CC BY
9УДК 699.844
А.Н. ПУЗАНКОВ, магистр техники и технологии (cccp443@yandex.ru), Д.Л. ЩЕГОЛЕВ, канд. техн. наук (sdl77@mail.ru),
Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет
Исследование влияния
краевого демпфирования светопрозрачных ограждений на их звукопроницаемость
В связи с постоянно повышающимся уровнем транспортного и промышленного шума на территории крупных городов особенно остро стоит задача повышения звукоизоляции наружных ограждающих конструкций жилых и общественных зданий. Наиболее уязвимыми к шумовому воздействию среди подобных ограждений являются окна и другие светопрозрачные конструкции. Существует несколько возможных способов повышения звукоизоляции окон, среди которых: увеличение толщины и количества стекол, увеличение ширины воздушного промежутка (промежутков), разрезка плоскости окна оконными переплетами, дополнительное вибродемпфирование остекления.
Вибродемпфирование — искусственное подавление колебаний пластины путем повышения диссипативных потерь (потери колебательной энергии при переходе ее в тепловую энергию частиц материала). Можно утверждать, что при увеличении количества поглощенной звуковой энергии увеличивается звукоизоляция конструкции.
В настоящее время существует достаточно большой спектр материалов, позволяющих повысить диссипа-тивные потери в ограждении. К сожалению, большинство из них, в особенности те, которые обладают наиболее высокими демпфирующими свойствами, являются непрозрачными, что существенно ограничивает возможности их применения в светопрозрачных конструкциях. Демпфирование поверхности стекол светопро-зрачными демпфирующими материалами имеет относительно низкую эффективность в связи с малой толщиной демпфирующего материала, а также достаточно дорого относительно стоимости стекла. Поэтому предлагается производить частичное (краевое) демпфирование конструкции по периметру светопрозрачной части
Ъ Гц
Рис. 1. Сравнение частотных характеристик звукоизоляции образца из силикатного стекла толщиной 4 мм с различной степенью оклейки его поверхности вибродемпфирующим материалом «БиМаст Бомб». Частотная характеристика звукоизоляции стекла: 1 - без вибродемп-фирующего материала (0%); 2 - с оклейкой по периметру полосой вибродемпфирующего материала шириной 20 мм (11,4%); 3 - с оклейкой по периметру полосой вибродемпфирующего материала шириной 40 мм (22,3%); 4 - с оклейкой по периметру полосой вибродемпфирующего материала шириной 80 мм (43%); 5 - с оклейкой по периметру полосой вибродемпфирующего материала шириной 140 мм (71,15%); 6 - с полным оклеиванием поверхности стекла вибродемпфирующим материалом (100%)
ограждения путем нанесения на поверхность полосы са-моклеющегося непрозрачного материала.
В лаборатории акустики ННГАСУ были проведены исследования влияния краевого демпфирования на звукоизоляцию светопрозрачных конструкций. Для проведения исследований был изготовлен образец из силикатного стекла толщиной 4 мм размерами 1,03x0,505 м. Для вибродемпфирования был использован специализированный материал «БиМаст Бомб». Производилась оклейка плоскости образца материалом с постепенным увеличением ширины полосы по периметру до полного покрытия поверхности образца. Исследования проводились в малых реверберационных камерах лаборатории акустики ННГАСУ объемом 1,33 и 1,73 м3 (граничные частоты диффузности камер 630 и 588 Гц).
После проведения измерений были построены частотные характеристики звукоизоляции исследуемой конструкции с различной степенью оклейки демпфирующим материалом (рис. 1).
Анализируя полученные данные можно заключить, что применение краевого демпфирования позволяет значительно повысить звукоизоляцию конструкции в диапазоне средних и высоких частот. Следует отметить, что при большой ширине полосы материала происходит довольно значительное повышение общей массы конструкции (таблица). Следовательно, можно сделать вывод, что повышение звукоизоляции для конструкций с большой шириной полосы обусловлено не только демпфирующими свойствами материала, но и увеличением ее массы. На рис. 1 приведена частотная характеристика в диапазоне f >630 Гц, так как эта частота соответствует граничной частоте диффузности камер, однако ранее проводившиеся исследования с материалом «ВБД-1» в больших ревер-
берационных камерах лаборатории акустики ННГАСУ показали эффективность краевого демпфирования уже начиная с частоты 315 Гц [1].
Очевидно, что эффективность может быть получена при такой ширине полосы материала, при которой достигается прирост значений звукоизоляции за счет повышения внутренних потерь, но не происходит значительного снижения площади светопрозрачной части конструкции и повышения ее массы. Анализ результатов измерений позволяет сделать вывод, что применение полос вибро-демпфирующего материа-
Рис. 2. Образцы для измерения коэффициента потерь по методу Оберста (различная площадь оклейки демпфирующим материалом)
38
научно-технический и производственный журнал
июнь 2012
0,25
Полностью 1/2 1/4 1/8 Нет демпфи-
рования
Рис. 3. Сравнение результатов измерений коэффициента потерь силикатного стекла толщиной 4 мм с различной степенью демпфирования
1, Гц
Рис. 4. Сравнение частотных характеристик коэффициента резонансного прохождения звука. Частотная характеристика коэффициента резонансного прохождения звука для конструкции: 1 - без демпфирования; 2 - с частичным демпфированием полосой 20 мм (11,4%)
п
т
с
ла шире 40 мм (более 22%) нецелесообразно (рис. 1, таблица).
Для теоретической оценки влияния краевого демпфирования на звукоизоляцию стекла целесообразно исследовать коэффициент потерь конструкции (п), который характеризует количество энергии, рассеиваемой в материале ограждения.
В лаборатории акустики ННГАСУ были проведены экспериментальные измерения коэффициента потерь. Данный показатель был определен по методу Оберста для образцов из силикатного стекла толщиной 4 мм без демпфирования и с демпфированием различной степени оклейки образца демпфирующим материалом (1/8, 1/4, 1/2, полная оклейка (рис. 2). В каждом случае был измерен коэффициент потерь для пяти образцов, полученные результаты были усреднены и округлены, в результате чего были получены следующие значения коэффициента потерь:
— для образца без демпфирования п=
— для образца с демпфированием (27,5 мм) п=0,0191;
— для образца с демпфированием (55 мм) п=0,021;
— для образца с демпфированием (110 мм) п=0,0215;
— для образца с демпфированием всей поверхности (220 мм) п=0,0231.
Сравнение результатов показывает, что применение оклейки поверхности вибродемпфирующим материалом 1/8 площади значительно повышает коэффициент потерь конструкции (примерно в три раза). Дальнейшее увеличение площади оклейки вызывает увеличение коэффициента потерь конструкции, однако прирост его
Изменение массы образца и площади его светопрозрачной части при оклейке вибродемпфирующим материалом
Ширина полосы демпфирующего материала, мм Площадь демпфирующего материала, м2 Площадь образца, занятая демпфирующим материалом, % Масса демпфирующего материала, кг Увеличение массы образца за счет демпфирующего материала, %
20 0,0597 11,4 0,358 6,9
40 0,116 22,3 0,696 13,4
80 0,22 43 1,32 25,3
140 0,37 71,15 2,22 42,7
Полностью 0,52 100 3,12 60
невелик и не будет оказывать значительного влияния на звукоизоляцию конструкции. Таким образом, подтверждается, что при оклеивании поверхности широкой полосой демпфирующего материала на звукоизоляцию начинает оказывать влияние увеличение общей массы конструкции.
На рис. 4 представлены частотные характеристики коэффициента резонансного прохождения звука для конструкций без демпфирования и с демпфированием по периметру шириной полосы 20 мм (11,4%). Коэффициент резонансного прохождения вычислен по формуле [2]:
1
1,15я5
о 2 2 а4
8 р0 с0 А0
/и'2п/2со8е2ср+1
=0,006;
1/8 поверхности 1/4 поверхности 1/2 поверхности
где А0 — характеристика самосогласования конструкции; т' — поверхностная плотность конструкции, кг/м2; П — коэффициент потерь конструкции; / — среднегеометрические частоты третьоктавных полос, Гц; 6ср — средний угол падения звуковой волны на поверхность ограждения, рад.; Ро со — характеристический импеданс среды, кг/м2.с.
На основе полученных данных ведется разработка метода расчета звукоизоляции светопрозрачных ограждающих конструкций с частичным демпфированием, основанного на теории самосогласования волновых полей (СВП) [2], разработанной школой профессора М.С. Седова. Теория СВП учитывает не только резонансное, но и инерционное прохождение звука, а также реальные размеры ограждения. Это позволит более точно прогнозировать эффект повышения звукоизоляции светопрозрачных ограждающих конструкций за счет частичного (краевого) демпфирования, а значит, использовать разработанный метод расчета при проектировании наружных и внутренних светопрозрачных звукоизолирующих конструкций зданий и сооружений.
Ключевые слова: современные оконные конструкции, вибродемпфирование, коэффициент потерь ограждения.
Список литературы
1. Пузанков А.Н. Исследования влияния вибродемпфирования на звукоизоляцию светопрозрачных конструкций // Труды конгресса «XIII Международный научно-промышленный форум «Великие реки-2011». Т. 1. Н. Новгород: ННГАСУ, 2011. С. 169-172.
2. Осипов Г.Л., Бобылев В.Н. и др. Звукоизоляция и звукопоглощение. М.: АСТ-Астрель, 2004. 450 с.
Г; научно-технический и производственный журнал
М ® июнь 2012 39"
