Исследование звукоизоляционных свойств шумозащитных экранов различной конструкции

Все мы замечали негативное влияние громкого, продолжительного шума на настроение и самочувствие. Длительное воздействие звукового фона может привести к возникновению депрессии. Иногда к шуму как бы привыкаешь, не замечаешь его, однако влияние на нервную систему не прекращается. Такой шум создают автомобильный транспорт, железнодорожные составы, промышленные предприятия, взлетающие и приземляющиеся самолеты. Защита от транспортного шума регламентируется в Своде правил 51.13330.2011 «Защита от шума».

В настоящее время используются различные приемы обеспечения допустимых уровней шума в городской застройке, наиболее практичным из них является установка шумозащитных экранов [1].

Шумозащитные экраны представляют собой сооружения из вертикальных или наклонных стен различной конструкции, установленных с целью снижения шума [2]. Расстояние от защитных экранов до источника шума, их высота и протяженность рассчитывается по утвержденным методикам, с учетом уровня шума, рельефа местности, конфигурации конструкции и материалов экрана. Важнейшими показателями для определения эффективности защитного экрана является его изоляция воздушного шума (звукоизоляция), и коэффициент звукопоглощения [3]. Звукоизоляция - это способность защитного экрана уменьшать проходящий через него звук, а коэффициент звукопоглощения равен отношению величины неотраженной поверхностью звуковой энергии к величине падающей энергии.

Как правило, защитные экраны - это сборная конструкция, состоящая из опорных стоек и шумопоглощающих/шумоотражающих панелей. В качестве акустических панелей используют трехслойные металлические сэндвич панели, с заполнением звукопоглощающим материалом. Для повышения звукопоглощения, некоторые производители металлический лист панели, обращенный к источнику шума, изготавливают перфорированным.

На практике часто получается, что эффективность смонтированных шумозащитных экранов далека от показателей, декларируемых производителем в рекламных проспектах. И потратив много усилий на строительство дорогостоящего звукоизоляционного сооружения, достичь допустимого уровня шума не удается. Поэтому многие заказчики услуг по строительству подобных экранов, признали необходимость проведения лабораторных испытаний различных конструкций экранов, разных производителей, с целью определения наиболее эффективного конструктивного решения.

Испытательный Центр «Самарастройиспытания» СамГТУ (ИЦ «Самарастройиспытания») выполняет работы по определению изоляции воздушного шума и индекса звукоизоляции стеновых ограждающих конструкций, перегородок, шумозащитных экранов, звукоизоляционных материалов, оконных и дверных блоков. Для этих целей была создана акустическая камера, состоящая из двух смежных по горизонтали помещений, разделенных ограждением с проемом для монтажа испытуемой конструкции. Изоляция воздушного шума определяется путем измерения и сравнения средних уровней звукового давления в помещениях высокого и низкого уровней, с учетом поглощения звука в помещении низкого уровня.

В 2020 году, в рамках входного контроля качества шумозащитных панелей, предназначенных для устройства защитного экрана вокруг вновь строящегося завода, в ИЦ «Самарастройиспытания» были проведены испытания элементов защитного экрана различной конструкции и разных производителей. Измерения проводились во всех третьоктавных полосах со среднегеометрическими частотами в диапазоне 100-3150 Гц.

Всего было испытано 9 фрагментов экранов двух производителей. 5 конструкций экранов были выполнены из трехслойных металлических панелей толщиной 200 мм, 2 конструкции были выполнены из двух слоев трехслойных панелей с заполнением между ними слоем минеральной ватой, 2 конструкции были выполнены из двух слоев трехслойных панелей с воздушным зазором:

Образец 1: Экран, состоящий из трехслойной перфорированной металлической панели, толщиной 200 мм, с заполнением тепло-звукоизолирующим материалом из стеклянного штапельного волокна (производитель А).

Образец 2: Экран, состоящий из трехслойной перфорированной металлической панели, толщиной 200 мм, с заполнением тепло-звукоизолирующим материалом из стеклянного штапельного волокна с введением жестких вставок (производитель А).

Образец 3: Экран, состоящий из трехслойной перфорированной металлической панели, толщиной 200 мм, с заполнением акустическим материалом (производитель А).

Образец 4: Экран, состоящий из трехслойной перфорированной металлической панели, толщиной 200 мм, с заполнением теплоизоляционной ватой (производитель Б).

Образец 5: Экран, состоящий из трехслойной перфорированной металлической панели, толщиной 200 мм, с заполнением теплоизоляционной ватой с введением дополнительного стального листа (производитель Б) (рисунок 1).

Образец 6: Экран (рисунок 2а), состоящий из трех слоев:

- Панель шумопоглощающая перфорированная, толщиной 100 мм;

-Вата, ρ=10-15кг/м3, 3 слоя по 50 мм;

-Панель шумопоглощающая ударопрочная, толщиной 80 мм.

Образец 7: Экран (рисунок 2б), состоящий из трех слоев:

-Панель шумопоглощающая перфорированная, толщиной 100 мм, перфорированная сторона панели обращена во внутрь конструкции;

-Вата, ρ=10-15кг/м3, 3 слоя по 50 мм;

-Панель шумопоглощающая ударопрочная, толщиной 80 мм.

Образец 8: Экран (рисунок 3а), состоящий из трех слоев:

-Панель шумопоглощающая перфорированная, толщиной 120 мм;

-Воздушный зазор;

-Панель шумопоглощающая ударопрочная, толщиной 60 мм.

Образец 9: Экран (рисунок 3б), состоящий из трех слоев:

-Панель шумопоглощающая перфорированная, толщиной 120 мм, перфорированная сторона панели обращена вовнутрь конструкции;

-Воздушный зазор;

-Панель шумопоглощающая ударопрочная, толщиной 60 мм, с установкой удерживающего бруса.

Образцы трехслойных металлических панелей производителя А отличались от панелей производителя Б не только заполнителем, но и конфигурацией металлического листа, и после введения жесткой вставки, что позволило увеличить звукоизоляцию на низких частотах (рисунок 4), индекс изоляции панели производителя А, толщиной 200 мм, составил 46 дБ. Максимальный индекс изоляции воздушного шума панелей производителя Б составил 38 дБ.

При испытании трехслойных конструкций защитных экранов (образцы 6-9) увеличение индекса изоляции воздушного шума было достигнуто установкой удерживающих брусьев, для снижения амплитуды колебания металлических листов панелей, что увеличивало показатели изоляции на низких частотах (рисунок 5). Однако конструктивные решения защитных экранов не предполагают установку опорных брусьев.

По итогам анализа полученных результатов можно сделать следующие выводы.

На настоящем этапе исследований получены фактические значения изоляции воздушного шума во всех третьоктавных полосах со среднегеометрическими частотами в диапазоне 100-3150 Гц, и индекс изоляции воздушного шума для 9 конструкций шумозащитного экрана различной конфигурации и разных производителей.

Полученные данные будут в дальнейшем использованы для изучения влияния изменения конструктивных решений и материалов заполнения трехслойных панелей, на коэффициент звукопоглощения шумозащитного экрана,

При использовании многослойных конструкций в качестве шумозащитного экрана повышается требование к качеству выполнения стыковых соединений конструкции полотна с опорными стойками.

Необходимо выполнить натурные испытания шумозащитных экранов с целью определения их фактической звукоизоляции. При натурных испытания определить влияние одновременного воздействия акустического и ветрового давления на эффективность экрана.