от 50 до 100 мм. Из экономических соображений с целью снижения расхода материала стараются, при возможности, ограничиться глубиной каркаса в 50мм. В нижней части стен на высоту порядка 1-1,5 м к каркасу прикрепляется так называемая технологическая панель. Она может быть выполнена из любого прочного гладкого и негорючего панельного материала толщиной до 20 мм, например, асбоцементных листов. Промежуток за панелью часто используется для прокладки кабелей (от этого и происходит ее название). Выше данной панели на всей площади стен, а также на потолке к каркасу прикрепляются гладкие листы сухой гипсовой штукатурки (СГШ) и плиты марки ППГЗ (плиты перфорированные гипсокартонные звукопоглощающие). Плиты ППГЗ представляют собой перфорированную гипсовую панель, подклеенную с тыльной стороны слоем ткани. Ранее эти плиты выпускались в двух типоразмерах 500х500 мм и 600х600 мм. Сейчас в производстве остались только плиты второго вида. Плиты ППГЗ и вырезаемые по месту листы СГШ крепятся к каркасу в чередующемся порядке (в шахматном или в виде смежных полос шириной 600-1200 мм). Последнее необходимо для обеспечения достаточно высокой диффузности звукового поля. Согласно требованиям расчета в отдельных местах в ячейки каркаса за плитами ППГЗ или листами СГШ может предварительно закладываться пористый заполнитель из минерало-ватных плит с объемным весом до 125 кг/м3. Технологическая панель, плиты ППГЗ и листы СГШ при необходимости могут быть окрашены в любой цвет.

Такова в общем виде суть наиболее распространенного решения ТВ студий. В лаборатории акустики ВНИИТР разработаны соответствующие ему типовые решения для ТВ студий всех типов. Многолетний опыт показывает, что при его реализации удается достаточно просто обеспечить оптимум реверберации. Жалоб на качество звучания со стороны звукорежиссеров при проведении речевых передач не возникает. Следует отметить, что при подобном решении единственным специальным акустическим материалом являются плиты ППГЗ, а это в настоящее время самый дешевый звукопоглощающий материал (1000 руб. +20% НДС за 1 кв. м по данным на сентябрь 1993г.).

Дело обстоит не столь однозначно, когда речь идет о размещении ТВ студии в уже существующем помещении, которое первоначально строилось для совсем других целей. Здесь часто бывают оправданными отступления от указанного типового подхода, и конкретное решение выбирается с учетом индивидуальных особенностей отведенного под студию помещения.

Музыкальные студии

Приведенную выше классификацию музыкальных студий нужно рассматривать с учетом реальной сложившейся в настоящее время в России ситуации. Сейчас капитальное строительство новых аппаратно-студийных комплексов практически полностью прекращено. Строительные работы ведутся лишь на тех объектах, которые были начаты несколько лет назад (Курган, Новгород, Архангельск). Кроме того, в целом ряде городов ведутся или планируются работы по размещению аппаратно-студийных комплексов в приспособленных помещениях (бывшие дома политического просвещения, административные здания и т.п.). Частные студии звукозаписи также в подавляющем большинстве ориентируются на размещение студий в приспособленных помещениях. Во всех этих случаях в настоящее время не идет речь о строительстве или проектировании крупных музыкальных студий площадью более 150 кв. м. Поэтому в данном разделе мы остановимся лишь на вопросах акустики музыкальных студий меньшей площади.

Попадающая под действие современной классификации камерная студия С-150 должна иметь Т=0,9-1,1 с при строго горизонтальной форме частотной характеристики времени реверберации. Отметим, что последнее требование справедливо для всех музыкальных студий. Достаточно часто сооружаются музыкальные студии меньшей площади С-120, С-100 и т.п. Во всех случаях сооружение музыкальных студий площадью менее 60-70 кв. м является нежелательным. В одном из старых типовых проектов радиодомов были предусмотрены "камерные" студии площадью 46 кв. м. Однако, реально для записи камерных музыкальных программ они никогда не использовались и применялись, в основном, для речевых передач. С уменьшением размера студии ее оптимум реверберации должен иметь тенденцию к снижению. Так для студий С-100 обычно рекомендуют Т=0,8-0,9 c, а для С-70 Т=0,6-0,7 с.

Все указанные требования относятся к традиционным музыкальным студиям, ориентированным на режим так называемой "естественной акустики". В тоже время достаточно давно наметилась тенденция создания сильно заглушенных студий с "мертвой акустикой". Такие студии независимо от их размеров (они редко сооружаются с площадью более 100 кв. м) обычно проектируются на время реверберации от 0,35 до 0,55 с. Частотная характеристика времени реверберации здесь также должна быть строго горизонтальной.

При проектировании музыкальных студий нежелательно использовать типичные для ТВ студий плоские облицовки. Здесь необходимо применять достаточное количество звукорассеивающих конструкций, чередуя их со звукопоглощающими материалами. Проведенные исследования показывают, что большее количество звукорассеивающих конструкций должно размещаться на потолке студии. Хорошо зарекомендовали себя на практике конструкции в форме призм и пирамид, которые изготовляются в виде отдельных объемных модулей, крепящихся затем к потолку. При выборе данных конструкций следует учитывать их диаграммы рассеяния звука на разных участках звукового диапазона. Расчет подобных диаграмм встречает серьезные математические сложности. Приходится ориентироваться на экспериментальные данные, полученные, в основном, методом масштабного моделирования. Обычно звукорассеивающие конструкции изготавливаются в виде деревянного каркаса, который обшивается фанерными листами. Известны также примеры, когда их удавалось делать из гипса при использовании армирования и специальных отливочных форм.

В отечественной практике при проектировании музыкальных студий часто совсем отказываются от применения промышленных звукопоглощающих плит. Это связано как с их ограниченным ассортиментом, так и с недостаточно хорошим внешним видом, что весьма важно для музыкальных студий. При этом на стенах в ячейки несущего деревянного каркаса закладываются обернутые стеклотканью минерало-ватные плиты, а затем обращенная к студии их поверхность закрывается декоративным акустически прозрачным покрытием. В качестве последнего часто используются деревянные рейки. Такие весьма эффективно поглощающие звук конструкции выполняются в виде чередующихся фрагментов, а в промежутках между ними устанавливают звукорассеивающие элементы в виде членений разного профиля (пилообразного, треугольного и т.п.). Конструктивно эти элементы часто изготавливают из деревоплиты. При наличии соответствующих требований по технологии звукозаписи углы студии скашивают, размещая в них звукоизолированные кабины для ударной установки и отдельных исполнителей.

Завершая краткое рассмотрение акустического решения музыкальных студий, отметим, что в зарубежной практике находят широкое распространение высокоэффективные звукорассеивающие конструкции типа так называемых диффузоров Шредера. В своем классическом виде они представляют собой набор параллельных канавок (щелей), разделенных ребрами. Канавки имеют различную глубину, причем при переходе от одной канавки к другой она меняется по закону числовой последовательности с хорошими корреляционными свойствами. Подобные конструкции различного типа выпускаются американской фирмой RPG Diffusor Systems Inc., отметившей в этом году 10-летие своей деятельности.

Речевые студии

К речевым помещениям относятся литературно-драматические и дикторские студии. Первые из них, часто объединяемые в литературно-драматические блоки, имеются в составе радиодомов Москвы, Ст-Петербурга, ряда крупных региональных центров (например, Хабаровск) и в большинстве столиц республик бывшего СССР. Строительство новых подобных студий в настоящее время не планируется и по этой причине вопросы их акустики здесь рассматриваться не будут. Отметим только, что акустические решения помещений литературно-драматических блоков достаточно хорошо отработаны и имеются типовые, хорошо зарекомендовавшие себя на практике решения.

Более актуальной является проблема сооружения дикторских студий, являющихся самыми распространенными из студийных помещений. Для дикторских студий С-24-36 установлен оптимум реверберации Т=0,3-0,4 с. Форма частотной характеристики времени реверберации также должна быть горизонтальной. При проектировании подобных студий следует тщательно подходить к выбору их габаритных размеров, так как соотношение длина/высота:ширина/высота:1 влияет на распределение спектра собственных частот помещения. В сравнительно небольших помещениях, к которым относятся и дикторские студии, данный спектр на низких частотах является существенно дискретным и в области до 150-200 Гц интервалы между смежными собственными частотами могут достигать нескольких герц.

При упомянутом соотношении 1:1:1 (кубическое помещение) спектр собственных частот является наиболее неравномерным, что приводит к специфическим тембральным искажениям, часто характеризующимся звукорежиссерами как бубнящее звучание. Также явно неудачным является квадратное в плане помещение. В нормативных документах на основе старой публикации Лаудена рекомендуется соотношение 1,9:1,6:1. Однако далеко не во всех случаях оно может быть применено. Поэтому перед началом проектирования дикторской студии следует уточнить ее габариты. Это можно сделать, вычислив спектр собственных частот по достаточно элементарной программе, либо обратившись к справочным данным. В частности, в работе "Об оптимальном выборе размеров речевых студий" приведены многочисленные таблицы, на основании которых можно подобрать наилучшее соотношение размеров для всех реально встречающихся на практике дикторских студий. После уточнения размеров будущей студии приступают к выбору ее акустического решения. В отечественной практике наиболее широко применяются два подхода.

Первый из них часто называется вариант "в дереве". Суть его сводится к следующему. На стенах и потолке монтируется каркас из деревянного бруса сечением 50х50 мм. В нижней части стен на высоту порядка 800 мм к каркасу крепится технологическая панель из деревоплиты. В остальные ячейки каркаса на стенах и потолке закладываются минерало-ватные плиты и поверх них делается прослойка из стеклоткани. Затем на потолке к ячейкам каркаса прикрепляются в шахматном порядке листы гладкой и перфорированной фанеры. Как правило, применяют листы размером 500х500 мм или 600х600 мм. Часто приемлемой здесь оказывается перфорация диаметром 10 мм при шаге в осях между отверстиями в 20 мм. На стенах (выше технологической панели) к каркасу в шахматном порядке или чаще в виде чередующихся полос шириной 500-600 мм прикрепляют листы гладкой фанеры и декоративное покрытие из деревянных реек. Обычно используют рейки сечением 20х20 мм при расстоянии между смежными рейками в 20-30 мм. Для удовлетворения требованиям пожарной безопасности рейки и деревоплиту надо пропитать антипренами, а фанеру окрасить (с тыльной стороны) огнезащитной краской.

Второй вариант, называемый "в гипсе" достаточно сходен с первым. Отличие состоит в том, что вместо фанеры используются листы СГШ, а вместо перфорированной фанеры - плиты ППГЗ. Часть плит ППГЗ при этом также размещается и на стенах студии. Конкретные детали размещения облицовок, соотношение их площадей определяются акустическим расчетом, проведение которого обязательно для каждой проектируемой студии. Многолетний опыт показывает, что при тщательном проектировании оба этих варианта обеспечивают вполне удовлетворительное качество звучания речи дикторов.

В настоящее время в эксплуатации находится достаточно много дикторских студий старой постройки, имеющих площадь всего 12-16 кв. м и даже менее. Часто приходится также сталкиваться с заказчиками, предлагающими спроектировать дикторскую студию в столь малых помещениях. Здесь возникает ряд проблем, связанных в первую очередь с тем, что упомянутый спектр собственных частот тем более дискретен, чем меньше размеры помещения. Поэтому искажения типа "бубнящее звучание" проявляются в подобных малых студиях весьма часто и достаточно отчетливо. При заниженных размерах дикторских студий рекомендуется уменьшать оптимум реверберации до величины 0.2-0.35 с. Однако далеко не во всех случаях это позволяет избавиться от бубнящего характера звучания. Известны некоторые методы, позволяющие если не исключить полностью, то по крайней мере ослабить подобные тембральные искажения, однако всегда (если есть такая возможность) следует стремиться размещать дикторские студии в помещениях площадью не менее 20 кв.м.

Аппаратные

К акустике аппаратных (в первую очередь это относится к аппаратным музыкальных студий) предъявляются не менее жесткие требования, чем к самим студиям. Наиболее распространенный в отечественной практике принцип равномерного размещения звукопоглощающих материалов с разной частотной зависимостью КЗП на поверхностях аппаратной сейчас является явно устаревшим. В зарубежной практике сложились два подхода к акустическому решению аппаратных. Первый из них это принцип LEDE (живая-мертвая зоны помещения). Он исходит из оптимума реверберации в 0,25-0,4 с при размещении эффективных звукопоглотителей в передней зоне помещения, где установлены контрольные агрегаты, и звукорассеивающих конструкций на задней стене. Второй - это принцип "мертвой акустики". Здесь применяется размещение очень эффективных звукопоглотителей на всех поверхностях помещения и время реверберации снижается до величины 0,2-0,25 с во всем диапазоне частот. Детальный анализ этих методов требует специального рассмотрения и ему планируется посвятить отдельную публикацию. Отметим только, что принцип LEDE является более распространенным и, по мнению автора, ему следует отдать предпочтение при создании аппаратных.

Приложение

В России имеются три группы, занимающиеся профессионально научно-исследовательской работой в области архитектурной акустики, а именно: сектор архитектурной акустики научно-исследовательского кино-фото института (НИКФИ), лаборатория акустики залов НИИ строительной физики (НИИСФ) и лаборатория акустики ВНИИ телевидения и радиовещания (ВНИИТР). Все эти лаборатории располагают высококвалифицированными кадрами, современной аппаратурой, компьютерными методами проектирования и имеют многолетний опыт практической деятельности. Все они могут провести акустическое проектирование и настройку любых типов помещений. В то же время существует и некоторая специализация, исторически связанная с ведомственным подчинением этих лабораторий. Для НИКФИ это залы кинотеатров, все типы помещений киностудий, студии звукозаписи; для НИИСФ - театрально-концертные и многоцелевые залы; для ВНИИТР - радиовещательные и ТВ студии. Контактные телефоны (все в Москве): НИКФИ -1 586163, зав.сектором Юрий Индлин; НИИСФ - 4822150, зав.лаб. Леонид Макриненко; ВНИИТР - 1929011, зав. лаб. Михаил Ланэ.

Что касается зарубежных организаций ведущих акустическое проектирование, то их очень много. Только в США и Канаде специализирующихся на студийной акустике фирм около 30. Заинтересованный читатель может найти их перечень с адресами и телефонами в номере 8 журнала MIX за 1993 г.

Литература

1.                   Ведомственные нормы технологического проектирования объектов телевидения, радиовещания и телекинопроизводства. ВНТП-01-81.

2.                   Рекомендация ТК ОИРТ 31/1.

3.                   Рекомендация ТК ОИРТ 51/1.

4.                   Руководство по расчету и проектированию шумоглушения в промышленных зданиях. М., Стройиздат, 1982.

5.                   Рекомендация ТК ОИРТ 86/3.

6.                   Руководство по расчету и проектированию звукоизоляции ограждающих конструкций зданий. М., Стройиздат, 1983.

7.                   Макриненко Л.И. Акустика помещений общественных зданий. М., Стройиздат, 1986.

8.                   Ланэ М.Ю. Акустика студий. Обзорная информация ВНИИТР. Вып. 1(11). М., 1986.

9.                   Ланэ М.Ю. Об оптимальном выборе размеров речевых студий. Депонир. в ОНТИ ВНИИТР 05.10.89. N38-тр89.

Акустическая экология жилища начинается со знания норм. Нормативами, регламентирующими требования к звукоизоляции, являются Московские городские строительные нормы, Санитарные нормы и СНиП.

Звукоизоляция ограждающих конструкций (перекрытий, стен, перегородок, дверей и т.д.) - это способность препятствовать распространению звука, ослаблять звуковое давление (или звуковую энергию) шума, проникающего из шумного в тихое помещение. При этом различают воздушный шум, который возникает в воздухе, и благодаря воздушным звуковым волнам распространяется через ограждающие конструкции, и ударный (или структурный) шум, который возникает непосредственно в конструкциях и, распространяясь по ним, излучается в виде воздушных звуковых волн.

Нормы звукоизоляции

Рассмотрим каждую разновидность шума отдельно.

Фактическая изоляция воздушного шума зависит не только от звукоизоляционных свойств конструкции ограждения, но и от площади этой конструкции, а также от звукопоглощения поверхности стен, пола, потолка и предметов в тихом помещении. Поскольку показатели в каждом конкретном случае меняются, введено понятие звукоизолирующей способности (собственной звукоизоляции) R, которая измеряется в децибелах. Эта величина не зависит ни от площади, ни от звукопоглощения, она присуща только самой ограждающей конструкции.

Для удобства измерений мы пользуемся индексом изоляции воздушного шума. Индекс позволяет выводить усредненные величины. Так в нормативах (МГСН 2.04-97) для межквартирных стен и междуэтажных перекрытий установлены минимальные значения R равные:

§                     54 дБ для домов категории А (высоко комфортные условия);

§                     52 дБ для домов категории Б (комфортные условия);

§                     50 дБ для домов категории В (предельно-допустимые условия).

Изоляция ударного шума (от ходьбы, передвижения мебели, ударов и т.п.) определяется с помощью машины со смешным названием "топальная". Она устанавливается на полу верхнего помещения. Так вычисляют уровни звукового давления Ln, дБ под перекрытием. При этом, чем выше значения Ln, тем хуже изоляция перекрытием ударного шума. Усредненные значения Ln позволяют определить индекс ударного шума под перекрытием. Ln равно:

§                     55 дБ для домов категории А;

§                     58 дБ для домов категории Б;

§                     60 дБ для домов категории В.

Практические вопросы перепланировки

Как вы уже поняли, такие нормативные требования относятся к ограждающим конструкциям. Они не зависят от назначения смежного помещения соседней квартиры, будь то спальня, кухня или коридор. Однако в реальной жизни планировка, конечно, играет роль. Так, если рядом со спальной комнатой одной квартиры оказывается кухня или ванная комната соседей, уровень комфортности по шуму в первой квартире понизится. При этом жильцам будет безразлично, что стена соответствует нормативным требованиям звукоизоляции воздушного шума. Звук спускаемой воды не всегда навевает сны о Ниагарском водопаде - вот и все.

Поэтому типовые планировочные решения, как правило, хорошо продуманные и проверенные многолетней практикой, не должны без веских причин произвольно меняться. Почти всякое принципиальное изменение планировки, при котором шумное помещение одной квартиры (кухня, ванная, санузел, гостиная с аудио и видео аппаратурой, тренажерный зал и т.п.) оказывается смежным (по горизонтали или вертикали) с тихим помещением другой квартиры (спальней, кабинетом и т.п.) ведет к дискомфорту и жалобам.

Современные технологии и строительные материалы позволяют и в этом случае найти выход из положения, однако неудачное планировочное решение всегда требует больших дополнительных затрат.

Чаще всего при перепланировке жильцы хотят расширить ванные комнаты и санузлы за счет примыкающих помещений (обычно коридоров, реже кухонь). Тут надо помнить, что до настоящего времени в серийных домах эти помещения монтировались в виде готовых сантехкабин с опорой на несущие плиты перекрытий через звукоизоляционные слои (прокладки, засыпки). Зазоры между стенками и потолками кабин с одной стороны и несущими стенами и перекрытиями зданий с другой - обеспечивали изоляцию не только воздушного, но, что куда важнее, ударного и структурного шума от работы сантехоборудования. В сочетании с продуманной планировкой, при которой санузел одной квартиры примыкал к санузлу другой, а ее комнаты были удалены в глубь квартиры, это давало полный акустический комфорт.

При работах по расширению сантехузлов, как правило, приходится разбирать ограждающие конструкции сантехкабин и, тем самым нарушать звукоизоляцию. Поэтому, для сохранения нормативной звукоизоляции, необходимо вновь создать "плавающую" конструкцию пола, самостоятельные перегородки, и возможно, потолок. При этом перегородки должны устанавливаться на расстоянии от других ограждающих конструкций, опираться на плавающее основание пола и примыкать к перекрытию (потолку) через упругие прокладки с тем, чтобы исключить передачу структурного шума на несущие конструкции, по которым он легко распространяется по зданию. Чтобы избежать возникновения жестких звуковых мостиков между перегородками, полом сантехузла и другими ограждающими конструкциями нужно все трубопроводы разводки размещать внутри помещений сантехузла.

Виброизолированное крепление разводок трубопроводов необходимо для того, чтобы структурный шум от работы сантехприборов не распространялся на ограждающие конструкции и далее в смежные помещения.

Другие варианты перепланировок должны учитывать также косвенную передачу звука, например, от перегородок на перекрытия. В определенных условиях перегородка, установленная на несущую плиту перекрытия, может служить причиной ухудшения звукоизоляции между квартирами по вертикали.

Таким образом, перепланировку квартиры желательно производить на основе тщательно разработанных планировочных и конструктивных решений.

Не менее важно качественное выполнение проекта, поскольку даже незначительные отклонения от первоначального решения в процессе работы могут все испортить. Поэтому и для составления проекта перепланировки и, собственно, для работ нужны квалифицированные специалисты.

Итак

§                     При составлении проекта перепланировки необходим тщательный анализ: как повлияют на звукоизоляцию изменения конструктивных решений ограждающих конструкций и узлов.

§                     Соответствующий выбор материалов и конструкций позволяет сохранить или даже улучшить звукоизоляцию между квартирами и комнатами в жилых домах.

§                     При этом необходимо тщательное исполнение проекта перепланировки квалифицированными строителями.

Подробнее узнать о существующих нормах звукоизоляции вы сможете из следующих источников:

1.                   "Допустимые уровни шума, вибрации и требования к звукоизоляции в жилых и общественных зданиях". МГСН 2.04-97. Московские городские строительные нормы. М., 1997 г.

2.                   Территориальный каталог для строительства в г. Москве. ТКТ.4.3. Строительные конструкции и изделия. Сб. ТКТ-10.

3.                   СНиП II-12-77. "Защита от шума". М., 1978.

По мере улучшения качества жилья, когда вопрос количества квадратных метров перестал быть единственным определяющим фактором, проблема звукоизоляции жилых помещений становится все более актуальной. Однако из-за того, что данный вопрос достаточно специфичный, т.е. в теории акустики существует очень много неявных особенностей и "нелогичных" с точки зрения здравого смысла выводов, в данной области возникло и утвердилось большое количество мифов и заблуждений.

Это приводит к тому, что у большого количества людей сформировался устойчивый стереотип о том, какими материалами, в случае необходимости, можно решить все проблемы недостаточной звукоизоляции. Однако практическое применение подобных материалов в лучшем случае оставит ситуацию без видимых изменений, в худшем - приведет к увеличению шума в помещении. В качестве первого примера - Миф о звукоизоляционных свойствах пробки.

То, что пробковое покрытие - хороший звукоизолятор, полагают практически все, кто держит в руках этот журнал. И "технология" применения "разработана" до мелочей. Если слышно соседа за стеной - требуется обклеить пробкой общую с соседом стену, если шум идет с потолка - то потолок. И полученный акустический эффект поражает воображение:. своим отсутствием! Но в чем же дело? Ведь продавец показывал данные акустических испытаний, где был указан эффект звукоизоляции, и весьма не малый эффект - около 20 дБ! Неужели обман?!

Нет. Цифры соответствуют действительности. Но дело в том, что подобные цифры получены не для "звукоизоляции вообще", а только для так называемой "изоляции ударного шума". Указанные значения справедливы только для случая, когда данное пробковое покрытие уложено под бетонной стяжкой или паркетной доской у "соседа сверху". Тогда вы действительно слышите шаги соседа тише на 20 дБ по сравнению с тем, как если бы данной прокладки у соседа под ногами не было. Но для музыки или звука голоса соседа, а также для всех других случаев применения пробкового покрытия в других вариантах, данные цифры "звукоизоляции" не имеют, к большому сожалению, никакого отношения. Эффект не просто уменьшается, он равен нулю! Безусловно, пробковое покрытие - экологичный и теплый материал, но приписывать ему все возможные звукоизоляционные свойства не стоит.

Все вышесказанное также относится и к пенопласту, пенополиэтилену (ППЭ), пенополиуретану и другим подобным материалам, имеющим разные торговые марки с началом на "пено-" и окончанием на "-фол", "-фом" и "-лон". Даже при увеличении толщины данных материалов до 50 мм, их звукоизоляционные свойства (за исключением изоляции ударного шума) оставляют желать лучшего.

Еще одно заблуждение, тесно связанное с первым. Обозначим его как Миф о возможности звукоизоляции тонкими конструкциями.

Почва для возникновения данного заблуждения - борьба за улучшение акустического комфорта помещения вместе с желанием сохранить исходные квадратные метры. Вполне понятно стремление сохранить высоту потолка и площадь комнаты, к тому же для типовых квартир с небольшим метражом и невысоким потолком. По данным статистических наблюдений подавляющее большинство людей готовы пожертвовать "на звукоизоляцию" увеличение толщины стены и потолка не более 10-20 мм. К этому еще существует требование получения жесткой лицевой поверхности готовой к покраске или оклейке обоями.

Здесь "на помощь" приходят все те же материалы: пробка, ППЭ, пенополиуретан толщиной до 10 мм. Отдельной строкой к ним добавляется термозвукоизол. Но для данного случая эти материалы зашиваются слоем гипсокартона, который выполняет функцию жесткой стенки, готовой к финишной отделке.

Так как акустические свойства пробки и ППЭ для звукоизоляции стен и потолка были рассмотрены выше, остановимся на термозвукоизоле.

Термозвукоизол (ТЗИ) - торговая марка материала, представляющего собой рулонный материал, где в качестве оболочки (как пододеяльник) применяется полимерный материал "Лутрасил", а в качестве набивки (одеяла) применяются волокна супертонкого стекловолокна. Толщина такого материала колеблется в районе 5-8 мм. Не берусь обсуждать теплоизоляционные качества ТЗИ, но что касается звукоизоляции:

Во-первых, ТЗИ - это не звукоизоляционный, а звукопоглощающий материал. Таким образом, о его собственной звукоизоляции речь идти не может, а только о конструкции, где он применен в качестве заполнителя.

Во-вторых, звукоизоляция такой конструкции во многом зависит от толщины звукопоглощающего материала, расположенного внутри. Толщина ТЗИ, при которой данный материал будет эффективным в звукоизолирующей конструкции, должна быть не менее 40-50 мм. А это 5-7 слоев. При толщине слоя 8 мм акустический эффект данного материала ОЧЕНЬ МАЛ. Как, впрочем, и у любых других материалов такой же толщины. Ничего не поделаешь - закон акустики! В качестве действительно эффективного материала для дополнительной звукоизоляции стен и потолка можно рекомендовать панели ЗИПС. Базовая модель ЗИПС-7-4 имеет толщину 70 мм и увеличивает звукоизоляцию на 10 дБ. При этом данная панель является новейшей разработкой и в два раза эффективнее ближайших аналогов.

Таким образом, при общей толщине конструкции дополнительной звукоизоляции 20-30 мм (включая слой гипсокартона), не стоит ожидать сколько-нибудь заметного для слуха увеличения звукоизоляции.

Кроме этих, пожалуй, наиболее распространенных заблуждений существуют и другие, менее известные, но не менее значимые. Поэтому в вопросах обеспечения требуемой звукоизоляции помещений лучше всего сразу обращаться к специалистам. Иногда профессионалу-акустику достаточно одного взгляда, чтобы сразу оценить неэффективность предполагаемых мероприятий или применяемых материалов. Ведь самое неприятное - это потратить время, силы и средства, и не ощутить результатов своего труда.

С каждым годом, по мере развития технического прогресса, число бытовой техники в квартирах неуклонно возрастает. Звуковая аппаратура становится все более мощной. Это существенно повышает общий уровень шума в квартирах. Норма звукоизоляции межквартирных стен и перекрытий, установленная действующим СНиП - Rw=52 дБ, оказывается с каждым годом все более недостаточной. Кроме того, низкое качество строительства реально не всегда обеспечивает нормативные показатели. Несоответствия нормативным значениям имеют место в зданиях, построенных еще до введения регламентации межквартирной звукоизоляции, или перестроенных без соблюдения последней.

На сегодняшний день самый распространенный способ увеличения звукоизоляции существующих стен и перегородок без существенного увеличения нагрузки на перекрытия - это устройство дополнительной стены на металлическом или деревянном каркасе с облицовкой его т.н. "гибкими" тонкими плитами из гипсокартона, ДВП и т.п. Пространство между листами и существующей стеной заполняется звукопоглотителем (как правило стекло- или минеральной ватой). При этом каркас имеет жесткое крепление со стеной, а облицовка жестко крепится к каркасу на гвоздях или шурупах. Таким образом, звуковые вибрации передаются от стены через обрешетку или профиль непосредственно на облицовку и успешно переизлучаются ей в защищаемое помещение.

В 1999 году фирмой "Акустические материалы", г. Москва были проведены исследования в области дополнительной звукоизоляции многослойными конструкциями. В результате было разработано принципиально новое "Устройство для снижения энергии акустических колебаний, исходящих от твердой поверхности" на которое 27 октября 1999 года был получен патент на изобретение РФ №2140498. Устройство получило торговую марку ЗИПС (Звукоизолирующая панель стеновая) и выпускается в виде пазогребневой панели размером 1500х500 мм, готовой к применению, т.е. непосредственно к монтажу на существующую стену, звукоизоляцию которой надо увеличить (рис.1).

Панель ЗИПС состоит из комбинации плотных (гипсоволокнистый лист) и легких слоев (минеральная и/или стеклянная вата) различной толщины. Толщина звукоизолирующей панели и количество слоев может изменяться в зависимости от требований конкретной акустической задачи (от 40 до 130 мм и от двух до шести слоев). Одним из принципиально новых решений в конструкции ЗИПС стал отказ от использования каркаса, а также крепление панели к стене через специальные виброразвязанные узлы, конструктивно выполненных в ЗИПС на стадии производства. Если для увеличения звукоизоляции перекрытий широко применяются конструкции т.н. "плавающих" полов, то панели ЗИПС в общем можно определить как "плавающие" стены при соблюдении всех прочностных строительных требований к данной конструкции.

В июне 1999 года в акустической камере НИИ Cтроительной физики, Москва, были проведены измерения дополнительной звукоизоляции четырехслойной панели ЗИПС-7-4, толщиной 70 мм. Измерения проводились согласно стандартной методике ГОСТ 27296-87. В качестве исходной конструкции в проеме между камерами высокого и низкого уровня была установлена перегородка из гипсовых пазогребневых плит толщиной 80 мм. На этой перегородке были смонтированы четырехслойные панели ЗИПС-7-4, толщиной 70 мм, поверхностной массой 40 кг/кв.м.

Частотные характеристики изоляции воздушного шума исходной конструкции-перегородки из гипсовых плит толщиной 80 мм и той же конструкции усиленной панелями ЗИПС-7-4 приведены в таблице 1. Индекс изоляции воздушного шума у исходной конструкции Rw=40 дБ, усиленная конструкция имеет индекс изоляции воздушного шума Rw=47 дБ.

Для уточнения значений дополнительной изоляции воздушного шума панелями ЗИПС-7-4 в сентябре 1999 года в акустической камере Центра контроля строительства, Великобритания, были проведены акустические измерения в соответствии со стандартом BS EN ISO 140-3: 1995. В качестве исходной конструкции в проеме между камерами высокого и низкого уровня была установлена гипсокартонная перегородка на металлическом профиле толщиной 90 мм. Профиль с двух сторон был обшит листами гипсокартона по два листа толщиной 12,5 мм с каждой стороны. Внутри перегородки был уложен слой стекловаты толщиной 25 мм. На этой перегородке были смонтированы четырехслойные панели ЗИПС-7-4, толщиной 70 мм, поверхностной массой 40 кг/кв.м.

Частотные характеристики изоляции воздушного шума исходной конструкции-перегородки из гипсокартонных листов на профиле толщиной 90 мм и той же конструкции усиленной панелями ЗИПС-7-4 приведены в таблице 2. Индекс изоляции воздушного шума у исходной конструкции Rw=52 дБ, усиленная конструкция имеет индекс изоляции воздушного шума Rw=61 дБ.

Таким образом, эффективность панелей ЗИПС-7-4 для дополнительной изоляции воздушного шума можно оценить в DRw=7-9 дБ. Это достаточно высокий показатель дополнительной изоляции воздушного шума при толщине конструкции 70 мм и поверхностной массе 40 кг/кв.м.

Звукоизолирующие панели ЗИПС изготавливаются только из отечественных материалов, каждый из которых имеет высокие характеристики противопожарной безопасности и экологичности. Панели ЗИПС просты в монтаже, прекрасно поддаются косметической обработке; в панель можно вбивать гвозди и вкручивать шурупы. Панели ЗИПС подлежат многократному монтажу-демонтажу без ухудшения акустических и других эксплуатационных свойств.

Успешный трехлетний опыт применения панелей ЗИПС в борьбе с шумами в жилых помещениях и для дополнительной звукоизоляции общественных заведений подтвердил высокую эффективность и перспективность данной разработки.

Таблица 1. Результаты измерения изоляции воздушного шума, полученные в акустической камере НИИСФ, Москва

Таблица 2. Результаты измерения изоляции воздушного шума, полученные в акустической камере Центра контроля строительства, Великобритания

Иглопробивные маты из стекловолокна (ИПМ) до последнего времени применялись исключительно в промышленных целях в качестве тепловой и электрической изоляции оборудования, и не были широко известны массовому потребителю. А ведь на самом деле, преимущества данных материалов по сравнению с другими, используемыми в этой же сфере, настолько велики, что с уверенностью можно сказать, что иглопробивные маты - это материал XXI века. И как выясняется, область его применения оказывается намного шире, чем представлялось по началу...

Исходное сырье - стеклянные волокна получают непрерывным способом в специальных печах с использованием новейших технологий, разработанных в начале девяностых годов. По химическому составу волокна стекла различают на алюмоборсиликатные (стекло-Е), кремнеземные и Puresil (см. таблицу №1).

Диаметр волокон находится в диапазоне от 6 до 12 мкм, что позволяет им быть не опасными для дыхания, так как по сведениям Министерства Здравоохранения РФ, организм человека не способен выводить из легких осевшие в них волокна в том случае, если их диаметр меньше 6 мкм. Именно такой размер волокна имеет широко используемая в строительстве минеральная и стеклянная вата (4-6 мкм), применение которой в помещениях возможно только с использованием ограждающих конструкций, препятствующих эмиссии частиц в окружающую среду.

Для придания стеклянным волокнам мягкости и гибкости в процессе производства используются различные типы замасливателей, что в итоге позволяет вырабатывать нити, сетки, маты и ткани, обладающие превосходными потребительскими качествами.

Маты вырабатываются из стеклянных комплексных нитей и представляют собой стекловолокнистый холст, сформированный механическим способом и предварительно уплотненный на иглопробивной машине, осуществляющей связывание холста этими самыми же нитями путем протаскивания их через холст, при помощи игл специальной конструкции (откуда и название "иглопробивные маты"). Таким образом, полученные маты не содержат связующих смол.

Для тех случаев, где изначально маты предполагается использовать при температуре выше 250°С (духовки газовых плит, паровые котлы, турбины), они дополнительно проходят термическую обработку для удаления компонентов замасливателя. Такой термоусаженный мат при нагревании в дальнейшем не будет выделять летучих веществ, но при этом он становится менее эластичным, более хрупким и жестким на ощупь.

Таким образом, иглопробивные маты состоят из волокон, имеющих диаметр не ниже предельно допустимого гигиенического значения, не содержат канцерогенных асбестовых и керамических волокон, а в их состав не входят такие вредные связующие, как фенол. Поэтому с уверенностью их можно отнести к классу тепло-звукоизоляционных материалов, соответствующих высоким гигиеническим и противопожарным требованиям. Добавим, что стекловолокнистые материалы имеют низкую теплопроводность, не поддаются влиянию пара, масла, воды, обладают высокой температурной стабильностью.

Помимо высоких тепло- и электроизоляционных свойств иглопробивные маты "Вибросил" имеют хорошие акустические характеристики. Благодаря волокнистой структуре, их можно использовать:

§                     как звукопоглощающий материал в помещениях с повышенным требованием к гигиенической и пожарной безопасности в качестве среднего слоя звукоизоляционных конструкций

§                     как звукоизоляционный материал в конструкциях деревянных перекрытий и полов, где он используется в качестве прокладочного слоя между лагами и балками перекрытия, лагами и половой доской для изоляции ударного шума и снижения передачи структурного шума

§                     для изоляции ударного шума в конструкциях звукоизоляционных полов в качестве упругого слоя поверх плит перекрытия, по которому выполняется выравнивающая стяжка толщиной не менее 50 мм

Маты из кремнеземного волокна "Вибросил-К" обладают превосходными высоко-температурными теплоизоляционными свойствами (см. таблицу №1), что позволяет их применять в качестве тепловой и пожарной защиты при высоких рабочих температурах до 1200°С.

И поскольку такие материалы действительно имеют массу преимуществ, что нам мешает их использовать в быту и, наконец, начать извлекать пользу из того, что до недавнего времени служило только на благо ВПК?

Таблица №1. Сравнительные физико-технические характеристики стекол

Таблица №2. Характеристики различных типов иглопробивных матов "Вибросил"

Таблица №3. Рациональные способы применения иглопробивных матов "Вибросил" в быту

Проблема звукоизоляции жилых помещений в силу ряда причин занимает обособленное положение в вопросах обеспечения должной комфортности зданий и сооружений. Если обозревать жилищное строительство, выясняется, что одинаково недостаточную звукоизоляцию имеют как недорогие типовые проекты (что вроде бы объяснимо), так и "элитное" жилье. Основной причиной недостаточной звукоизоляции жилья любой категории, на наш взгляд, является тот факт, что включение всех необходимых мероприятий по обеспечению качественной звукоизоляции на стадии проектирования и строительства повышает общую стоимость строительства как минимум в полтора раза. Для типового жилья это "неоправданно" дорого - там основной критерий: как можно больше квадратных метров за меньшую цену, а в "элитном" домостроительстве данная необходимость еще не осознана. Ведь зрительно дом с качественной звукоизоляцией очень трудно отличить от дома с плохой изоляцией. Так что истинная акустическая обстановка проясняется для жильцов, как правило после приобретения квартиры и, что еще хуже, после проведения дорогостоящего ремонта, когда что-либо изменить уже практически невозможно.

Но даже если вопрос дополнительной звукоизоляции был поставлен до проведения ремонтных работ, это еще не означает успешного решения проблемы. В силу существующих в этой области устойчивых стереотипов и отсутствия доселе эффективных конструкций дополнительной звукоизоляции, даже в случае целенаправленной борьбы с шумом, полученный эффект оказывается далеко от желаемого.

Рассмотрим распространенную конструкцию дополнительной звукоизоляции, которая без существенного изменения применяется на протяжении последних пятидесяти лет. К стене через деревянную обрешетку или металлический профиль жестко, на шурупах или гвоздях, крепятся гипсокартонные листы (сухая штукатурка) или листы ДСП. Пространство между листами и стеной заполняется утеплителем, который в самом благоприятном случае является минеральной или стеклянной ватой, в самом худшем - пенопластом. Но дело здесь даже не в материале для заполнения внутреннего пространства. Главный недостаток такой конструкции в том, что звуковые вибрации передаются непосредственно от шумящей стены (потолка) на листы гипсокартона или ДСП через жесткую обрешетку или профиль. В результате последний, лицевой лист ГКЛ успешно излучает звук в защищаемое помещение!

Таким образом, становится практически неважно какой материал внутри конструкции - звук идет, что называется, "в обход". Наличие жестких связей или т.н. "звуковых мостиков" на практике ограничивает звукоизолирующую способность подобной конструкции до 2-4 дБ. А это очень мало...

В 1998-1999 годах фирмой "Акустические материалы" (г. Москва) были проведены исследования в области дополнительной звукоизоляции многослойными конструкциями. В результате было разработано принципиально новое "Устройство для снижения энергии акустических колебаний, исходящих от твердой поверхности" на которое в 1999 году был получен патент на изобретение РФ №2140498. Устройство получило торговую марку ЗИПС (Звукоизолирующая панель стеновая) и выпускается в виде пазогребневой панели размером 1500х500 мм, готовой к применению, т.е. непосредственно к монтажу на существующую стену, звукоизоляцию которой надо увеличить.

Одним из принципиально новых решений в конструкции ЗИПС стал отказ от использования промежуточного каркаса и наличие специальных виброразвязанных узлов для крепления панели к стене. Данные узлы крепления конструктивно выполняются в панелях ЗИПС на стадии производства. Панель состоит из комбинации плотных (гипсоволокнистый лист) и легких слоев (минеральная и/или стеклянная вата) различной толщины. Толщина звукоизолирующей панели и количество слоев может изменяться в зависимости от требований конкретной акустической задачи (от 40 до 130 мм).

В акустических камерах НИИСФ, г. Москва и Центра контроля строительства, Великобритания были произведены измерения дополнительной звукоизоляции, получаемой при использовании ЗИПС. Полученный эффект - 10 дБ при применении четырехслойной панели ЗИПС толщиной 70 мм не имеет аналогов среди известных дополнительных звукоизолирующих конструкций такой же массы и толщины. По сравнению со стандартными облицовками из гипсокартонных листов величина дополнительной звукоизоляции увеличилась втрое!

Панели ЗИПС изготавливаются только из отечественных материалов, каждый из которых имеет высокие характеристики противопожарной и экологической безопасности. Вместе с этим они просты в монтаже, прекрасно поддаются косметической обработке, в панель можно вбивать гвозди и вкручивать шурупы.

Успешный трехлетний опыт применения панелей ЗИПС в борьбе с шумами в жилых помещениях и для звукоизоляции общественных заведений подтвердил высокую эффективность и перспективность данной разработки.

Шум - малоприятный спутник человеческой жизни, один из главных виновников наших стрессов, раздражительности и общей усталости организма. Но и другая крайность - абсолютная тишина нам тоже, оказывается, не подходит, поскольку держит нервную систему в постоянном напряжении: почему так тихо? не случилось ли чего? Как же обеспечить допустимый уровень шума в доме?

Акустика помещения: звукоизоляция и звукопоглощение

Наш дом переполнен звуками. Это и журчание льющейся из крана воды, и шипение сковородки на плите, и скрип дверей, и шарканье тапочек, и многоголосие работающих бытовых приборов (холодильника, пылесоса, стиральной машины, музыкального центра, телевизора, систем кондиционирования и принудительной вентиляции), и многое другое. Свою ноту в общий хор вносят звуки с улицы и от соседей. Все это вместе образует так называемый бытовой шум. Говоря о нем, имеют в виду не отдельные звуки, каждый из которых характеризуется своими амплитудой и частотой, а целый их спектр в диапазоне частот, воспринимаемых нашим ухом.

В терминологии архитектурно-дизайнерских проектов прочно укоренилось понятие "акустика помещений". На практике оно подразумевает решение двух взаимосвязанных проблем: защиты помещения от звуков извне и обеспечения качественного распространения полезных звуков внутри него. Обе предполагают снижение энергии звуковых волн, но первая - при прохождении их сквозь преграду (это называется звукоизоляцией), а вторая - при отражении от преграды (звукопоглощение).

До настоящего времени акустикой жилья в России занимались недостаточно. Во-первых, из соображений экономии (по утверждению специалистов проектной компании "СВЕНСОНС", таким образом стоимость строительства снижалась более чем на 30%). Во-вторых, из-за отсутствия контроля над соблюдением нормативных характеристик по акустике жилых помещений. Практическим шагом к устранению этих причин можно считать изданные в 1997 году московские городские строительные нормы 2.04-97 "Допустимые уровни шума, вибрации и требования к звукоизоляции в жилых и общественных зданиях", принятые к использованию в столице.

Производители акустических материалов интенсивно расширяют ассортимент своей продукции. Усилиями таких фирм, как французская SAINT-GOBAIN (заводы ECOPHON в Швеции и ISOVER в Финляндии), датская ROCKWOOL, финская PAROC, голландская THERMAFLEX, американская DOW CHEMICAL Co., итальянская IDEX, португальская IPOCORC, а также производителей акустических подвесных потолков - американских ARMSTRONG, USG, немецкого AMF, отечественных "АКУСТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ", "СИЛИКА", "ЭСТ", совместных российско-германских ТИГИ-KNAUF, "ФЛАЙДЕРЕР-ЧУДОВО" и ряда других - наш рынок постепенно наполняется строительными материалами этого направления.

Шум воздушный и шум структурный

Различают два вида шума по характеру его распространения в помещении: шум воздушный и шум структурный. В первом случае вибрации, создаваемые, например, динамиками работающего телевизора, вызывают звуковые волны в форме колебаний воздуха. Вне помещений этот вид шума преобладает. В первых 16 строках нашей таблицы приведены наиболее распространенные в быту источники, шум от которых превышает нормативный уровень (40 дБА в дневное время, 30 дБА ночью - согласно СНиПу II-12-77).

Источником шума может быть и механическое действие, например перемещение мебели по полу или забивание гвоздя в стену. Такой шум называют структурным. "Работает" он по следующей схеме: вибрация пола от наших шагов передается стене, а ее колебания слышны в соседнем помещении. Самый неприятный структурный шум - ударный. Он обычно распространяется на большие расстояния от источника. Скажем, стук по трубе центрального отопления на одном этаже слышен на всех остальных и воспринимается жильцами, как если бы его источник находился совсем рядом. Последние 4 строки таблицы содержат характеристики источников именно такого шума.

Некоторые бытовые приборы являются источниками обоих видов шума. Например, система принудительной вентиляции. Воздушный шум проникает в помещение по воздуховодам, а структурный возникает в результате вибрации стенок защитного кожуха вентилятора и самих воздуховодов.

Источники бытового шума

Звук и шум

В разговорах часто используют два близких по смыслу слова: "звук" и "шум". Звук - это физическое явление, вызванное колебательным движением частиц среды. Звуковые колебания имеют определенную амплитуду и частоту. Так, человек способен слышать звуки, различающиеся по амплитуде в десятки миллионов раз. Воспринимаемые нашим ухом частоты располагаются в диапазоне от 16 до 20000 Гц. Энергетика звука характеризуется интенсивностью (Вт/м2) или звуковым давлением (Па). Природа наделила нас способностью слышать и раскаты грома, и малейший шелест листвы. Для оценки столь разных звуков приняты показатель уровня интенсивности звука L и особые единицы измерения - децибелы (дБ). Кстати, порог слышимости человека соответствует звуковому давлению 2*10-5 Па или 0 дБ. Что касается шума, то он представляет собой хаотичное, нестройное смешение звуков, отрицательно действующее на нервную систему.

Чувствительность человеческого уха к очень низким и очень высоким частотам хуже, чем к частотам речевого диапазона (500-4000 Гц). При измерениях необходимо учитывать эту особенность слуха. В приборе шумомере используют особую шкалу "А" с единицами измерения "децибелами А" (дБА). В речевом диапазоне они почти совпадают с обычными децибелами.

Физиологической характеристикой звука служит его громкость. Снижение уровня интенсивности звука L на 10 дБ субъективно ощущается как уменьшение громкости в 2 раза, а на 5 дБ - как уменьшение громкости на треть. Организм человека неодинаково реагирует на шум разного уровня и частотного состава. В диапазоне 35-60 дБА реакция индивидуальна (по типу "мешает - не мешает"). Шумы уровня 70-90 дБА при длительном воздействии приводят к заболеванию нервной системы, а при L более 100 дБА - к снижению остроты слуха разной степени тяжести, вплоть до развития полной глухоты.

Способы изоляции шума

Избавить свой слух от нежелательных звуков можно двумя способами: снизив уровень шума источника или установив на пути акустических волн преграду. При выборе бытовых приборов желательно ориентироваться на те, у которых собственный шум при работе не превышает 40 дБА.

Уровень шума, проникающего извне, ограничивают уже на стадии строительства. Это достигается в результате соблюдения нормативных требований к звукоизоляции жилых помещений. "Шумящие" зоны (кухня, ванная комната, туалет) объединяют в отдельные блоки, граничащие с лестничными клетками или аналогичными блоками соседних квартир. Если же главные источники шума находятся за пределами жилья, а желанной тишины все равно нет, следует уделить особое внимание дополнительной звукоизоляции конструкций, ограждающих помещения сбоку, сверху и снизу. К ним чаще всего относятся:

§                     разделяющие стены и перегородки;

§                     полы и потолки, включая их стыки со стенами и перегородками;

§                     оконные блоки, межкомнатные и балконные двери;

§                     а также встраиваемое в стены и потолок оборудование и инженерные коммуникации, способствующие распространению шума.

Звукоизолирующая способность ограждающих конструкций, применяемых в строительстве, оценивается усредненными значениями индексов звукоизоляции Rw и Lnw. Для домов категории "А" (самой высокой) они должны составлять 54 и 55 дБ соответственно, для домов категории "Б" - 52 и 58 дБ и, наконец, для домов категории "В" - 50 и 60 дБ.

Защита от воздушного шума сбоку

Любое помещение ограничено стенами, которые представляют собой преграды для звуковых волн. Эти конструкции бывают двух типов: однослойные, чаще монолитные (кирпичные, железобетонные, каменные и другие), и многослойные, состоящие из листов разных материалов. Повысить звукоизоляцию ограждений можно следующими способами:

§                     сделать так, чтобы звуковая волна не смогла заставить преграду колебаться, передавая при этом звук внутрь помещения;

§                     добиться поглощения и рассеивания энергии звуковой волны внутри ограждающей конструкции.

Первый путь требует, чтобы преграда была или массивной (тяжелой), или жесткой. Второй реализуется с помощью многослойных конструкций из пористых и волокнистых материалов. Чем тяжелее и толще монолит и выше частота звука, тем меньше стена вибрирует, и, значит, ее звукоизолирующая способность лучше. Впрочем, связь между этими параметрами не прямая. Так, бетонная стена довольно распространенной толщины 140 мм обеспечивает при частоте 300 Гц звукоизоляцию всего в 39 дБ, а при частоте 1600 Гц - порядка 60 дБ. Повышение значения индекса Rw путем увеличения массы конструкции не столь эффективно, как кажется. Если оштукатуренная стена в полкирпича (толщиной 150 мм) даст звукоизоляцию в 47 дБ, то оштукатуренная стена толщиной в кирпич - только 53-54 дБ. Иными словами, удвоение массы улучшит звукоизоляцию всего на 6-7 дБ.

Многослойная конструкция состоит из листов разных материалов, между которыми может находиться и воздушная полость. В такой структуре вибрации затухают быстрее, чем в однородном материале. Звукоизоляционные свойства "слоеной" перегородки сравнительно небольшой плотности сопоставимы со свойствами монолитной стены. Так, перегородка толщиной 150 мм с 40-миллиметровым слоем заполнителя из минеральной ваты и воздушной полостью в 100 мм, обшитая снаружи сдвоенными гипсокартонными листами толщиной 12,5 мм каждый, обеспечит звукоизоляцию Rw=52 дБ. Этого вполне достаточно для защиты от шума, создаваемого распространенными в быту источниками.

Словарик

Акустика (в практическом смысле слова) - учение о звуковых волнах в диапазоне частот, воспринимаемых человеческим ухом (от 16 Гц до 20 кГц). Применительно к помещению различают архитектурную акустику, предмет которой - распространение полезных звуковых волн в помещении, и строительную акустику, занимающуюся изоляцией помещения от проникновения звуков извне.

Звукоизоляция- снижение уровня звукового давления при прохождении волны сквозь преграду. Эффективность ограждающей конструкции оценивают индексом изоляции воздушного шума Rw (усредненным в диапазоне наиболее характерных для жилья частот - от 100 до 3000 Гц), а перекрытий - индексом приведенного ударного шума под перекрытием Lnw. Чем больше Rw и меньше Lnw, тем лучше звукоизоляция. Обе величины измеряются в дБ.

Звукопоглощение- снижение энергии отраженной звуковой волны при взаимодействии с преградой, например со стеной, перегородкой, полом, потолком. Осуществляется путем рассеивания энергии, ее перехода в тепло, возбуждения вибраций. Звукопоглощение оценивают по среднему показателю в диапазоне частот 250-4000 Гц и обозначают с помощью коэффициента звукопоглощения aw. Этот коэффициент может принимать значение от 0 до 1 (чем ближе к 1, тем соответственно выше звукопоглощение).

Акустические материалы - строительные изделия (чаще всего в виде листов, плит, матов или панелей), предназначенные для изменения характера распространения звуковых волн в помещении. Способствуют комфортному воспроизведению звуков в соответствии с особенностями человеческого слуха. Подразделяются на звукопоглощающие и звукоизолирующие, причем последние могут предназначаться для изоляции либо от воздушного, либо от структурного шума.

Звукопоглощающие материалы

В качестве заполнителя чаще всего используют плиты из стекловолокна фирм ISOVER и PFLEIDERER, из минеральной ваты ROCKWOOL и PAROC, а также акустические материалы со слоистой или ячеистой структурой других фирм. Сами по себе эти изделия не спасают помещение от проникновения шума, но, включенные в состав перегородки, способны улучшить ее звукоизолирующую способность. Чем выше коэффициент звукопоглощения aw используемого материала, тем изолирующие свойства лучше.

Материал может быть либо натуральным - минерального происхождения (базальтовая вата, каолиновая вата, вспученный перлит, вспененное стекло, шамот) или растительного (целлюлозная вата, камышитовая плита, торфоизоляционная плита, мат из льняной пакли, пробковый лист), либо синтетическим газонаполненным пластиком (пенополиэстр, пенополиуретан, пенополиэтилен, пенополипропилен и др.). Наиболее долговечна минеральная вата из горных пород (чаще всего базальтовая). Среди ее дополнительных преимуществ менеджеры PAROC EXPORT называют гидрофобность, огнестойкость, паропроницаемость и экологическую безопасность. Зато стекловолокно, по утверждению специалистов фирмы "САН-ГОБЕН ИЗОВЕР", позволяет изготовить гораздо более легкие плиты, чем из минеральной ваты. Плесень и вредители в таких материалах не заводятся. Особенностью пенополистирола является низкая паропроницаемость (в 40-70 раз меньше, чем у минваты). В результате движение пара наружу осложняется, и при высокой влажности помещения требуется принудительное кондиционирование (для предотвращения отсыревания стен).

Один из примеров многослойных конструкций, монтируемых на существующую стену для дополнительной звукоизоляции, - достаточно легкие панели ЗИПС размером 500х1500 мм. В отдельных случаях с их помощью удается повысить индекс Rw межкомнатной перегородки на 8-13 дБ. Каждая панель состоит из чередующихся, различных по толщине слоев плотных гипсоволокнистых и мягких минераловолокнистых (стекловолокнистых) листов. Общая толщина конструкции составляет 70-130 мм. Специалисты фирмы "АКУСТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ" утверждают, что после монтажа панелей ЗИПС-Super на стену в один кирпич грохот соседской дискотеки, ранее сопоставимый по уровню шума с постоянно хлопающими дверями лифта, снизится до допустимых для жилья в дневное время 40 дБА.

Подбор звукопоглощающих материалов, расчет количества и толщины листов, а также величины воздушной полости лучше поручить специалисту. Лишь в этом случае эффективность звукоизоляции помещений будет максимальной при вложенных средствах.

Звукопоглощающие материалы для многослойных звукоизолирующих конструкций

* - площадь не ограничивается.

Защита помещения от проникновения шума снизу и сверху

Звукоизоляция помещения снизу и сверху определяется межэтажным перекрытием. Однако для защиты от структурного шума его пришлось бы сделать слишком толстым и тяжелым. В качестве дополнительного звукоизолятора можно смонтировать подвесной или подшивной потолок ("Идеи вашего дома" N 5 за 2001 год, статья "Потолки для самых практичных"). А вот между нижней плитой и напольным покрытием (паркетом, линолеумом, ламинатом, ковролином) обычно стелют промежуточную эластичную подложку. Она заметно уменьшит шум ваших шагов, за что, кстати, сосед снизу должен быть вам благодарен.

Конечно, в этом случае не все однозначно. Так, индекс дополнительной звукоизоляции Rw акустических подвесных потолков не превышает 8 дБ, да и то без учета влияния структурного шума. Фирмы-производители вместо этого показателя приводят величину коэффициента звукоизоляции Dncw, которая имеет гораздо более высокое значение, но чаще всего не применима к жилым помещениям.

Гораздо эффективнее устройство звукоизолирующего пола. Он может монтироваться на лагах или на эластичном ("плавающем") основании. Ударный шум снижают с помощью подложки из различных материалов. Например, из полимерно-битумной мембраны Fonostop Duo (фирма INDEX), технической пробки толщиной до 8 мм от фирмы IPOCORC или листов "Регупол", выполненных из резиновой крошки и полиуретана ("РЕГУПЕКС"). Сверху делают бетонную стяжку толщиной 30-50 мм, а уже на нее настилают чистовое напольное покрытие. За счет малого модуля упругости материала подложки распространение ударного шума резко падает.

ТИГИ-KNAUF предлагает свой звукоизоляционный "пирог". Различные комбинации его слоев в сочетании с листом полистирола толщиной 20-30 мм позволяют изменить индекс Lnw на 20-30 дБ для вибраций с частотой 150-3000 Гц. В среднем "плавающий" пол способен уменьшить этот индекс на 8-33 дБ для наиболее распространенных в быту шумов с частотами от 150 до 3000 Гц.

Спасаясь от шума, вы можете столкнуться с множеством неожиданных проблем. Например, при настиле линолеума с войлочной основой непосредственно на железобетонную плиту толщиной 220 мм звукоизоляция снизу нередко даже ухудшается на 1-3 дБ. Виновники неприятности - резонансные явления. Профессиональные акустики учитывают такие "подводные камни". В многоэтажных зданиях для борьбы с ударным шумом всегда применяют прокладочный материал. С его помощью защищают стыки несущих элементов. Довольно эффективно, скажем, рулонное кремнеземное волокно Supersil толщиной 6 мм. По данным НИИСФ, оно позволяет снизить индекс Lnw на 27 дБ. Волокно универсально, поскольку отличается еще и хорошим звукопоглощением. В качестве прокладочного материала удобно использовать также синтетическую ленту "Регупол".

Подбирая все эти изделия по толщине, прочности и долговечности, необходимо быть особенно внимательным и осторожным. Дело в том, что эластичные прокладки снижают жесткость конструкции ограждения. Чтобы ваше жилище не приблизилось по прочности к карточному домику, лучше все же дополнительные мероприятия по изоляции ударного шума производить с помощью специалиста-акустика.

Звукоизоляционные прокладочные материалы

* - только под напольное покрытие; ** - длина не ограничивается; *** - длина любая в пределах 12 м; **** - при звукоизоляции, состоящей из двух слоев.

Звукоизоляция окон и дверей

Окна, балконные и межкомнатные двери тоже способствуют проникновению в помещение шумов. Причем улучшение звукоизоляции в данном случае находится в противоречии с проблемой обеспечения притока свежего воздуха. А поскольку устройство централизованной принудительной приточной вентиляции в жилых зданиях - слишком дорогое удовольствие, специалисты фирмы "АЭРОМАТИКА XXI ВЕК" предлагают другое решение: установить в каждое окно (горизонтально или вертикально) специальный шумозащитный вентиляционный клапан. Это может быть, например, оконный проветриватель модели "Аэромат 80". Такой прибор берет на себя сразу обе функции: снижает уровень шума и обеспечивает вентиляцию. Причем поступление свежего воздуха можно регулировать с помощью специального рычажного механизма. Максимально достижимая величина притока воздуха определяет величину индекса Rw: при 15 м3/ч он составляет 40 дБ, при 26 м3/ч - 36 дБ и при 70 м3/ч - 21 дБ. Эти же функции может выполнять и приточный клапан Aeropac 60/90 фирмы SIEGENIA. Он монтируется в простенке рядом с окном и подает наружный воздух через ПВХ-короб, создавая уровень собственного шума не выше 37 дБА.

Очень полезно знать уровень шума в вашем районе. В зависимости от этого показателя специалисты фирмы "БАМО" рекомендуют устанавливать разные варианты оконных рам. Оптимальное сочетание толщины стекла, количества полотен и размера промежутков между ними позволяет создать необходимую звукоизоляцию и при этом сохранить достаточную воздухопроницаемость окна. Но, разумеется, уровень шума в помещении даже при самом совершенном окне будет днем и ночью различным.

Балконную дверь всегда рассматривают как ограждение с неоднородными звукоизоляционными свойствами по высоте. Звукоизоляцию нижней, филенчатой части обеспечивают по аналогии с межкомнатной перегородкой, а остекленной верхней - так же, как окна.

Несколько практических рекомендаций

1.                   Перегородки должны опираться только на плиты перекрытия или ригели, расположенные между балками, но ни в коем случае не на лаги или полы. Проследите, чтобы чистовой пол и лаги двух соседних помещений не соприкасались. Это исключит передачу вибраций, возникающих при ходьбе.

2.                   Стены из строительного материала с ячеистой открытой структурой (например, из пористого бетона) должны быть тщательно оштукатурены. Так вы предотвратите проникновение звуковой волны сквозь поры.

3.                   Облицовывать многослойные межкомнатные перегородки гипсокартонными листами в два слоя лучше со смещением швов одного слоя относительно другого.

4.                   При встраивании осветительного оборудования в стены и потолок не забудьте тщательно заделать остающиеся щели и зазоры. Они могут значительно снизить индекс звукоизоляции ограждающей конструкции.

Герметизация помещения и звукоизоляция инженерного оборудования

Щели под дверью, зазоры и отверстия в стенах и перегородках, температурные и усадочные швы строительных конструкций всегда вредят звукоизоляции помещения. Так, 15-миллиметровая вентиляционная щель под межкомнатной дверью снизит Rw перегородки на целых 5-9 дБ. А сквозное отверстие для электророзеток в стене, разделяющей квартиры, даже при индексе Rw=50 дБ позволит переговариваться с соседями. Именно по этой причине вентиляционные отверстия в межкомнатных дверях стоит снабдить закрывающимися шторками. Электророзетки же имеет смысл расположить со смещением по горизонтали, уничтожив таким образом лазейки для шума. Заметим, что в данном случае герметизация помещений одновременно решает задачи как теплоизоляции, так и звукоизоляции.

Также следует обратить внимание на звукоизоляцию встраиваемого в стены и потолок дополнительного оборудования. Например, имеет смысл возвести преграду на пути шума, распространяющегося по коробам и воздуховодам вентиляционных систем. Вопрос этот в каждом конкретном случае решается по-своему.

Требования по защите

Для исключения возможности возгорания звукоизолирующих материалов они должны относиться к классу негорючих (НГ), слабогорючих (Г1) или трудновоспламеняющихся (В1). Например, минеральная вата и стекловолокно - представители класса НГ, пенополистиролы и пробка - В1 (при обработке антипиреном). А вот пенополиуретан - горюч (класс Г). Утвержденных нормативных документов, содержащих правила безопасного применения горючих звукоизолирующих материалов, пока не существует. Именно поэтому при креплении таких изделий к деревянным стенам или деревянной обшивке стен следует принять меры, снижающие опасность их возгорания изнутри помещения. Скажем, установить за ними металлический лист. Плита из любого материала должна иметь гигиенический сертификат, подтверждающий отсутствие вредных для здоровья испарений. К сожалению, большинство перечисленных материалов под воздействием открытого огня дымятся и выделяют токсичные газы.