X4L - wzmacniacz z DSP z serii X
Biznes „nagłośnieniowy” – w porównaniu z innymi dziedzinami techniki (np. przemysłem samochodowym, czy ...
Czas więc pomówić co nieco o izolacyjności akustycznej przegród (ścian, stropów), o ich rodzajach, budowie, właściwościach i innych tematach z tym związanych. Im właśnie poświęcimy ten i kolejny (a może i kilka kolejnych) artykuł z cyklu „Akustyka budowlana”, traktujący o ochronie antyhałasowej.
WŁAŚCIWOŚCI AKUSTYCZNE MATERIAŁÓW
Właściwościami akustycznymi materiałów nazywa się zespół cech fizycznych, od których zależy ich odporność na przenikanie przez nie energii fali dźwiękowej. Są to: ciężar objętościowy, sprężystość, porowatość, tłumienie wewnętrzne w materiale, sztywność dynamiczna warstwy materiału i inne. Właściwości akustyczne materiału powinny być zawsze rozważane w odniesieniu do konkretnego rozwiązania technologicznego.
Z punktu widzenia przydatności do izolacji akustycznej pomieszczeń i pochłaniania hałasu rozróżnia się podstawowe i pomocnicze materiały do budowy przegród i ustrojów izolacyjnych. Podstawowe to takie materiały bądź wyroby, z których może być wykonana przegroda (bądź ustrój) o dobrych właściwościach akustycznych (np. beton, cegła).
Pomocniczymi nazywamy takie materiały bądź wyroby, które same (osobno) nie nadają się do wykonania przegrody lub ustroju o dobrych właściwościach akustycznych, a dopiero w połączeniu z innymi materiałami bądź wyrobami mogą spełniać to zadanie (np. płyty z wełny mineralnej).
Podstawowym zadaniem materiałów pomocniczych stosowanych w różnych ustrojach budowlanych jest zwiększenie izolacyjności akustycznej przegród ściennych i stropowych wykonanych z podstawowych materiałów budowlanych.
Zasadniczymi cechami fizycznymi podstawowych materiałów budowlanych, decydującymi o właściwościach akustycznych są: ciężar objętościowy, porowatość, sprężystość ustroju (wyrażona przez moduł sprężystości) oraz współczynnik tłumienia wewnętrznego dźwięku w materiale. Natomiast zasadniczymi cechami decydującymi o właściwościach akustycznych pomocniczych materiałów izolacyjnych są: sztywność dynamiczna, moduł sprężystości, współczynnik pochłaniania dźwięku, oporność akustyczna i oporność przepływowa.
Często pomocnicze materiały izolacyjne niesłusznie określa się mianem „materiałów izolacyjnych” – niesłusznie dlatego, ponieważ warstwa samego materiału pomocniczego nie stanowi dostatecznej izolacji akustycznej, zwłaszcza przeciwko przenikaniu dźwięków powietrznych.
IZOLACYJNOŚĆ AKUSTYCZNA
Przy projektowaniu i realizacji ochrony przeciwhałasowej obiektu nie rozpatruje się właściwości izolacyjnych materiałów, lecz izolacyjność akustyczną przegród wykonanych z tych materiałów. Owa izolacyjność akustyczna przegrody to odporność na przenikanie przez nią energii fal akustycznych. W zależności od źródła energii akustycznej przenikającej przez przegrodę rozróżnia się:
– izolacyjność od dźwięków powietrznych – przy pobudzaniu przegrody falą akustyczną rozprzestrzeniająca się w powietrzu,
– izolacyjność od dźwięków uderzeniowych – przy mechanicznym pobudzeniu przegrody, np. przez uderzenie.
Izolacyjność akustyczna danej przegrody zależy m.in. od częstotliwości przenikającej fali akustycznej. Dlatego własności akustyczne przegrody są zazwyczaj określane przez krzywe izolacyjności akustycznej w funkcji częstotliwości.
IZOLACYJNOŚĆ AKUSTYCZNA OD DŹWIĘKÓW POWIETRZNYCH
Miarą izolacyjności przegrody od dźwięków powietrznych, niezależną od jej pola powierzchni, jest izolacyjność akustyczna właściwa Rw. Zależy ona od stosunku mocy całkowitej fali dźwiękowej padającej na przegrodę do mocy fali dźwiękowej przenikającej przez przegrodę. Wyraża się ją wzorem:
gdzie:
E1 – moc całkowita fali akustycznej padającej na przegrodę [W]
E2 – moc całkowita fali akustycznej przenikającej przez przegrodę [W]
τ – współczynnik przenikalności.
Jeżeli przegroda rozdziela dwa pomieszczenia, w których pola akustyczne można uznać za rozproszone, i jeżeli energia akustyczna przenika z jednego pomieszczenia do drugiego wyłącznie za pośrednictwem tej przegrody, wówczas izolacyjność akustyczna właściwa Rw przegrody wyrażą się przez różnicę poziomów ciśnienia akustycznego (SPL) po obu stronach przegrody – co opisuje wzór:
gdzie:
L1 – poziom przeciętnego ciśnienia akustycznego w pomieszczeniu ze źródłem dźwięku (pomieszczeniu nadawczym) [dB]
L2 – poziom przeciętnego ciśnienia akustycznego w pomieszczeniu po przeciwnej stronie przegrody (pomieszczeniu odbiorczym) [dB]
S – całkowita powierzchnia przegrody [m2]
A – chłonność akustyczna pomieszczenia odbiorczego [m2].
Wzór ten stosuje się do obliczania izolacyjności akustycznej właściwej w warunkach bez przenikania energii akustycznej drogami bocznymi (tzw. przenikania bocznego), czyli praktycznie tylko w warunkach laboratoryjnych. Za jego pomocą można również wyznaczyć izolacyjność akustyczną przegrody w warunkach, w których występuje przenikanie boczne energii akustycznej. Otrzymana wielkość jest wówczas jedynie przybliżoną izolacyjnością akustyczną właściwą R'w, a wzór ma wtedy postać:
przy czym L’1 i L’2 odnoszą się do wielkości zmierzonych przy występowaniu przenikania energii akustycznej drogami bocznymi.
Między izolacyjnością akustyczną właściwą Rw a przybliżoną izolacyjnością akustyczną właściwą R’w istnieje zależność:
gdzie Cb to wielkość oznaczająca zmniejszenie izolacyjności akustycznej przegrody w wyniku przenikania bocznego, która jest zależna m.in. od właściwości akustycznych przegród przylegających do przegrody badanej oraz – w dużej mierze – od konstrukcji (mocowania) przegrody badanej.
Oprócz wskaźnika Rw, a w zasadzie R’w – bo to on dotyczy bardziej „realnych” sytuacji, z jakimi mamy do czynienia na co dzień (czyli z uwzględnieniem przenoszenia bocznego) – obecnie szeroko stosowane są dwa inne wskaźniki: R’A1 i R’A2, również wyrażane w decybelach. Wskaźniki R’A1 i R’A2 są to sumy wartości ważonego wskaźnika przybliżonej izolacyjności akustycznej R’w (czyli – inaczej mówiąc – przybliżonej izolacyjności akustycznej właściwej) i widmowego wskaźnika adaptacyjnego C lub Ctr. Wybór wskaźnika zależy od źródła hałasu dominującego w rozpatrywanej sytuacji.
Wskaźnik R’A2 = R’w +Ctr, traktowany jako podstawowy, stosuje się w przypadkach, gdy budynek narażony jest na hałas pochodzący od komunikacji drogowej w mieście lub od innych źródeł o zbliżonym widmie akustycznym, wymienionych w PN EN ISO 717-1:1999 (np. ruch kolejowy przy niskich prędkościach, fabryki emitujące głównie hałas o niskiej i średniej częstotliwości itp.).
Wskaźnik R’A1 = R’w + C stosuje się w przypadkach, gdy budynek narażony jest na hałas o widmie zawierającym więcej składowych w zakresie wysokich częstotliwości. Odnosi się to do hałasu pochodzącego od dróg ekspresowych, autostrad, od komunikacji lotniczej, komunikacji kolejowej (przy prędkości przejazdów pociągów powyżej 80 km/h) oraz innych źródeł o zbliżonym widmie akustycznym, wymienionych w PN EN ISO 717-1:1999. W tej kategorii zawiera się też tzw. hałas od działań bytowych, czyli towarzyszący codziennym zachowaniom ludzkim (rozmowy, muzyka, TV, hałas od instalacji domowych).
Wszystkie te wielkości dotyczące izolacyjności przegrody lub izolacyjności pomiędzy pomieszczeniami od dźwięków powietrznych określa się za pomocą charakterystyk izolacyjności w funkcji częstotliwości w pasmach tercjowych lub oktawowych, dla zakresu 100-3.200 Hz, który może zostać rozszerzony do 50-5.000 Hz. Ponieważ hałas przemysłowy i komunikacyjny często mają wysoki poziom dźwięku, który ma również częstotliwości poniżej 100 Hz, zaleca się, aby stosowano rozszerzony obszar częstotliwości.
IZOLACYJNOŚĆ AKUSTYCZNA OD DŹWIĘKÓW UDERZENIOWYCH
Izolacyjność akustyczna od dźwięków uderzeniowych jest parametrem określającym własności akustyczne stropów, w odniesieniu do przenikania przez nie energii akustycznej przy mechanicznym pobudzeniu stropu do drgań, np. przez chodzenie, toczenie lub przesuwanie twardych przedmiotów. Izolacyjność akustyczna od dźwięków uderzeniowych nie odnosi się do ścian.
Izolacyjność akustyczną stropu od dźwięków uderzeniowych określa się pośrednio, za pomocą poziomu uderzeniowego Ln wytwarzającego się w pomieszczeniu pod stropem, przy pobudzeniu stropu do drgań przez źródło dźwięków uderzeniowych, np. stukacz. Izolacyjność ta jest tym lepsza, im mniejszy jest poziom uderzeniowy pod stropem.
Trzeba o tym pamiętać, bo o ile izolacyjność od dźwięków powietrznych jest tym lepsza, im wartość wskaźnika go określającego (np. R’w czy R’A2) ma większą wartość, o tyle w przypadku izolacyjności od dźwięków uderzeniowych jest na odwrót – nie podajemy tu bowiem wprost wartości izolacyjności, ale poziom ciśnienia akustycznego w pomieszczeniu odbiorczym, wywołany dźwiękami zakłócającymi, który – co logiczne – powinien być jak najmniejszy.
Wzór obliczeniowy na wartość tego poziomu ciśnienia akustycznego ma postać:
gdzie:
Lu – poziom przeciętnego ciśnienia akustycznego w pomieszczeniu pod stropem przy pobudzaniu stropu przez znormalizowane źródło dźwięku uderzeniowego [dB]
A – chłonność akustyczna [m2]
Ao – chłonność akustyczna odniesienia [m2]
n – liczba zależna od rodzaju zastosowanych przy pomiarach filtrów – dla pasm oktawowych
n = 1, dla tercjowych n = 3.
Poziom uderzeniowy określa się w postaci charakterystyk poziomu uderzeniowego w funkcji częstotliwości, w pasmach tercjowych lub oktawowych, w zakresie od 100 do 3.200 Hz. Pasmo to może być rozszerzone do 50-5.000 Hz.
Podobnie jak w przypadku izolacyjności akustycznej od dźwięków powietrznych, tutaj również mamy do czynienia ze współczynnikiem Ln „czystym” i „z primem”, czyli L’n. I podobnie jak tam, „czysty” Ln dotyczy głównie pomiarów laboratoryjnych, gdzie nie uwzględnia się przenoszenia dźwięków wywołanych stukaniem w mierzoną przegrodę stropową również przez przegrody sąsiednie, np. ściany. W rzeczywistych warunkach nie powinniśmy tego zaniedbywać i dlatego w realnych warunkach zmierzony poziom ciśnienia dźwięku w pomieszczeniu pod stropem, który pochodzi nie tylko od bezpośredniego przenoszenia stukania przez strop, ale również przez przenoszenie boczne ścian, oznacza się jako L’n i określa jako wskaźnik przybliżonej izolacyjności od dźwięków uderzeniowych.
AKUSTYCZNE WŁASNOŚCI PRZEGRÓD WYRAŻANE JEDNOLICZBOWO
Niekiedy operowanie charakterystykami izolacyjności akustycznej przegród jest utrudnione i powstaje konieczność choćby przybliżonego określenia własności akustycznych przegrody za pomocą jednej liczby. W takich przypadkach używa się niekiedy określenia średniej izolacyjności przegrody od dźwięków powietrznych lub od dźwięków uderzeniowych. Oblicza się je jako średnią arytmetyczną wartości izolacyjności dla pasm tercjowych przedziału 100-3.200 Hz.
Trzeba podkreślić, że średnia izolacyjność akustyczna daje jedynie przybliżoną ocenę własności akustycznych przegrody i nie może zastąpić określonej charakterystyki izolacyjności.
OCENA WŁASNOŚCI AKUSTYCZNYCH PRZEGRÓD
Charakterystykę izolacyjności akustycznej przegrody ocenia się w stosunku do odpowiedniej charakterystyki normowej, przez określenie średniego odchylenia tej charakterystyki od charakterystyki normowej. Ujemne odchylenie oznacza odchylenie w kierunku pogorszenia własności akustycznych przegrody, a więc w przypadku dźwięków powietrznych mniejszą izolacyjność, zaś w przypadku dźwięków uderzeniowych – większy poziom uderzeniowy.
Średnie ujemne odchylenie oblicza się jako iloraz sumy wszystkich ujemnych odchyleń w pasmach tercjowych przedziału 100-3.200 Hz przez sumę przedziałów tercjowych (czyli przez 15).
Skuteczność działania przegrody budowlanej pod względem akustycznym zależy nie tylko od jej izolacyjności akustycznej właściwej, ale również od dopasowania charakterystyki izolacyjności do widma występującego hałasu.
Piotr Sadłoń
Przy tworzeniu artykułu autor korzystał z publikacji „Akustyka architektoniczna” Jerzego Sadowskiego oraz „Podstawy elektroakustyki” Zbigniewa Żyszkowskiego.
