Ударна звукоизолация в дървената конструкция

Дървените подове в старите сгради само частично изолират шума от съседите. Но дори и най-модерните дървени сгради са изправени пред предизвикателство, когато става въпрос за ударен шум. Учените от Швейцарската федерална лаборатория за материали и технологии Empa работят върху намирането на решение.

Понастоящем в Empa се провеждат проучвания за звукоизолацията на дървени сгради. Използвайки физична теория от 90-те години на миналия век и средствата на цифровизацията, изследователският екип е разработил нови подови елементи от масивни дървени панели, които имат т.нар. акустични черни дупки.

Брилянтната идея е на Стефан Шьонвалд, ръководител на лабораторията за сградна акустика на Empa в Дюбендорф. От първата публикация през 1987 г. той се е сблъсквал с теорията за акустичните черни дупки няколко пъти на конференции и в научни публикации. Според руския автор M.A. Миронов от Андреевския акустичен институт в Москва параболична вдлъбнатина в материала може да бъде използвана, за да абсорбира вибрации като звука и да им позволи да резонират – с други думи да ги поглъща. Акустични черни дупки вече са използвани при автомобили и самолети, където е потвърден ефектът им за намаляване на шума.

Ръководителят на лабораторията Стефан Шьонвалд заедно със своя колега Свен Вали, иска да подобри изолацията на ударния звук в дървената конструкция с иновативни елементи от напречно ламиниран дървен панел.

Както във въздуха има звукови вълни, така има звукови вълни и в материалите, т.нар. структурни звукови вълни. „Стъпването по пода, е все едно да хвърлиш камък в езеро: звуковите вълни се разпространяват през материала във всички посоки“, обяснява Шонвалд. Ако в материала се издълбае вдлъбнатина с формата леща в съответствие с определена математическа функция, звуковите вълни се насочват към тази област. При този процес амплитудите се усилват все повече и повече, докато дължината на вълната на вибрациите намалява. „Ако успеете да направите панелите в областта на тези вдлъбнатини безкрайно тънки, тогава звуковите вълни всъщност биха изчезнали сами в тези „черни дупки“, казва Шьонвалд.

Два панела – единият с акустични черни дупки, а другият без – бяха подложени на вибрационен анализ в Empa. При това измерване звукът се подава в изпитваното тяло като вибрация по целия съответен звуков спектър. Лазер измерва вибрациите на тестовите плочи в решетъчни модели в няколко точки. След това измерените стойности могат да се използват за изчисляване на това как вибрациите се движат през панела и дали фрезованите вдлъбнатини наистина „улавят“ звука и го оставят да се разсее под формата на топлина.

Целта на експеримента е да се провери дали симулираните резултати съответстват на измерените стойности. Тъй като, ако компютърният модел съответства на действителността, всички възможни параметри могат да се променят на компютъра почти безплатно, без да се налага всеки път да се прави нов тестови панел. По този начин може да се оптимизира намаляването на звука за дървени елементи с всички възможни размери и геометрии, без да се налага да се правят експерименти, които отнемат много време.

Снимки: Empa