» Строительство »

звукоізоляція вікон

  1. Властивості звукової хвилі характеризуються трьома основними показниками
  2. Закони будівельної акустики
  3. Звукоізоляція вікон залежить від трьох чинників:
  4. Примітки
  5. внесок учасника

З точки зору проектування акустичного мікроклімату приміщень, під шумом розуміється всякий небажаний звук, що викликає у людини негативні відчуття.

Фізична природа звуку пов'язана з виникненням і поширенням хвильових коливань в будь-якому речовині, будь то повітря, рідина або тверде тіло. Поширення звукових хвиль в повітрі відбувається за рахунок його поперемінного стиснення-розрідження, створюваного деяким джерелом звуку.

Поперемінне стиснення і розрідження повітря буде спостерігатися в деякій області простору навколо джерела, званої в спеціалізованій літературі звуковим полем. При цьому в межах звукового поля буде спостерігатися різниця між тиском в шарі стиснення або розрідження і звичайним атмосферним тиском, звана звуковим тиском (в ряді джерел - «акустичне тиск»).

Властивості звукової хвилі характеризуються трьома основними показниками

  1. частотою,
  2. довжиною хвилі і
  3. швидкістю поширення хвилі.

Частота звуку f - визначає кількість коливань в одну секунду і вимірюється в Герцах [гц]. Величина в 1 герц - це частота, при якій в одну секунду відбувається одне коливання. Величина названа по імені німецького вченого Генріха Герца.

Довжина хвилі l - визначає відстань між найближчими шарами стиснення (або розрядження) і вимірюється в метрах [м].

Процес визначення швидкості звуку в повітрі зайняв кілька століть. Перші досліди в цьому напрямку належать до 1630 році і пов'язані з ім'ям французького вченого Марена Марсенею. Через півстоліття Ісаак Ньютон зробив першу спробу теоретичного обчислення швидкості звуку; отримані ним дані згодом були уточнені в роботах Пуассона і Лапласа. І тільки в 1822 році групою вчених у складі Гей-Люссака, Араго, Гумбольта і ін. Поблизу Парижа були поставлені досліди, які підтвердили виведені раніше теоретичні залежності для швидкості звуку в повітрі.

Вченими було встановлено, що швидкість звуку в повітрі залежить від його температури і становить 331,5 м / с при 0 ° С і 344 м / с при 20 ° С. В акустичних розрахунках приймається величина швидкості звуку c при нормальному атмосферному тиску і температурі 290 К (17 ° С), відповідно рівна 340 м / с.

Довжина хвилі, частота і швидкість звуку пов'язані між собою наступною залежністю:

L = c × f

Основний акустичної величиною, використовуваної для оцінки зміни гучності звуку при зміні потоку енергії звукової хвилі, є рівень звукового тиску L, що визначається як

L = 20 lg (P / Po), де Р - значення звукового тиску в даній точці звукового поля; Po = 2 x 10-5 Па - звуковий тиск, відповідне порогу чутності

Звуковий тиск вимірюється величиною, званої децибел [дб] і, відповідно, що становить десяту частину від одиниці гучності - бел [б].

Різниця рівнів звукового тиску в 1дБ відповідає мінімальній величині, помітною слухом.

0 дБ SPL - чутно власне дихання і серце; 5 дБ SPL - майже нічого не чути; 10 дБ SPL - майже не чути - шепіт, цокання годинника, тихий шелест листя; 15 дБ SPL - ледь чутно - шелест листя; 20 дБ SPL - ледь чутно - норма шуму в житлових приміщеннях; 25 дБ SPL - тихо - сільська місцевість далеко від доріг; 30 дБ SPL - тихо - настінний годинник; 35 дБ SPL - добре чутно - приглушений розмова; 40 дБ SPL - добре чутно - тиха розмова, установа (офіс) без джерел шуму; 50 дБ SPL - чітко чутно - розмова середньої гучності, тиха вулиця, пральна машина; 60 дБ SPL - шумно - звичайна розмова, норма для контор; 65 дБ SPL - шумно - голосна розмова на відстані 1 м; 70 дБ SPL - шумно - гучні розмови на відстані 1 м, шум друкарської машинки, гучна вулиця, пилосос на відстані 3 м; 75 дБ SPL - шумно - крик, сміх з відстані 1 м; шум в залізничному вагоні; 80 дБ SPL - дуже шумно - гучний будильник на відстані 1 м; крик; мотоцикл з глушником; шум працюючого двигуна вантажного автомобіля; 85 дБ SPL - дуже шумно - гучний крик, мотоцикл з глушником; 90 дБ SPL - дуже шумно - гучні крики, пневматичний відбійний молоток, важкий дизельної вантажівки на відстані 7 м, вантажний вагон на відстані 7 м; 95 дБ SPL - дуже шумно - вагон метро на відстані 7 м; 100 дБ SPL - вкрай шумно - гучний автомобільний сигнал на відстані 5-7 м, ковальський цех, дуже галасливий завод; 110 дБ SPL - вкрай шумно - шум працюючого трактора на відстані 1 м, гучна музика, вертоліт; 115 дБ SPL - вкрай шумно - піскоструминний апарат на відстані 1 м; 120 дБ SPL - майже нестерпно - грім (іноді до 120 дБ), відбійний молоток на відстані 1 м; поріг больового відчуття; 130 дБ SPL - біль - сирена, шум клепки котлів; 140 дБ SPL - контузія - максимальна гучність на рок-концерті; зліт реактивного літака на відстані 25 м; 145 дБ SPL - контузія - зліт ракети; 150 дБ SPL - контузія, травми - зліт ракети на Місяць з екіпажем, на відстані 100 м; 160 дБ SPL - шок, травми, можливий розрив барабанної перетинки - постріл з рушниці близько від вуха; ударна хвиля від надзвукового літака або вибуху тиском 0,002 МПа;

Як величини, про яку йдеться в нормативних будівельних і санітарно-гігієнічних документах, а також на екологічних шумових картах, що вибудовуються на підставі натурних вимірів шуму біля фасаду будівлі, застосовується так званий «рівень звуку» (або «рівень шуму» у багатьох літературних джерелах). Величина рівня звуку Lа є значення рівня звукового тиску L, скоригованого відповідно до особливостей сприйняття звуку людським вухом на різних частотах.

Значення рівня звуку вимірюються в [дбА] (децибел-А), що вказує на поправку, що вводиться в значення рівнів звукового тиску, виміряних в децибелах, відповідно до кривої частотної корекції А, яка моделюється на акустичних приладах.
Допустимі рівні шуму в житлових і громадських будівлях регламентуються наступними нормативними документами:

У відповідності з усіма перерахованими документами допустимий рівень звуку в житлових кімнатах повинен становити не більше 40 дБА в денний час - з 7 00 до 23 00 і не більше 30 дБА в нічний час - з 23 00 до 7 00.

Шум більшості міських джерел включає звуки майже всіх смуг частот слухового діапазону, але відрізняється розподілом рівнів звукового тиску по частотах і неоднаковим зміною їх за часом. Таким чином, шум навколишнього середовища людини утворюється в результаті складного підсумовування шумів багатьох джерел, причому розподіл різних видів шуму здатне змінюватися від одного моменту часу до іншого.

Проте, потрібно розуміти, що зниження рівня шуму з 85-90 дБА (що відповідає швидкісної автомагістралі), до 40 дБА в приміщенні, представляє з себе складну технічну задачу, навіть, відкидаючи на першому етапі необхідність провітрювання.

Звук поширюється від джерела рівномірно на всі боки, якщо на його шляху немає ніяких перешкод, розмір яких досить великий. Звукові хвилі, як і всякі хвилі, здатні огинати перешкоди, «не помічати» їх, якщо їх розміри менше, ніж довжина хвилі. Довжина чутних в повітрі звукових хвиль коливається від 15 м до 0,015 м. Якщо у перешкод на їхньому шляху менші розміри, наприклад, поодинокі стовбури дерев, то хвилі їх просто оминають. Перешкода великих розмірів відображає звукові хвилі за тим же законом, що і світлові: кут падіння дорівнює куту відбиття.

При проектуванні захисту житлових будинків від впливу транспортного шуму необхідно розуміти, що застосування активної шумозахисту є основним і найбільш ефективним методом. Аж до початку економічних реформ і формування нових економічних відносин, питання боротьби з шумом в м Москві розглядався, насамперед, як містобудівна.

Закони будівельної акустики

Існує кілька законів будівельної акустики, покладених в основу проектування шумозахисних вікон.

Один з них пов'язаний з закономірностями сприйняття звуку людиною на різних частотах. У будівельній техніці прийнято розглядати діапазон частот, що сприймається органами слуху людини, в інтервалі від 32 до 4000 Гц.

При проведенні акустичних розрахунків і вимірювань частотний спектр чутного шуму розбивається на октавні смуги частот (октави), обмежені нижньою частотою f1 і верхньої частотою f2, при цьому f2 / f1 = 2. Таким чином октава - це подвоєння частоти. Як частоти, що характеризує смугу в цілому, береться середньогеометричними частота.

f = w f1 / f2

Крайні і середньогеометричні частоти октавних смуг стандартизовані і наведені в таблиці.

Номер октави 1 2 3 4 5 6 7 Частоти низькі середні високі Октавні смуги частот, f1-f2, Гц 45-90 90-180 180-355 355-710 710-1400 1400-2800 2800-5600 Середньо-геометрична частота, Гц 63 125 250 500 1000 2000 4000

Найбільшу чутливість до звукових впливів людина проявляє на середніх частотах (в інтервалі приблизно від 1000 до 3000 Гц), дещо гірше чує високі (приблизно від 3000 до 20 000 Гц), і найменш чутливий до звуку на низьких (приблизно від 20 до 400 Гц) .

Шум більшості міських джерел включає звуки майже всіх смуг частот слухового діапазону, але відрізняється різним розподілом рівнів звукового тиску по частотах і неоднаковим зміною їх за часом. Транспортний шум є низькочастотним, і для його зниження важливий діапазон частот приблизно до 1000 Гц.

За своєю природою, транспортний шум, що падає на фасад будівлі, є так званим повітряним шумом, що виникають при випромінюванні звуку джерелом в повітряний простір. Звукова хвиля досягає будь-якого огорожі і викликає його коливання. Нестійке огорожу, в свою чергу, випромінює звук в суміжне приміщення, і таким чином, повітряний шум досягає сприймає його людини.

Очевидно, що падає звуковий хвилі набагато важче «розгойдати» масивні важкі стіни, ніж тонкі і відносно легкі скла або склопакети. Цей ефект описується в будівельній акустиці законом маси, згідно з яким звукоізолюючі якості конструкції зростають в логарифмічною пропорційній залежності зі збільшенням її маси і частоти падаючого звуку.

Відповідно, при падінні звукових хвиль від транспортного потоку на будівлю, переважна частка шумового навантаження сприймається вікнами. Саме вони, за відсутності у фасаду будівлі екранують елементів активної шумозахисту, практично повністю визначають ступінь акустичної захисту приміщення. Ступінь акустичної захисту, що забезпечується будь огороджувальної конструкцією, в тому числі і вікном, прийнято виражати у вигляді різниці рівнів звукового тиску на території (у приміщенні), де знаходиться джерело шуму L іст і в изолируемую приміщенні L пом. Різниця рівнів звукового тиску L іст - L пом, таким чином, визначає шумозахисні якості конструкції, що встановлюється на шляху проходження звукової хвилі, і називається звукоізоляцією конструкції R [дБ], що може бути записано у вигляді відповідного рівняння.

R = L іст - L пом (1)

У вітчизняній документації на вікна, як правило, вказується індекс звукоізоляції вікна Rw [дБ], певний на підставі лабораторних випробувань або, набагато частіше - індекс Ra [дБА], що представляє собою індекс Rw, перерахований з урахуванням поправки на чутливість людського вуха за шкалою А .

Індекси звукоізоляції Rw і Ra є інтегральними величинами і обчислюються щодо нормативної кривої звукоізоляції, що міститься в будівельних нормах, і враховує необхідну різницю рівнів звукового тиску L іст - L пом (див. Рівняння 1), яка повинна бути забезпечена на кожній з частот нормованого діапазону ( см. табл. 1) відповідно до їх чутністю вухом людини. [1]

Основинмі джерелами зовнішнього шуму в населених пунктах є:

  • транспортні потоки;
  • залізничні потяги;
  • засоби повітряного транспорту;
  • джерела шуму всередині груп житлових будинків.

Шум більшості міських джерел включає звуки майже всіх смуг частот слухового діапазону, але відрізняється різним розподілом рівнів звукового тиску по частотах і часу. З цього випливає, що шум навколишнього середовища людини утворюється в результаті складного підсумовування шумів багатьох джерел.

В якості основної величини для оцінки шумового режиму в місцях відпочинку, проживання та роботи населення встановлена ​​осредненная величина-еквівалентний рівень звуку LAекв, вимірюваний в дБА. Для оцінки шуму, створюваного будь-яким Істочному в населених пунктах, застосовують еквівалентний рівень звуку, виміряний на певному базисному відстані від нього. У Росії в якості базового застосовується відстань в 7,5 м.

Розрахункові шумові характеристики транспортних потоків на вулицях міст і дорогах для умов руху транспорту в годину "пік" (таблиця 27 СНиП II-12-77 "Захист від шуму")

№ & Категорія вулиць і доріг Число смуг руху проїжджої частини в обох напрямках Шумова характеристика транспортного в дБА 1 Швидкісні дороги 6
8 86
87 2 Магістральні вулиці і дороги: загальноміського значення:

  • безперервного руху;
  • регульованого руху

6
8
4
6 84
85
81
82 3 Магістральні вулиці і дороги районного значення 4
6 81
82 4 Дороги вантажного руху 2
4 79
81 5 Вулиці та дороги місцевого значення:

  • житлові вулиці;
  • дороги промислових і комунально-складських районів

2
4

2

73
75

79


Проаналізуємо схему проходження звуку через вікно. З точки зору акустики вікно, встановлене у віконному отворі є неоднорідною конструкцією, що складається з декількох елементів, по-різному впливають на передачу звуку в приміщення: елементів профільної системи - рамної частини і палітурок; склопакета і монтажного шва.

За умови гарного ущільнення вікна основна частка проникаючого звуку доводиться на склопакет. Передача звуку через склопакет здійснюється наступним чином.

Передача звуку через склопакет здійснюється наступним чином

Звукові хвилі падають на зовнішнє скло, що має масу 1 м 2 m1, і викликають в ньому коливання. Що знаходиться в прошарку повітря виконує роль амортизатора, в якому ці коливання загасають. Таким чином, на внутрішнє скло з масою 1 м 2 m2, приходить вже ослаблене звукове вплив, яке, в свою чергу, збуджує коливання в цьому склі. Нестійке внутрішнє скло випромінює звук в приміщення.

Повністю погасити звукові коливання така система не в змозі; проходження певної частки падаючого звуку в приміщення - неминуче в силу виникнення резонансних явищ. Теоретично і експериментально встановлено, що склопакет як конструктивна система має два основних резонансних діапазону. Перший резонанс (в інтервалі частот від 100 до 400 Гц) має місце при збігу частоти падаючих звукових хвиль f з власною частотою коливання скління f0. На цій частоті скла починають здійснювати ритмічні, що підсилюють один одного коливання, підвищуючи тим самим проходження звуку через скло. Звукоізоляція стелопакет в цей момент різко падає. Другий резонанс (просторово-частотний) має місце, як правило, в діапазоні частот від 800 до 3000 Гц. У цей момент звукоізоляція склопакета погіршується за рахунок різкого зростання амплітуди коливань кожного з стекол.

Звукоізоляція вікон залежить від трьох чинників:

  1. товщини стекол,
  2. величини повітряного проміжку
  3. і герметичності притвору.


Змінюючи товщину повітряного проміжку між стеклами, а також співвідношення їх мас, ми можемо домогтися пом'якшення резонансних ефектів. При цьому підвищення звукоізоляції склопакета в основному буде досягатися за рахунок максимально можливого виведення резонансних частот в діапазон, найбільш погано чутний людиною.

Вплив герметичності притвору наочно видно з порівняння звукоізоляції звичайного спареного вікна зі склом 3 мм: без прокладок RA тран = 21 дБА, з одного прокладкою 27 дБА, з подвійною прокладкою 29 дБА і повністю герметичне (пластиліном) 30 дБА.

Фахівці з Чехії і Німеччини зазнавали склопакети із заповненням різними газами. За їх результатами заповнення аргоном, неоном, вуглекислим газом, воднем і фреоном практично не покращує звукоізоляцію, відхилення від результатів для аналогічних склопакетів з повітрям знаходяться в межах ± 1 дБА за інтегральною оцінкою. Єдиний газ, що дає стійке збільшення звукоізоляції на 2-3 дБ, це шестифториста сірка (SF6).
Оптимальними характеристика має система зі склом різної товщини. В цьому випадку частоти звукових хвиль не збігаються, частотна характеристика згладжується і не має провалів.

У рекламних листах віконних компаній, як правило, приводиться значення індексу звукоізоляції Rw, виражене в дБ, отримане при випробуваннях в лабораторії під впливом постійного шуму, який надає такий же вплив на людину, як і непостійний міський шум. Величина Rw не враховує специфіку впливу транспортного шуму і визначається, виходячи чисто з різниці рівнів звукового тиску без урахування звукопоглинання в конкретному приміщенні. При цьому в більшості практичних випадків величина RА ≈ 0,6Rw + 6 (2) [2]

Наведемо співвідношення індексу звукоізоляції Rw (f також індексу Ra, наближено розрахованого за формулою 2, з реальними звукоізоляційні якості скління, для конструкцій)

№ п / п
конструкція скління
Індекс ізоляції Rw (дБ)
Індекс ізоляції Ra (дБА)
одинарні скла
1
3мм
24
20,4
2
4мм
26
21,6
3
6мм
28
22,8
4
8мм
30
24
Подвійне скління (склопакети
5
3-10-3
30,5
24,3
6
4-10-4
33
25,8
7
6-10-6
34,5
26,7
8
3-20-3
33
25,8
9
4-20-4
34
26,4
10
6-20-6
36
27,6
11
4-10-6
36
27,6

Двокамерні склопакети, за умови розміщення скла посередині між крайніми стеклами не дає зростання звукоізоляції, так як в такій системі відбувається підвищення резонансної частоти в порівнянні з однокамерним склопакетом, до значень, максимально наближених до області найкращою чутності. Так однокмаерний склопакет 4-12-4 має резонансну частоти 250Гц, а двокамерний 4-12-4-12-4- 300Гц. При цьому індекс ізоляції Ra такого склопакета складає все лише 28дБ.

Високі значення індексів звукоізоляції склопакетів, аж до Rw = 38дБ досягається в основному за рахунок використання в склопакеті стекол зі спеціальним проміжним слоем- акустичної плівкою (триплекс). Акустична плівка має товщину від 1 до 2 мм і є свого роду демфера коливань, що забезпечує загасання звукових хвиль безпосередньо в склі за рахунок тертя.

Правильно запроектовані світлопрозорі огороджувальні конструкції забезпечують зниження рівня звуку вуличного шуму LАекв вул до еквівалентного рівня звуку, допустимого для даного приміщення LАекв пом. Величина LАекв = LАекв вул-LАекв пом визначає значення звукоізоляції конструкції скління від повітряного шуму R. При проектуванні вікон прийнято також враховувати звукопоглощеніе- перетворення енергії звуку, що проникає в приміщення, в теплову енергію- конструкціями стін, перекриттів, а також окремих поглотітелей- меблів, килимів і т.п.
Але навіть найкращі склопакети з високими звукоізоляційні характеристики не гарантують аналогічно високої звукоізоляції всього віконного блоку. Найважливішу роль відіграють стабільність геометрії і ступінь ущільнення вікна: жорсткість і масивність віконного профілю, рівномірність притиску стулок до рами по всьому контуру елементами периметральної фурнітури, якість ущільнюючих прокладок і матеріалів заповнення монтажного шва між віконним блоком і стінним отвором.

Значно вищі результати по вікнах, які мають три скла, можна отримати шляхом установки додаткової стулки з одинарним склом. Наприклад такі вікна встановлюють в Фінляндії. У такій конструкції за рахунок різниці повітряних проміжків між стеклами можна отримати значення індексу ізоляції Ra близько 33-34 дБА.

Більш докладні відомості по шумозахисних властивостей скління викладені в статті " Основні принципи проектування шумозащитного скління ".

Примітки

  1. І.В.Боріскіна, А.В.Захаров "Фізична природа шуму і методи захисту від нього"
  2. І.В.Боріскіна, А.А.Плотніков, А.В.Захаров "Проектування сучасних віконних систем цивільних будівель"

внесок учасника

Смирнова Дана

Посетители рекомендуют:
Полезно знать:
Современные строительные технологии Геология, города и строительство © Все права сохранены.