Шумо- и звукоизоляция жилища

Звук

Если мы хотим разобраться в проблемах, связанных со звуком, без понимания природы звука нам не обойтись — а именно знания законов его распространения и некоторых особенностей его восприятия ухом человека.

Сам по себе звук — это колебательное движение частиц упругой среды, которое распространяется в виде волн в газообразной, твердой или жидкой среде. Если рассматривать в более узком смысле звук — это явление, субъективно воспринимаемое специальным органом чувств человека и животных. То есть, когда вы хлопнули в ладоши, ударили мячом об пол или произнесли что-то — попросту говоря, издали всего лишь один звук, и в помещении, где вы находитесь, родилась звуковая волна, обладающая своей энергией. Полученная волна распространяется по помещению (падающая энергия), встречается с преградой (стеной, перекрытием) и частично отражается от нее (отраженная энергия). Другая же часть энергии волны, превращаясь в тепловую ее разновидность, рассеивается по преграде (рассеянная или поглощенная энергия). Ну а оставшейся части все же удается «прорваться» сквозь преграду и выйти с другой ее стороны (энергия прошедшая).

Рис. 1. Взаимодействие звуковой волны с ограждением: 1 — отраженная; 2 — поглощенная; 3 — прошедшая

Органами слуха человек воспринимает колебательные движения воздуха, различая при этом их по силе и частоте. Считается, что мы слышим только звуковые волны в частотном диапазоне 16—20 000 Гц, но и в этих пределах разные частоты могут восприниматься человеческим ухом по-разному. Лучше всего ухо слышит частоты (500-4000 Гц) - сюда входят и разговор, и различный бытовой шум. И более низкие (16-500 Гц), и более высокие (2000-20 000 Гц) частоты воспринимаются менее качественно. Например, звук с частотой 20 000 Гц способны слышать в основном младенцы. Уже в среднем возрасте максимальная воспринимаемая частота для большинства людей ограничивается рамками 17 000—18 000 Гц, а у стариков верхняя частотная планка обычно не превышает 15 000 Гц. В качестве показателя оценки звука принимают уровень его интенсивности L и специальные единицы измерения — децибелы (дБ). Порог слышимости человеческих органов слуха соответствует звуковому давлению 0 дБ (2•10^-5Па). Чтобы определить воздействие шума на слуховой аппарат человека, разработаны соответствующая методика и шкала А, дающая возможность оценки шума различных спектров одной цифрой в единицах дБА.

Далее поясним, что же такое прямые и отраженные звуковые волны. Вообще явление отражения звука у нас принято называть эхом, в английском языке — реверберацией. Реверберация (от латинского — отбрасываю, отражение) — это процесс постепенного затухания звука в закрытых помещениях после выключения его источника. Продолжительность такого затухания характеризуется временем реверберации, на протяжении которого его уровень звука уменьшается на 60 дБ, а его интенсивность — в 106 раз. При этом время реверберации тем больше, чем больше объем помещения и чем меньше на ограничивающих поверхностях поглощение звука. Данный показатель является чуть ли не самым важным фактором, определяющим акустические качества того или иного помещения. Именно время реверберации более всего влияет на слышимость речи и музыки в помещении, так как слушатели воспринимают прямой звук на фоне отраженного. В быту явление реверберации, к примеру, можно ощутить в новой квартире, еще не заполненной мебелью. В таких условиях мы слышим как прямой, так и отраженный от ограждающей конструкции звук, приходящий к нам с некоторым опозданием.

Все эти подробности из области физики необходимы, потому что без них практически невозможно понять некоторые особенности восприятия звуков ухом человека. В процессе эволюции слух человека стал таким, что наиболее комфортно воспринимает шумовую обстановку, характерную для лесной местности, но не для полностью открытого (степь) или же полностью закрытого пространства (звукоизолированная комната). Просто по своей природе человеку более привычно постоянно находиться в среде, где присутствуют различные шумы малой интенсивности (в лесу абсолютной тишины не бывает никогда), но в то же время почти отсутствуют звуки громкие (шумов, действующих постоянно, в природе просто не существует, а присутствуют лишь действующие совсем недолго — гром, дождь, рев животных, шум водопада и т. д., но и они гасятся деревьями). Наиболее естественным для человеческого слуха является присутствие сопровождающей все звуки реверберации (сигнал, отраженный от деревьев) с запаздыванием в несколько десятых долей секунды. Такой отраженный сигнал в какой-то степени усиливает первичный звук и делает его более насыщенным. В то же время меняется и тембровая окраска — поверхность деревьев отражает разные частоты по-разному. В степи же отраженный звук практически не встречается, если не считать идущий от земли, да и тот значительно гасится ее неровностями и травяным слоем. В результате человек, воспринимая только прямой сигнал, теряет ощущение комфортности, потому что звук становится менее сочным, сухим.

По утверждению специалистов-акустиков наиболее комфортно ощущается время запаздывания отраженного сигнала порядка 0,02 сек. (время запаздывания отраженного звука от преграды на расстоянии 3,5 м). Сигнал, обладающий меньшим временем запаздывания (к примеру, отраженный от преграды на расстоянии 1 м — запаздывание здесь составляет не более 0,006 сек.) человеческим ухом просто не воспринимается — получается «сухой» звук. Сигнал же, запаздывающий более чем на 1,5 сек., после наложения на прямой звук, делает его неразборчивым, невнятным — с одной стороны — все слышишь, но понять практически невозможно. Последний случай красноречиво подтверждает пример, когда даже при большом усилии не удается разобрать, что же все-таки объявил диктор на вокзале.

Шум на уровне в 20—30 дБА считается для человека практически безопасным — это своего рода естественный шумовой фон. Постоянный звук (скорее шум) в 35—50 дБА человек, в общем-то, воспринимает неплохо (хотя здесь все индивидуально). Допустимой границей для громких звуков является уровень в 80 дБА. Шумы в 80-90 дБА уже, как правило, вызывают неприятные ощущения, уровня 120—130 дБА — болевые ощущения, при 150 дБ наступает потеря слуха (необратимая), 180 дБ — смертельный уровень. Практически любой шум достаточной интенсивности при продолжительном воздействии на человека способен привести к снижению слуховой активности различной степени (при высоких уровнях шума слух ослабевает через 1-2 года, при средних — через 10—12 лет). Помимо всего прочего шум оказывает негативное влияние на органы зрения и вестибулярный аппарат, ощутимо снижает рефлекторную деятельность и в некоторых случаях способен вызвать заболевания нервной системы. Но и в полной тишине (без звуковых сигналов извне) человек долго находиться не способен. К примеру, если человека поместить в специальную полностью звукоизолированную камеру, то он уже через 10 минут будет испытывать сильное беспокойство, а через 15 минут в ушах начинается звон — срабатывает защитная реакция организма на полную тишину. Человек в этой ситуации может впасть в панику и даже получить сильнейший стресс. Для людей наиболее комфортен шумовой фон в 25 дБА — мы его практически не слышим, зато нас и не угнетает «звенящая» тишина.

То есть для того, чтобы с комфортом воспринимать речь и музыку, человеку нужно располагаться в благоприятных для него условиях — в помещении, где нет ни очень сильных длительных шумов, ни абсолютной тишины, но в то же время имеется небольшое время запаздывания звука, ну и, разумеется, отсутствуют посторонние шумы, поступающие извне. Именно поэтому сложно найти человека, которому бы не понравилось слушать органную, симфоническую или фортепьянную музыку в концертном зале, но ту же самую музыку, передаваемую по телевизору или воспроизводимую проигрывателем, любят не многие. Как раз не хватает того самого отраженного и слегка запаздывающего звука, да и зачастую отвлекают посторонние шумы дома. Если же смотреть концерт или транслировать его стереозапись в помещении, где, помимо звука из динамиков, появится отраженный сигнал со временем запаздывания, соответствующим концертному залу, музыка будет восприниматься почти так же, как в этом самом зале.

Правда, все вышесказанное актуально для записей старого образца, которые за отсутствие объемности звучания специалисты-акустики еще именуют «плоскими». На сегодняшний день существуют методики, позволяющие придать звуку требуемую объемность. Записывают такой звук в специально оборудованной студии — каждый инструмент по отдельности. Из записи при этом убираются все лишние шумы. После этого инструменты накладываются друг на друга, а поверх инструментальной музыки записывается вокал. Затем звукорежиссер создает звуковые спецэффекты и добавляет то, что при записи в студии отсутствовало — электронное эхо, которое мы уже упоминали (эффект реверберации). В итоге на пластинке оказывается исправленный звук, имеющий некую ценность как коммерческий продукт.

Акустические проблемы

Теперь, когда мы разобрались с понятиями и законами распространения звука, рассмотрим на более предметном уровне акустические проблемы, которые могут возникнуть у нас в быту. Вот, например, возьмем покупателя стереосистемы или домашнего кинотеатра — многие из тех, кто приобрел подобную систему, устанавливают ее в «обычной» жилой комнате (как правило, в гостиной), могут сразу же получить вполне приемлемый результат. Приемлемым он может оказаться по двум причинам. Во-первых, имеющиеся в гостиной ковровые покрытия, мебель (если мягкая — то вообще замечательно) и некоторые прочие атрибуты домашнего уюта в какой то степени будут гасить отраженный сигнал. Во-вторых, в гостиной, которая является одновременно и комнатой для прослушивания музыки, и домашним кинотеатром, чаще всего, устанавливается не слишком дорогостоящая аппаратура. В связи с этим, если из-за недостатков помещения некоторые нюансы звучания утратятся, это не будет сильно ощущаться.

И все же этот, казалось бы, положительный результат еще вовсе не означает, что проблем нет и они в ваших условиях никогда не возникнут в будущем. Вполне возможно, что как только вы увеличите громкость, проблемы тут же обнаружатся. Произойти может следующее. К примеру, начнут вибрировать стекла — как оконные, так и в серванте. Большие по размеру окна вполне способны сработать как мембрана и начать отражать или даже усиливать звук, входя с падающей волной в резонанс на определенных частотах. Так что с точки зрения акустического комфорта лучше, если в окнах будет установлен двухкамерный стеклопакет. Причем не с одинаковыми четырехмиллиметровыми, а с более толстыми стеклами — тут уж чем их толщина больше, тем ниже звукопроницаемость конструкции и меньше вероятность того, что стекло начнет дребезжать, издавая отвратительный звук. К примеру, вполне можно использовать стеклопакет с формулой 6—4—5 мм, а лучше — с формулой 4—6—8 (толщина стекол приводится от наружного к внутреннему). Показатель звукопроницаемости в данном случае можно дополнительно понизить, взяв так называемый несимметричный стеклопакет, в котором среднее стекло приближено к одному из крайних. Этот стеклопакет не просто обеспечит надежную защиту от уличного шума, но и значительно меньше будет резонировать. Также вероятность резонанса снижают и за счет применения окон, разделенных импостами — чтобы площадь отдельных использованных в них стеклопакетов была как можно меньше.

Плюс ко всему неприятности может доставить и подоконник. В смысле акустики пластиковый подоконник значительно хуже выполненного из ДСП, так как внутри пластикового есть полости. Конечно же, о конструкции окон и подоконников следует задумываться еще до их установки. Но как поступить, если и то, и другое уже есть и все вместе создает акустический дискомфорт? В некоторых, но отнюдь не во всех, случаях могут помочь тяжелые бархатные шторы. Также можно посоветовать установку массивных внутренних ставней, которые будут закрываться на время прослушивания музыки или просмотра фильма.

Помимо этого, акустических неприятностей можно ждать от ламинированных и керамических полов. Данные покрытия отличаются довольно твердой поверхностью и поэтому отражают звук значительно сильнее деревянных (например, паркета). Иногда может выручить постеленный на пол ковер. Также зачастую непоправимые неприятности могут доставить легкие каркасные конструкции, обшитые одним слоем гипсокартона, с расположением стоек через каждые 60 см. Подобная перегородка способна начать вибрировать и даже резонировать, так же как большое стекло. Посоветовать в этом случае можно следующее. Во-первых, слоев гипсокартона должно быть не менее двух, со смещением швов одного слоя относительно другого. Во-вторых, в процессе сборки необходимо как можно более тщательно затягивать саморезы, жестко соединяющие гипсокартон и каркас. Внутреннее пространство каркасной перегородки должно быть обязательно заполнено эффективным звукопоглощающим материалом. В идеале конструкции должны опираться на плиты перекрытия, несущие балки, ригели, но никак не на чистовые полы или лаги. Бороться же с вибрацией стекол серванта и посуды можно одним способом — просто удалив его из комнаты.

Особенно обидно сталкиваться с нежелательными акустическими явлениями тем людям, кто и так с большим трудом смог выделить отдельное помещение под домашний кинотеатр. Вроде бы все сделал правильно — оформил специальное помещение, приобрел дорогостоящую аппаратуру, а звук получается такой, что уже через несколько минут хочется только покинуть комнату. В данном случае к причинам дискомфорта, перечисленным выше, стоит добавить еще две. Первая заключается в том, что количество отражений и их длительность превышают рекомендованные значения, причем, существенно, а это создает так называемую звуковую кашу. Вторая причина — это плохая форма помещения. Так, в прямоугольных «пеналах» может возникнуть «стоячая волна» — где-то звук усиливается, а где, наоборот, гаснет. Причина кроется в наложении отраженного сигнала на первичный. Помимо этого могут возникнуть и другие нежелательные звуковые эффекты. К примеру, явления «звукового отскока» (отражения звука от двух или трех поверхностей, сходящихся в углу) и «порхающего эха» (появляется между двумя параллельными стенами).

Существует несколько способов борьбы с этими явлениями. Первый способ — конструктивный. Допустим, для устранения «порхающего эха» можно при помощи гипсокартонных листов стены «кинозала» сделать менее параллельными (с отклонением порядка 3—4°). Второй — создать в помещении большое количество углов и выступов, используя все тот же гипсокартон или мебель. Также может помочь установка пилястр, размер которых будет зависеть от размера зала — лучше проконсультироваться у профессионалов-акустиков. В любом случае будет происходить рассеивание звука — он начнет отражаться не под прямым углом. Благодаря этому увеличится диффузность звукового поля — вероятность того, что в каждой точке помещения и в каждом направлении уровень звука и его частота окажутся идентичными. Иными словами, все точки внутри пространства станут равнозначными по звуку.

По законам геометрии всегда лучше, если параметры помещения вписываются в формулу золотого сечения: отношение длины к ширине и высоте — 1/0,68/0,32. Помимо этого, помещение не должно быть чересчур низким — меньше 2,2 м. Если же оно именно таково, то можно и не пытаться создавать кинотеатр — низкие частоты все равно гармоничными не будут.

Другой способ заключается в так называемый акустической обработке помещения с использованием специальных акустических материалов. Среди них выделяют звукопоглощающие и звукоизоляционные, и на каждом из них имеет смысл остановиться более подробно.

К ОГЛАВЛЕНИЮ

---

Ссылки на другие страницы сайта по теме «строительство, обустройство дома»:

Проект L-313-1D