Акустический импеданс

Значение поглощения. Поглощение звука в помещении имеет решающее значение при обеспечении хорошей акустики. Несмотря на то, что колонны, кессоны, нарушения плоской формы стен и тому подобные устройства уничтожают правильное отражение и делают результирующий звук диффузным, должно еще существовать поглощение, превращающее энергию звука в тепловую энергию.

Звукопоглощающие материалы. Обычные строительные материалы — штукатурка, стекло, дерево — поглощают не свыше 3% падающего на них звука. Поэтому оказалось необходимым разработать материалы, дающие более сильное поглощение. Действие большинства этих материалов обусловлено их пористостью; некоторые поглощают звук при своих колебаниях, особенно если сзади них имеется воздушный промежуток.

Как происходит поглощение звука. В конечном счете звуковая энергия превращается в тепло. Распространяющиеся в воздухе звуковые волны представляют собой колебания частиц воздуха; они сопровождаются трением между соседними частицами. Поглощение энергии, обусловленное этим трением, делается заметным только для звуков с частотой выше 6000 колебаний а секунду; для более низких звуков оно ничтожно по сравнению с поглощением, вносимым поверхностями помещения. Падая на твердые тела, звуковые волны испытывают большее трение, чем при распространении по воздуху, так как частицы воздуха прилипают к поверхности твердого тела и сопротивляются всякой попытке сдвинуть их с места. Толщина этого слоя повышенного трения очень мала: если звук распространяется па раллельно твердой поверхности, то она определяется выражением 1

где f — частота звука. В качестве примера укажем, что для частоты 400 колебаний в секунду толщина h составляет 0,64 мм. Если звуковые волны проходят по трубке, то они испытывают значительное трение, особенно в случае, когда диаметр трубки близок к величине h. Поэтому пористые материалы поглощают звук, и если размеры пор различны, то такой материал оказывается хорошим звукопоглотителем в широкой области частот. Каналы большего диаметра, пронизывающие толщу поглощающего материала, дают звуку доступ в глубокие слои, что увеличивает действующую поверхность стенок пор и улучшает поглощение ремонт и обивка мягкой мебели.

Испытания по звукопоглощению. При выполнении расчетов по реверберации помещений необходимо знать величину поглощения звука различными материалами. Эта величина определяется лабораторными испытаниями. Первой серьезной попыткой в этом направлении явился метод Уоллеса Сэбина, получивший в дальнейшем широкое распространение. Плита размером от 7 до 10 м², изготовленная из испытуемого материала, помещается на полу реверберационной камеры. Задача состоит в измерении времени спадания звука различных частот в присутствии и отсутствии поглощающего материала. Такая установка до известной степени воспроизводит действительные условия. Однако из-за малого объема камеры здесь возникают резонансные явления, сильно увеличивающие затухание, особенно для низких звуков, и коэффициенты поглощения оказываются преувеличенными. Для относительно высоких частот, свыше 1000—2000 колебаний в секунду, в камере получается «диффузное» смешение звуков, и полученные коэффициенты без всяких поправок применимы для вычисления времени реверберации в больших помещениях.

Новейшие исследования. Более удовлетворительные значения коэффициента поглощения удается получить, измеряя акустический импеданс. Эта величина определяется из эксперимента со стоячими волнами, образующимися под действием постоянного звукового пучка, направленного с помощью трубы на испытуемый образец, который установлен у одного из ее концов. Величина акустического импеданса связана с поглощением  образца, и, таким образом, поглощение может быть найдено из опыта. Преимущества метода заключаются в сравнительной точности определения акустического импеданса: данные, полученные различными лабораториями, равно как и рассчитанные по этим данным величины коэфициентов поглощения, согласуются между собой в пределах ошибок измерения. Результаты же, полученные в реверберационных камерах, зависят от формы и размеров камеры и значительно различаются для разных лабораторий. Хотя в этом направлении и достигнуты большие успехи, окончательное решение всей проблемы еще не найдено

Ассоциация по акустическим материалам (Acoustical Materials Association). Отсутствие согласованности между значениями коэфициентов поглощения, полученными в различных реверберационных камерах, заставило фирмы, изготовляющие звукопоглощающие материалы, организовать единый испытательный центр (Ассоциацию по акустическим материалам), результаты исследований которого сравнимы между собой. Данные, полученные из многочисленных испытаний, публикуются время от времени в специальных бюллетенях Ассоциации, сообщающих, таким образом, новейшие сведения по данному вопросу. Хотя, как уже пояснялось, данные для низких частот получаются преувеличенными, среднее значение коэфициентов для всех частот, при которых производятся испытания, позволяет сравнивать между собой эффективность различных материалов. Приводим образец результатов испытания образца на разных частотах:

Частота	128	256	512	1024	2048
Коэфициент	0,11	0,37	0,88	0,81	0,74

Коэфициент снижения шума 0,70. Среднее берется для четырех (256—2048) из пяти применяемых частот. С помощью этого среднего «коэфициента снижения шума» обычно и выражается относительное поглощение звука материалом. В дополнение к таблицам, бюллетени приводят и некоторые другие данные, например:

«Материал изготовляется в виде отливок с однородной гранулированной поверхностью. Связующий материал — гипс или другое минеральное связующее вещество. Толщина 3/4 дюйма, вес 1,69 фунта/кв. фут, деревянные рейки сечением 1 × 2 дюйма, расстояние между осями реек 12 дюймов. Поверхность окрашена масляной краской с отражательной способностью 65—61%.

Бюро стандартов. В течение многих лет персонал акустической лаборатории Бюро стандартов проводил обширные исследования поглощения различными материалами. Методы испытаний аналогичны вышеописанным, но отчеты Бюро охватывают большее число материалов, чем отчеты Ассоциации по акустическим материалам. Кроме того, указывается возможность использования материалов в работах по выполнению государственных заказов. Отчеты издаются ежегодно под заголовками: «Коэфициенты звукопоглощения часто применяемых материалов» («Sound Absorption Coefficients of the Common Acoustic Materials») и «Классификация акустических материалов» («Classification of Acoustical Materials»).