Как разобраться с шумом? (теория)
Борьба с шумом в жилище становится одной из важнейших задач повышения комфорта в доме.
Эффективно решать проблемы звукозащиты можно на основе научных представлений о механизмах распространения звуковых волн и с помощью современных строительных технологий.
На российском рынке появились новые эффективные материалы, которые позволяют улучшить акустические показатели жилища.
Именно поэтому одним из определяющих критериев качества жилища является его звукоизоляция.
Как выполнить ее грамотно, каким законам подчиняются звуковые волны, что следует учесть еще при проектировании дома, чтобы достичь акустического комфорта в жилище, - это и много другое должен знать каждый застройщик, который не желает напрасно тратить время, силы и средства на неэффективные мероприятия по звукоизоляции.
Что такое звук?
Человек живет в океане звуков. Для того чтобы бороться с акустическим дискомфортом в своем жилье необходимо разобраться в понятиях и физических законах, которым подчиняются звуковые колебания
Звук - это воспринимаемые ухом механические волны с частотой колебаний от 16 до 20000 Гц.
Процесс распространения этих колебаний в среде и называется механической волной.
Колебания происходят вдоль направления распространения волны, это продольные волны, а именно к таким и относятся звуковые волны.
Ощущения же звука в наших органах возникает при периодических изменениях давления воздуха.При этом звуковые волны с большой амплитудой изменения звукового давления воспринимаются как громкие звуки, а с малой - как тихие.
- Уровень мощности звука используется усл. Ед.- децибел (дБ).
Наименьший прирост силы звука на пороге слышимости, воспринимаемый человеческим ухом равен примерно 1 дБ. Звук в 10 раз более сильный считается имеющим уровень силы в 10 дБ (пример- тихий шепот на расстоянии 1,5 м), звук в 20 раз более сильный считается имеющим уровень силы в 20 дБ (пример – тиканье часов) и т.д.
В качестве других примеров можно привести тихий разговор, который оценивается в 40 дБ, речь средней громкости – в 60 дБ, шум оживленной улицы – в 60…85 дБ, шум поезда на станции метро – в 95 дБ, а болевой порог (когда звук уже не слышен) - 130 дБ.
- Частота (f), т.е. количество колебаний источника (и звукового давления) в 1 секунду. Ед. изм.герц (Гц).
По частоте звук разделяют на 3 диапазона: инфразвук (f < 20 Гц), слышимый диапазон – тот, что воспринимается человеческим ухом. от 16 до 20000 Гц и ультразвук (f > 20000 Гц).
- Скорость распространения звуковой волны, которая зависит от упругости и плотности среды, а от частоты и амплитуды – не зависит.
Скорость звука в воздухе при 150 С – около 340 м/с, в воде при 150 С – около 1500 м/с, в кирпиче - 6130 м/с.
- Встречая на своем пути преграду, звуковая волна отражается от нее.
Причем углы падения и отражения звука равны между собой и лежат в одной плоскости. При переходе из одной плоскости в другую, например, из воды в воздух или из слоя теплого воздуха в слой холодного происходит преломление или рефракция звуковой волны.
Если на пути звуковой волны имеется препятствие, размеры которого сравнимы с длиной волны, то происходит дифракция, то есть частичное огибание этого препятствия звуковой волной.
В результате за препятствием не получается звуковой тени. Например, выстрел, раздавшийся перед домом, слышен и за ним.
- Степень поглощения энергии характеризуется «коэффициентом поглощения звука» (КПЗ).
При прохождении звука через любую среду, а также при отражении звука происходит частичное поглощение энергии звуковых волн, вследствие чего звук ослабевает. Именно это свойство звуковых волн и играет основную роль в акустике закрытых помещений.
Материалы, рассеивающие большую часть энергии внутри себя, называются поглощающими.
Это акустические плитки, ковровые покрытия, шторы, мебель и т.п. материалы. Их КПЗ может достигать 100%. Такие же материалы, как, например, штукатурка, кирпич, стекло, бетон, относятся к отражающим. Их КПЗ находится в пределах 5…10%
Распространение звука можно сравнить с распространением света. Звук тоже отражается и преломляется. Однако если свет распространяется в прозрачной среде (например, в воздухе), то механические колебания распространяются и в других средах (упругих, твердых, жидких).
А это значит, что, например, бетонная плита, являясь (при низком КПЗ) отражателем звуковой волны, одновременно служит ее проводником (да еще и с огромной скоростью распространения). Чтобы лучше это понять, следует коснуться еще некоторых понятий строительной акустики.
Разновидности шума.
«Шум»– это совокупность звуков, быстро меняющихся по частоте и силе…».
Шум - это неприятный и негармоничный звук, который при высокой интенсивности может вызвать нарушения физиологической деятельности человека, стать причиной стресса и нервного расстройства.
Шум – это то, что мы не хотим слышать.
Различают два вида шума (рис.1):
«воздушный»шум,возникающийи распространяющийся в воздухе;
«ударный»шум,возникающийнепосредственно в материалах ограждающей конструкции от механического воздействия..jpg)
Например, вы хлопнули в лошади. Возникли колебания, сопровождающиеся периодическими сжатиями и разрежениями воздуха. Это и есть «воздушный» шум.
Далее при столкновении звуковых волн с преградой (стена, перегородка или перекрытие) возникает вибрация элементов конструкции. При этом какая-то часть энергии волны отражается и поглощается, а остальная передается в соседние помещения.
Следовательно, чем больше энергии волны поглотится в том помещении, где звук произвели, тем меньше шума проникнет в соседнее помещение.
Как же добиться звукоизоляции от «воздушного» шума?
Выделяют три основных способа ослабления звука: за счет массы, за счет поглощения и за счет герметизации.
1.Ослабление звука за счет массы перегородки
При столкновении звуковой волны с ограждением волны «воздушного» шума как бы раскачивают ограждение, вызывая соответствующие по частоте колебания воздуха в соседнем помещении. Чтобы противостоять этой акустической «раскачке», ограждения должны быть достаточно массивными.
Перегородка весом 100 кг/м2 имеет изоляционную способность от звука частотой 500 Гц, равную 40 дБ. Если эту массу удвоить, значение звукоизоляции увеличиться примерно на 4 дБ.
Следует заметить, что при определенной частоте, называемой «критической», в однородной панели (а именно для таких перегородок действует «закон о массе») образуется «дыра» в звукоизоляции (потеря звукозащитных свойств). Причем, если эта «дыра» находится в диапазоне частот, хорошо улавливаемых человеческим ухом, - разговор, музыка и пр., то звук через препятствие проходит без искажений. Значение «критической» частоты зависит от материала преграды.
Для примера отметим, что для традиционных строительных материалов (бетон и кирпич) «дыры» звукоизоляции при «критической» частоте могут составлять от 6 до 10 дБ. Такие материалы, как свинец, резина или современный специальный материал, называемый полимерным свинцом, обладающие высокой рассеивающей способностью не имеют акустических «дыр» в слышимом диапазоне частот и подчиняются закону о массе. Именно эти материалы используют для повышения степени звукоизоляция легких перегородок.
Для снижения же эффекта критической частоты стен, выполненных из традиционных материалов, следует увеличить массу перегородки.
2. Снижение уровня шума за счет его поглощения, то есть установить в ограждения звукопоглощающие материалы. (рис.2)
Величина рассеиваемой в этом случае энергии будет зависеть от толщины материала, его плотности и эластичности.
Длязвукоизоляции используется хорошо знакомая минеральная вата.
Говоря о звукопоглощающих материалах, следует развенчать одно из устойчивых заблуждений, сформировавшихся у большинства людей, полагающих, что любые материалы с закрытой пористой структурой, как, например, пробка, различные пенно…пласты, полиэтилены, полиуретаны и способны улучшить акустические свойства ограждения от «воздушного» шума. Мол, стоит оклеить подобным материалом общую с соседом стену или потолок – и все будет о кей. На поверку никакого улучшения звукоизоляции в этом случае не получается. А ведь приобретая этот материал, мы познакомились с его техническими характеристиками, согласно которым нам обещан эффект звукоизоляции до 15, а то и до 20 дБ.
В чем же де? Да в том, что эти цифры соответствуют действительности, но не для улучшения акустики помещений вообще, а для звукоизоляции от «ударного» шума . Даже увеличив толщину слоя до 50 мм (что очень дорого), вы вряд ли добьетесь звукового комфорта.
3.Ослабление звука за счет герметизации перегородки.
Звук попадает в помещение не только через окна, двери, стены и потолок, но и через любую щель. Специалисты утверждают, что звукоизолирующая способность даже очень массивной стены резко ухудшается, если в ней имеется хотя бы одно отверстие диаметром с толстый гвоздь. Трещины в элементах конструкций, отверстия для коммуникаций и пр.- пути для звуковой волны, которые необходимо перекрывать специальными акустическими герметиками (они не твердеют, не дают усадки и не трескаются).
Однако картина распространения «воздушного» шума будет неполной, если не обратить внимание еще на одно свойство звуковых волн. Встречаясь с любым телом звуковые волны, вызывают вынужденные его колебания. Если частота собственных свободных колебаний тела совпадает с частотой звуковой волны, наблюдается акустический резонанс – амплитуда вынужденных колебаний при этом достигает максимального значения. Так, если установить один камертон с резонаторным ящиком (полой деревянной коробкой) напротив другого и возбудить колебания одного камертона, то через некоторое время начинает звучать и второй камертон.
В быту с этим явлением встречался практически каждый, слушая, как «поют и воют» проложенные от подвала до чердака водопроводные трубы, резонируя, усиливая и разнося шум по всем жилым помещениям многоквартирного дома.
В строительной акустике резонатором может стать любой элемент конструкции.
Для уменьшения этого эффекта перегородку делят на две части с разной массой, чтобы они не резонировали на одной частоте.
Если оболочки стены будут сделаны из разных материалов, шум также будет глушиться в различных диапазонах частот. Защитный эффект можно улучшить и путем укладки между оболочками звукопоглощающих материалов.
Однако все это справедливо только для однородных перегородок. В действительности те же кирпичные перегородки такими не являются, поскольку вертикальные швы кладки нередко плохо заполнены раствором. Поэтому реальные значения звукоизоляции существенно ниже значений, рассчитанных для данного веса перегородки (на 10 дБ и более). Чтобы это компенсировать, стену штукатурят или же изолируют специальными материалами, которые позволяют добиться лучших показателей звукозащиты.
Ударный» шум и как с ним бороться?
Если на пол упал молоток, то механические колебания, возникшие в перекрытии, распространяются по всему зданию с очень большой скоростью, вызывая вибрацию и других частей конструкции, с которыми имеется жесткий контакт. В данном случае любой из этих элементов можно сравнить с мембраной громкоговорителя или ветвями камертона. Этот процесс будет сопровождаться периодическими сжатиями и разрежениями воздуха, а значит, вызовет звуковую волну, которая начнет распространяться в воздухе во все стороны.
Другими словами, элементы конструкции, которым передадутся механические колебания, станут источником «воздушного» шума. Необходимо блокировать вибрацию.
Прежде всего, следует снизить энергию от удара путем использования материалов с ударной вязкостью, например, ковровое покрытие на эластичной подложке или так называемый ТЗИЛ - линолеум на теплозвукоизолирующей подоснове из эластичных пенопластов или синтетического волокна.
Однако устройство такого слоя не решает всех проблем, поскольку даже простое хождение по полу вызовет колебания не только в перекрытии по всему строению, но и в других, жестко соприкасающихся с ним элементах конструкции – стенах, перегородках и пр.
Вывод очевиден – контакт между изолируемыми элементами конструкции должен быть обязательно «мягким». Для этого даже отверстия под крепеж делают увеличенного диметра, а под стальные шайбы подкладывают еще и толстые упругие (например, резиновые или неопреновые) прокладки. Под перегородки закладывают полосы из войлока или других современных эластомерных звукоамартизирующих материалов.
Гораздо проще снижать шумы данного типа в месте их возникновения, т.е. в плите перекрытия с применением звукоизоляции. «Пол на звукоизоляционном слое не должен иметь жестких связей с несущей частью перекрытия, стенами и другими конструкциями здания, т.е. должен быть «плавающим» - это является требованием СНиП 23-03-2003 «Защита от шума».
Устройство «плавающего» пола – дорогое.
Существуют и другие более простые способы предотвращения распространения механических колебаний.
Воздушные звуковые волны беспрепятственно проникают через неуплотненные стыки, щели, зазоры между ограждением и трубами коммуникаций. Для устранения существуют краевые изоляционные полосы.
Для улучшения звукоизоляции перекрытия часто рекомендуют между деревянными балками по черному полу прокладывать теплоизоляционные материалы, а значит повысить степень его защиты от «воздушных» шумов, но не от «ударных».
Ведь доски-то пола, как правило, пробиты, прибиты непосредственно к несущим балкам (лагам). Любое механическое колебание, возникшее в настиле, тут же передается в несущие элементы, а через них в обшивку потолка, стены, и т.д. и т.п. А они, в свою станут «камертоном», то есть источником звуковой волны.
Специалисты выделяют еще один вид шума – «структурный», который возникает при контакте строительных конструкций с различным вибрирующим оборудованием.
Защиту от шума следует выполнять в соответствии с ГОСТ 12.1.003–76. ,СНиП II-12-77 «Нормы проектирования» СНиП 23-03-2003 «Защита от шума», Гост 23499-79 «Материалы и изделия строительные, звукопоглощающие и звукоизоляционные. Классификация и общие требования».
Необходимо учитывать динамический модуль упругости материала, коэффициент относительного сжатия, допустимые уровни звукового давления ( в дБ) в октавных полосах частот, уровни звука и эквивалентные уровни звука в дБ. А для жилых и общественных зданий, поправки в дБ и прочие акустические характеристики.
Материалы, применяемые в конструкциях имеют индексы улучшения ударного шума, например минплита ИЗОЛАЙТ т 50мм под железобетонной плитой перекрытия 42дБ.,ДВП М при толщине 20мм 25 д Б
Звукопоглощающие свойства материалов зависят от реверберационных коэффициентов звукопоглощения в диапазонах низких (Н),средних (С)и высоких частот (В)
ПРИ ВЫБОРЕ МАТЕРИАЛА
В жилых зданиях основной задачей звукоизоляции является поглощение шумов, возникающих внутри самого зданиях, прежде всего.
При решении задач разработки конструктивных элементов, по звукоизоляции здания, и выборе материалов необходимо учесть следующее:
1.Чтобы предотвратить распространение звука, требуются защитные меры, как от «воздушного», так и от «ударного» шумов.
2. Существуют три основных способа ослабления «воздушного» шума:
- путем повышения массивности элементов ограждения;
- путем применения звукопоглащающих материалов;
- путем герметизации всех возможных путей проникновения воздушных звуковых волн.
3. Чтобы уменьшить эффект резонансной частоты, целесообразно разделять ограждающую конструкцию на слои с различной массой и плотностью.
В качестве прослойки должны использоваться воздухопроницаемые, как правило, волокнистые материалы, обладающие высокой рассеивающей способностью.
4. Главная задача, которую необходимо решить в целях борьбы с «ударным» шумом – предотвратить распространение звуковой волны по элементам конструкции, то есть блокировать вибрацию.
Это достигается двумя основными способами: применением амортизирующих материалов и путем разрыва «звуковых мостиков» между элементами конструкции.
