Традиционно считается, что хорошей изоляции от воздушного шума тонкими пористыми материалами достичь в принципе нельзя. Этому препятствует так называемый закон масс, который постулирует, что способность поглощать звук пропорциональна логарифму массы ограждения. Так, известный акустик Руперт Тэйлор (Rupert Taylor) в книге "Шум" пишет, что "устанавливать тонкий пористый мат с целью задержать звук, идущий из одной точки в другую, - просто потеря времени. Максимум, чего можно добиться таким путем, - это снизить уровень на 3 дБ на высоких частотах. Конечно, пористые материалы поглощают звук, а так как они частично уменьшают энергию звука, то понижают и энергию волны, проходящей через них. Но для того чтобы получить мало-мальски стоящее затухание, толщина слоя поглощающего материала должна быть сравнима с длиной звуковой волны. Так как на практике часто приходится иметь дело со звуковыми волнами длиной несколько метров, ясно, что об использовании поглощающих материалов непосредственно в качестве звукоизоляторов не может быть и речи". Этой точки зрения придерживаются и другие специалисты. Так, в издании "Обустройство и ремонт" № 13 за 2002 год сообщается, что "даже при увеличении толщины данных (пористых) материалов до 50 мм их звукоизоляционные свойства (за исключением изоляции ударного шума) оставляют желать лучшего".
Тем не менее исследования, проведенные сотрудниками наших институтов, показали, что слои тонких пористых, ячеистых и волокнистых материалов могут сильно понизить уровень шума. В частности, пористый материал толщиной 30 мм при удельной массе панели менее 1 кг/м2 снижает уровень шума в среднем на 12 дБ. Это примерно соответствует характеристикам сосновой доски такой же толщины, но в 20 раз тяжелее. То есть при помощи открытой закономерности удалось "обойти" закон масс.
Эффект получил название "4S-технология" (Steerable Sound Suppression System - управляемая система звукоподавления). В его основе лежит создание зон деформации на поверхности, в толще звукоизолирующего материала и применение эластичных мембран. Исследовались мягкие, полужесткие, пористые, ячеистые материалы (пенополиуретан, полистирольный пенопласт и др.) и материалы с волокнистым каркасом (минераловатные и стекловолокнистые плиты). Меняя степень деформаций и, следовательно, плотность материала, можно изменять как величину звукоизолирующей способности, так и полосу поглощаемых частот. Это позволяет создавать наряду с пассивными активные и адаптивные системы звукоизоляции.
Для пассивной изоляции материал заранее деформируют с учетом акустических условий. При этом, например, средняя степень звукоизоляции для пенополиуретана толщиной 30 мм и минеральной ваты толщиной 50 мм достигала 13 и 11 дБ соответственно.
Исследования проводили в полосе частот от 63 до 10 000 Гц. Звукоизолирующую способность с использованием разработанной технологии сравнивали с материалами без ее использования и со свободным акустическим полем без поглотителей. Эксперименты позволили создать тонкие звукоизолирующие конструкции из пористых материалов с массовой отдачей, увеличенной до 20 раз по сравнению с известными материалами.
Для акустического оформления концертных залов и кинотеатров можно применять активные системы, используя их в качестве активных звукопоглощающих систем. Известно, что концертные залы обладают индивидуальными акустическими свойствами, которые зависят от многих факторов, к примеру от числа зрителей - каждый слушатель являет собой поглотитель звука. При высокопрофессиональной записи оркестра ряды отсутствующих зрителей заменяют звукопоглощающим материалом (войлоком) для улучшения качества звучания. Применяя 4S-технологию, можно создавать необходимую акустическую обстановку в киноконцертных залах.
Планируются дальнейшие экспериментальные исследования и математическое моделирование найденных явлений с целью оптимизировать пассивные и активные элементы звукоизоляции.
