В БАРХАТ УШЕДШИЕ ЗВУКИ»

Голос, растекаясь со сцены, как из центра, распростра­няясь кругами и ударяясь о полости отдельных сосу­дов, достигает большей звучности и будет вслед­ствие согласия звуков вы­зывать должное ответное звучание.

Витрувий. Об архитектуре

Приведенными в названии

словами стихотворец не только преподнес читателю поэтический образ, но и (быть может, сам того не ведая) достаточно четко определил физическую сущ­ность процесса звукопоглощения. Да, звуковые коле­бания, перешедшие в волокнистый или пористый ма­териал, обратно возвращаются лишь в относительно небольшой степени, значительная часть их энергии превращается в теплоту. (Количество ее, впрочем, как и в большинстве звуковых процессов, крайне не­велико: подсчитано, например, что если бы все жи­тели Москвы непрерывно разговаривали в течение суток, то излученной энергии едва хватило бы на то, чтобы нагреть несколько чашек чая.)

Для достижения большого звукопоглощения должны быть выполнены некоторые условия, в ча­стности, обеспечена достаточная толщина звукопог-лотителя (тем большая, чем ниже частота звука), отсутствие заметного скачка акустического сопро­тивления на границе среда — поглотитель.

Рассуждения о переходе звуковой энергии из среды в звукопоглотитель мы почти автоматически относим к случаю нормального падения, звука па поглотитель. Ну, а какова будет картина при косом падении звука, лучше или хуже будет звукопоглоще­ние? Можно, казалось бы, рассуждать так: при ко­сом падении звук проходит больший путь и .чиуко-поглотителе, и поглощение должно быть больше.

 

<• Неср отражения» звука некоторыми звукопоглоти-гелями. Чем больше угол падения звука (к нормали), тем большая часть звуковой энергии не поглощается звукопоглотителем, а отра­жается им.

Последнее заключение — еще один пример того, что упрощенно-интуитивные предположения иногда обманывают. В действительности здесь может быть все наоборот. В дело вмешивается принцип нормаль­ного импеданса, справедливый для многих звукопо­глотителей, в частности, поглотителей звука в воде. Суть его вкратце заключается в том, что при оценке реакции слоя звукопоглотителя на падающую звуко­вую волну учитывается лишь сопротивление слоя в направлении, перпендикулярном его поверхности.

«Необоримый» нормальный импеданс приводит к тому, что в дело вмешивается косинусоидальная зависимость поглощения от угла падения звука: зву­ковая волна, приходящая к звукопоглотителю вблизи от перпендикуляра к его поверхности, лучше погло­щается, чем волны, падающие под косыми углами.

Так ли уж необорим нормальный импеданс? Со­
ветский акустик К- А. Велижанина, посвятившая
исследованию звукопоглотителей и процесса звуко­
поглощения, можно сказать, всю свою сознательную
жизнь, приходит к заключению, что в ряде случаев
угловые характеристики звукопоглощения могут
быть достаточно причудливыми. К подобным же вы­
водам пришли японские ученые, исследовавшие ке­
рамические поглотители, применяемые в конструк­
циях, работающих на открытом воздухе (например,
в автотуннелях). • . . •

Еще немного физики, прежде чем перейти к практическому применению звукопоглотителей. Уже довольно давно было обнаружено при испы­таниях участков звукопоглотителей в измеритель­ных камерах интересное явление, Если определять

поглощаемую энергию по отношению к поверхности,, звукопоглотителя,то коэффициент поглощения иногда оказывается больше единицы. Выходит, поглощае­мая звуковая энергия больше энергии, падающей на поглотитель? Может быть, нарушается закон сохра­нения энергии? Нет, конечно, никакого нарушения закона не происходит. Просто вследствие явления дифракции наблюдается эффект, подобный описан­ному выше «эффекту замочной скважины». Кромки поглотителя, особенно близко расположенные к от­ражающим поверхностям камеры, «впитывают» звук, чем и обусловлено усиленное звукопоглощение ис­следуемого образца материала. Это явление было названо «кромочным эффектом».

Но вред от дифракции как источника измеритель­ных ошибок гораздо меньше, чем положительная роль, которую может сыграть та же дифракция в за­лах, если на их стены и потолки нанесен звукопогло-титель. Участки звукопоглотителя, действуя по прин­ципу замочной скважины, отсасывают на себя звук, отраженный от необлицованных участков огражде­ний помещения. Значит, вовсе не обязательно пок­рывать звукопоглотителем всю поверхность помеще­ний! С точки зрения строительной практики это очень важный вывод.

Но вот мы уже подошли и к практическому при­менению звукопоглотителей. Еще Витрувием было подмечено, что в некоторых гулких залах речь ора­тора, трудно разобрать, хотя громкость ее и доста­точна. Здесь на помощь приходят звукопоглощаю­щие облицовки.

Ассортимент их сейчас чрезвычайно разнообразен. Это и маты из минеральной «шерсти», пенополиуре­тана, и звукопоглощающие штукатурки, и древесно­стружечные плиты, и даже «штучные поглотители» (оставим это название на совести предложивших его, речь идет просто об отдельных локальных звуко-поглотителях, подвешенных в каком-либо месте по­мещения). Благодаря работам Г. Л. Осипова, Е. Я. Юдина и многих других отечественных ученых и инженеров акустические свойства звукопоглощаю­щих материалов изучены очень хорошо, и выпуск

таких материалов в нашей стране налажен в доста­точном количестве.

Непосвященный, возможно, счел бы ошибочным высказывание примерно такого рода: «Звукопогло­щение в этом зале столько-то ... квадратных метров». Однако ошиб.ки нет: за единицу звукопоглощения (полного) принимается один квадратный метр отк­рытого окна (предполагается, что звук, вышедший из комнаты в окно, обратно уже не возвращается, а это для данного помещения равноценно полному погло­щению звука). Единица звукопоглощения носит еще название сэбин, по имени американского акустика, внесшего значительный вклад в теорию звукопогло­щения в помещениях.

Чем больше общее звукопоглощение в помеще­нии, тем быстрее спадает в нем звук после прекраще­ния действия источника. Практически степень гул­кости помещения оценивается временем стандартной реверберации, в течение которого происходит ослаб­ление звуковой энергии в миллион раз. И вот оказы­вается, что для наилучшего восприятия речи нужно, чтобы время реверберации было в пределах 0,5— 1 секунды. Накладываются определенные, ограниче­ния и на частотную зависимость времени ревербе­рации.

Музыка требует примерно вдвое большего вре­мени реверберации. При оценке общего звукопогло­щения нельзя пренебречь и поглощением, вносимым людьми. Музыканты отчетливо, различают разницу в звучании оркестра в зале -с публикой и без нее. Поэтому при репетициях оркестров высокого класса в зале поверх стульев настилается ворсистый звуко­поглощающий материал. -

О количественной стороне поглощения звука
людьми можно-сказать, что звукопоглощение одного
человека на средних звуковых частотах близко к
поглощению половины квадратного метра открытого
окна. .

Автор не решился бы в связи с этим остановить Внимание читателя на одном, замечании (которое может показаться легковесным), если бы оно не принадлежало виднейшему акустику нашего вре­мени Э. Мейеру. В начале 70-х годов английское

return false">ссылка скрыта

акустическое общество учредило медаль имени вели­кого физика-акустика Рэлея. Как уже, говорилось^ принимая поднесенную ему первую медаль, Мейер выступил с благодарственным словом, в котором он сначала упомянул о созданном им во время второй мировой войны противогидролокационном звукопог-лотителе для немецких подводных лодок. Далее речь приобрела более игривый характер. Прогресс чело­вечества (как, впрочем, и уравнивание прав обоих полов в обществе) он сопоставил с изменением зву­копоглощения мужчинами и женщинами. Измерения начала века указывали на большее звукопоглоще­ние женщинами, что было обусловлено их пышными кринолинами и прическами. При переходе женщин к мини-юбкам, коротким стрижкам, а мужчин — к пышным шевелюрам звукопоглощение представите­лей обоих полов уравнялось.

От поглощения звука людьми вернемся, однако, к поглощению его в помещениях. Особую роль звуко­поглощение имеет в залах с полукруглым или круг­лым (в планетариях) потолком, с участками парал­лельных стен. Здесь возможны зоны фокусировки зву­ковых лучей, или так называемые порхающие эхо. Этих явлений, существенно ухудшающих акустику по-, мещений, можно избежать, нанося на стены более или менее протяженные участки звукопоглотителей. До сих пор говорилось главным образом о влия­нии звукопоглощения на качество акустики концерт­ных залов. Исключительную роль искусственные зву-копоглотители приобрели в деле борьбы с шумами. Начать с того, что без тех или иных звукопоглотите­лей звукоизолирующая конструкция вообще не вы­полняет своей функции. Она отбрасывает звук обрат­но, не пропускает его в изолируемое помещение. Но если не поглощать возвращаемый звукоизолирующей перегородкой звук, то его уровень в помещении ис­точника будет при непрерывной работе источника все время возрастать (теоретически до бесконечности), а это в свою очередь увеличит звуковую энергию и в изолируемом помещении. К счастью, звук поглоща­ют в той или иной мере вгсе предметы. Все же внеде-нием специальных звукопоглотителей можно добить­ся снижения громкости шума, скажем, еще идиое. Как

Вряд ли можно было более умело сочетать наличие участков современного эффективного звукопоглотитедя с общим класси-ческим стилем интерьера. То, что звукопоглотитель (черные квадраты) не закрывает весь потолок зала, не ухудшает эффекта: звукопоглотителю помогает дифракция.

ВИДНО, игра стоит свеч. Наиболее эффективен звуко­поглотитель,как средство борьбы с шумом в длинных низких помещениях, какие, кстати сказать, преобла­дают на судах. И здесь, в этих «придавленных» по-мещениях установка звукопоглотителя на потолке особенно целесообразна.

Звукопоглощающие -облицовки обязательно при­сутствуют там, где надо ослабить шум мощных вен­тиляторов, выпускных систем двигателей, систем вса-сываания воздуха, стравливания различных газов. Проходя мимо вентиляционного грибка где-либо не­подалеку от станции метро и слыша едва уловимый рокот, мы и не представляем себе, какой рев стоял бы эдеСЬ, не будь в вентиляционных шахтах тех или ИНЫХ звукопоглощающих устройств.

При весьма сильных шумах звукопоглотители ве­дут себя несколько иначе, чем при слабых. И. В. Ле-бедева, исследовавшая физику звукопоглощения при звуковых уровнях, близких к порогу болевого ощуще-ния, установила, что большая роль принадлежит нелинейным явлениям, увеличивающим эффект

звузвукопоГЛОщения. Не этим ли объясняется

эффект,

обнаруженный Паркинсоном (разумеется, не Паркин* соном-литератором, а Паркинсоном-акустиком) при исследовании затухания звука в вентиляционном ка­нале, внутренние стенки которого облицованы звуко-поглотителем? Оказалось,, что вблизи от мощного источника затухание звука на единицу длины канала больше, чем на некотором удалении от источника.

Каков бы ни был механизм нелинейного поглоще­ния мощного звука, с точки зрения техники шумо-глушения это благоприятное обстоятельство, так .как несколько упрощает нелегкую, в общем, задачу борь­бы с шумами.

Строители хорошо знают, что нельзя забывать и о естественных звукопоглотителях. В первую очередь это кроны деревьев и трава газонов — развешенные и расстеленные природой зеленые, впитывающие звук бархаты, с которых мы начали повествование. Они, правда, не столь эффективны, как искусственные зву^ копоглотители, но все же звук, пролетевший сквозь них или над ними, становится .мягче, в нем заметно ослабляются составляющие высоких частот. Это, ви­димо, подметил К. Дебюсси, когда писал свою форте­пианную пьесу «Колокола сквозь листья».