Поликарбонат vs Стекло: улучшение акустики помещений

Роль поликарбонатных панелей в улучшении акустических свойств помещений: звукопоглощение, паразитные резонансы, реверберация, стоячие волны

Поликарбонатные панели имеют не только в разы лучшие показатели прочности и безопасности по сравнению даже с закаленным стеклом, но и лучшие акустические свойства, что оказывает существенное влияние на комфорт пребывания и звуковую обстановку в помещениях.

Обзор акустических свойств разных помещений

Акустические свойства помещения являются одними из важнейших и чувствительных параметров, когда речь идет не только о концертных залах, филармониях, религиозных заведениях, консерваториях, но и когда речь идет о жд и автовокзалах, аэропортах, лекториях, классах, аудиториях и других общественных и даже жилых помещениях. , причем не только те, где будет звучать музыка, но и те, где важно четко слышать язык: лекцию, проповедь, выступление, речь или просто комфортно общаться. Даже то, насколько человек (или животное) будет уютно чувствовать себя в том или ином помещении, будет сильно зависеть от его акустических свойств, на которые оказывают существенное влияние:

• геометрия помещения;
• звукопоглощение и собственные резонансные частоты стен, окон, потолков, полов, предметов интерьера и других вещей (и людей) находящихся внутри данного помещения.

Первое акустическое явление знакомое нам с детства – эхо. Это отражение звуковой волны от какого-либо существенного препятствия (горы, дома и т.п.), то есть звук возвращается к нам, и мы можем услышать точно то, что мы говорили секунды назад только несколько тише (задержка и громкость зависит от расстояния до препятствия и его размеров) и даже не один раз, если рядом есть несколько препятствий или мы находимся между ними.

Как видим реверберация оказывает существенное влияние на восприятие звука. Она зависит от геометрических параметров пространства и того, что его ограничивает размеры, расстояния, углы, радиусы конструкций и их звукопоглощение, что уменьшает энергию отраженной звуковой волны.

Заметим, что чем звукопоглощение конструкций (стен, окон, дверей, предметов интерьера и т.п.) выше, тем меньше реверберация.

Как видно из вышеприведенного видео, особенно сильно оно влияет на разборчивость речи. О чем, если это живой спикер, ему будет труднее говорить, а слушателям будет труднее слушать и они будут чувствовать себя некомфортно, хуже воспринимать материал и гораздо быстрее уставать. Возможно, Вы замечали, что даже если это гостиная или жилая комната в которой ощутимая реверберация (например «эффект голых стен») присутствуют чувствовать себя менее комфортно даже когда молчат. Дело, в частности, в нагрузке на мозг вследствие чрезвычайной адаптивности и чувствительности человеческого уха - когда тишина "звенит" мы слышим движение крови в наших сосудах и даже удары молекул воздуха по барабанной перепонке!

Самый эффективный метод борьбы с ненужной реверберацией (а она бывает и полезной), особенно когда помещение уже существует, - увеличить звукопоглощение конструкций, предметов интерьера и т.п., или добавить звукопоглощающие предметы в нужных местах (толстые обои, ковры, мягкая мебель, растения, специальные звукопоглощающие панели, резонаторы, диффузоры и т.п.).

Увеличение звукопоглощения позволяет нивелировать еще одно неприятное явление – стоячие волны.

Пример стоящих волн

Как видим, когда есть достаточно большое препятствие для отражения звуковой волны или в любом пространстве, где есть параллельные поверхности типа стена-стена или пол-потолок на длинах волны кратному расстоянию между поверхностями будут за счет интерференции (сложения энергий) образовываться стоячие волны характерны для них максимумы (пучности) и минимумы (узлы) акустического давления в определенных точках помещения. Это означает что слушатель в определенной точке пространства будет звуковую волну данной частоты очень хорошо слышать, а другой слушатель в другом месте ее не будет слышать практически совсем.

Бороться с этим явлением кроме звукопоглощения помогает создание помещений без параллельных поверхностей (амфитеатры, театры, летние площадки…) а и/или установка дополнительных звукоотражающих/звукопоглощающих поверхностей, которые еще помогают качественно распределять звук в помещении - с такой целью можно использовать даже.

Пример помещения с непараллельными поверхностями:

Роль резонанса в акустике помещений

Вторым существенным параметром, влияющим на акустический комфорт помещения, является резонанс. Он существенно усиливает эффект стоящей волны как в примере на рис. Однако рассмотрим еще одно его существенное влияние на акустические свойства помещения.

Пожалуй, все мы помним камертон по урокам физики - он настроен на определенную частоту, например 440 Гц для ноты "Ля", и прекрасно служит для настройки музыкальных инструментов. Если же инструмент уже настроен и на нем воспроизвести ноту Ля и камертон сам начинает колебаться и издаваться теми же 440 Гц, хотя мы его даже не касались – это и есть явление резонанса – в нашем случае происходит поглощение предметом энергии звуковой волны. Также мы замечали его когда грузовик ехал мимо нашего дома и в нем начинали бренчать окна на частоте грохота двигателя – стекло начинало поглощать энергию на определенной так называемой собственной частоте, и как следствие, интенсивно колебаться.

График зависимости собственных колебаний от внутреннего (межмолекулярного) трения материала

Коротко говоря у любого предмета есть так называемые собственные частоты (f₀) на которых он будет резонировать – интенсивно поглощать энергию звуковых волн и колебаться, а значит звучать – станет источником звука на частоте (f ₀) падающей на него звуковой волны. Такие предметы начинают искажать звуковой фон в помещении, появляются малозаметные или интенсивные "сторонние" звуки, "жужжание", вибрации, портящие звуковую обстановку. Особенно это будет заметно, когда в помещении звучит музыка или работают приборы с низко- и среднечастотным шумом (гулом).

График отражения звуковой волны от строительного силикатного стекла 4 мм приведен выше справа.

На графике отчетливо видно, как микрофон улавливает собственные резонансные частоты 4 мм стекла - на частотах ~200 Гц и ~400 Гц в диапазоне, где для комфортной акустической картины наоборот требуется максимальное звукопоглощение, в том числе для уменьшения реверберации и волн. В данном же случае присутствуют два больших пика (f ₁ и f₂) и меньший (f ₃) усиление отраженного звука за счет собственного резонанса стекла.

Для борьбы с этим явлением важно выбирать материалы со значительным звукопоглощением в широком спектре частот (особенно на низких частотах до 400 Гц, где явление резонанса будет наиболее ощутимо искажать звуковую картину) и минимально выраженными собственными резонансными частотами – это тем более выражено, чем менее упругим. есть материал. В нашем примере поликарбонат гораздо менее упругим чем силикатное стекло. А поскольку для возникновения и распространения волн нужна упругая среда, то поликарбонат будет иметь гораздо большее звукопоглощение и гораздо меньше выражены собственные резонансные частоты.

С результатом испытаний в сертифицированной лаборатории можно ознакомиться здесь: оригинал англ и перевод на украинский язык.

График звукопоглощения поликарбонатной панели (из протокола испытаний)

Сравнительная таблица характеристик стекла и поликарбоната, когда источник звука снаружи, а приемник внутри помещения (звукопоглощение внешних шумов).

Сравнительная таблица характеристик стекла и поликарбоната когда источник звука и приемник в одном помещении (звукоотражение волн от поверхности).

Вывод

Поликарбонатные панели не только чрезвычайно прочны, но и лучше силикатного стекла, особенно на низких частотах до 400 Гц, где это самое важное, поглощают звуковую энергию и имеют гораздо менее выраженные собственные резонансные частоты, что позволяет даже при значительных площадях остекления иметь существенно лучший звуковой комфорт. как в жилых, так и в нежилых помещениях, к тому же в низком бюджете.