Звукоизоляция помещений направлена на локализацию источников акустических сигналов внутри них и проводится с целью исключения перехвата акустической (речевой) информации по прямому акустическому (через щели, окна, двери, технологические проемы, вентиляционные каналы и т.д.) и вибрационному (через ограждающие конструкции, трубы водо-, тепло- и газоснабжения, канализации и т.д.) каналам.
Основное требование к звукоизоляции помещений заключается в том, чтобы за его пределами отношение акустический сигнал/шум не превышало некоторого допустимого значения, исключающего выделение речевого сигнала на фоне естественных шумов средством разведки. Поэтому к помещениям, в которых проводятся закрытые мероприятия, предъявляются определенные требования по звукоизоляции.
Звукоизоляция оценивается величиной ослабления акустического сигнала, которое для сплошных однослойных или однородных ограждений (строительных конструкций) на средних частотах приближенно рассчитывается по формуле:
, дБ
где qП - масса 1 м2 ограждения, кг;
f - частота звука, Гц.
Учитывая, что средняя громкость звука говорящего в служебном помещении составляет около 50 ... 60 дБ, то в зависимости от категории помещения его звукоизоляция должна быть не менее норм, приведенных в табл. 4.1.
Таблица 4.1
Требования к звукоизоляции помещений
| Частота, Гц | Категория выделенного помещения, дБ | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| 500 | 53 | 48 | 43 |
| 1000 | 56 | 51 | 46 |
| 2000 | 56 | 51 | 46 |
| 4000 | 55 | 50 | 45 |
Звукоизоляция помещений обеспечивается с помощью архитектурных и инженерных решений, а также применением специальных строительных и отделочных материалов.
При падении акустической волны на границу поверхностей с различными удельными плотностями большая часть падающей волны отражается. Меньшая часть волны проникает в материал звукоизолирующей конструкции и распространяется в нем, теряя свою энергию в зависимости от длины пути и его акустических свойств. Под действием акустической волны звукоизолирующая поверхность совершает сложные колебания, также поглощающие энергию падающей волны.
Характер этого поглощения определяется соотношением частот падающей акустической волны и спектральных характеристик поверхности средства звукоизоляции.
Одним из наиболее слабых звукоизолирующих элементов ограждающих конструкций выделенных помещений являются двери и окна.
Двери имеют существенно меньшие по сравнению со стенами и межэтажными перекрытиями поверхностные плотности и трудноуплотняемые зазоры и щели. Стандартные двери не удовлетворяют требованиям по защите информации (см. табл. 4.2).
Таблица 4.2
Звукоизоляция обычных дверей
| Конструкция двери | Условия применения | Звукоизоляция (дБ) на частотах, Гц | |||||
| 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | ||
| Щитовая дверь, облицованная фанерой с двух сторон | без прокладки | 21 | 23 | 24 | 24 | 24 | 23 |
| с прокладкой из пористой резины | 27 | 27 | 32 | 35 | 34 | 35 | |
| Типовая дверь П-327 | без прокладки | 13 | 23 | 31 | 33 | 34 | 36 |
| с прокладкой из пористой резины | 29 | 30 | 31 | 33 | 34 | 41 | |
Увеличение звукоизолирующей способности дверей достигается плотной пригонкой полотна двери к коробке, устранением щелей между дверью и полом, применением уплотняющих прокладок, обивкой или облицовкой полотен дверей специальными материалами и т.д.
Как видно из табл. 4.2, применение уплотняющих прокладок повышает звукоизоляцию дверей, однако при этом необходимо учитывать, что в процессе эксплуатации в результате обжатия, износа, затвердевая резиновых прокладок звукоизоляция существенно снижается.
Для защиты информации в особо важных помещениях используются двери с тамбуром, а также специальные двери с повышенной звукоизоляцией (см. табл. 4.3).
Таблица 4.3
Звукоизоляция специальных дверей
#CCD2DB
Таблица 4.4
Звукоизоляция окон
| Схема остекления | Звукоизоляция (дБ) на частотах, Гц | |||||
| 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | |
| Одинарное остекление: | ||||||
| толщина 3 мм | 17 | 17 | 22 | 28 | 31 | 32 |
| толщина 4 мм | 18 | 23 | 26 | 31 | 32 | 32 |
| толщина 6 мм | 22 | 22 | 26 | 30 | 27 | 25 |
| Двойное остекление с воздушным промежутком: | ||||||
| 57 мм (толщина 3 мм) | 15 | 20 | 32 | 41 | 49 | 46 |
| 90 мм (толщина 3 мм) | 21 | 29 | 38 | 44 | 50 | 48 |
| 57 мм (толщина 4 мм) | 21 | 31 | 38 | 46 | 49 | 35 |
| 90 мм (толщина 4 мм) | 25 | 33 | 41 | 47 | 48 | 36 |
Для повышения звукоизоляции проводится облицовка внутренних поверхностей тамбура звукопоглощающими покрытиями, а двери обиваются материалами со слоями ваты или войлока и используются дополнительные уплотнительные прокладки.
Звукопоглощающая способность окон, так же как и дверей, зависит, главным образом, от поверхностной плотности стекла и степени прижатия притворов. В табл. 4.4 указаны некоторые данные по звукоизоляции наиболее распространенных вариантов остекления помещений.
Звукоизоляция окон с одинарным остеклением соизмерима со звукоизоляцией одинарных дверей и недостаточна для надежной защиты информации в помещении. Существенно большую звукоизоляцию имеют окна с остеклением в раздельных переплетах с шириной воздушного промежутка более 200 мм или тройное комбинированное остекление.
Обычные окна с двойными переплетами обладают более высокой (на 4 ... 5 дБ) звукоизолирующей способностью по сравнению с окнами со спаренными переплетами. Применение упругих прокладок значительно улучшает звукоизоляционные качества окон. В случаях, когда необходимо обеспечить повышенную звукоизоляцию, применяют окна специальной конструкции (например, двойное окно с заполнением оконного проема органическим стеклом толщиной 20 ... 40 мм и с воздушным зазором между стеклами не менее 100 мм). Разработаны конструкции окон с повышенным звукопоглощением на основе стекло-пакетов с герметизацией воздушного промежутка между стеклами и с заполнением его различными газовыми смесями или создание в нем вакуума. Повышение звукоизоляции до 5 дБ наблюдается при облицовке межстекольного пространства по периметру звукопоглощающим покрытием.
Необходимо отметить, что увеличение числа стекол не всегда приводит к увеличению звукоизоляции в диапазоне частот речевого сигнала вследствие резонансных явлений в воздушных промежутках и эффекта волнового совпадения.
Для повышения звукоизоляции в помещениях применяют акустические экраны, устанавливаемые на пути распространения звука на наиболее опасных (с точки зрения разведки) направлениях.
Действие акустических экранов основано на отражении звуковых волн и образовании за экраном звуковых теней. С учетом дифракции эффективность экрана повышается с увеличением соотношения размеров экрана и длины акустической волны. Размеры эффективных экранов превышают более чем в 2-3 раза длину волны. Реально достигаемая эффективность акустического экранирования составляет 8... 10дБ.
Применение акустического экранирования целесообразно при временном использовании помещения для защиты акустической информации. Наиболее часто применяются складные акустические экраны, используемые для дополнительной звукоизоляции дверей, окон, технологических проемов, систем кондиционирования, проточной вентиляции и других элементов ограждающих конструкций, имеющих звукоизоляцию, не удовлетворяющую действующим нормам.
Для повышения звукоизоляции помещений также применяют звукопоглощающие материалы.
Звукопоглощение обеспечивается путем преобразования кинетической энергии акустической волны в тепловую энергию в звукопоглощающем материале. Звукопоглощающие свойства материалов оцениваются коэффициентом звукопоглощения, определяемым отношением энергии звуковых волн, поглощенной в материале, к падающей на поверхность материала и проникающей (неотраженной) в звукопоглощающий материал.
Применение звукопоглощающих материалов при защите акустической информации имеет некоторые особенности по сравнению с звукоизоляцией. Одной из особенностей является необходимость создания непосредственно в помещении акустических условий для обеспечения разборчивости речи в различных его зонах. Таким условием является прежде всего обеспечение оптимального соотношения прямого и отраженного от ограждений акустических сигналов. Чрезмерное звукопоглощение приводит к ухудшению уровня сигнала в различных точках помещения, а большое время реверберации - к ухудшению разборчивости в результате наложения различных звуков.
Обеспечение рациональных значений рассмотренных условий определяется как общим количеством звукопоглощающих материалов в помещении, так и распределением звукопоглощающих материалов по ограждающим конструкциям с учетом конфигурации и геометрических размеров помещений.
Звукопоглощающие материалы могут быть сплошными и пористыми. Обычно пористые материалы используют в сочетании со сплошными.
Один из распространенных видов пористых материалов - облицовочные звукопоглощающие материалы. Их изготавливают в виде плоских плит (плиты минераловатные «Акмигран», «Акмант», «Силаклор», «Винипор», ПА/С, ПА/О, ПП-80, ППМ, ПММ) или рельефных конструкций (пирамид, клиньев и т.д.), располагаемых или вплотную, или на небольшом расстоянии от сплошной строительной конструкции (стены, перегородки, ограждения и т.п.). Используются также звукопоглощающие облицовки из слоя пористо-волокнистого материала (стеклянного или базальтового волокна, минеральной ваты) в защитной оболочке из ткани или пленки с перфорированным покрытием (металлическим, гипсовым и др.).
Пористые звукопоглощающие материалы малоэффективны на низких частотах.
Отдельную группу звукопоглощающих материалов составляют резонансные поглотители. Они подразделяются на мембранные и резонаторные. Мембранные поглотители представляют собой натянутый холст (ткань), тонкий фанерный (картонный) лист, под которым располагают хорошо демпфирующий материал (материал с большой вязкостью, например, поролон, губчатую резину, строительный войлок и т.д.). В такого рода поглотителях максимум поглощения достигается на резонансных частотах.
Перфорированные резонаторные поглотители представляют собой систему воздушных резонаторов (например, резонаторов Гельмгольца), в устье которых расположен демпфирующий материал.
Средние значения звукоизоляции некоторых материалов приведены в таблице 4.5.
Повышение звукоизоляции стен и перегородок помещений достигается применением однослойных и многослойных (чаще - двойных) ограждений. В многослойных ограждениях целесообразно подбирать материалы слоев с резко отличающимися акустическими сопротивлениями (например, бетон - поролон).
Значения ослабления звука ограждениями, выполненными из некоторых часто применяемых строительных материалов, указаны в таблице 4.6.
Уровень акустического сигнала за ограждением можно приближенно оценить по формуле:
, дБ
где RC - уровень речевого сигнала в помещении (перед ограждением), дБ;
SОГ - площадь ограждения, дБ;
КОГ - звукоизоляция ограждения, дБ.
Таблица 4.5
Звукопоглощающие свойства некоторых материалов
| Материал | Коэффициент поглощения на частотах, Гц | |||||
| 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | |
| Кирпичная стена | 0,024 | 0,025 | 0,032 | 0,041 | 0,049 | 0,07 |
| Деревянная обивка | 0,1 | 0,11 | 0,11 | 0,08 | 0,082 | 0,11 |
| Стекло одинарное | 0,03 | * | 0,027 | * | 0,02 | * |
| Штукатурка известковая | 0,025 | 0,04 | 0,06 | 0,085 | 0,043 | 0,058 |
| Войлок (толщина 25 мм) | 0,18 | 0,36 | 0,71 | 0,8 | 0,82 | 0,85 |
| Ковер с ворсом | 0,09 | 0,08 | 0,21 | 0,27 | 0,27 | 0,37 |
| Стеклянная вата(толщиной 9 мм) | 0,32 | 0,4 | 0,51 | 0,6 | 0,65 | 0,6 |
| Хлопчатобумажная ткань | 0,03 | 0,04 | 0,11 | 0,17 | 0,24 | 0,35 |
Между помещениями зданий и сооружений проходит много технологических коммуникаций (трубы тепло-, газо-, водоснабжения и канализации, кабельная сеть энергоснабжения, вентиляционные короба и т.д.). Для них в стенах и перекрытиях сооружений делают соответствующие отверстия и проемы. Их надежная звукоизоляция обеспечивается применением специальных гильз, коробов, прокладок, глушителей, вязкоупругих заполнителей и т.д. Обеспечение требуемой звукоизоляции в вентиляционных каналах достигается использованием сложных акустических фильтров и глушителей.
Следует иметь в виду, что в общем случае звукоизоляция ограждающих конструкций, содержащих несколько элементов, должна оцениваться звукоизоляцией наиболее слабого из них.
Таблица 4.6
Звукопоглощающие свойства некоторых строительных конструкций
| Материал | Толщина | Звукоизоляция на частотах (Гц), дБ | |||||
| 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | ||
| Кирпичная стена | 1/2 кирпича | 39 | 40 | 42 | 48 | 54 | 60 |
| Отштукатуренная с двух сторон стена | 1 кирпич | 36 | 41 | 44 | 51 | 58 | 64 |
| 1,5 кирпича | 41 | 44 | 48 | 55 | 61 | 65 | |
| 2 кирпича | 45 | 45 | 52 | 59 | 65 | 70 | |
| 2,5 кирпича | 47 | 55 | 60 | 67 | 70 | 70 | |
| Стена из железобетонных блоков | 40 мм | 32 | 36 | 35 | 38 | 47 | 53 |
| 100 мм | 40 | 40 | 44 | 50 | 55 | 60 | |
| 200 мм | 42 | 44 | 51 | 59 | 65 | 65 | |
| 300 мм | 45 | 50 | 58 | 65 | 69 | 69 | |
| 400 мм | 48 | 55 | 61 | 68 | 70 | 70 | |
| 800 мм | 55 | 61 | 68 | 70 | 70 | 70 | |
| Стена из шлакоблоков | 220 мм | 42 | 42 | 48 | 54 | 60 | 63 |
| Перегородка из древесно-стружечной плиты | 20 см | 23 | 26 | 26 | 26 | 26 | 26 |
Для ведения конфиденциальных разговоров разработаны специальные звукоизолирующие кабины. В конструктивном отношении они делятся на каркасные и бескаркасные. В первом случае на металлический каркас крепятся звукопоглощающие панели. Примером таких кабин являются кабины междугородней телефонной связи. Кабины с двухслойными звукопоглощающими плитами обеспечивают ослабление звука до 35... 40 дБ.
Более высокой акустической эффективностью (большим коэффициентом ослабления) обладают кабины бескаркасного типа. Они собираются из готовых многослойных щитов, соединенных между собой через звукоизолирующие упругие прокладки. Такие кабины дороги в изготовлении, но снижение уровня звука в них может достигать 50 ... 55 дБ. Для повышения звукоизоляции кабины минимизируют возможное число стыковочных соединений отдельных панелей между собой и с каркасом кабины. Тщательно герметизируют и уплотняют стыковочные соединения, применяют звукопоглощающие облицовки стен и потолка. В системах вентиляции и кондиционирования воздуха устанавливают специальные глушители звука.
Звукоизолирующие кабины в зависимости от требований к звукоизоляции подразделяются на 4 класса. В диапазоне 63 ... 8000 Гц кабины должны обеспечивать ослабление звука: кабины 1-го класса - на 25 ... 50 дБ; 2-го класса - на 15 ... 49 дБ; 3-го и 4-го классов - 15 ... 39 и 15 ... 29 дБ соответственно. Наименьшие значения соответствуют низким частотам, наибольшие - высоким (2000 ... 4000 Гц).