Воздушный и структурный шум*

12 мая 2016
Автор: ROCKWOOL

Для обеспечения в помещении требуемых уровней звукового давления ограждающие конструкции должны обладать необходимыми звукоизоляционными характеристиками. В строительной акустике нормируются звукоизоляционные характеристики для двух основных видов шума:

 

  • воздушный шум; звуковые колебания при этом шуме возникают и распространяются в воздухе. К нему относятся человеческая речь, звуки музыкальных инструментов, акустической системы, телевизора;

 

  • ударный шум; звуковые колебания при этом шуме возникают непосредственно в толще ограждающей конструкции в результате механического воздействия. Он возникает при ударе молотка при забивании гвоздя, при сверлении отверстий в стене, при ходьбе, при хлопаньи дверей.

 

 

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.

 

 

Передача шума в помещение может происходить прямым и косвенным (обходным) путем. Колебания, вызванные воздушным и ударным шумом, распространяются по смежным конструкциям — перегородкам, стенам, перекрытиям, а затем частицам воздуха. В результате распространения структурного шума жители дома могут слышать, как работает перфоратор в квартире, расположенной несколькими этажами выше.

 

 

Звукоизолирующие преграды, устанавливаемые на пути распространения воздушного шума могут достаточно надежно защищать от него место пребывания человека. Для однослойных массивных ограждений существует зависимость — чем оно массивнее, тем лучше оно изолирует помещение от шума, 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.

 

При большой массе однородной конструкции значительная часть звуковой энергии уходит на преодоление внутренних сил трения плотно соприкасающихся частиц, за счет чего звукоизоляция конструкции повышается. На частотах более 100 Гц звукоизоляция подчиняется «закону масс»:

 

 

где m — поверхностная плотность конструкции, кг/м2; f — частота звука, Гц.

 

В соответствии с этим законом, удвоение массы конструкции приводит к улучшению звукоизоляции в среднем на 6 дБ.

 

 

В соответствии с СП 23–103–2003, индекс изоляции воздушного шума массивных однослойных стен допускается определять по формуле:

 

 

где m — поверхностная плотность конструкции, кг/м2; K — коэффициент (по табл. 10 – СП 23–103–2003).

 

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 сниже- ния 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.

 

 

При низких частотах скорость распространения изгибных волн в конструкции меньше скорости звука. При падении звуковой волны под углом Θ на определенной частоте f0 длина изгибной волны λизг в конструкции становится равна проекции звуковой волны на конструкцию. На этой так называемой граничной частоте происходит совпадение волн, в результате интенсивность колебаний конструкции резко возрастает, что приводит к снижению изоляции звука. Это явление называется волновым совпадением, при котором:

 

 

Для оценки звукоизоляционных качеств ограждений необходимо определить его граничную частоту колебаний f0, на частотах ниже — ее ограждения обладают низкой звукоизоляцией.

 

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 под дверью или неплотно смонтированная электрическая розетка в стене существенно снизят звукоизоляционные свойства любой, даже самой качественной конструкции. Герметичность ограждений — основополагающий фактор защиты от проникновения воздушного шума.

 

Частота звука, падающего на ограждение, влияет на ее звукоизоляционные свойства. Звуки низкой частоты легче проникают через ограждение, высокой — труднее. При низких частотах звуковое давление воздействует медленнее и легче раскачивает и приводит в колебательное движение ограждение. На высоких — действие звукового давления кратковременно, поэтому преодолеть инерцию и заставить ограждение колебаться — труднее.

 

Заставить вибрировать твердое тело под действием воздушного шума очень сложно, а вот двигатель, работающий на бетонном перекрытии, офисный принтер, установленный не полу, или же перфоратор, сверлящий отверстие, довольно легко возбуждают колебания в структуре материала. Эти вибрации могут перемещаться на огромные расстояния без больших потерь: например сила звука горизонтальных вибраций в структуре дерева, бетона или кирпича снижается всего на 2 дБ на каждые 30,5 метра длины, а в стали звук движется в 20 раз быстрее при тех же потерях.

 

Конструкция плиты перекрытия не может обеспечить снижение уровня ударного шума до комфортных для человека значений, поскольку затухание звука в железобетонной плите перекрытия настолько мало, что, даже увеличивая толщину плиты, добиться приемлемых значений излучаемого шума невозможно.

 

Производители