Меньше шума — выше производительность

В состоявшемся 6 октября семинаре "Новые возможности дизайна помещений" (см. "CиН" N№40 от 12 октября) приняли участие и специалисты белорусского представительства финской фирмы "Isover OY". Сообщение Дмитрия Шамко было посвящено звукоизолирующим потолкам, устраиваемым с применением изоверовских материалов. Само собой разумеется, он начал его с необходимого теоретического экскурса, сделав понятный упор на шум производственный. Одно дело, когда шумят соседи, - в этом случае принимаются меры общественного либо административного воздействия. С производственным же шумом можно бороться лишь с помощью знания основ акустики, с помощью материалов и технологий.

Следует различать такие понятия, как звукоизоляция и звукопоглощение.

Звукоизоляция связана с преодолением звуковыми волнами различных препятствий. О звукоизоляции чаще всего говорят при снижении уровня шума, проходящего из одного помещения в другое через стену между этими помещениями. Способность изоляции звука характеризуется тем, какое количество децибел может "остановить" стена из того количества звуковой энергии, которое обрушивается на эту стену.

Звукопоглощение связано с отражением звуковых волн от поверхности окружающих предметов и конструкций. Звукопоглощение имеет значение при решении задачи снижения уровня звучания, когда источник шума находится в этом же помещении.

Стеклянная вата низкой плотности хорошо пропускает воздух и, как следствие, звуковые волны, проникают свободно и постепенно частично "исчезают" в ее волокнистой структуре. Поэтому следует в большей степени опираться на звукопоглощающие характеристики материала. Однако следует признать, что сами по себе они не являются изоляционными: обычный разговор с легкостью прослушивается по другую сторону перегородки, выполненной только из стеклянной ваты. Таким образом, звукоизоляционные свойства подобных пористых материалов низки. Неудивительно, что основным требованием к звукоизоляционным материалам является их практическая непроницаемость для воздуха. Слой стеклянной ваты не удовлетворяет этому требованию, если только его толщина не достаточно велика, как, например, в шумопоглощающих пакетах, которые используются в подвесных потолках.

Тем не менее использование стеклянной ваты в звукоизоляционных легковесных перегородках приводит к замечательным результатам.

Итак, подробнее о звукопоглощении.

На открытом воздухе звук от источника распространяется шарообразно во всех направлениях. При этом звуковое давление снижается в зависимости от расстояния. Двукратное удаление от источника шума способствует тому, что сила звука уменьшается на 6 дБ.

Внутри помещения звук не распространяется свободно, поскольку он отражается от различных поверхностей интерьера. Отраженный звук накладывается на прямой звук от источника, и сила звука увеличивается.

Уровень звукового давления преобладает вблизи источника звука. Образуется этот уровень из возникающего и отраженного звуков. Отсюда возникает диффузия на звуковой площадке - звучащая поверхность. Как и снаружи, звук ослабевает на 6 дБ при двукратном увеличении расстояния от источника. Но на звучащей площадке звук остается приблизительно постоянным, хотя и перемещается далеко от источника. Радиус распространения звука внутри помещения ограничен, что и вызывает эффект звучащей среды.

Другими словами, звук внутри помещения ослабевает не так быстро, как на открытом воздухе.

Что же касается заглушения звука, то под этим подразумевается ликвидация вторичных энергообразований (то есть отраженных звуковых волн). Для заглушения используют звукопоглощающие материалы - абсорбенты. Идеальным абсорбентом являются стекловата с открытой пористой структурой и отделочные акустические панели Аkusto. Шум уменьшается уже тогда, когда на большом пространстве начинает снижаться уровень звукового давления под влиянием распада энергии звука.

Часть звуковой волны способна преодолеть препятствие, часть возвращается обратно (отражается) и снова начинает двигаться вперед, а часть, можно сказать, "впитывается" в покрытую абсорбентами поверхность строения, преобразуя образующееся при этом трение в тепловой эффект.

Коэффициент звукопоглощения есть доля звуковой энергии, которая прошла сквозь абсорбент и "впиталась" абсорбентом по отношению к общей энергии звуковой волны, дошедшей до абсорбента.

Величины этого коэффициента находятся в диапазоне от 0 до 1.

У твердой отражающей поверхности (например, кирпич, бетон) коэффициент звукопоглощения составляет приблизительно 0,01-0,08. Пористые материалы (такие, как стекловата Isover) имеют коэффициент, близкий к 1. У одного абсорбента коэффициент для разных частот звука может быть разным.

В помещении общее абсорбирующее пространство представляет собой сумму абсорбирующих поверхностей, то есть сумму произведений соответствующих площадей и коэффициентов звукопоглощения.

Говоря об абсорбирующем пространстве, невозможно обойти вопрос определения времени отзвука последующего звучания.

Если источник звука действует в помещении, сила звука не возрастает, но не исчезает мгновенно. Не пропадает вообще, ибо отражается от поверхностей и может даже распространиться за пределы помещения. Время, в течение которого уровень звукового давления снижается на 60 дБ, и есть время последующего звучания (или отзвук, или время реверберации). Это время может быть определено по формуле Сабины:

Т=0,16V/А, где T - отзвук, с, V - объем помещения, м3, А - общее абсорбирующее пространство, м 2.

Время последующего звучания (отзвук) зависит от типа помещения и реакции различных поверхностей помещения, покрытых абсорбентами, на звук. Время последующего звучания увеличивается с увеличением объема помещения и уменьшается с ростом общего числа абсорбентов.

В качестве общеизвестного примера поглощения звука можно вспомнить явление реверберации в закрытой комнате. В пустой немеблированной комнате существует эхо, а в меблированной его нет.

На рабочих местах в промышленности стремятся к тому, чтобы время последующего звучания, иными словами, отголосок, был по возможности коротким.

На рабочем месте шум воздействует особенно опасно и становится причиной многих недоразумений. Таких, например, когда в шуме тонут предупреждающие об опасности сигналы и окрики. Во время работы шум отрицательно воздействует на душевное состояние человека. Он мешает сосредоточиться, снижает производительность труда.

С проблемой борьбы с шумом на рабочих местах различных предприятий связаны многие финские законы и постановления.

Так, на производстве, где работники подвергаются сильному шуму, стуку, тряске, они должны быть обеспечены средствами защиты.

Работодатели должны обеспечить мероприятия, способствующие тому, чтобы уровень шума на рабочем месте не превышал максимума, определенного службой защиты от шума (85 дБ).

Поскольку уровень шума не всегда можно с помощью тех или иных мероприятий удерживать на отметке 85 дБ, работники должны иметь личные эффективные защищающие слух устройства. А на местах работы должны быть приборы, предупреждающие об опасности повышения уровня шума.

Работодатели обязаны, оборудовав места, где уровень шума может угрожать здоровью работников, специальными измерителями, регулярно сообщать о результатах измерений представителям власти и специальным уполномоченным.

Если уровень шума на рабочем месте находится в диапазоне от 85 до 100 дБ, работающие раз в три года должны подвергаться врачебному осмотру. Если уровень шума превышает 100 дБ, осмотр должен быть ежегодным.

На производствах, где уровень шума превышает 85 дБ, нельзя использовать работников младше 18 лет.

На тех рабочих местах, где возможен отзвук, необходимо закрывать отражающие поверхности заглушающими материалами.

Необходимо планировать здание так, чтобы в его стенах достаточно быстро гас звук. Можно предусмотреть препятствия, которые мешали бы продвижению звуков в воздухе, в корпусе здания. Каркас, балки, фундаменты для станков оборудуются таким образом, чтобы любой источник шума, треска, тряски, стука был надежно укреплен, изолирован. Чтобы заблокировать мощные источники шума, порой бывает достаточно специальной коробки (футляра) над источником звука (с хорошей звукоизоляцией). Поскольку не каждый станок (машину) можно обрядить в футляр, то нужно стремиться, чтобы некий изолирующий футляр защищал работающих людей. На шумных производствах для работников оборудуются хорошо звукоизолированные комнаты отдыха и приема пищи. Станки и рабочие места размещаются таким образом, чтобы шумные и тихие места были достаточно удалены друг от друга. Рабочие места группируются в зависимости от расположения источников шума. Места оберегаются от проникновения шума с помощью специального заглушающего покрытия, смонтированного на потолке и стенах.

Не последнее дело - выбор тихо работающих станков и содержание их в порядке.

Замена металлических деталей дает заметное понижение уровня шума. Этому же способствует и применение легких, твердых стройматериалов, а на отражающих поверхностях и между этажами - заглушающих материалов. От того, каков фундамент станка, во многом зависит и уровень звукового давления, возникающего при работе станка, и то, насколько скоро можно понизить этот уровень.

В состав станка могут входить и круглая пила, и, разумеется, множество зубчатых колес, и вентилятор. Сила производимого ими их шума связана с числом их оборотов.

Нужно помнить, что сильно изношенный станок способствует увеличению уровня шума на 5-10 дБ в отличие от нового.

Если продвижению звуковой волны препятствует сильноотражающий материал (например, бетонная стена), часть звуковой энергии возвращается обратно. Столкнувшись со следующей волной, возвращенная энергия удваивается.

Например, если станок, который сам по себе шумит на 80 дБ, стоит возле экранирующей стены, уровень шума возрастает на 3 дБ, стало быть, в итоге общий уровень составит 83 дБ.

Когда станок стоит в углу, где сильное двустороннее отражение, уровень шума возрастает на 6 дБ и в итоге становится равным 86 дБ.

Если стенки смонтированного над станком футляра расположены достаточно близко к нему и покрыты сильноотражающим материалом, уровень шума в футляре возрастает на 9 дБ. Итак, общий уровень шума в футляре становится равным 89 дБ.

Поэтому станки лучше не размещать вблизи стен и по углам. Что же касается сильноотражающих поверхностей, то их следует покрывать абсорбируюшими материалами.

Конечный результат зависит от самих ограждающих конструкций, их материалов, от того, в какой степени они изолированы, сколько в них оконных и дверных проемов.

Несколько слов о некоторых свойствах звукоизоляции стен. Для тонкой однослойной стены, выполненной, например, из гипса, листового металла, стружечных плит, звуковая изоляция определяется площадью стены и частотой звука. Звукоизолирующая способность тонких стен тем выше, чем больше их площадь. Тонкие стены лучше изолируют высокие звуки. Например, возрастание частоты звука в два раза увеличивает изолирующую способность стены на 6 дБ.

В случае однослойной стены толщиной более 20 см уровень изоляции зависит от размеров стены и плотности ее материала. При увеличении веса стены вдвое звукоизоляция увеличивается на 6 дБ. При равном весе бетонная стена изолирует лучше, чем сложенная из кирпичей.

Двойная стена может быть представлена в виде системы "масса - эластичный слой - масса". Между двумя стенами располагается либо воздушное пространство, либо пористый материал. Легкая двойная стена позволяет достичь такого же эффекта звукоизоляции, как однослойная в 5-10 раз тяжелее.

Звукоизоляционная способность двойной стены тем лучше, чем больше масса каждой из внешних частей и чем больше расстояние между ними.

Удвоение массы стенок или расстояния между ними обеспечивает дополнительно 6 дБ звукоизоляции. Полное заполнение полости стеклянной ватой увеличивает коэффициент звукоизоляции стены на 5-10 дБ независимо от конструкции каркаса. Оптимальная плотность наполнителя - от 14 до 24 кг/м 3. Если каркас представляет собой единую стальную раму, уровень изоляции может быть повышен на величину до 10 дБ по сравнению с деревянной. В случае раздельных каркасов разницы между металлом и древесиной нет.

Полная изоляция источников шума, как правило, способствует понижению его уровня. Однако часто это бывает невозможно осуществить, например, в местах движения транспортеров. В таких случаях для того, чтобы воспрепятствовать распространению шума, сооружается защитная стенка.

Ее заглушающее действие определяется тем, где и из чего она будет построена. Высота и ширина стенки зависят от того, насколько далеко от нее располагаются источники шума. Стенка способна приносить пользу, но лишь в том случае, если не забывать еще и о ближних к ней стенах и потолке. Та сторона стенки, на которую направлено действие источника звука, обязательно покрывается абсорбирующими материалами. Только в этом случае стенка активно препятствует увеличению силы звука.

Позади защитной стенки отмечается понижение уровня звука примерно на 15 дБ, при этом резко уменьшается степень воздействия высокочастотных колебаний.

Опыт показывает, что на имеющихся производствах и рабочих местах потолки и стены, оснащенные абсорбирующими материалами, заметно понижают уровень шума. Это можно сказать и о производственной зоне, в разных местах которой произвольно размещены станки и другие рабочие места, если эта зона имеет общую абсорбирующую защиту, расположенную над головами работающих в виде хорошо оборудованного потолка.

Раньше могло иметь место понижение уровня звукового давления при том, что звуковой луч продолжал увеличивать дистанцию своего продвижения. Сейчас же благодаря покрытым абсорбентами потолкам и стенам этого не наблюдается.

Бывает так, что невозможно покрыть абсорбентами всю поверхность, которую необходимо защитить от шумового воздействия. Как нужно разместить облицовку поверхностей ограждений, чтобы осуществлялось активное заглушение? Необходимо помнить следующее. Во-первых, большую отражающую поверхность представляет собой потолок. Заглушить именно эту поверхность бывает особенно важно.

Во-вторых, шум, отражающийся от нижней части стены, попадает прямо в уши работающих. (От верхней части стены шум отражается в потолок - в этом случае заглушение не так необходимо.)

В третьих, абсорбенты по возможности нужно размещать вблизи источника звука - в этом залог избавления от шума.

Что немаловажно - правильный выбор абсорбента способствует и повышению термоизоляционных качеств ограждений, что, безусловно, помогает решать задачу энергосбережения.

В следующем номере - продолжение сообщения г-на Шамко.

Сергей ЗОЛОТОВ