К сожалению, в нашей стране к вопросам обеспечения нормальной акустической среды никогда не относились серьезно. Между тем с городским и производственным шумом можно и нужно бороться. В развитых западных странах к проблеме снижения шума в городах подходят куда более строго: для градостроителей предусмотрены жесткие нормативы уровня шума. В 1981 году в Амстердаме городские власти пошли на затрату 7 млн гульденов, чтобы снизить шум вдоль одной из магистралей города на 7 дБ. В последние годы и в России (в основном в Москве и Московской области) стали уделять внимание защите от транспортного шума. В качестве примера можно привести шумозащитные экраны третьего транспортного кольца и ряда магистралей федерального значения.
Чтобы разобраться в способах снижения шума, обратимся к основам акустики. Распространяясь от источника, звуковые волны либо прямо попадают на слуховой орган человека, либо, например, встречая на своем пути преграду, возбуждают в ней механические колебания. Те в свою очередь снова возбуждают звуковые волны, которые, в конце концов, воздействуют на человеческое ухо. Защита человека от шума может быть осуществлена тремя основными способами. Во-первых, путем создания преград на пути распространения шума (звукоизоляция). Во-вторых, ослаблением звуковых волн по пути распространения (звукопоглощение). И, наконец, применением индивидуальных средств защиты.
Рассмотрим наиболее распространенный способ уменьшения шума - звукоизоляцию. В диапазоне средних частот величина звукоизоляции определяется так называемым законом массы: чем тяжелее конструкция (стена, потолок, окно, дверь), тем эффективнее она задерживает звук и тем меньше звука проходит дальше. Увеличивая плотность стены в два раза, мы повышаем звукоизоляцию примерно вдвое (то есть уровень шума уменьшается на 6 дБ). Именно поэтому не стоит доверять рекламной информации про обои, обеспечивающие эффективную звукоизоляцию. Звукоизоляция окон определяется в основном весом стекол, конструкцией рамы и расстоянием между стеклами: увеличение зазора между ними приводит к увеличению звукоизоляции, особенно в области низких частот. В современных пластиковых окнах высокая звукоизоляция достигается благодаря большому весу стеклопакета (70 кг и более) и хорошему уплотнению рамы.
Шум проникает в дверные зазоры, щели в окнах, незаделанные стыки в стенах. Порой небольшая щель сводит на нет дорогостоящие затраты на создание звукоизолирующей перегородки. Так, например, щель шириной всего 2 мм по периметру двери площадью 4 м2 повышает уровень шума в квартире на 15 дБ, то есть уменьшает звукоизоляцию почти в 5 раз.
Если вас беспокоит уличный шум, в первую очередь следует обратить внимание на окна, которые обладают меньшей звукоизоляцией по сравнению со стенами дома. Если же шум проникает в ваш дом из квартиры соседей, то, возможно, между стеновыми панелями и полом есть зазоры. Увеличить существенно звукоизоляцию самих стен практически невозможно, так как для этого необходимо вдвое увеличить вес стены. То же относится к междуэтажным перекрытиям. Ослабить шум от топота ног над головой можно, только попросив соседей надеть мягкие тапочки либо убедив их постелить ковер.
Снизить уровень шума можно с помощью звукопоглощающих материалов, которые уменьшают интенсивность звуковых волн, отраженных от стен, потолка и других поверхностей помещения. В современных зданиях потолок, как правило, облицован, а стены покрыты плитками с мелкими дырочками или волокнистой поверхностью. Это - звукопоглощающие покрытия. Звуковая энергия переходит в них в тепловую за счет трения частиц воздуха в микропорах звукопоглощающего покрытия. Обычно такие покрытия имеют небольшой вес и не могут быть использованы в качестве звукоизоляционного материала.
Использование звукоизолирующих преград не приводит к уменьшению энергии шума, как в случае звукопоглощающих покрытий, а просто перераспределяет ее: энергия накапливается перед преградой. Поэтому для достижения максимального эффекта звукоизолирующие преграды обязательно дополняют звукопоглощающими покрытиями. Один из известных советских акустиков Б. Д. Тартаковский образно сравнил акустическую энергию с неприятелем, который преодолевает полосу заграждений. Если "врага" не уничтожить, то рано или поздно он преодолеет все преграды. Звукопоглощающее покрытие как раз и "уничтожает" энергию шума, "застрявшую" у звукоизолирующей преграды.
При использовании звукопоглощающих покрытий уровень шума изменяется мало, зато заметно меняются акустические характеристики помещения: уменьшается гулкость (реверберация), речь становится разборчивой, не искажается музыкальное восприятие. Именно поэтому звукопоглощающие покрытия широко применяют при строительстве концертных залов, студий звукозаписи и других помещений, к которым предъявляются определенные акустические требования (см. "Наука и жизнь" № 2, 2006 г.). Использование звукопоглощающих покрытий требует акустического расчета, поскольку как недостаточное, так и избыточное звукопоглощение приводит к неприятным ощущениям. Например, в специальных измерительных камерах, где стены практически не отражают звука и непроницаемы для внешнего шума, можно услышать даже стук собственного сердца, но продолжительное пребывание в ней вызывает чувство угнетения.
Следует учитывать, что звук может передаваться не только по воздуху, но и по конструкциям: стенам, трубам, перекрытиям. В них акустическая энергия распространяется в виде упругих колебаний (вибраций). В большинстве случаев возникновение шума происходит из-за преобразования энергии вибраций в звуковую энергию. Звук исходит от колеблющихся поверхностей машин, механизмов, перегородок и т. д. Очень хорошие источники звука - тонкостенные металлические поверхности, которые эффективно излучают звуковую энергию в окружающую среду в широком диапазоне частот.
Энергию упругих колебаний можно достаточно эффективно уменьшить с помощью так называемых вибропоглощающих покрытий. Возьмем две одинаковые по форме пластины, сделанные из металла и пластмассы, подвесим их на нити и ударим чем-нибудь твердым. В пластмассовой пластине колебания утихнут быстро, а металлическая будет "звенеть" еще некоторое время. В пластмассе акустическая энергия эффективно преобразовалась в тепловую. Для уменьшения излучения звука поверхности на нее наносят вибропоглощающее покрытие, в котором колебания затухают, как в пластмассовой пластине. Вибропоглощающее покрытие должно обладать большой жесткостью и высокими внутренними потерями акустической энергии. Чем больше жесткость покрытия, тем бoльшая часть энергии колебаний будет затрачена на его деформацию, а чем больше внутренние потери, тем больше энергии перейдет в тепло.
Вибропоглощающие покрытия широко применяются в автомобилестроении - для внутренней облицовки кузовов машин, в авиастроении - для нанесения на внутренние части фюзеляжей самолетов и т. д. Но не всегда использование того или иного вибропоглощающего покрытия дает положительный результат. Так, например, для снижения шума и вибрации отбойного молотка вибропоглощающее покрытие неэффективно.
Другой способ борьбы с вибрацией - виброизоляция. Для ее создания используется тот же принцип, что и для звукоизоляции: требуется такое препятствие, чтобы от него отразилось как можно больше энергии. С этой целью применяют упругие вставки (амортизаторы). Их устанавливают между работающей машиной или механизмом и его фундаментом. Обычно амортизаторы делают из резины, или они представляют собой стальные пружины. Важно правильно выбрать амортизатор, иначе виброизоляция может оказаться малоэффективной, а в ряде случаев вибрация даже усилится.
Защититься от шума можно и с помощью индивидуальных средств защиты. Прежде всего, это ушные протекторы. Первый тип протектора - тампон или заглушка из мягкого материала, предназначенная для разового применения. Если просто заткнуть ухо кусочком ваты, то эффект звукоизоляции будет мал, поскольку вата обладает небольшой плотностью и слишком пористая. В аптеках можно купить специально сконструированные утяжеленные вставки в ухо "Беруши" из волокнистого материала. Они обладают хорошими звукоизолирующими свойствами и гигиеничны. Иногда в продаже встречаются специальные пластмассовые заглушки-пробки разных размеров.
Но все же гораздо более эффективно предохраняют от шума наружные ушные протекторы, или наушники. В числе их недостатков - неудобство и неприятные ощущения, возникающие при длительном ношении. Зато наушники обеспечивают хорошую звукоизоляцию, а с помощью жидкого уплотнения в специальных валиках - амбушюрах - достигается плотное прилегание к уху. При очень высоком уровне шума - выше 130 дБ (например, на стендах для испытаний авиационных реактивных двигателей) - недостаточны и наушники. В этом случае для защиты от шума приходится использовать специальные звукоизолирующие шлемы.
Кстати, наушники высокого класса для прослушивания музыкальных программ обязательно должны обеспечивать хорошую звукоизоляцию от внешнего шума. У наушников большинства плееров звукоизоляция мала, поэтому в шумной обстановке, например в метро, многим меломанам приходится увеличивать громкость звучания, что не только нарушает покой окружающих, но и может привести к тугоухости самих любителей музыки.
