Под слышимым звуком понимают механическое возмущение,
обычно колебания или волны, которые распространяются в упругой
среде и воспринимаются слухом - так нам объясняет сущность звука
физическая энциклопедия. В последние десятилетия защита от шума
является одной из актуальнейших проблем во всех странах мира.во всех странах мира.
Итак, есть звук, и есть преграда. Введем, для начала, некоторые
определения, с помощью которых можно охарактеризовать проблему,
вынесенную в заголовок данной статьи. Уровень интенсивности
звука выражается логарифмической величиной в децибелах:
L
= 10lg(l/lп)
где
за величину lп принята интенсивность звука,
равная 10-12 Вт/м2 и соответствующая звуковому давлению 2•10-5
Па на частоте 1000 Гц.
Коэффициент звукопередачи, или звукопроводности составляет:
b
= l/lо
где l - интенсивность прошедшего через конструкцию
звука, а lо - интенсивность падающего на эту
конструкцию звука.
Коэффициент ослабления звука t показывает, во сколько раз уменьшилась
интенсивность звука при прохождении через преграду, и является
величиной, обратной коэффициенту звукопередачи (выражается в
децибелах):
t(дБ)
= 10lg(1/b)
Приведем данные о соотношении между источниками шума и их интенсивностью
, а также характеристики шумов в зданиях, полученные экспериментально
(табл. 1).
Экспериментальные
значения интенсивности шумов в зданиях |
Источник |
Расстояние
до источника, м |
Уровень
интенсивности шума, дБ |
Громкий
разговор |
5 |
70-75 |
Нормальный
разговор |
5 |
60-70 |
Хлопанье
дверью |
5 |
75 |
Игра
на рояле |
10 |
60-80 |
Громкий
разговор нескольких человек |
5 |
80 |
Здание
на магистрали |
- |
90-100 |
Здание
на шумной улице |
- |
90 |
тихой
улице, во дворе |
- |
70 |
у
железнодорожной станции |
50-100 |
95-110 |
Еще
одна таблица иллюстрирует степень ослабления звуковой энергии
при прохождении через различные материалы (полоса частот 100
Гц - 3 кГц)
Степень
ослабления звука, проходящего через различные материалы |
Материал |
Толщина,
мм |
Коэффициент
ослабления, дБ |
Оштукатуренная
с одной стороны кладка в полкирпича |
140 |
53 |
Сосновая
доска |
30 |
12 |
Войлок |
60 |
12 |
Ватное
одеяло |
60 |
4.5 |
Тяжелый
занавес |
- |
13 |
Стекло
6 мм |
6 |
30 |
Стекло
12 мм |
12 |
35 |
Многослойное
стекло 4.4.1 |
8,38 |
37 |
Многослойное
стекло 6.4.1 |
10,38 |
38 |
Однокамерный
стеклопакет 4-16-4 |
24 |
32:37 |
Стеклопакет
с многослойным стеклом 3.3.1-2-6 |
24,38 |
39:45 |
Звукоизоляция металлопластиковых окон может быть оценена
с помощью т. н. акустического коэффициента отражения, или коэффициента
звукоизоляции K = L/Lo, где L и Lo - уровни интенсивности звука,
отраженного от ограждения и падающего на него.
Кроме того, большое значение имеет коэффициент поглощения звуковой
энергии a, равный разности между единицей и коэффициентом отражения,
или звукоизоляции.
a = 1-K
За единицу коэффициента поглощения принято поглощение
1 м2 открытого, не возвращающего энергию окна. Произведение
среднего коэффициента поглощения (металлопластикового окна,
как правило, неоднородна) на площадь поверхности A = a S определяет
общее звукопоглощение всей конструкции металлопластикового окна.
Отсюда вытекает вполне очевидная истина: чтобы защитить строительную
конструкцию, в нашем случае это жилое помещение, нужно применять
строительные материалы с максимальным коэффициентом ослабления,
уменьшить размеры ограждающей конструкции (что не представляется
возможным ввиду заданной геометрии помещения) и увеличить звукопоглощение
поверхности. Потешив читателя теорией, вернемся к практике.
Звук излучается: музыкальными инструментами, человеческим горлом,
ударом предмета о предмет, о пол, о стену, после чего распространяется
по воздуху до других твердых предметов. Воздушная звуковая волна
генерирует колебания в следующем твердом теле, и оно начинает
излучать самостоятельно. Таким образом, получается многоступенчатая
передача звуковой энергии: источник - воздух - твердое тело
- воздух и так далее. В конце концов, энергия рассеивается,
становится соизмеримой с фоном, и звук не слышен.
Падающая на какую-либо преграду звуковая энергия делится
на три составляющих. Первая часть - отраженная энергия. Чем
ее больше, тем выше звукоизоляция. Вторая часть - энергия рассеивания
внутри конструкции при прохождении волны от одной ее поверхности
к другой. Чем выше рассеивание, тем выше звукоизоляция. И, наконец,
третья часть - это энергия, прошедшая сквозь преграду.
Проблема звукоизоляции, с математической и физической
точек зрения - проблема довольно сложная. Теоретически эта задача
была решена давно. Однако в реальной жизни мы сталкиваемся с
трудностями. Тела не имеют абсолютной упругости. Поэтому кроме
теоретической акустики есть еще и практическая. И здесь очень
многое определяется знанием строительных технологий и материалов.
Поймите азы практической акустики и экспериментируйте.
Для многих непрофессионалов, понимающих акустические проблемы
на бытовом уровне, термины звукоизоляция и звукопоглощение практически
неразличимы.
Если под поглощением понимать антоним термину отражение (то
есть поглощение звука там, где он излучен - на улице, в комнате)
и не рассматривать звук, вышедший за преграду, то следует четко
понимать: хорошая звукоизоляция не обязательно подразумевает
хорошее звукопоглощение. И наоборот.
Что ж, практика, так практика. Итак, условия задачи: человек
живет в самой обычной квартире. Находясь внутри комнаты, ему
надо слушать музыку, репетировать, играть на музыкальных инструментах,
отдыхать. Давайте рассмотрим проблему с точки зрения звукоизоляции.
Как обеспечить спокойствие соседей и перестать слышать даже
шорох тапочек живущей наверху бабули?
С точки зрения звукоизоляции, наследство, которое нам досталось
от периода массового строительства - плохое наследство. Дело
в том, что звукоизоляция, в основном, определяется массивностью
конструкции. При одной и той же силе звуковых волн, повышение
массивности конструкции снижает ее вибрацию и уменьшает силу
звука, излучаемого ею. Поэтому, увеличивая массу конструкции,
вы увеличиваете звукоизоляцию. Но у нас уже есть готовые стены
и перекрытия, и увеличить их массивность - задача достаточно
сложная, тем более, что при наращивании массы конструкции в
2 раза звукоизоляция увеличивается всего лишь на 6 дБ.
Эта закономерность действует практически на всем спектре частот,
за исключением частоты волнового совпадения, где появляется
резонанс и происходит резкий провал звукоизоляции. К сожалению,
провалы возникают на средних частотах, как раз там, где мы разговариваем
- в диапазоне от 250 Гц до 1-2 кГц. И увеличивая толщину преграды,
мы понижаем граничные частоты. Что же касается высоких частот,
то здесь с физической точки зрения все проще: их легче гасить
и они быстрее затухают при прохождении от источника к преграде.
Частота волнового совпадения рассчитывается по формуле:
F=c2/1,8с1h,
где c - скорость звука при 20 °С (340 м/с);
с1 - скорость распространения звуковых волн в данном материале,
м/с; h - толщина материала.
Так как для данного материала величина c2/1,8*с1 будет постоянной,
тогда, обозначив ее как А = c2/1,8с1получаем
формулу для расчета резонансной частоты:
F=A/h
Значения величины A для различных материалов приводятся в таблице
3.
Стеклопакет с многослойным стеклом 3.3.1-2-6
Значения
постоянной А для различных материалов |
Материал |
Плотность,
кг/м2 • мм |
А,
Гц • мм |
Алюминий |
2,7 |
15,9 |
Бетон,
плотный |
2,3 |
18,7 |
Древесина,
сосна |
0,55 |
8,9 |
Стекло |
2,5 |
15,2 |
Сталь |
7,7 |
12,7 |
Гипсовая
плита |
0,82 |
39 |
Фанера |
0,6 |
21,7 |
Но вернемся к нашему дому. Если вы живете в здании дореволюционной
постройки или первых лет советской власти, и вам достались массивные
кирпичные стены и толстые (30-40 см) деревянные либо металлические
засыпные перекрытия, то звукоизоляция вашей квартиры в целом
хорошая. Но если мы будем говорить о зданиях облегченной конструкции
тридцатых и последующих годов, то, скорее всего, звукоизоляция
квартиры будет крайне мала. С одной стороны, существовали и
существуют строительные нормы и правила, в которых жестко оговорен
минимум индекса изоляции ограждающих конструкций. Например,
для воздушного шума в жилых зданиях индекс составляет 50 дБ.
Это - санитарная норма, нижний порог более-менее комфортабельного
существования. Но эта норма рассчитана на обычный шум, а не
на музицирование, застолье и шумную улицу. Кроме того, эти 50
дБ достигаются только при точном соблюдении технологии строительства.
Таким образом, большинство наших людей страдают от того, что
слышат больше, нежели хотелось бы. К сожалению, пути решения
проблемы весьма тернисты и без увеличения массы стен, потолков
и специального остекления серьезной звукоизоляции в большинстве
диапазонов частот достичь, строго говоря, невозможно.
Если говорить об ударном шуме, возникающем не от излучения в
воздух (разговор, игра на музыкальном инструменте, радио, телевидение
и так далее), а от непосредственного контакта предмета о предмет
(ходьба, удары в стену, метро или трамвай), то здесь ситуация
самая плохая. Дома последних серий собраны из жестких железобетонных
элементов с хорошей проводимостью звука, а монолитные и сварные
стыки способствуют хорошему прохождению звука. Поэтому удар
и сверление на десятом этаже приводит к слышимости на третьем,
и с этим, скажем откровенно и прямо, в бытовых условиях бороться
практически невозможно. Фактически, чтобы убрать ударные шумы,
надо создавать комнату в комнате. Но учитывая, что такие шумы
возникают эпизодически, а борьба с ними требует неимоверных
затрат, в дальнейшем не будем обсуждать эту проблему.
Что же касается речевых шумов или звука радиоприемника
и машин, здесь бороться можно и нужно. Повторяю: нельзя обойтись
без увеличения массивности. Но рост массы в 2 раза увеличивает
в 2 раза и толщину конструкции. И если толщина межквартирной
стены 16 сантиметров (в ряде современных проектов - 2 отдельные
стены по 8 сантиметров), необходимо нарастить толщину бетонной
стены до трети метра! А это невозможно, ибо нарушает устойчивость
здания, отнимает 16 сантиметров пространства с каждой стороны
комнаты и, наконец, стоит немалых денег.
Поэтому надо пытаться обхитрить природу, и один из возможных
путей - применение многослойных конструкций.
В многослойных конструкциях присутствуют твердые слои
с высокой массой и мягкие слои с высоким звукопоглощением. Для
металлопластикового окна это - стеклопакет с ламинированными
стеклами, у которого пространство между стеклами заполнено аргоном.
При этом на границе слоев происходит отражение звуковой волны
в обратную сторону. А само наличие звукопоглощающего материала
приводит к общему повышению коэффициента потерь, что снижает
падение звукоизоляции на частотах волнового совпадения. При
таком подходе главным условием является обеспечение раздельности
существующей и дополнительной стен. Ведь если их соединить жестко
через деревянные или металлические стойки гвоздями или шурупами,
то в результате большой разницы масс дополнительной и существующей
конструкций достигаемый звукоизолирующий эффект вряд ли превзойдет
4 дБ. Если же существующая и дополнительная стена отделены друг
от друга, то эффект будет значительно выше.
Звукоизоляция окон и дверей - очень важная вещь, так
как защита от воздушного уличного шума определяется не стенами,
которые выходят на улицу, а именно окнами. Эта проблема имеет
два решения. Первое - замена обычных окон на специальные звукоизолирующие
стеклопакеты. Второе, наиболее дешевое и, тем не менее, весьма
эффективное решение - ремонт стандартных некачественных деревянных
окон со спаренными или раздельными переплетами. Ремонт включает
установку более толстых стекол различной толщины ( это защитит
конструкцию от резонанса), установку стеклопакетов на герметик
(например, на силикон), прокладку звукопоглотителя по периметру
коробки между стеклами и устройство двойного контура уплотнения
в притворе. Комплекс этих кропотливых тонких работ приводит
к увеличению звукоизоляции на 10 дБ, а это совсем немало, так
как можно получить звукоизоляцию в 45 дБ (при стандартной звукоизоляции
окна 27-35 дБ) . Что же касается замены окна, мы бы посоветовали
деревянные или алюминиевые рамы с тройным остеклением. Не хочу
сказать, что пластиковые окна плохи, просто ПВХ - материал легкий,
а деревянные и алюминиевые окна более массивны и, как следствие,
имеют лучшие звукоизоляционные свойства.
Какие советы можно дать при изготовлении <шумозащитного>
стеклопакета?
При замене монолитного стекла на многослойное стекло (ламинированое,
триплекс) одинакового веса и толщины звукоизоляция увеличивается
на 3 дБ.
Увеличивая количество слоев поливинилбутиральной пленки
в многослойном стекле, можно увеличить звукоизоляцию на 1 дБ
на каждый новый слой пленки (толщина пленки 0,38 мм).
Многослойное стекло, ламинированное смолой (с толщиной смолы
до 2 мм) на 3 дБ улучшит звукоизоляцию в сравнении с многослойным
стеклом такой же толщины, ламинированным поливинилбутиральной
пленкой.
Замена монолитного стекла на многослойное стекло в стеклопакете
увеличивает звукоизоляцию на 4 дБ, увеличив расстояния между
стеклами в два раза можно повысить звукоизоляцию на 3 дБ.
Увеличив вес стекла в стеклопакете с монолитным стеклом в два
раза, можно на увеличить звукоизоляцию 1 дБ.
В стеклопакете с многослойным стеклом при расстоянии
между стеклами менее 24 мм увеличение веса стекла в два раза
приведет к подъему звукоизоляции на 3 дБ, при расстоянии больше
24 мм - только на 1 дБ.
Хорошие результаты, с точки зрения звукоизоляции, достигаются
при заглублении окoн в стену здания или при расположении их
под разным углом к источнику звука (для металлопластиковых окон,
находящихся в одном помещении). Хорошо помогают дополнительные
преграды в виде защитных ролет или жалюзи.
Завершая разговор о звукоизоляции, хотелось бы предостеречь
потенциальных заказчиков от общей ошибки. Дело в том, что очень
часто неискушенный проектировщик путает теплоизоляционные и
звукоизоляционные материалы и конструкции. К сожалению, это
вносит большую и вредную путаницу. Так что рекомендую очень
четко разделять понятия тепло- и звукоизоляции. Кроме того,
к звукоизоляции не имеют никакого отношения ни обои, ни тонкослойные
конструкции, ни всяческие пленки.
Перейдем от звукоизоляции к звукопоглощению.
Звукопоглощение - это отсутствие отражения акустических колебаний
от преграды назад в воздушную среду. Войдите в пустую, бетонную
комнату - и возникающая там реверберация (послезвучание) наложится
на речь, снизит разборчивость, приведет к быстрой утомляемости.
Таким образом, увеличивая звукопоглощение, мы создаем более
приятную и комфортную акустическую среду. Другими словами, снижение
шума достигается не только через усиление звукоизоляции, но
и через звукопоглощение.
Но в сильно заглушенном помещении, благодаря отсутствию
запаздывающих отраженных сигналов, звук теряет свою сочность.
Поэтому реверберация очень важна при восприятии <живого>
вокала, звука музыкальных инструментов, речи (в театрах, концертных
залах и т. д.). А вот в случае с жилыми комнатами ситуация обратная.
Поэтому в жилые помещения следует максимально заглушать, минимизируя
отражения. Если не удается усилить звукоизоляцию окна, попытайтесь
усилить звукопоглощение в помещении.
Заглушение достигается путем применения звукопоглощающих
материалов - сегодня на строительном рынке их очень много. Это
мягкие пористые материалы, конкурирующие между собой и по звукопоглощающим
свойствам, и по цене, и по дизайну. Это ковры на полу или стенах.
Звукопоглотителями являются мебель (и не только мягкая), шторы,
занавеси и даже присутствующие в комнате люди.
Правильное (не максимальное, а именно правильное) звукопоглощение
особенно важно в больших помещениях - здесь только искусство
акустика способно создавать комфортное восприятие звукового
источника. К сожалению, длина стен современных жилых комнат
обычно не превышает 4-6 метров. И на низких частотах у вас будут
серьезные проблемы, так как волна может не уложиться между стенами
комнаты (длина волны с частотой, например, 100 Гц составляет
3,4 м) и при отражении будет происходить хаотическое наложение
амплитуд и возникнет эффект так называемого <бубнежа>.
Поэтому при выборе системы звукопоглощения надо обязательно
учитывать физические параметры помещения и не пытаться добиться
невозможного.
Если же у вас есть возможность жить на даче или в загородном
доме, то лучше жить именно там, так как самый лучший способ
защиты от шума - это находится от него как можно дальше.