Введение. В конце 20-го века, в результате увеличения акустической нагрузки на техносферу и окружающую среду, значительно увеличился рост номенклатуры звукопоглощающих материалов и конструкций в различных областях науки и техники [1, 2]. Появились новые разделы акустики, например, автомобильная, авиационная акустика с определенными функциональными свойствами [3, 4]. Так, для автомобильных приоритетных характеристик являются небольшой удельный вес, негорючесть, низкая гигроскопичность, высокая способность материала к демпфированию.Борьба с шумом на промышленных предприятиях и промплощадках является одной из насущных проблем в настоящее время, а создание эффективных акустических материалов и конструкций – одним из самых востребованных направлений современной промышленности. Многочисленными исследованиями доказано, что шум снижает производительность труда на промышленных предприятиях на 30 %, повышает опасность травматизма, приводит к развитию заболеваний. В структуре профессиональных заболеваний в РФ примерно 17 % приходится на заболевания органа слуха [5].В дизайне архитектурных сред при создании комфортной среды применяют всевозможные акустические панели и экраны. Важными их характеристиками являются долговечность, эксплуатационные свойства, возможность быстрого и удобного монтажа, а также внешний вид. Помимо шумозащитных свойств экраны служат преградой от распространения вредных химических веществ и частиц тяжелых металлов.В 90-х годах началось исследование свойств новых акустических материалов – метаматериалов (АММ). Это искусственные материалы с ячейками малых волновых размеров. Их структура компактная, с множеством мелких деталей, искусственно созданной периодической структурой [6–16]. Акустические  метаматериалы  позволяют  решать задачу синтеза оптимального поглотителя  при минимальных массах и объемах, что значительно повышает звукопоглощающие характеристики конструкционных материалов.На этапах проектирования акустических конструкций применяют элементы моделирования с использованием различного программного обеспечения [17, 18]. Большую  роль  в решении этой задачи сыграли работы В. Сэбина, С.  Эйринга, В. Кнудсенса.   и  др.  [19, 20],  в  которых  были  созданы начала статистической теории акустики помещений, учитывающей поглощение стен и геометрические параметры, что привело к разработке новых поглощающих материалов и звукопоглощающих   конструкций с заданными параметрами.Цель данной работы заключается в разработке эффективных акустических композиционных материалов с низкими массовыми и объемными удельными характеристиками.Материалы и методы. В качестве звукопоглощающего материала использовали графит марки ГЛС-1, таблица 1. Гранулометрический состав графита (рис. 1) свидетельствует, что наивероятнейший радиус частиц графита находится в интервале 36–130 мкм.В качестве связующего для получения звукопоглощающего слоя рассматривалось жидкое стекло – метасиликат натрия по ТУ 6-15-433-92 с модулем 3,36; массовой долей Na2O – 7,04 % и SiO2 – 22,96 %; плотностью 1,29 г/см3.Таблица 1Физико-химические показатели графитаНаименование показателяГЛС-1Зольность, %, не более13Серы–Меди1,0Удельная поверхность, м2/г1,2  Рис. 1. Гранулометрический состав графита марки ГЛС-1  Для определения акустических характеристик определяли индекс звукоизоляции графитовой перегородки с помощью модельной камеры для определения звукоизолирующих характеристик. Для измерения индекса звукоизоляции, а также уровня звукового давления сконструирована модельная камера для прохождения звуковых волн через различные виды перегородок.В лабораторных условиях степень проникновения воздушного шума через исследуемую перегородку измеряют в смежных помещениях. В одном помещении устанавливают источник шума, в другом – микрофон. Перегородкой между помещениями служит исследуемая конструкция.В модельной камере используется мощный широкополосный источник звука, конструктивно изолированный от стенок камеры и расположенный таким образом, чтобы звуковые волны направлялись непосредственно перпендикулярно к испытываемому образцу. Кроме того, камера разделена на две составные части во избежание прохождения звука по ее стенкам, искажая значение индекса звукоизоляции перегородки. Эти особенности позволяют повысить чувствительность прибора и снизить погрешность при измерениях звукового давления. В качестве источника звуковых волн используется цифровой генератор, соединенный с широкополосным динамиком. Приемником является система из предусилителя микрофонного ВПМ-101, капсюля микрофонного конденсаторногоМ-101 и измерителя шума и вибрации ВШВ-003-М 3, рис. 2. Согласно СНиП 23-03-2003 «Защита от шума» нормируемым параметром звукоизоляции внутренних ограждающих конструкций жилых и общественных зданий, а также вспомогательных зданий производственных предприятий является индекс изоляции воздушного шума ограждающими конструкциями Rw, дБ.Индекс изоляции воздушного шума Rw, дБ ограждающей конструкции с известной частотной характеристикой изоляции воздушного шума определяется путем сопоставления этой частотной характеристики с оценочной кривой, приведенной в табл. 2. Рис. 2. Модельная камера для определения индекса звукоизоляции Таблица 2Показатели индекса звукоизоляции на средних частотах третьоктавных полос, ГцПоказательСредние частоты третьоктавных полос, Гц100125160200250315400500630800100012501600200025003150Rw, дБ33363942454851525354555656565656  Для определения индекса изоляции воздушного шума Rw необходимо определить сумму неблагоприятных отклонений данной частотной характеристики от оценочной кривой. Неблагоприятными считаются отклонения вниз от оценочной кривой. Если сумма неблагоприятных отклонений максимально приближается к 32 дБ, но не превышает эту величину, величина индекса Rw составляет 52 дБ.Если сумма неблагоприятных отклонений превышает 32 дБ, оценочная кривая смещается вниз на целое число децибел так, чтобы сумма неблагоприятных отклонений не превышала указанную величину. Если сумма неблагоприятных отклонений значительно меньше 32 дБ или неблагоприятные отклонения отсутствуют, оценочная кривая смещается вверх (на целое число децибел) так, чтобы сумма неблагоприятных отклонений от смещенной оценочной кривой максимально приближалась к 32 дБ, но не превышала эту величину.За величину индекса Rw принимается ордината смещенной (вверх или вниз) оценочной кривой в третьоктавной полосе со среднегеометрической частотой 500 Гц.Моделирование акустической характеристики – времени реверберации осуществлялось в программной среде Ecotect Analysis. Если  звуковые коэффициенты поглощения материалов в качестве модели были правильно определены, то время реверберации в диапазоне частот для любой зоны может быть определена программно.Основная часть. В ходе ряда научных опытов установлено, что для обеспечения достаточной звукоизоляции жилых и производственных помещений можно использовать композиционные материалы на основе графита [21]. Использование графита в виде тонких плёнок, наносимых на различные поверхности, позволяет существенно снизить уровни звукового давления в помещении и повысить индексы звукоизоляции воздушного шума. Помимо тонких плёнок, графит можно использовать в качестве добавки в композиционных материалах звукоизоляционного назначения.Значительного повышения индекса звукоизоляции воздушного шума добились в многослойных акустических конструкциях на основе тонкого целлюлозного волокна с графитовым покрытием и перегородках поэлементной сборки с использованием стекло-магнезитовых листов и звукоизоляционного слоя, состоящего из многослойного целлюлозного волокна с графитовым покрытием и стекловаты. Поглощение звуковых волн связано со строением кристаллической решетки графита, которая схожа со строением метаматериалов.С помощью программного комплекса Autodesk Ecotect Analysis  были проведены исследования наилучшей пригодной формы наносимого слоя материала, для изучения его акустических характеристик. Программным  комплексом Autodesk был произведен расчет  времени реверберации в модельных камерах с различной геометрией звукопоглощающих перегородок. За основу в расчетах использовали помещение объёмом 60 м2 5×5×2,4 м (рис. 3). Рис. 3. Модель помещения без перегородки Для данной модели помещения рассчитано время реверберации по методикам, разработанными В. Сэбином и С. Эйрингом, таблица 3.   Таблица 3Время реверберации в помещении без перегородки в различных частотных диапазонахЧастотаВремя реверберации (В. Сэбин)Время реверберации(С. Эйринг)63ГЦ0,680,67125ГЦ0,810,83250ГЦ1,251,18500ГЦ1,381,451кГЦ0,460,472 кГЦ0,330,334 кГЦ0,250,268 кГЦ0,110,1116 кГЦ0,120,12 В следующей модели, при тех же характеристиках и объёме помещения,  была  изменена геометрия одной плоскости в виде прямой перегородки (рис. 4) и рассчитано время реверберации, таблица 4. Объём перегородки составил  9 м2.  Рис. 4.  Модель помещения с прямой перегородкой При установке перегородки время реверберации снижается.Далее, в качестве модели, рассчитывали время реверберации для перегородки с треугольными ячейками при фиксированном объеме помещения и перегородки (рис. 5). Таблица 4Время реверберации в помещении с прямой перегородкой  в различных частотных диапазонахЧастотаВремя реверберации (В. Сэбин)Время реверберации(С. Эйринг)63ГЦ0,510,5125ГЦ0,630,65250ГЦ1,071500ГЦ1,231,151кГЦ0,260,262 кГЦ0,180,184 кГЦ0,130,148 кГЦ0,10,116 кГЦ0,090,09  Рис. 5. Модель помещения с перегородкой с треугольными ячейками Изменение геометрии перегородки приводит к уменьшению времени реверберации, что положительно сказывается на акустических характеристиках в жилых и производственных помещениях (табл. 5). Таблица 5Время реверберации в помещении с перегородкой с треугольными ячейкамив различных частотных диапазонах ЧастотаВремя реверберации (В. Сэбин)Время реверберации(С. Эйринг)63ГЦ0,440,47125ГЦ0,560,58250ГЦ10,93500ГЦ1,231,121кГЦ0,20,22 кГЦ0,150,154 кГЦ0,090,18 кГЦ0,080,0816 кГЦ0,070,07  Для изготовления композитного материала звукоизолирующей панели использовался графит ГЛС-1, поливинилацетат, метасиликат натрия и вода в соотношении 2:1,5:1:1 соответственно. При этом композиция должна обладать следующими свойствами:- быстрая схватываемость материала;- пригодность для изготовления штамповочным методом;- термостойкость.Индекс звукоизоляции Rw  полученных панелей определяли в сконструированной модельной камере по стандартной методике. Для плоской панели Rw составил 30 дБ, для панели с пирамидальными ячейками – 36 дБ при толщине конструкций 35 мм, рисунок 6. Для сравнения, конструкция из двух листов гипсокартона по 12 мм с заполнением минеральной ватой 50 мм имеет индекс звукоизоляции 36 дБ.  Рис. 6. Внешний вид акустической графитовой панели Испытания  звукоизоляционных панелей на огнезащитную эффективность проводили в соответствии с ГОСТ Р 53292-2009. «Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на ее основе. Общие требования. Методы испытаний.» Определили, что композиция относится  к  I группе огнезащитной эффективности и может быть рекомендована для использования в качестве огнезащитного материала.ВыводыРассчитано время реверберации в модельных камерах с различной конфигурацией перегородок. Определена оптимальная конфигурация перегородки с пирамидальными ячейками для снижения времени реверберации в помещениях.Показано, что благодаря высокому коэффициенту внутренних потерь за счет слоистого строения кристаллической решетки графита, с акустической точки зрения композиционные материалы эффективны по сравнению с традиционными панелями.Предложенный композиционный материал является эффективным поглощающим средством, который решает задачи в архитектурной акустике, подавления эха в строительстве и архитектуре. Схожие с метаматериалами, природные и искусственные графиты позволяют решать эти задачи при небольших объемах и массах с применением простых не дорогостоящих технологий.