Акустическая оболочка

Александр Кравченко
Компания Zinteco, г.Киев
vita46@yandex.ru
www.zinteco.kiev.ua

В этой статье мы расскажем о создании базовой акустической оболочки в помещениях студии, а также о том, как она «работает».
Если рассмотреть схемы всех помещений готовой студии, то внутри каждого из них окажется три оболочки (рис. 1).
Звукоизоляционная оболочка
Об устройстве звукоизоляционной оболочки мы вкратце говорили в статье «Планировка студийных помещений и звукоизоляция» (Install Pro, 2004, N№1). Задача оболочки – это дополнительная звукоизоляция наиболее критичных поверхностей студийных помещений. Другими словами, звукоизоляционная оболочка должна гарантировать, что звук из студии и в студию может проникать только до определенного уровня, который мы установили как 30 – 35 дБА. Она же обеспечивает хорошую степень широкополосной звукоизоляции, а также низкочастотного звукопоглощения.
Акустическая оболочка
Основная задача акустической оболочки – выровнять резонансную характеристику помещения, особенно за счет поглощения низких и нижних средних частот. Естественно, это осуществляется совместно с геометрическим конфигурированием студийных помещений. Кроме этого, акустическая оболочка при взаимодействии со звукоизоляционной привносит свой вклад и в звукоизоляцию помещений. Она (в отличие от звукоизоляционной) должна практически свести к минимуму отражение звуковых волн обратно в помещение, особенно на резонансных частотах. «Работа» акустической оболочки будет детально рассмотрена ниже. Сейчас же можно сказать, что основная ее задача – «убить» акустику помещения и создать хорошие стартовые условия для того, чтобы мы смогли заняться акустическим дизайном студийных помещений в прямом смысле этого слова.
Декоративно-акустическая оболочка
Основная задача декоративно-акустической оболочки – создать в студийных помещениях требуемую акустику. Это может достигаться с помощью отделки камнем или просто (рис. 2 и 3) путем установки акустических отражателей и рассеивателей. Здесь могут быть также использованы низкочастотные ловушки (рис. 4 и 5), поворотные панели для изменения акустических характеристик помещения и т.п. Декоративно-акустическая оболочка определяет еще и интерьерный дизайн законченной студии.
Итак…
Функции акустической оболочки
Зачем же нам «убивать» акустику в малых помещениях, и какие собственно помещения называть «малыми»?
Чем больше помещение, тем позже в нем отражения от поверхностей возвращаются в исходную точку, а значит, меньше привносят окраски в исходное звучание инструмента или вокала. Более «дальним» отражениям требуется проходить и большее расстояние, а потому при своем возвращении они, как правило, теряют больше энергии, чем те, которые проходят меньшее расстояние (при одинаковых отражающих поверхностях). Более того, если отражения прибывают с задержкой, значительно превышающей 40 мс, то они и воспринимаются нами именно как отражения. А вот отражения, приходящие с задержкой менее 40 мс, почти наверняка будут восприниматься как тембральная окраска инструмента, а не как собственно отражения. Таким образом, в больших помещениях резонансные моды и отражения слышатся как отдельные феномены, не связанные с непосредственным звучанием инструмента. И если прямой звук инструмента не «утонет» в реверберации помещения из-за ее чрезмерной продолжительности или громкости, то его естественный характерный тембр будет отчетливо слышен.
Если учесть, что скорость звука составляет 340 м/с, то для того, чтобы время возвращения ранних отражений превысило 40 мс, расстояние от середины комнаты до ближайшей стены должно быть около 5 м. Если это расстояние будет меньше, то такие помещения мы и отнесем к категории «акустически малых». Так что «акустически малым» можно назвать помещение с размерами менее чем 10 х 10 х 5 м. Обычно наши помещения бывают еще меньше. Значит, тем большее внимание мы должны уделить поглощению первых ранних прямых отражений, особенно в диапазоне низких частот. Вот это и значит «убить» акустику помещения. )
Но можно ли добиться этого за счет обычной облицовки стен каким-либо материалом?
Попытки добиться поглощения энергии низкочастотных мод студийных помещений только за счет облицовки стен и потолка звукопоглощающей плиткой являются явно недостаточными. Плитка будет поглощать разве что высокие частоты, оставляя практически нетронутыми моды на нижних средних и низких частотах. Об облицовке стен пресловутыми яичными лотками и говорить не приходится. В результате мы получим комнату с сильно окрашенной объемностью, «задавленной» акустикой, где будет мало «живости» и которая будет сгущать звук, лишая его прозрачности. Если же нам вырезать паразитные частоты эквалайзером, то при этом мы уберем эти же частоты и из прямого звучания музыкальных инструментов или вокала. Вследствие этого расстроится естественная структура обертонов, а звучание музыкального инструмента или вокала лишится присущей ему красоты и тембра.
Сделать маленькую комнату музыкально нейтральной практически невозможно, а поэтому в подавляющем большинстве случаев единственное, что можно придумать в этой ситуации, так это добиться в этой комнате полного звукопоглощения, а затем обеспечить небольшое количество дискретных отражений.
В предыдущих статьях (Install Pro, 2003, N№5, 2004, N№1) я уже упоминал о том, что к теме звукоизоляции и звукопоглощения мы еще будем возвращаться не раз. Вот и сейчас я предлагаю пристальнее взглянуть на понятие коэффициентов звукопоглощения и навсегда избавиться от любых сомнений, связанных со звукопоглощением и звукоизоляцией.
Звукопоглощение означает, что материал позволяет звуку войти в себя и не отразиться назад в помещение. В этом смысле понятие коэффициента звукопоглощения является отношением внутренне поглощенного звука к тому звуку, которому позволено пройти сквозь материал. Поэтому большое открытое окно – это отличный звукопоглотитель, поскольку практически не отражает звук обратно в помещение. А вот кирпичная стена, наоборот, – очень плохой звукопоглотитель, поскольку отражает большую часть звуковой энергии обратно в помещение.
Рассмотрим некоторые примеры.
Минеральная вата средней плотности толщиной примерно 3 см поглощает около 80 % энергии звуковых волн, и то только на средних и высоких частотах. При этом 20 % звуковой энергии (запомните эту цифру!) отражается обратно в помещение.
Открытое окно поглощает свыше 99 % звуковой энергии, которая проходит сквозь него. При этом обратно в помещение отражается меньше 1 %.
Стена, выложенная в полкирпича, позволит войти в себя и пройти насквозь лишь примерно 3 % звука, а 97 % энергии звуковых волн отразится обратно в помещение.
Поэтому с точки зрения звукопоглощения на первом месте у нас открытое окно, затем – минеральная вата и кирпичная стена.
Но если рассматривать эти материалы с точки зрения звукоизоляции, ситуация изменится. Открытое окно практически не создает звукоизоляции, за исключением разве что тех частот, длина волны которых превышает самый большой размер оконного проема. Трехсантиметровый слой минеральной ваты создаст звукоизоляцию около 3 дБ, хотя на низких частотах звукоизоляции не будет практически никакой. А вот кирпичная стена создаст более 40 дБ звукоизоляции.
Как видим, коэффициент звукопоглощения и звукоизоляционные свойства – далеко не одно и то же. И путать эти понятия нельзя.
А теперь вспомним, на чем же мы остановились в постройке нашей «виртуальной» студии? Мы выбрали помещение и произвели планировку студийных помещений. В наиболее кри тичных местах на некотором расстоянии от стен здания создали параллельные им кирпичные звукоизоляционные простенки, которые нигде не имеют жесткого контакта с конструкциями здания, а также сделали дополнительные потолки. После этого мы оклеили все внутренние стены и потолки слоем пенопласта толщиной от 4 до 8 см с помощью клеящей шпатлевки. Затем облицевали пенопласт слоем (а лучше двумя) 12-мм гипсокартона. Такая комбинированная конструкция (масса/пружина/масса) в данном случае является практически идеальной, поскольку позволяет нам решить две задачи. Во-первых, она обеспечивает хорошую степень широкополосной звукоизоляции, во-вторых – весьма приличное низкочастотное звукопоглощение. Другими словами, мы создали в наших помещениях «плавающие» полы и звукоизоляционные оболочки. Теперь на очереди создание акустической оболочки в каждом помещении.
Работа звукоизоляционной и акустической оболочек должна чем-то напоминать комбинацию «работы» открытого окна и кирпичной стены. Такая конструкция за счет внутреннего поглощения достигает такого же эффекта, как и стена с окном за счет отражения и пропускания звука. Более того, если пространство между внутренней плавающей акустической оболочкой помещения и внешней звукоизоляционной оболочкой из пенопласта и гипсокартона обшить к тому же и волокнистым материалом высокой плотности, то мы сможем еще и воспрепятствовать развитию резонансов внутри этой полости. Таким образом, нам удастся совместить хорошее звукопоглощение, хорошую звукоизоляцию и слабое звукоотражение. И все это за счет одной и той же композитной обшивки. А это весьма важно, поскольку в помещениях нашей небольшой студии нет достаточного пространства для монтажа обычных громоздких широкополосных звукопоглощающих систем.
Как же «работает» акустическая оболочка?

С точки зрения звукоизоляции…
Проникая в первый слой минеральной ваты или войлочного материала (см. рис. 1), находящегося сразу за декоративной тканевой обивкой, звук частично им поглощается, а частично проходит до слоя гидроизола (еврорубероида). Здесь и далее, когда мы будем говорить о минеральной вате, будет подразумеваться минеральная вата Rockwoоl (не Isover и не URSA), которая продается в магазинах строительных материалов в листах размерами 100 х 50 х 5 см (высокой плотности) и 100 х 60 х 5 см (средней плотности). На средних и высоких частотах гидроизол «работает» на отражение звука, поэтому все высокие частоты, отраженные от него, пусть даже под углом 90°, вынуждены снова пройти через слой минеральной ваты, прежде чем они возвратятся в комнату. Для поглощения частот с длиной волны порядка 16 см (а это примерно 2 кГц) пятисантиметровый слой волокнистого поглощающего материала будет весьма эффективным, поскольку частотам с относительно короткой длиной волны пробиться сквозь него достаточно сложно. Попадание же звука под косым углом на поглощающую поверхность обычно приводит к большей потере его энергии, так как ему надо проходить через поглотитель по диагонали, т.е. он проходит сквозь большую толщину звукопоглощающего материала.
И если даже допустить, что 10 % средних и высоких частот отразятся все-таки от поверхности нашего помещения после первого контакта с акустической оболочкой, то после второго контакта с ней отразится уже только 10 % от первых 10 %, т.е. 1 %. При третьем отражении, которое в маленькой комнате может произойти всего-то через каких-нибудь 15 – 20 мс, остающейся в отражениях энергии будет уже в тысячу раз меньше (10 % от 10 % от 10 %) той, которая была в первоначальном звуке. Таким образом, затухания на          60 дБ мы достигаем значительно раньше, чем за 50 мс.
На низких частотах работают уже совсем другие механизмы звукопоглощения. Низкочастотные звуки распространяются во всех направлениях и имеют куда большую проникающую силу, чем высокочастотные. Это объясняется как их намного большей акустической мощностью этих звуков, так и тем, что длина их волн очень велика по сравнению с толщиной стен. В этом случае первой внутренней обшивкой комнаты должен быть слой материала, который создает кинетический барьер, т.е. слой гидроизола плотностью не менее             4 – 5 кг/м2. Приобрести такой материал можно в обычных магазинах строительных материалов. Как правило, он продается в рулонах шириной 1 м и длиной 10 м. Слой гидроизола прибивают гвоздями к каркасной конструкции комнаты, а слой минеральной ваты или войлока – уже поверх него так, чтобы он был обращен внутрь комнаты (см. рис. 1).
Позади этого кинетического барьера образуется воздушная полость глубиной от 5 до 8 см (в зависимости от толщины брусков каркаса), в которой сверху подвешивается занавес – экран из войлока, вырезанный и подогнанный так, чтобы заполнить собою полость на всю высоту и ширину ее поперечного сечения. В данном случае войлок можно заменить минеральной ватой средней плотности.
К другой стороне каркасной конструкции крепится так называемый «сэндвич» (см. рис. 1), который состоит из двух слоев 12-миллиметрового гипсокартона и защемленного между ними слоя гидроизола плотностью от 5 до 10 кг/м2.
Все эти слои «работают» как мембраны и способны сильно гасить звуковую энергию на низких частотах. Если рассматривать изнутри наше помещение с точки зрения поглощения низких частот, то оно представляет собой что-то вроде большого мягкого «мешка». Когда звуковые волны ударяются о кинетический барьер из гидроизола, происходит примерно то же, что и при ударе боксера по тяжелому мешку с песком: комната как бы впитывает в себя низкочастотный удар, поглощая большую часть его энергии и превращая ее в тепловую. Имеется в виду, что внутренняя гидроизольная обшивка стен при толчке звуковой волны уходит назад, а затем подается вперед в результате действия полуциклов сжатия-разрежения звуковых волн. Но вес, площадь и инертность этого слоя гидроизола таковы, что это приводит к значительной потере энергии звуковой волны за счет вязкостных потерь, и у звуковой волны практически нет шансов «выскользнуть» назад. Обшивка такого рода обладает малой степенью упругости, она более или менее инертна.
Можно привести еще такое сравнение. Представьте себе колокол, отлитый не из бронзы или стали, а из свинца. Такой колокол вряд ли будет иметь яркое звучание, и причины тому практически те же. При ударе о такой колокол свинец будет впитывать удар, деформироваться, и благодаря присущим ему серьезным внутренним гасящим свойствам он энергию этого удара просто поглотит. Да и большой вес не позволит ему раскачиваться под ударами, а поскольку ни раскачиваться, ни вибрировать он почти не может, то вряд ли сможет излучать сколько-нибудь заметный звук.
То же самое происходит и тогда, когда звук пытается заставить вибрировать гидроизольную обшивку нашей комнаты. Он вынужден расходовать энергию на перемещение тяжелой гибкой массы, и в результате демпфирующего противодействия обшивки его акустическая энергия преобразуется в тепловую. Какая-то незначительная часть звука, конечно же, отражается обратно в комнату, но вследствие небольших размеров комнаты уже спустя несколько миллисекунд отраженная энергия снова сталкивается, на этот раз с гидроизольным слоем другой поверхности комнаты, и снова несет потери. Таким образом, звук затухает очень быстро, а на частотах ниже 150 Гц он совершенно исчезает менее чем за         100 мс. Если же говорить о самых низких частотах, то с ними проблем не возникает потому, что они вообще не имеют никакой модальной поддержки, так как попадают в зону давления.
Итак, когда наш внутренний «мешок»-оболочка начинает «играть» с нарастанием и падением давления, он может излучать какую-то незначительную часть энергии и вовне. Однако благодаря особенностям конструкции акустической оболочки в проемах между вертикальными стойками-брусьями между внешней и внутренней обшивкой образуются воздушные полости, которые обеспечивают нашему «мешку» дополнительную амортизацию. Воздух в них противодействует изменениям давления, поскольку своей упругостью он все время стремится восстановить форму внутреннего «мешка». Кроме этого, он передает усилие на внешний композитный слой («сэндвич»), состоящий из гипсокартона и гидроизола. А этот слой отличается тем, что обеспечивает большие потери и сильное гашение (демпфирование) акустической энергии. И вот почему.
Трение внутренних частиц в гипсокартоне преобразует акустическую энергию в тепловую, а помимо этого звук еще должен выполнять и дополнительную работу по перемещению столь большой массы этого слоя. Гидроизол, плотно защемленный в «сэндвиче» между двумя листами гипсокартона, осуществляет функции так называемого «защемленного слоя». На рис. 6, где схематически представлена работа защемленного слоя, видно, что последний из вязкого энергорассеивающего материала стремится распределить поперечное усилие по всей своей поверхности. Это усилие оказывает огромное сопротивление на изгиб, благодаря чему обеспечиваются высокий уровень демпфирования и большие акустические потери.
Конечно, кто-то может сказать, что из-за крепления всех слоев к общей каркасной конструкции звук может передаваться от внутреннего слоя внешним слоям. Но на практике проблем с этим обычно не возникает из-за того, что внутренняя поверхность – «кинетический барьер» из гидроизола (см. рис. 1) – является достаточно мягкой, и отсутствие в ней жесткости не способствует формированию эффективной акустической связи со стойками конструкции. А вот масса ее очень эффективно амортизирует движение стоек-брусков каркаса. Каркас из брусков напрямую воспринимает лишь незначительную часть общей энергии звуковой волны. Ведь при ширине стоек в 5 см и периодичности расположения в 60 см каркасная конструкция займет лишь 8 % всей площади акустической оболочки. А коль разговор идет сейчас о поглощении звука на низких частотах, то низкочастотные волны, т.е. волны большой длины, вообще «не замечают» этих стоек и обходят их без всяких проблем.
Если же кому-то эти доводы покажутся неубедительными, то выжать «чистых 100 %» возможностей из акустической оболочки можно при использовании более сложной конфигурации (рис. 7). При такой конфигурации оболочки связаны перемычками только сверху и снизу. Правда, в этом случае количество стоек-брусков удвоится, а сама акустическая оболочка увеличится дополнительно в глубину на 3 – 5 см.
При изготовлении каркаса акустической оболочки используется деревянный брус, имеющий в сечении размеры от 4 х 4 см до 5 х 10 см. В каждом отдельном случае проектировщик вашей студии решает, какого сечения брус будет наиболее подходящим. Выбор сечения при этом зависит от высоты каркаса, размеров помещения, породы дерева и той нагрузки, которую будет нести акустическая оболочка. Наиболее предпочтительным является брус из сосны. Еще до начала изготовления каркаса деревянный брус должен быть хорошо просушен в естественных условиях (впрочем, это касается и остальных деревянных конструкций студии). Использование непросушенного дерева в будущем может привести к тому, что готовые деревянные конструкции по мере высыхания начнет выкручивать, еще не один год они время от времени будут потрескивать, причем в самое неподходящее время, снизится герметичность. Естественно, перед изготовлением каркаса акустической оболочки брус необходимо обработать на столярном станке, он должен быть гладким и ровным.
Несколько раз мне предлагали заменить деревянный брус железными направляющими, которые используются при монтаже гипсокартонных конструкций. Я думаю, что на это не стоит идти по следующим причинам: во-первых, такие направляющие не имеют такого «пружинного эффекта», как деревянный брус; во-вторых, они не смогут так демпфировать колебания панелей («сэндвича»), вследствие чего могут свести на нет некоторые преимущества, полученные от разделения поверхностей акустической оболочки; в-третьих, это нетехнологично, так как с внутренней стороны акустической оболочки будет крепиться декоративно-акустическая оболочка, а обеспечить ее крепление к железным направляющим непросто.
Но вернемся к работе акустической оболочки. За вычетом тех 8 % площади, которую занимает деревянная конструкция каркаса, окажется, что большая часть связей между внутренней и наружной поверхностями акустической оболочки в этом случае пролегает через воздушную полость. Эта полость в нашем случае выстлана войлоком или минеральной ватой средней плотности, что способствует увеличению звуковых потерь, хотя на очень низких частотах эффект от этого минимален. Потери энергии звуковых волн на низких частотах, возникающие при их прохождении через воздушную полость, могут быть большими только в том случае, когда внешняя обшивка акустической оболочки является достаточно тяжелой. Ведь объекту с малой массой довольно трудно толкнуть объект с большей массой. Также и воздуху в воздушной полости очень трудно возбудить внешний композитный слой («сэндвич») из тяжелых материалов.
Наличие воздушной полости внутри акустической оболочки у некоторых людей вызывает недоумение. При этом задаются два наиболее типичных вопроса: неужели воздух внутри полости имеет какой-нибудь вес и не расточительно ли «выкинуть» 5 – 8 см по периметру помещения впустую (т.е. под воздушную полость)?
Ответить на эти вопросы можно, приведя пример, из которого нагляднее станет и принцип работы воздушной полости.
При полете самолета на большой высоте внутри салона создается давление, соответствующее атмосферному на высоте 2,5 км над уровнем моря, т.е. плотность воздуха уменьшают. Дальнейшее уменьшение плотности воздуха нежелательно, так как у нетренированных людей это может привести к затруднению дыхания. Казалось бы, почему не создать в салоне самолета давление, соответствующее атмосферному на уровне моря? Оказывается, увеличение плотности воздуха до уровня атмосферного давления на уровне моря, помимо прочего, увеличивает вес самолета более чем на полтонны; и это исключительно за счет веса воздуха! Если самолет будет постоянно «возить» дополнительно полтонны воздуха, то будет и перерасход горючего, и повышенный износ, и подорожание билетов.
Этот пример помогает понять работу воздушных полостей между разными слоями акустической оболочки. Эти полости вовсе не являются «выкинутыми впустую». В нашем случае они используются не только для акустической амортизации конструкций акустической оболочки стен, но и для увеличения звуковых потерь, возникающих вследствие создаваемых воздухом перепадов по плотности и акустическому сопротивлению.
Теперь мы уже знаем, что акустическая энергия сильно ослабляется благодаря комплексному подходу, сочетающему низкочастотные потери в гидроизоле, демпфирование с помощью воздуха в межстоечных полостях и препятствование движению звуковой волны массой гипсокартона, которая амортизируется еще и за счет тяжелого гидроизола, защемленного внутри «сэндвича». Если всю эту конструкцию установить на пенорезину или минеральную вату соответствующей (высокой) плотности, то окажется, что она сидит на пенорезиновой или минераловатной «пружине», которую окружают с пяти сторон другие – воздушные – «пружины». Теперь остатки звуковой энергии вынуждены пройти и через эти «пружины», прежде чем они достигнут слоя гипсокартона из звукоизоляционной оболочки, за которым опять-таки идет слой пенопласта или минеральной ваты высокой плотности, который приклеен, в свою очередь, к несущим стенам здания или кирпичным простенкам усиленной звукоизоляционной оболочки. Пружины же являются реактивными элементами, т.е. они более склонны хранить и отдавать энергию, чем просто передавать ее дальше. Все существующие в акустической оболочке воздушные полости, а также воздушные полости между акустической и звукоизоляционной оболочками обшиты войлоком или минеральной ватой средней плотности. Поэтому любые резонансы, которые могут сформироваться в этих воздушных полостях из-за поперечного движения воздуха или из волн, «блуждающих» вокруг «коробки» акустической оболочки, вынуждены проходить сквозь метры войлока или минеральной ваты, что им явно не под силу. Благодаря таким мерам резонансы в воздушном пространстве становятся невозможными. Тем самым удается избежать образования акустического «короткого замыкания», так как при возникновении резонансных явлений в воздушных полостях сильно возросла бы и способность воздуха выполнять как бы акустическую смычку между двумя оболочками воздушной полости.
А что же происходит в промежутке между акустической и звукоизоляционной оболочками? Воздух, окружающий внутреннюю «плавающую» акустическую оболочку, обладая относительно малой плотностью, должен передать остатки энергии звуковых колебаний несравненно более тяжелой обшивке из гипсокартона звукоизоляционной оболочки (см. рис. 1). Как уже отмечалось, имеющему малую массу и малую плотность воздуху очень трудно возбудить материал, обладающий большой массой и высокой плотностью. Поэтому воздух, налегая на гипсокартон, который всей своей массой препятствует его дальнейшему движению, испытывает дальнейшие потери в плане звукопередачи. К тому же к потерям энергии звуковых волн приводит еще и трение частиц гипсокартона, тем самым еще более уменьшая ту энергию, которая может пройти сквозь него на приклеенный к нему пенопласт, который, в свою очередь, приклеен к стене.
Прочно приклеенный к гипсокартону пенопласт (или минеральная выта высокой плотности) оказывает сильное сопротивление движению гипсокартона и таким образом обеспечивает дополнительное гашение (демпфирование) вибраций, из-за чего акустические потери еще более усиливаются. И наконец, будучи приклеенным к несущей стене, пенопласт (или минеральная вата высокой плотности) прогибается под воздействием силы, сообщаемой ему со стороны гипсокартона, поскольку его масса и жесткость являются незначительными по сравнению с массой и жесткостью основной несущей стены, которую он как бы стремится сдвинуть. Конкретная величина этих последних потерь зависит от массы стены, к которой приклеен слой пенопласта или минеральной ваты высокой плотности.
Итак, в плане препятствования распространению звука и ослаблению энергии звуковых волн мы рассмотрели работу акустической и звукоизоляционной оболочек, а также их конструктивное взаимодействие. А еще добавьте к этому звукоизоляционные свойства несущей стены здания или дополнительного звукоизоляционного простенка из пустотелых кирпичей, заполненных сухим песком. Сейчас можно сказать, что такая конструкция (акустическая, звукоизоляционная оболочки и несущая стена) способна обеспечить звукоизоляцию около 80 дБ! И это на частоте 40 Гц!

С точки зрения звукопоглощения…
До настоящего времени мы рассматривали работу акустической оболочки и ее взаимодействие со звукоизоляционной оболочкой с точки зрения звукоизоляции. Однако основное предназначение акустической оболочки – выровнять резонансную характеристику помещения, особенно за счет поглощения низких и нижних средних частот. Акустическая оболочка, в отличие от звукоизоляционной, должна практически свести к минимуму отражение звуковых волн обратно в помещение, тем более на резонансных частотах. Поэтому проанализируем работу акустической оболочки еще раз, но уже с этой точки зрения.
Проходя по всей сложной системе конструкций акустической и звукоизоляционной оболочек, акустическая энергия не только движется от слоя к слою, но и отражается от границы каждого слоя, особенно от внутренних границ слоев с большой массой. В нашей конструкции в целом мы имеем четыре таких тяжелых слоя:
• внутреннюю оболочку – «кинетический барьер» – из гидроизола;
• «сэндвич» из гипсокартона и гидроизола по другую сторону каркаса акустической оболочки;
• слой гипсокартона, приклеенный к пенопласту (в звукоизоляционной оболочке);
• непосредственно несущая стена здания или дополнительный звукоизолирующий простенок из пустотелых кирпичей, засыпанных сухим песком.
Напомним, что при проникновении в первый слой минеральной ваты или войлочного материала акустической оболочки, находящегося сразу за декоративной тканевой обивкой (см. рис. 1), звук частично им поглощается, а частично проходит до слоя гидроизола (еврорубероида). На средних и высоких частотах гидроизол «работает» на отражение звука, поэтому все высокие частоты, отраженные от него (пусть даже под углом 90°), вынуждены будут снова пройти через слой минеральной ваты, прежде чем возвратятся в комнату. Для поглощения частот с длиной волны порядка 16 см (а это примерно 2 кГц) пятисантиметровый слой волокнистого поглощающего материала будет весьма эффективным, поскольку частотам с относительно короткой длиной волны пробиться сквозь него достаточно сложно.
Когда же мы доходим до слоя-«сэндвича», то отражения от него усиливаются благодаря большей жесткости материала. Однако они не могут беспрепятственно вернуться в комнату. Им нужно сначала пройти сквозь «кинетический барьер» из гидроизола, который еще до образования отражений успел пригасить проходившую сквозь него прямую волну благодаря, во-первых, своей массе, во-вторых, свойствам, обеспечивающим внутренние вязкостные энергетические потери, и в-третьих, своей слабой излучающей способности. Так вот, на своем обратном пути в комнату отражения от слоя-«сэндвича» вынуждены снова нести такие же потери в слое гидроизола. Но здесь есть еще один момент. Точно так же, как какая-то часть энергии прямой волны отражается в комнату от внутренней гидроизольной обшивки, эта же обшивка отражает и часть энергии отраженной волны обратно к конструкции стены в направлении «сэндвича», от которого часть уже ранее отраженной энергии снова отражается в сторону гидроизольной обшивки и так далее по кругу. И на всех этих этапах отраженная волна несет все новые и новые потери. Таким образом, чем больше акустических потерь мы добьемся внутри многослойной конструкции акустической оболочки за счет внутренних отражающих поверхностей (которые наподобие ловушек захватывают звук, удерживая его между определенными слоями, пока он не рассеется в виде тепловой энергии), тем более «чистого» звукопоглощения (т.е. звукопоглощения без учета звукопередачи) мы сможем добиться.
Точно таким же образом отражают энергию назад вовнутрь комнаты и другие тяжелые граничные слои – слои с обеих сторон слоя пенопласта звукоизоляционной оболочки, который приклеен к несущей стене. Однако чем дальше мы углубляемся в нашу сложную конструкцию, тем у акустической энергии меньше шансов вернуться назад в помещение.
Вот и получается, что такая сложная конструкция, как показана на рис. 1, позволяет за счет высокой степени внутреннего звукопоглощения решать не только проблемы внутренней акустики помещений студии, но и проблемы звукоизоляции наших помещений. Причем эта конструкция обладает постепенно нарастающим звукопоглощением, поскольку ее самые звукоотражающие поверхности располагаются дальше всех от внутреннего пространства комнаты.
Ранее мы уже говорили о том, что простые звукопоглощающие материалы являются, как правило, плохими изоляторами, а хорошие изоляторы – плохими звукопоглотителями. А в студии желательно иметь и хорошее звукопоглощение, и хорошую звукоизоляцию. Конечно, можно было бы пойти «традиционным путем» и установить достаточное количество звукопоглощающего материала типа минеральной ваты, а за ней – простую звукоизоляционную стену. Но в этом случае понадобилось бы такое количество минеральной ваты, а звукопоглощающий слой имел бы такую толщину и отобрал бы такую немыслимую полезную площадь в помещении, что в итоге от студийных помещений мало бы что осталось.
Учитывая, что владельцы студий дорожат каждой пядью полезной площади студии, описанная конструкция звукоизоляционной и акустической оболочек является лучшим выбором. Судите сами. Акустическая и звукоизоляционная оболочки в зависимости от задач могут занимать по периметру помещения от 21 до 33 см. При «традиционном подходе» по периметру «отъедались» бы уже не сантиметры, а метры полезной площади.

Советы и примеры
Вышеописанная методика поглощения энергии нашла свое применение не только в акустике. Вот несколько наглядных примеров.
В свое время создатели бронетанковой техники зашли в тупик. Пытаясь противодействовать все более и более возрастающей пробивной мощи противотанковых снарядов, они были вынуждены все более и более утолщать броню танков. Это привело к тому, что из-за большого веса танки начали превращаться в неповоротливых монстров и стали хорошими мишенями для артиллерии. Тупик? Нет, выход нашелся. Броню танков начали делать даже меньшей толщины, но многослойной. При попадании кумулятивного снаряда в танк концентрированная кумулятивная струя прожигает первую металлическую оболочку брони. Но вслед за ней идет оболочка из песка. Вследствие этого кумулятивная струя теряет свою направленность и в связи с тем, что песок оказывает ей меньшее сопротивление, чем сталь, она растекается вдоль слоя из песка. Если же остатки кумулятивной струи прожигают и вторую стальную оболочку, то вслед за ней следует оболочка из керамики, и кумулятивная струя вновь вынуждена распространить свою энергию чуть ли не по всей броне уже в этом слое.
По такой же методике делают энергопоглощающие передние части современных автомобилей, которые при лобовом ударе сплющиваются постепенно, поэтапно поглощая энергию удара и тем самым уберегая от больших травм пассажиров автомобиля.
Поглощение энергии – это в любом случае поглощение энергии, будь то энергия звуковых волн, автомобильных столкновений или попавших в броню снарядов. При строительстве же студий зачастую принимаются решения, просто шокирующие своей неправильностью. За окнами третье тысячелетие, а на страницах нашей музыкальной прессы до сих пор вполне серьезно муссируется тема оклеивания стен студии набившими уже оскомину чудотворными яичными лотками с последующими восторженными отзывами о том, как «великолепно» все получилось. Это уже даже не смешно +. Неужели после прочтения и этой статьи кто-то еще будет заниматься такими глупостями? В связи с этим у меня вопрос: интересно, согласились бы авторы подобных публикаций находиться под обстрелом в танке, броня которого изготовлена из тех самых яичных лотков? )
Что еще следует сказать об устройстве акустической оболочки по периметру студийных помещений? Мы еще не рассматривали вопрос, каким должно быть расстояние между акустической и звукоизоляционной оболочками. Конечно, чем оно больше, тем лучше. Особенно для поглощения низких частот. Однако это очень часто принимается «в штыки» владельцами студий, и что-то доказывать здесь – пустая трата времени. Поэтому и я не буду давать никаких рекомендаций. В любом случае во время строительства студии у вас будет много отходов минеральной ваты, пенопласта, еврорубероида, пенополиуретана, войлока. Так вот, все эти отходы можно забрасывать в пространство между акустической и звукоизоляционной оболочками. Не помешает ). При укладке минеральной ваты или иного волокнистого материала с тыльной части внутренней акустической оболочки 5 – 10 см пространства между звукоизоляционной и акустической оболочками обычно вполне достаточно для обеспечения акустического контроля студийных помещений.
Особо хочу отметить, что на этапе создания акустических оболочек у нас начинается много работы с деревом. Поэтому совет из жизни: не позже этого этапа вы должны привести в студию… инспектора пожарного надзора. Пожарные обычно очень удивляются, когда попадают на такой нестандартный объект, но спустя несколько минут им становится интересно и они начинают давать полезные советы. Внимание! Обязательно приобретите в пожарной части раствор для противопожарной обработки. Отныне каждый рабочий день у вас на стройке должен заканчиваться противопожарной обработкой деревянных конструкций. Обязательно! Следите также, чтобы пожарный не реже, чем раз в 10 – 15 дней, посещал вашу студию. Это значительно облегчит вашу жизнь в будущем, особенно на заключительном этапе – этапе приемки.
На этом же этапе – пока еще не возведены стены акустической оболочки – нужно также пригласить специалистов фирмы, которая будет монтировать охранную и противопожарную сигнализацию, систему вентиляции и кондиционирования.
И прежде, чем закончить разговор о создании акустической оболочки по периметру стен и перейти к потолку, я вкратце расскажу, как изготавливается эта оболочка в реальных условиях стройки. Сначала надо сделать каркас из деревянных брусков. Начинать следует с самой длинной стены.
Допустим, мы делаем каркас из брусков с размерами сечения 5 х 5 см. Бруски укладывают параллельно друг другу на полу и сбивают в торцах такими же брусками, расположенными в поперечном направлении. Расстояние между осевыми линиями брусков 60 см. Почему именно 60 см? Во-первых, такое расстояние достаточно для обеспечения жесткости конструкции, во-вторых, это удобно для монтажа листов гипсокартона, длина которых может быть 250, 260 и 300 см, а вот ширина их – всегда 120 см, что кратно 60 см. В-третьих, нужно помнить, что для создания низкочастотной звукопоглощающей системы нашим следующим шагом будет обшивка тыльной стороны каркаса трехслойным «сэндвичем» (гипсокартон-гидроизол-гипоскартон), в котором второй слой гипсокартона будет прибиваться внахлест первому.
Каркас стены изготавливают на полу в горизонтальном положении (рис. 8). В таком положении и гипсокартонные панели, и гидроизол легко ложатся на каркас, их удобно прибивать к каркасу гвоздями. Гвозди по возможности должны быть с большими шляпками, абразивными насечками, оцинкованные. Если таких гвоздей нет, подойдут и обычные, но на их шляпки нужно заготовить шайбы (или «квадратики» из оцинкованной жести  4 х 4 см), а гвозди забивают попеременно, наискосок. Далее поверх «сэндвича» наживляется гвоздями слой толстого войлока или минеральной ваты средней плотности. После этого каркас поднимают и устанавливают на нужном месте в вертикальном положении (слоем минеральной ваты или войлока наружу). Каркас фиксируется, для чего через нижний поперечный брус прибивается гвоздями к полу. Во избежание его падения по углам делаются распорки.
После того как каркас акустической оболочки установлен в вертикальное положение, будущие воздушные полости частично заполняют войлоком или минеральной ватой средней плотности. Фиксируется минеральная вата или войлок с помощью мелких гвоздей к боковым сторонам вертикальных брусков. Затем с помощью небольших гвоздей с большими шляпками или шайбами поверх них к вертикальным стойкам прибивают слой гидроизола. При этом рулоны гидроизола раскатываются горизонтально.
И в заключение поверх внутреннего слоя гидроизола с помощью мелких гвоздей наживляется слой минеральной ваты средней плотности. Кстати, ширина листа минеральной ваты Rockwoоl также совпадает с расстоянием между вертикальными деревянными брусками (60 см), что значительно облегчает монтаж.
В такой последовательности изготавливают и устанавливают все остальные стены акустической оболочки, после чего в углах их плотно сбивают большими гвоздями. Получившаяся конструкция будет в состоянии выдержать потолок весом в несколько тонн.
Все, о чем говорилось выше, касается изготовления «глухих» стен. Но в стенах акустической оболочки студийных помещений неизбежно будут окна, двери, проемы под воздуховоды системы кондиционирования и т.д. Это значит, что сделать акустическую оболочку студийных помещений без предварительно подготовленного проекта практически невозможно. Иначе у нас не будут совпадать проемы под окна и двери в акустической оболочке и в простенках, которые возведены при планировке студийных помещений. При этом нужно также учесть неизбежную просадку «плавающего» пола под весом всей конструкции акустической оболочки и большим весом потолка, в котором будут использованы тяжелые низкочастотные ловушки (см. рис. 5). Вывод может быть лишь один: проект студии должны делать специалисты.