Шумоизоляция и звукоизоляция краткая теория.
Содержание:
1.Они или мы?
Что глушить?
Слух и звук Насколько глушить?
Где глушить?
Чем глушить?
Шумовое загрязнение – не последний из вредных побочных эффектов все усложняющегося мира. Сосед, играющий на кларнете и трубе, уже никому не покажется замечательным. Даже если все знают, что он хороший человек, игрой зарабатывает себе на жизнь и средств на аренду зала для репетиций не имеет. Вся совокупность обстоятельств современной жизни усугубляет плохое влияние зашумленности на человека, поэтому звукоизоляция жилища в наше время является жизненно необходимой.
1.Они или мы?
Стены,пол,потолок,окна – не главные, но и не последние пути проникновения шума в квартиру. Бороться с шумом непросто. Прежде всего необходима комплексная звукоизоляция от нижних соседей, т.к. звук менее всего затухает, распространяясь снизу вверх. Если соседи несговорчивы и регулярно шумят, полагаться можно только на себя и тратиться на изоляцию нужно постараться поменьше; возможные варианты будут рассмотрены далее по ходу изложения. Однако глушить нужно и шумы, распространяющиеся сквозь стены и пол в обратном направлении. Во-первых, соседи, пусть и скандальные, люди с теми же правами. Во-вторых, успешное шумоподавление в жилом доме может быть только комплексным: превращение одной отдельно взятой квартиры в сурдокамеру технически возможно не более, чем построение коммунизма в одном отдельно взятом городе.
2.Что глушить?
Звуко- и шумоподавление часто считают синонимами, но это не совсем верно. Применительно к нашей теме различия следующие:
Звукоизоляция – при подавлении спектр нежелательных звуков (шумов) изменяется настолько, что они теряют внятность, т.е. различимые на слух осмысленные компоненты. Невнятный посторонний звук при той же интенсивности (см. далее), что и смысловой, значительно не так раздражает, а при регулярном и/или долговременном воздействии меньше приносит вреда здоровью телесному и душевному. Звукоизоляция, как правило, мероприятие технически сложное, дорогое и производится в процессе постройки здания или приурочивается к его капремонту.
Шумоизоляция означает, что посторонние звуки подавляются без преобразования спектра. Фоновый шум остается как есть, но приглушается до порога психофизиологического восприятия (также см. далее), т.е. приборами фиксируется, но в сознании не откладывается и жить не мешает. Внезапные резкие звуки глушатся до порога комфортности – слышно, но не раздражает. Помимо большей простоты и дешевизны, шумоизоляция еще и естественнее – жить в полной тишине все равно что, будучи зрячим, ходить с завязанными глазами, простукивая дорогу палочкой.
Слух и звук.Насколько глушить?
Сделать звукоизоляцию или выбрать подходящего подрядчика для нее невозможно, не владея некоторыми специальными познаниями. Материалов, схем и способов для подавления шумов в помещениях на рынке – глаза разбегаются и уши вянут. Практически одно и тоже можно найти под совершенно различными названиями и запутанными описаниями, а принципиально различные продукты могут после «обработки» маркетологами выглядеть схожими. Нам понадобится более всего раздел акустики – строительная акустика – и тесно связанная со всей наукой о звуке дисциплина психофизиология слуха, или ПФ
Слух Человеческое ухо различает звуки в огромном диапазоне частот, от 20 до 20 000 Гц, и уровней интенсивности в 140 дБ (децибел). дБ – 1/10 единицы измерения отношения величин, названной в честь изобретателя телефона Александра Белла. Отношение уровней интенсивности звука в дБ есть L(дБ) = 20lg(L1/L2), т.е., чтобы получить отношение в разах, нужно L(дБ) поделить на 20 и возвести 10 в степень, равную полученному числу. 140 дБ, таким образом, соответствуют разнице в 10 000 000 раз. На практике часто необходимо уровень звука выразить в дБ относительно некоторой условной нулевой величины, называемой порогом слышимости. Такой абсолютный уровень интенсивности звука обозначается L(дБА). Так же выражается в дБ поток мощности звука, а вот собственно его мощность пропорциональна квадрату интенсивности, поэтому в дБ она выражается так: P(дБм) = 10lg(P1/P2). Чувствительность уха и по частоте, и по уровню логарифмическая, т.е. ухо как бы непроизвольно вслушивается, стараясь различить слабый сигнал на фоне сильного «забивающего». Наши пращурам это помогло выжить и добиться успеха, но звукоизоляцию затрудняет: чем сильнее глушим, тем лучше ухо различает остатки. Также чувствительность уха очень неравномерна по частоте, что показано слева на рис., где изображено семейство кривых равной громкости; слышимая громкость звука измеряется в фонах. Те самые 140 дБА – это т. наз. болевой порог: ухо перестает различать звуки по смыслу и воспринимает звук просто как неприятный раздражитель. Как p с тильдой обозначено абсолютное мгновенное максимальное давление звуковой волны. Кривые равной громкости и шкала психофизиологического восприятия шума.
Психофизиологическое действие шума, т.е. его воздействие на настроение, самочувствие и здоровье людей, определяется несколько по-иному, см. справа на рис. Там же даны максимально допустимые уровни невнятной зашумленности для помещений различного назначения. Невыносимый шум значит – способный без средств индивидуальной защиты немедленно повредить органы человека и/или вызвать контузию. У самолета он измеряется на концах крыла; еще источниками невыносимого шума могут быть взрывные устройства, катастрофическое обрушение высотных сооружений и природные катаклизмы.
В некоторых странах принята т. наз. расширенная шкала психофизиологического действия шума, где максимальная зашумленность установлена:
Детские, спальни – 20-26 дБА.
Тихие рабочие помещения – 34-36 дБА.
Общие жилые комнаты – 40-44 дБА.
Общественные помещения – 60 дБА.
Офисы и открытые общественные места – 70 дБА.
Производственные помещения – 90 дБА.
Т.е., на работе и на людях там в общем может быть шумнее, а вот дома должно быть «тише воды, ниже травы». Но что любопытно: в таких странах массовые беспорядки и разные брожения-завихрения массового сознания возникают примерно втрое чаще при прочих равных условиях и длятся в 7-10 раз дольше. Это, безусловно, не определяющий фактор «зомбирования» и «раскачки», но – курочка по зернышку клюет…
Звук
«Характеры» звуков Действие звука на человека также сильно зависит от его спектра. Менее всего ощутимы и вредны шумы структурного спектра (поз. 1 на рис.): сплошного, плавного, невнятного. Промышленное оборудование, напр. венткамера или насос подкачки в высотке, дает структурный спектр «розовый», с преобладанием низкочастотных (НЧ) составляющих, а электроинструмент – «голубой», более насыщенный высокочастотными (ВЧ) компонентами. Глушение структурного шума требуется менее глубокое, чем внятного той же интенсивности, примерно на 12 дБ, т.е. 4 раза.
Внятный спектр похож на структурный, но содержит смысловые составляющие. При изменении громкости внятного шума огибающая его слышимого спектра также изменяется (поз. 2), т.к. ухо вслушивается в что-то, вроде бы значащее. Степень глушения внятного шума является эталонной и приводится в спецификациях на звукоизолирующие материалы, проектах звукоизоляции и т.п. Самый вредный шум – спектрально-ударный (СУШ), поз. 3. Он действует не только своим наличием, но и отсутствием: ждать очередного «буха» или серии иной раз тягостнее, чем слышать их. Острова ударного спектра располагаются на шкале частот с промежутками, кратными основной частоте первичного (вызвавшего шум) воздействия. Они могут сливаться (нечто серенькое за заднем плане поз. 3), и тогда ударный спектр похож на сплошной, но с большой разницей: достаточно заглушить шум от первичного воздействия (а на поз. 3), уймутся и остальные. Тем не менее, глушение СУШ в строительных конструкциях – задача трудная: первичный остров, как правило, высокой интенсивности и низкочастотный, а НЧ в плотных тяжелых материалах глушатся гораздо труднее ВЧ. В среднем, для глушения СУШ требуется шумоизоляция на 20-26 дБ (в 10-20 раз) эффективнее, чем для внятного шума.
Насколько глушить?
Теперь вернемся к цветным деталям на кривых равной громкости. Сразу же видно, что для глушения «визжащих» ВЧ шумов, менее слышимых НЧ и внятных в диапазоне наилучшей слышимости 200-5000 Гц до уровня на грани комфортности в 85 дБА требуется примерно одна и та же изоляция, это уже хорошо. Учтем еще следующее: Интенсивность звука зависит от амплитуды колебаний излучателя (см. далее) по квадрату частоты, т.е. НЧ излучаются в воздух плохо. Негативное воздействие ВЧ звуков более кратковременно, а НЧ вреднее при долговременном воздействии. Уровни чрезмерно громких, но переносимых звуков лежат в диапазоне 100-126 дБА; это соотв. пневмоперфоратор в непосредственной близости или заходящий на посадку над домом реактивный лайнер (100 дБА), от рок-группы в первых рядах партера (110 дб) и петарда в 1 м от уха (126 дБА).
Заглушить шум от болевого порога до шелеста листьев в жилом доме просто невозможно. Петарды в жилье взрывать запрещено, усилитель для сцены дома проводка не потянет. Поэтому пойдем от 100 дБА строительного инструмента. Чтобы заглушить их до вполне комфортных 45 дБА, понадобится изоляция на 55 дБ, что в доме достижимо без глобального ремонта. Тогда при шуме в 140 дБА в помещении будет 85 дБА, что кратковременно переносимо. Закладываться на непереносимые шумы смысла нет, т.к. их возникновение в обжитых местах предсказать невозможно. Собственно, мы «на пальцах» пришли к нормативному индексу подавления шума –Iв по СНиП II-12-77 в 60дБ.
4.Где глушить?
Воздушный шум проникает сквозь щели и дыры, зазоры и проемы в перекрытии. Воздушный шум довольно громок, а на полу бороться с ним особенно трудно: нужно снимать настил, сбивать стяжку до плиты и заделывать звукоизолирующей мастикой и/или вспененными изоляторами все его лазейки.
Виброшумы проникают косвенно: первичный источник создает в стенах волны механических напряжений со структурным спектром. Дойдя в стене до венца (корня) заложения в нее плиты, волны бросаются в нее просто с остервенением, а дальше вверх их уходит чуть-чуть. Физика этого явления довольно сложна, но факт налицо: нижних соседей через этаж не слышно и в блочных хрущевках, хоть бы они там на стенах танцевали. Далее вибрации плиты преобразуются в поверхностные волны на ней, которые и «озвучивают» помещение. Виброшумы могут быть весьма громкими, но глушатся без особых проблем и разгрома в квартире, т.к. лежат в области СЧ-ВЧ.
Гораздо серьезнее ударные шумы, не путать со спектрально-ударными звуками. Во-первых, они возбуждаются колебаниями плиты как целого под действием звуковых волн от первичного источника, подавить которые куда труднее, чем поверхностную вибрацию. Во-вторых, лежат в области НЧ, особо вредных при долговременном воздействии и тяжело гасимых. Поэтому к очагам ударных шумов следует присмотреться пристальнее.
Поршень и мембраны
Лучшая шумоизоляция «противоударного» типа – перевод изолянта в режим поршневого излучателя: достаточно тяжелой и жесткой пластины на упругих подвесах, поз. 1 на рис. Добиться таким способом подавления шумов на 60 дБ – не предел. Как пол делают поршнем технически, посмотрим далее, а пока отметим его ценнейшее для строительной акустики свойство: крайне низкую эффективность излучения. Электродинамические головки громкоговорителей (динамики), которые и есть максимально усовершенствованные излучатели-поршни, имеют акустический КПД на НЧ в доли процента, а на ВЧ в единицы процентов. Т.е., из десятков-сотен электрических ватт УНЧ в воздух звуком уходят доли ватта. Пол-поршень отдаст полученный звук в комнату еще хуже. Правда, в электроакустике более ценится другое качество поршневых излучателей: высокая верность воспроизведения первичного сигнала. Для стройакустики это тоже существенно: малый уровень призвуков облегчает борьбу с вибрациями и ВЧ шумами.
Однако вариант -поршень технологически весьма сложен, трудоемок и затратен. Только полным перенастилом дело не обойдется, придется менять и отделку. Кроме того, поршневая шумоизоляция отнимет от высоты помещения не менее 100-150 мм, что комфорту никак не способствует. Поэтому в порядке текущей эксплуатации полы часто шумоизолируют, оставляя их в режиме мембраны – упругой пластины, жестко закрепленной по краям. Мембрана, в отличие от поршня, имеет механическую добротность Q>1 (см. далее) и поэтому может хорошо излучать отдельные частоты. Сколько и каких – определяется т. наз. модой излучения мембраны. На 1-й моде (поз. 2) есть одна излучающая область, не обязательно точечная/компактная; излучается 1 частота. На 2-й моде могут излучаться 1 и 2 частоты, на 3-й – 1, 2 или 3 и т.д. Моды излучения мембраны могут быть продольными ml и поперечными mw. Общая мода m определяется как их произведение. Напр., при ml = 4 и mw = 3 m = 4х3 = 12 и может излучаться до 12-ти частот, а совокупный спектр излучения будет ударным. Что, конечно, плохо, но, если требуется подавление до 26-30 дБ, то шумоизоляцию можно сделать, обойдясь переборкой пола.
Чем глушить?
Современные материалы для звукоизоляции обеспечивают высокую степень подавления шумов; напр. отечественный Шуманет штапельного переплетения толщиной 40 мм подавляет шум на 40 дБ. 2-слойный Тексаунд (вибропоглотитель + виброгаситель) обеспечивает глушение на 30 дБ. Однако фирменные названия исчисляются десятками и не дают полного представления о свойствах материала. Так что не будем их перечислять, разбавляя выдержками из рекламных проспектов, а постараемся разобраться по сути. Прежде всего, шумоизоляторы для пола бывают поглощающими звук и гасящими его. В чем разница? У первых Qс<1, но не на порядок. Скажем, 0,7 или 0,4. Такие звукоизоляторы легко «раскачать»: звук в них проникает и, блуждая в материале, затухает. Пригодны материалы с Qс<1 для гашения вибраций, поэтому называются виброгасящими. Под материалами с Qс<<1 вибрация может «проскользнуть» в толще плиты. Но раскачать их трудно, нужно много энергии звука, поэтому они хорошо гасят колебания плиты как целого. В крайнем случае – уменьшают их амплитуду и подавляют призвуки, переводя излучение в НЧ. Как сказано выше, излучаемая звуковая мощность зависит от частоты по квадрату, поэтому уровень шума падает очень сильно. Такие материалы называются вибро- (что не совсем правильно) или звукопоглощающими. Используются в паре с виброгасителями.
Но в панельном доме 12 дБ/см слишком мало: на 60 дБ нужно 5 см изолятора. С учетом подложки, стяжки, чистового настила пол поднимется где-то на 15 см. От стандартной высоты потолка в 2,7 м останется 2,55, а это уже несоответствие современным санитарным нормам. Глушить же шумы требуется более всего как раз в панельных домах. Здесь требуются изоляторы со степенью поглощения от примерно 1,7 дБ/мм. Такую, и лучшую, степень ослабления шума дают слоистые шумоподавляющие покрытия из нескольких материалов с различными свойствами, т.наз. сложные поглощающие структуры. Пример – тот же Шуманет (поз. 1 на рис.) и его «родственники». При укладке сложных поглощающих структур следует точно соблюдать рекомендованную технологию. Напр., Шуманет укладывается с нахлестом матов, склейкой стыков скотчем и вентиляционным зазором по контуру, а плиты Вибростека кладутся впритык. Недостаток сложных поглощающих структур – довольно высокая стоимость, а также недостаточные, ненамного большие, чем у тяжелых минват, долговременная несущая способность и влагостойкость.
бсолютно влагостойки натуральные сыпучие материалы – песок, керамзит (поз. 3). Шум они ослабляют всего на 6 дБ/см (прим.), но зато любой, за счет трения между гранулами, поэтому наиболее пригодны для подавления шума от цокольных перекрытий: из подвала его идет всего ничего, зато дешево и надежно. Правда, трудоемко. У песка еще плохо, что много весит и, где песок, там и песчинки, а об их действии на пол, отделку, мебель, обувь напоминать нет нужды. Современные достижения коснулись и сыпучих материалов: появились т. наз. шумопласты, поз. 4. Исходная масса формируется прямо по перекрытию или подложке с отбортовкой – кромочным демпфером, полимеризуется за 48 час, и можно заливать стяжку. Несущая способность – как у ЭППС или песчаной подсыпки, т.е. вполне достаточная. Недостаток – высокая стоимость.
Также дорог, но весьма эффективен гранулированный комбинированный (влага, тепло, звук) изолятор – рулонная резинопробка. Если требуется избавиться и от шума, то резинопробковую подложку делают 2-слойной: нижний, вибропоглощающий слой из светлой, с небольшим содержанием связующего (поз. 5), а верхний, звукогасящий и несущий вес – из темной, с большим количеством резины, поз. 6. Два этих слоя по 4 мм каждый позволят уложиться в СНиП по шумам. Резинопробка – оптимальная изоляция под ламинат без обрешетки, уложенный по наливному выравнивателю пола. В таком случае затраты на изоляцию в смете на ремонт не будут особо выпирать. Сотовые изолирующие панели представлены на рынке более всего канальными PhoneStar и ячеистыми SonoPlat, поз. 7 и 8. Звук они подавляют очень хорошо, но первые стеновые, не пригодны под долговременную нагрузку. Вторые вроде как половые, но формирующая структура также картонная и со временем сплющится, кто бы что бы ни утверждал. Цена – не будем о грустном, а поглощающий наполнитель – кварцевый песок. Со всем вытекающим, точнее – высыпающимся. Если подсыпку под стяжкой еще можно удержать, то в панели на стене или под чистовым полом – увидишь на клетке слона надпись «Буйвол», не верь глазам своим (Козьма Прутков). В общем, PhoneStar и SonoPlat особой популярностью не пользуются вполне заслуженно.
В заключение Уточним сказанное вначале:
Изоляция помещения должна быть комплексной как по факторам (влага, тепло, шум), так и по площадям – пол, стены с проемами, потолок и т.д..Что толку мучиться с полом, если из форточки вовсю прут уличные 80 дБА большого города? Избавление от нежелательных внешних воздействий нужно осуществлять комплексно и в полном обьёме. Впрочем,как и все основные строительные работы.