Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

СКВАЖИНУ?

Если под этим понимать

допустимость подслушивания, то каждый считающий себя воспитанным человек должен был бы ответить

отрицательно. Но нас интересует не этическая, а фи­зическая сторона вопроса, и тут ответ будет положи­тельным.

Ну, и что же? Тривиальная вещь, скажет иной читатель. Но он, пожалуй, изменит свое мнение, если узнает следующее: через скважину можно подслуши­вать из соседней комнаты даже такую тихую речь, что человек, находящийся в одной комнате с говоря­щим (но, естественно, в известном отдалении от него, скажем, у стены вблизи двери), уже не в со­стоянии эту речь отчетливо воспринять.

В самом общем виде дифракцию волн можно оп­ределить как явление взаимодействия волн с каким-. либо препятствием, находящимся на пути их распро­странения. Следствием такого взаимодействия могут являться огибание препятствий волной, рассеяние колебательной энергии, интерференционные картины (например, в дифракционной решетке). Усиленная •.звукопроводность щелей и отверстий в жестких стен­ках — одно из своеобразных проявлений дифракции звука. Первым еще в 30-х годах нашего века обра­тил внимание, на это явление немецкий акустик

Вагнер.

Не будь этого явления, в скольких романах Дюма и других авторов потерялся бы повод для драматических завязок или пикантных ситуаций! Но как же оно протекает? Звук от источника, падающий по большой площади на жесткую непоглощающую стенку, рассеивается в разные стороны. Так как, согласно принципу Гюйгенса, каждая точка фронта волны сама является источником сферической волны, то к отверстию помимо прямого звукового луча от источника придет часть энергии звука, рас­сеянного прилежащей к отверстию площадью стены. В результате плотность звуковой энергии увеличи­вается, а отверстие, ввиду малого акустического сопротивления по сравнению с сопротивлением стен­ки, проводит эту энергию в соседнее помещение. Об­разуется как бы акустическая воронка. Вагнер показал экспериментально, что влияние отраже­ния звука от стенок как бы равноценно увеличе­нию площади звукопроводящего отверстия во мно* го раз,

Во сколько же? Здесь имеет значение частота»вука. Чем ниже частота, тем больше длина волны и тем с большей площади стены звук приблизи­тельно с одной и той же фазой может «стечь» в «акустическую воронку» — отверстие в стене. Так, по данным Вагнера, коэффициент увеличения эффек­тивной площади отверстия вследствие дифракции достигает шести на частоте 1200 герц. Для низких частот Вагнер дает еще большие значения увеличе­ния звукопроводности отверстий, но к этим данным следует относиться с осторожностью.

А. Контюри, чья книга по строительной акустике получила национальную премию Франции, неслож­ным аналитическим приемом показал, что звукопро­водность щелей даже несколько больше, чем звуко­проводность отверстий равной площади.. Что из этого последует, читатель усмотрит, если даст себе труд проследить за ходом несложного расчета. Двер­ная створка обычной конструкции проводит от 1/100 до 1/1000 энергии падающего на нее звука. Пусть под створкой имеется щель шириной 0,5 сантиметра, т.е. площадью примерно в 1/400 часть площади створки. Если даже на время пренебречь увеличением звуко­проводности щели вследствие дифракции, а просто считать, что щель проводит лишь весь падающий на нее прямой звук от источника, то и тогда при звуко­проводности створки 1/100 через щель пройдет всего лишь в 4 раза меньше звуковой энергии, чем через всю дверную створку; при учете же дифракции зву­ковые потоки через подобную дверную створку и через щель будут соизмеримы.

Если взять створку двери с высокой звукоизоля­цией (звукопроводность 1/1000), то та же щель под ней будет проводить уже значительно больше звуко­вой энергии, чем вся створка. Значит, чем лучше С точки зрения звукоизоляции сама дверь, тем

¹ больше ей «вредят» щели по контуру. '<•

Как же с этим бороться? У начальников различ-

: иых рангов часто пользуется популярностью обивка дверей, целиком или хотя бы по контуру, войлоком в клеенке. Пушистые ковры на полу и старинные, вышедшие из моды драпри вокруг двери уменьшают

Щель под дверью проводит столько же звука, сколько вся пло­щадь двери.

отражения звука от ограждений и несколько ослаб­ляют звукопроводность щелей. Но наибольший эф­фект достигается самым простым способом — увели­чением перекрытия створкой дверного косяка. Наи­лучшую с точки зрения звукоизоляции конструкцию двери автор обнаружил в... Музее боярского быта в Москве. Перекрытие створкой двери краев двер­ного проема достигает здесь чуть ли не ширины ла­дони, а соприкасающиеся поверхности для большей плотности покрыты плюшем. К удивлению музейного служителя, посетитель попросил его прокричать что-нибудь из боярского кабинетика. Ничего, кроме смутного намека на человеческий голос, не было слышно! Неграмотные строители тех времен, не имевшие представления об акустических явлениях, не только интуитивно почувствовали, от чего иаипсит

Поичный (слева) и хорошо звукоизолированный (справа) при­твор двери.

тукопроводность притворов, но и нашли надежные
способы звукозащиты. ^.

Повезло судам и кораблям. Двери на них, как правило, герметичные, водсшшроницаемые, а значит, и туконепроницаемые. Но, правда, не все.

Однако мы отвлеклись от объекта первоначаль­ною повествования — замочных скважин. И здесь есть старинные рецепты звукозащиты, например, мас-< шитые металлические пластинки на оси над скважи­ной по обе стороны двери. Но нужны ли они? Ку­мушки— любительницы подслушивания как будто исчезают, да и романы, в которых интрига основана п;i подслушивании, тоже вроде бы менее популярны. Правда, разведчики в романах и повестях и в наше г.ремя иногда добывают сведения подслушиванием через замочную скважину или неплотно притворен­ную дверь Однако вопрос, адресованный специали-(ry-акустику после беседы о звукопроводности ще­лей и отверстий, был задан не кумушкой и не раз-пс'дчиком. Вопрос был такой:

— А какой голос — мужской или женский — легче подслушать?

Вопрос не простой. С одной стороны, в мужском юлосе больше составляющих низких звуковых ча­стот, которые в большей степени отражаются ограж­дениями и обусловливают большую концентрацию тука на отверстиях. Но, с другой стороны, для оольшей разборчивости (лучшей артикуляции) речи необходимо содержание в ней значительной части • оставляющих повышенной частоты. Поэтому спе-нкалист-акустик признался, что он не может отве-•i пть на заданный вопрос.

«эти

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

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».