Исследование процессов образования и снижение шума

Оценка звукоизоляции ограждающих конструкций

Автор: Буторина М.В.

Аннотация: В статье приведено описание распространения шума в жилых помещениях. Приводится сравнение результатов расчета, полученных с использованием международных расчетных ручных и автоматизированных методов. Приведено описание мероприятий по улучшению звукоизоляции строительных конструкций.

 

Ключевые слова: воздушный шум, звукоизоляция, расчет, улучшение звукоизоляции

 

Введение

 

Шум окружает человека везде – на улице, на работе и в быту. По данным ВОЗ около 40 % населения Европы страдают от шума с повышенными уровнями.

Организм человека неодинаково реагирует на шум разного уровня и частотного состава. В диапазоне 35-60 дБА реакция индивидуальна (по типу «мешает — не мешает»). Шумы уровня 70-90 дБА при длительном воздействии приводят к заболеванию нервной системы, а при уровнях более 100 дБА – к снижению остроты слуха разной степени тяжести, вплоть до развития полной глухоты. Функциональное состояние центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, слуховая чувствительность зависят от уровня воздействия звуковой энергии, от пола и от возраста обследованных лиц. Наиболее чувствительные к действию шума лица старших возрастов. Так, в возрасте до 27 лет на шум реагируют 46%, в возрасте 28-37 лет – 57%, в возрасте 38-57 лет – 62%, а в возрасте 58 лет и старше – 72% людей. Большое число жалоб среди пожилых людей связано с возрастными особенностями и состоянием центральной нервной системы этой группы. При среднем уровне воздействия до 75 дБ жалобы на раздражающее воздействие шума поступают от 38% населения, при уровне 76-80 дБ количество жалоб увеличивается почти в два раза и составляет уже 72%.

Шум в значительной мере нарушает сон. Крайне неблагоприятно действуют прерывистые, внезапно возникающие шумы, особенно в вечерние и ночные часы, на только что заснувшего человека. Внезапно возникающий во время сна шум нередко вызывает сильный испуг, особенно у больных людей и детей. Шум уменьшает продолжительность и глубину сна. Под влиянием уровня шума 50 дБ срок засыпания увеличивается на час и более, сон становится поверхностным, после пробуждения люди чувствуют усталость, головную боль, а нередко и сердцебиение. Поэтому особенно важно обеспечить акустический комфорт в жилых помещениях зданий.

Для обеспечения в помещении требуемых уровней звукового давления ограждающие конструкции (стены и перекрытия) должны обладать необходимыми звукоизоляционными характеристиками.

Физические особенности распространения звука зачастую делают невозможным проводить мероприятия по снижению шума после постройки дома без учета его конструкции, так как они часто касаются в том числе основных вопросов проектирования и строительства зданий. Поэтому мероприятия по снижению шумового воздействия и обеспечению требуемой звукоизоляции строительных конструкций должны быть определены и внедрены уже на стадии проектирования здания.

В соответствии с Постановлением 87 «Положение о составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию» описание архитектурно-строительных мероприятий, обеспечивающих защиту помещений от шума, является необходимой составной частью раздела «Архитектурные решения» проектной документации на объекты капитального строительства. В соответствии с СП 51.13330.2011 (Актуализированная редакция СНиП 23-03-2003 «Защита от шума») в данном разделе должны быть выполнены расчеты ожидаемых уровней шума в помещениях с нормируемыми уровнями шума, определена требуемая звукоизоляция воздушного и ударного шума ограждающими конструкциями здания и разработаны технические решения.

 

 

  1. Виды источников шума

 

Различают два вида шума по характеру его распространения в помещении: шум воздушный и шум структурный.

Воздушный шум распространяется следующим образом: источник колебаний – голосовые связки, струны музыкальных инструментов, диффузор громкоговорителя – вызывают колебания частиц воздуха, которые распространяются в виде продольных звуковых волн.

Ударный же шум распространяется за счет того, что механическое воздействие на конструкцию вызывает в ней изгибные колебания, которые приводят в колебательное движение частицы воздуха в смежных помещениях, и человек слышит ударный шум, возникающий на другом этаже. Этот тип шума распространяется на большие расстояния, чем воздушный. Например, стук по трубе центрального отопления на одном этаже слышен на всех остальных и воспринимается жильцами, как если бы его источник находился совсем рядом.

Некоторые бытовые приборы являются источниками обоих видов шума. Например, система принудительной вентиляции. Воздушный шум проникает в помещение по воздуховодам, а структурный возникает в результате вибрации стенок защитного кожуха вентилятора и самих воздуховодов.

Механизм распространения шума через ограждающие конструкции здания приведен на рис. 1 [1].

statia2-1

1 – падающая на конструкцию звуковая энергия; 2 – отраженная звуковая энергия; 3, 5 – энергия, излучаемая колеблющейся конструкцией в смежные помещения; 4 – энергия структурного шума; 6 – энергия, трансформирующаяся в тепловую; 7 – звуковая энергия, прошедшая через поры и неплотности; 8 – суммарная звуковая энергия, прошедшая через конструкцию

Рис. 1. Механизм распространения шума через ограждающую конструкцию

Уровни шума некоторых бытовых источников приводятся в таблице 1 в сравнении с нормативными уровнями, установленными СН 2.2.4/2.1.8.562-96.

 

Таблица 1. Уровни шума бытовых источников

Источник шума Уровень шума, дБА
Музыкальный центр 85
Телевизор 70
Разговор (спокойный) 65
Детский плач 78
Игра на пианино 80
Работа пылесоса 75
Работа стиральной машины 68
Работа холодильника 42
Работа электрополотера 83
Работа электробритвы 60
Работа принудительной вентиляции 42
Работа кондиционера 45
Вытекающая из крана вода 44-50
Наполнение ванны 36-58
Наполнение бачка в санузле 40-67
Приготовление пищи на плите 35-42
Перемещения лифта 34-42
Стук закрываемой двери лифта 44-52
Стук закрываемого мусоропровода 42-58
Стук по трубе центрального отопления 45-60
Предельно допустимый уровень в жилых комнатах квартир согласно СН 2.2.4/2.1.8.562-96, дБА

07.00-23.00

 

 

40

23.00-07.00 30

 

Как видно из таблицы, уровни шума большинства источников превышают нормативные уровни, установленные для дневного времени, и абсолютно все источники имеют уровни шума, выше, чем предельно допустимые уровни, установленные для ночного времени.

Звукоизолирующие преграды, устанавливаемые на пути распространения воздушного шума могут достаточно надежно защищать от него место пребывания человека.

Для обеспечения допустимых уровней звукового давления ограждающие конструкции должны обладать необходимыми звукоизоляционными характеристиками. В строительной акустике нормируются звукоизоляционные характеристики для воздушного и ударного шума. Нормативные значения для различных видов шума приведены в СП 51.13330.2011 Актуализированная редакция СНиП 23-03-2003 «Защита от шума». Оценка индексов звукоизоляции конструкций проводится согласно СП 23-103-2003 «Проектирование звукоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий».

 

 

  1. Оценка звукоизоляции ограждающих конструкций

 

Согласно СП 23-103-2003 «Проектирование звукоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий» [2] при ориентировочных расчетах индекс изоляции воздушного шума ограждающими конструкциями сплошного сечения допускается определять по формуле:

statia2-2   (1)

 

где т – поверхностная плотность, кг/м2;

К – коэффициент, учитывающий относительное увеличение изгибной жесткости ограждения из бетонов на легких заполнителях, поризованных бетонов и т.п. по отношению к конструкциям из тяжелого бетона с той же поверхностной плотностью.

C 01.12.2013 г. на территории РФ действует ГОСТ Р ЕН 12354-1-2012 «Акустика зданий. Методы расчета акустических характеристик зданий по характеристикам их элементов. Часть 1. Звукоизоляция воздушного шума между помещениями» [3]. В ГОСТ Р ЕН 12354-1-2012 приводится следующая формула для расчета звукоизоляции ограждающих конструкций согласно ЕН ИСО 717-1 «Акустика. Оценка звукоизоляции в зданиях и строительных элементах. Часть 1. Изоляция от воздушного шума»:

 

statia2-3           (2)

 

Для m < 150 кг/м2 применяется коррекция С= — 1 дБ, для m > 150 кг/м2
С= — 2 дБ.

Сравнение результатов измерений, представленных различными международными лабораториями за последние тридцать лет, показывает, что они лежат в пределах отклонений от минус 4 до плюс 8 дБ. Такой относительно большой разброс обусловлен многими факторами, некоторые из которых связаны с особенностями материала, другие с лабораторным оборудованием и применением различных методов измерений. Учет влияния указанных факторов привел к разработке различных эмпирических формул для «закона массы», используемых в настоящее время в европейских странах.

Так, в Австрии индекс звукоизоляции воздушного шума рассчитывается по формуле:

 

statia2-4, дБ, при m ³ 150 кг/м2              (3)

 

Во Франции:

 

statia2-5 дБ, при m ³ 150 кг/м2 С= — 1 дБ                (4)

 

В Великобритании:

 

statia2-6, дБ, при m ³ 50 кг/м2                 (5)

 

Сравнение результатов расчета по различным формулам показывает, что отклонение составляет до 10 дБ. Максимальные значения индекса звукоизоляции получены по европейским методикам расчета. При этом расчет по формулам СП 23-103-2003 и ЕН ИСО 717-1 дает практически одинаковые результаты.

statia2-7

Рис. 2. Индекс изоляции воздушного шума в зависимости от поверхностной плотности конструкции

 

  1. Автоматизированные методы расчета

 

С точки зрения передачи звука, различают акустически однородные (однослойные) конструкции и акустически неоднородные (многослойные) конструкции. Однородные конструкции состоят из одного или нескольких слоев, жестко связанных между собой по всей поверхности и колеблющихся как одно целое (оштукатуренные кирпичные стены, плиты перекрытий с покрытием по стяжке линолеумом и др.). Многослойные конструкции состоят из нескольких слоев, не связанных жестко друг с другом, способных колебаться с разными для каждого слоя амплитудами. Звукоизоляционные свойства неоднородных конструкций выше, чем однородных.

Для однослойных конструкций одним из факторов снижения звукоизоляции воздушного шума является явление «волнового совпадения». При возбуждении однослойной конструкции в какой-либо точке под действием источника колебаний, в ней распространяются изгибные волны, скорость которых зависит от толщины, плотности, модуля упругости и частоты возбуждающих колебаний. В звуковой волне, падающей наклонно на конструкцию, чередующиеся области повышенного и пониженного звукового давления вызывают деформацию и изгиб конструкции.

Проведение оценки индексов звукоизоляции с учетом резонансных явлений, особенно для многослойных конструкций – процесс довольно трудоемкий, поэтому предпочтение обычно отдается автоматизированным методам расчета.

Все положения стандартизированных российских расчетных методик реализованы в программном модуле «Расчет звукоизоляции» фирмы «Интеграл». Пример расчета индекса звукоизоляции приведен на рис. 3.

 

statia2-8

Рис. 3. Автоматизированный расчет индекса звукоизоляции

 

В новой версии программы имеется возможность не только получить спектральную характеристику перегородок и перекрытий различных типов, но и оценить их с помощью интегрального показателя – индекса звукоизоляции. Расчет производится автоматически для однородных материалов, многопустотных плит и многослойных конструкций.

Как известно, эффективность звукоизоляции катастрофически падает, если в ограждении есть щели и отверстия: например, если в сплошном массивном металлическом листе сделать 13 % (к общей площади) отверстий, то лист пропустит 97 % падающего на него звука. Небольшая щель при пропуске трубы или неплотно смонтированная электрическая розетка в стене на 1-3 дБ снизят звукоизоляционные свойства любой, даже самой качественной конструкции. Поэтому в расчетной программе реализована возможность оценки снижения шума при наличии отверстий.

Кроме того, программа позволяет подобрать техническое решение, позволяющее обеспечить выполнение нормативных требований.

 

  1. Улучшение звукоизоляции ограждающих конструкций

 

Для однослойных массивных ограждений существует зависимость – чем оно массивнее, тем лучше оно изолирует помещение от шума. Согласно исследованиям, удвоение массы конструкции приводит к улучшению звукоизоляции в среднем на 6 дБ.

Однако требование рационального расхода ресурсов диктует необходимость развития современного проектирования звукоизоляции в направлении обеспечения требуемых акустических условий в помещениях за счет регулируемой звукоизоляции ограждений при минимально возможной их массе.

Улучшения звукоизоляции перегородки можно добиться, уменьшив жесткость узла сопряжения каркаса перегородки с несущим перекрытием и элементов перегородок друг с другом. Для этого при монтаже перегородок между поверхностью основания и горизонтальными направляющими устанавливают уплотнительные ленты, эластичные прокладки. Аналогично уплотняющие прокладки устраивают в узле примыкания перегородки к потолку.

Устройство обшивки из двух рядов ГКЛ по сторонам деревянных стоек, позволяющее увеличить поверхностную плотность конструкции, приводит к улучшению звукоизоляции на 8-9 дБ. Замена деревянного каркаса на одинарный металлический позволяет повысить звукоизоляцию на 3-5 дБ, при 20 %-ном снижении массы перегородки.

Хорошую звукоизоляцию могут обеспечить перегородки по металлическому каркасу с двухслойной обшивкой, у которых индекс изоляции воздушного шума на 6 дБ больше по сравнению с однослойной.

Наличие жесткого каркаса создает условия для беспрепятственной передачи звука через его конструкцию от одной обшивки к другой. Поэтому замена одинарного каркаса на двойной, состоящий из двух рядов, не связанных между собой стоек, позволяет значительно улучшить звукоизоляционные характеристики.

Улучшение звукоизоляции слоем, таким как упруго закрепленная облицовка стен, плавающий пол или подвесной потолок, различно для косвенной и прямой звукопередачи и зависит от типа базовых структурных элементов, на которые устанавливается слой. Поэтому звукоизоляция должна определяться по результатам лабораторных измерений с таким же базовым структурным элементом, который применяется в натурных условиях.

В настоящее время не существует стандартного метода расчетов или измерений, позволяющего определить влияние косвенной звукопередачи на прямую звукопередачу, а также результатов, обусловленных изменением базового структурного элемента.

Однако, по результатам испытаний различных технических решений, позволяющих улучшить звукоизоляцию конструкций, набирается статистика, позволяющая использовать их в процессе проектирования. Некоторые типичные примеры улучшения звукоизоляции дополнительными слоями или при помощи мероприятий приведены в таблице 2 согласно ГОСТ Р ЕН 12354-12012, СП 55-101-2000 и каталогам производителей.

 

Таблица 2. Улучшение звукоизоляции конструкций

Конструкция дополнительного слоя DRw , дБ
Гипсокартон 12,5 мм; полость 73 мм, заполненная минеральной ватой 50 мм; деревянный каркас 21
Гипсокартон 12,5 мм; полость 60 мм, заполненная минеральной ватой 50 мм; металлический каркас, изолированный от стены 21
Гипсокартон (2 × 12,5) мм; строительная пена 20 мм; без каркаса 23
Цементная штукатурка 15 мм; минеральная вата 30 мм; без каркаса 6-7
Двухслойные сэндвич-панели (штапельное стекловолокно и гипсоволокнистый лист — 40 мм), ГКЛ 12,5 мм (ЗИПС-Вектор, ЗИПС-Модуль, ЗИПС-Синема) 11-18
ВИБРОФЛЕКС-коннект ПП, ПС (подвесной потолок с использованием виброизолирующего крепления) 15-18
Шуманет 5-9
Шумостоп 8-10
Шумопласт 20 мм 7-9
ЗИПС-пол 3-7
Акулайн-dB, Саундлайн-dB (трехслойный листовой материал) 5-7
Виброфлекс-Wave (стоечный профиль) 3
ВИБРОФЛЕКС-КС (виброизолирующие крепления) 7-12
Виброизолирующая прокладка ВИБРОСТЕК-М 2-4
Триплекс КСВ-51, БСИ-49 15-16
МФ-Стандарт 7-9

 

Заключение

 

Обеспечение акустического комфорта в жилых зданиях – является важной задачей, решение которой должны быть обеспечено на стадии проектирования здания во избежание жалоб со стороны населения. Для обеспечения нормативных требований необходимо правильно произвести расчет звукоизоляции ограждающей конструкции. Как показывает опыт, результаты расчета по разным методикам дают отклонение до 10 дБ. Поэтому расчет необходимо производить с использованием стандартизированных, хорошо зарекомендовавшим себя методов. Как правило, расчеты выполняются при помощи автоматизированных методов расчета, позволяющих учесть действующие в настоящее время нормативные методики и требования. В случае, когда нормативные требования не могут быть обеспечены при помощи запроектированного ограждения, необходимо применять сертифицированные технические решения, позволяющие улучшить индекс звукоизоляции на величину до 18-20 дБ.

 


 

Список литературы

 

  1. Каталог эффективной звукоизоляции Rockwool, М, 2014, 60 с.
  2. СП 23-103-2003 Проектирование звукоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий
  3. ГОСТ Р ЕН 12354-1-2012 Акустика зданий. Методы расчета акустических характеристик зданий по характеристикам их элементов. Часть 1. Звукоизоляция воздушного шума между помещениями

 

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *