Звукоизоляция

Звук способен проходить через большинство стен и полов, вызывая вибрацию всей конструкции. В свою очередь, эта вибрация вызывает возникновение новых звуковых волн меньшей интенсивности. Распространение звука из источника, расположенного в одном помещении здания, в другое помещение или за пределы здания, называют «звукопередачей».

Показатель потерь при распространении звуковых волн или коэффициент звукопоглащения R (dB), представляет собой меру эффективности противодействия распространению звука, оказываемого различными преградами, такими как стены, пол, двери и т.д.  Величина потерь при распространении звуковых волн меняется в зависимости от частоты, т.е. увеличение частоты обычно приводит к увеличению потерь. В качестве единицы измерения потерь при передаче звука принят «децибел» (дБ). Чем больше коэффициент звукопоглащения стены, тем выше эффективность ее применения в качестве барьера для противодействия распространению нежелательного шума.

В зданиях применяются два типа звукоизоляции, а именно: звукоизоляция от воздушного и от ударного шума. Звукоизоляция от воздушного шума используется, когда распространение звука, создаваемого источником, происходит непосредственно в воздухе. Эффективность такой звукоизоляции определяется с использованием коэффициента ослабления звука. Эффективность звукоизоляции от ударного шума, применяемой при обустройстве плавающих полов, определяется уровнем звукового давления в смежном помещении, расположенном этажом ниже.

Sound insulation 

  1. Прямая передача звука
  2. Боковая передача звука
  3. Прослушиваемость
  4. Просачивание звука

a) Звукоизоляция от воздушного шума

При попадании звуковой волны на перегородку между двумя помещениями часть звуковой энергии отражается, а другая часть передается через материал перегородки. 

R = 10log10 W1/W2 


   R (дБ) W1/W2   
 Airborne sound insulation
10 10 
20  100 
30  1 000 
40 10 000 
50 100 000
60  1 000 000


В случае однослойных конструкций, таких как монолитная бетонная стена, передача осуществляется в соответствии с «законом масс», а именно, чем массивнее конструкция, тем меньше количество передаваемой звуковой энергии.

В случае легких конструкций, состоящих из нескольких слоев, например, гипсовых стеновых панелей, применим закон взаимосвязи массы тела и энергии сжатой пружины (spring-mass law). Применение материала с высокой звукопоглощающей способностью, такого как базальтовая вата, в качестве подпружинивающего элемента в двухслойной стеновой конструкции, повышает ее звукоизоляционные характеристики. Чем шире замкнутая полость, подлежащая заполнению, тем больший эффект достигается благодаря применению базальтовой ваты.  Как правило, заполнение полости обеспечивает увеличение коэффициента «R» на 5 –10 дБ по сравнению с показателем для пустой полости. Представленные ниже данные иллюстрируют характеристики однослойной и двухслойной конструкций с одинаковой общей массой.

Звукопоглащение


Расчет коэффициента звукопоглащения «R» осуществляется на основе результатов испытаний, полученных при различных частотах. Результаты представляются в виде графика сравнения с эталонной кривой для диапазона частот от 100 Гц до 3150 Гц на интервалах в 1/3-октавной полосы.  Если измерения проводятся на месте (в реальном здании), а полученные значения обозначаются индексом «R'».  Стандартная процедура испытаний с описанием стандартных методов измерений в лабораторных и полевых условиях представлена в EN ISO 140.

Расхождения (в дБ) между данными лабораторных и полевых измерений могут быть значительными в зависимости от характеристик конструкций и качества исполнения.

Если перегородка состоит из элементов различных типов, как, например, в случае стены с окнами и дверями, имеющими различные характеристики звукопередачи, должен производиться расчет общего коэффициента ослабления звука.

Для отверстий и зазоров коэффициент звукопоглащения практически равен 0. По этой причине важное значение может иметь учет влияния отверстий и зазоров, например, в соединениях между стенами, в дверях и окнах без уплотнительных лент, а также при наличии любых необходимых отверстий в перегородках.  Заполнение зазоров звукопоглощающим материалом приведет к увеличению коэффициента ослабления звуковых волн при прохождении зазоров.

Взвешенный коэффициент звукопоглащения (Rw)

В общем случае при определении эффективности звукопоглощения перегородки может оказаться целесообразным сведение результатов к единому показателю. Взвешенный коэффициент звукопоглащения (Rw) представляет собой показатель, используемый в оценке на основе рейтингового метода, описанного в EN ISO 717-1. Этот стандарт устанавливает параметры стандартной эталонной кривой сравнения при графическом представлении результатов измерений для определения коэффициента ослабления звука 

В стандарте EN ISO 717-1 также описан рейтинговый метод, в котором параметр Rw дополняется двумя показателями «C», применяемыми для обозначения двух типов спектров для различных типов шумов. Эти два показателя, Rw + C и Rw + Ctr, охватывают частотный диапазон 100–3150 Гц, который, однако, может быть расширен до 50–5000 Гц. Поскольку промышленные и транспортные шумы часто имеют высокие уровни звукового давления, которые при этом располагаются ниже 100 Гц, рекомендуется использовать расширенный частотный диапазон.

Суммарное значение Rw + C дает величину снижения в дБА для спектра с одинаково высоким уровнем во всех полосах частот одной третьей октавы. Этот показатель может использоваться при оценке следующих типов шумов:

  • Шумы, связанные повседневной жизнью и деятельностью людей (разговор, музыка, радио, телевидение)
  • Шум железнодорожного транспорта при средней и высокой скорости движения
  • Движение автотранспорта по шоссе при скоростях выше 80 км/ч
  • Шум реактивного самолета, пролетающего на близком расстоянии
  • Средне- и высокочастотные шумы, обычно издаваемые оборудованием производственных предприятий

Суммарное значение Rw + C дает величину снижения в дБА для спектра с доминированием низких частот, например:

  • Шум городского автотранспорта
  • Шум железнодорожного транспорта при низких скоростях
  • Музыка «диско»
  • Низко- и среднечастотные шумы производственного оборудования

б) Звукоизоляция от ударного шума

Источник звука, находящийся в воздухе, вызывает колебания окружающего воздуха, распространение которых в свою очередь вызывает возникновение колебаний в окружающих стенах и полах. Источник ударного шума вызывает возникновение колебаний непосредственно в элементе, с которым происходит его соударение. Колебания распространяются по всей поверхности этого элемента, а также передаются в связанные с ним элементы, такие как внутренние стены, полы и внутренние слои наружных стен. Колебания в элементах вызывают колебания окружающего воздуха, которые, распространяясь, доходят до нашего уха, и мы слышим звук.

Полы должны гасить воздушный шум, а полы вышерасположенного этажа должны также гасить ударный шум в квартире. Способность сплошного настила гасить воздушный шум зависит от его массы, способность пола гасить ударный шум зависит от наличия и характеристик мягкого покрытия.

Плавающий пол включает слой высокоэластичного материала, который в значительной степени изолирует поверхность передвижения от основания, и эта изоляция способствует гашению как воздушного, так и ударного шума.

  • Важно выбрать соответствующий материал и убедиться в отсутствии обходных «мостиков жесткости» в районе креплений и труб. 
  • Следует избегать наличия воздушных каналов, включая зазоры, образующиеся в результате усадки; пористые материалы и зазоры в соединениях конструкций необходимо герметизировать.
  • Следует также избегать возникновения резонанса, что может иметь место в случае сильной вибрации части конструкции (например, облицовки стен) при определенной звуковой частоте (высоте звука) и на которой передается большее количество энергии.

Расчет звукоизоляции от ударного шума осуществляется на основе результатов измерений уровня звукового давления, проводимых стандартным методом с применением молотка. Представление результатов осуществляется в виде кривой, соответствующей диапазону частот 50–5000 Гц.

При расчете показателя Ln,W или L’n,W осуществляется сравнение уровней звукового давления для значений 16 частот со стандартной кривой аналогично соответствующей процедуре при расчете коэффициента ослабления звука. Единственное отличие состоит в том, что участок отклонения кривой результатов измерений от стандартной кривой в этом случае располагается выше стандартной кривой. Измерения показателя Ln проводятся в лабораторных условиях, а измерения L’n – в полевых. Низкие численные значения Ln и L’n свидетельствуют об эффективности звукоизоляции от ударного шума.

Кроме того, для расчета звукоизоляции от ударного шума применительно к полу с деревянными балками, необходимо принять два показателя Ci,100-2500 и Ci,50-2500 для учета характеристик спектра.  Расхождение между результатами измерений в лабораторных и полевых условиях обусловлено эффектом боковой передачи звука в здании. В реальном здании звук передается не только через проектируемую конструкцию, например, через пол, но также и через смежные с ним соединительные конструкции.

Динамическая жесткость

Динамическая жесткость представляет собой очень важное свойство пористых материалов, особенно в случае размещения материала непосредственно между двумя плотными слоями (в многослойных конструкциях, плавающих полах). Поскольку минеральная вата, как правило, представляет собой сплошной материал, для выражения этого показателя для минеральных ват используют единицы МН/м3.

Базальтовая вата PAROC состоит из твердого материала и воздуха. При ее использовании в качестве эластичного слоя требуется по отдельности учитывать динамическую жесткость как минеральных волокон, так и воздуха. Таким образом: динамическая жесткость = sd + sa (где sd – жесткость материала, а sa – жесткость захваченного воздуха).

В соответствии со стандартами на проведение испытаний, в случае укладки базальтовой ваты под плавающим бетонированным полом определение ее динамической жесткости должно производиться для нагрузки 200 кг/м2. Чем ниже величина динамической жесткости, тем выше эффективность звукоизоляции от ударного шума.

Изделия из базальтовой ваты, используемые в качестве изоляции от звука шагов, специально предназначены для применения в конструкциях пола. В отличие, например, от кровельных или фундаментных плит, в данном случае используется в основном базальтовая вата с горизонтальной ориентацией волокон. При горизонтальном расположении волокон гашение проходящего звука осуществляется более эффективно. Выигрыш от применения такой изоляции в конструкциях пола может составить 5 дБ и даже более. Это соответствует повышению класса изоляции на один уровень.


Paroc ROS


Система «масс и пружин»

Основная идея, реализуемая в конструкции плавающего пола, сводится к применению так называемой системы «масс и пружин». Чем мягче пружина, тем выше эффективность демпфирования колебаний. То же самое касается массы конструкции, а именно, чем она тяжелее, тем выше эффективность демпфирования. В случае недостаточно массивного межэтажного перекрытия применение плавающего пола оказывается не эффективным ввиду изменения системы масс и пружин. На практике, межэтажное перекрытие должен быть в пять раз тяжелее плавающего пола.

Измерения для определения эффективности изоляции от ударного шума проводятся с использованием стандартизированной машины для имитации шагов. Для обеспечения эффективной изоляции от ударного шума L'n,w требуется применение следующих компонентов:

Бетонный пол плавающей конструкции:

  • Тяжелое межэтажное перекрытие
  • Мягкий и эластичный промежуточный слой
  • Тяжелый плавающий пол

Идеальная система масс и пружин, что означает:


The ideal mass spring system


В момент максимальной деформации тело (т.е. масса) находится в неподвижном состоянии и не имеет кинетической энергии. При этом пружина максимально сжата и, таким образом, все механическая энергия системы аккумулирована в виде потенциальной энергии.  Когда тело (т.е. масса) находится в состоянии движения, при достижении положения равновесия пружины происходит полное преобразование механической энергии системы в кинетическую энергию.

Все колебательные системы строятся на основе взаимосвязи между энергоаккумулирующим элементом и энергонесущим элементом.

Частота (число колебаний в единицу времени, Гц) системы масс и пружин определяется как:

Spring system frequency

Где k – коэффициент жесткости (минеральной ваты), а m – масса (межэтажного перекрытия). Чем ниже значение «f», тем выше эффективность звукоизоляции. Таким образом, путем увеличения массы или уменьшения коэффициента жесткости возможно повышение эффективности звукоизоляции.

в) Боковая передача звука

Боковая передача звука представляет собой более сложный вид шумопередачи, при котором передача звуковых колебаний от источника шума в другие помещения здания происходит через элементы его конструкции. Так, например, значительное повышение уровня шумопередачи может иметь место в здании со стальным каркасом, когда в движение приходит сам каркас.

При распространении звука в здании, по достижении звуком границы между двумя помещениями часть звука может передаваться по боковому элементу конструкции, т.е., например, по наружной стене или по потолку. Во избежание этого необходимо строго соблюдать инструкции изготовителя. На рисунке ниже представлены принципиальные решения для наружной стены.

 Flanking transmission
Решения по уменьшению риска боковой шумопередачи

Во избежание боковой шумопередачи часто устанавливаются требования к предельным уровням безопасности различных шумовых показателей элементов конструкций.