Akustyka budowlana. Ochrona antyhałasowa. Właściwości akustyczne okien i drzwi

Co jednak dzieje się, jeśli w ścianie musimy zainstalować drzwi albo okno (okna), co przecież nie jest takim rzadkim przypadkiem? O tym, czyli o właściwościach akustycznych okien i drzwi, opowiemy sobie w tym artykule.

GARŚĆ TEORII

Ściana z drzwiami i/lub oknem stanowi przegrodę złożoną z elementów powierzchni o różnych odpornościach na przenikanie energii dźwiękowej. Izolacyjność akustyczna właściwa przegrody z oknem lub drzwiami zależy przede wszystkim od izolacyjności właściwej i powierzchni tegoż okna lub drzwi. Przy małej izolacyjności okna lub drzwi zwiększenie wypadkowej izolacyjności przegrody z oknem lub drzwiami przez zwiększenie części bezokiennej ściany jest nieekonomiczne – co pokazuje rysunek 1.

Widać na nim, iż w przypadku zastosowania drzwi o gorszej izolacyjności akustycznej, aby uzyskać taką samą wypadkową izolacyjność, musimy wykonać znacznie grubsze (o większej izolacyjności) ściany. Zakupienie lepszych akustycznie drzwi będzie więc stanowczo tańszym rozwiązaniem, niż wykonanie istotnie grubszej ściany. Jeśli więc planujemy wykonanie przegrody z drzwiami (lub oknem – bo to samo tyczy się tego przypadku) o dużej izolacyjności wypadkowej, musimy przede wszystkim dokonać starannego wyboru odpowiednich drzwi (lub okien), o znacznej izolacyjności akustycznej. Inna kwestia to ich odpowiednie zainstalowanie (ale o tym za chwilę).

Właściwości akustyczne okien i drzwi najlepiej jest oceniać za pomocą pomiaru w laboratorium, podobnie jak przegrody, mierząc izolacyjność akustyczną właściwą.

IZOLACYJNOŚĆ AKUSTYCZNA OKIEN

Izolacyjność akustyczna właściwa okien zależy od:
– liczby, grubości, powierzchni oraz odstępu szyb względem siebie i sposobu ich zamocowania,
– konstrukcji ramy,
– szczelności przymyków i ościeżnicy.

IZOLACYJNOŚĆ AKUSTYCZNA SZYB

Szyba pojedyncza jest cienką płytą jednorodną. Jej izolacyjność, zgodnie z prawem masy, zależy od jej grubości. Ze względu na fakt, iż grubość szyb jest niewielka, zjawisko koincydencji występuje najczęściej w paśmie częstotliwości średnich i dużych, a pogorszenie izolacyjności w pobliżu częstotliwości granicznej koincydencji dochodzi nieraz do 10, a nawet 15 dB i występuje zazwyczaj w paśmie o szerokości od jednej do dwu oktaw. Zwiększenie grubości szyby powoduje przesuwanie się zjawiska koincydencji w dół, w kierunku średnich częstotliwości.

W przypadku szyb cieńszych niż 0,4 cm zjawisko koincydencji i związane z nimi pogorszenie izolacyjności występuje w paśmie wyższych częstotliwości (powyżej 3.200 Hz). Z tego wynika, iż zwiększenie grubości szyby jest celowe wówczas, gdy okno ma izolować pomieszczenie od hałasów o znacznej zawartości składowych w widmie, w paśmie małych i średnich częstotliwości, natomiast jest niecelowe, gdy okno ma izolować pomieszczenie od hałasów zawierających dźwięki o dużych częstotliwościach.

Zmiana pola powierzchni szyby prawie nie wpływa na zmianę jej izolacyjności akustycznej właściwej w paśmie częstotliwości małych i dużych. Wpływ pola powierzchni szyby uwidacznia się natomiast w obszarze koincydencji, przy czym zmniejszenie pola powierzchni szyby powoduje zmniejszenie zaniżania w tym obszarze izolacyjności szyby, jest więc czynnikiem działającym pozytywnie. Na rysunku 2 przedstawiona jest zależność średniej izolacyjności akustycznej właściwej, dla różnych pasm, od grubości szyby pojedynczej.

Obecnie okna z pojedynczymi szybami stosowane są bardzo rzadko, również w budownictwie ogólnym i mieszkaniowym. Najczęściej stosuje się okna z szybami podwójnymi, a nierzadko też i potrójnymi.

Izolacyjność akustyczna szyb podwójnych zależy od:
– grubości szyb składowych,
– odstępu między szybami,
– powierzchni szyb.

W przypadku szyb podwójnych, analogicznie jak dla szyb pojedynczych, występuje zjawisko koincydencji, z którym związane jest pogorszenie izolacyjności akustycznej układu. Pasmo częstotliwości, w którym występuje zjawisko koincydencji, uzależnione jest od grubości szyb składowych. Natomiast zmniejszenie odległości między szybami oraz zmniejszenie pola powierzchni układu prowadzi do zmniejszenia wpływu koincydencji (polepszenia izolacyjności w obszarze koincydencji).

Zastosowanie szyb o jednakowej grubości powoduje pogorszenie izolacyjności w obszarze koincydencji oraz w paśmie częstotliwości rezonansowej (w zakresie średnich i małych częstotliwości), w którym izolacyjność układu podwójnego jest i tak mniejsza od izolacyjności szyby pojedynczej o równoważnej grubości. Z tego względu układy symetryczne należy uznać za niekorzystne pod względem akustycznym wówczas, gdy w danym paśmie częstotliwości występuje zarówno zjawisko koincydencji, jak i rezonansu.

Ograniczenie wpływu zjawiska koincydencji na izolacyjność akustyczną układu podwójnego można uzyskać przez zastosowanie szyb składowych o różnej grubości, przy czym stosunek grubości szyb powinien wynosić 1:1,75.

Wpływ odległości między szybami na izolacyjność akustyczną właściwą układu podwójnego jest różny w poszczególnych pasmach częstotliwości. Ponadto zależy od grubości szyb składowych. Przy szybach stosunkowo cienkich (o grubości około 3 mm) układy podwójne, o odległości między szybami 0,5-6 cm, wykazują w paśmie częstotliwości małych i średnich izolacyjność akustyczną mniejszą niż szyba pojedyncza o równoważnej grubości, przy czym najbardziej niekorzystna jest odległość 1-4 cm (przy tej odległości występuje największe zaniżenie izolacyjności – rysunek 3). Zjawisko to jest związane z rezonansem układu. Przy szybach stosunkowo grubych (6 mm) zaniżenie izolacyjności występuje tylko w paśmie małych częstotliwości (przy odległości 5 cm – poniżej 100 Hz). W paśmie częstotliwości dużych szyby podwójne wykazują znacznie lepsze właściwości akustyczne niż szyby pojedyncze.

Izolacyjność akustyczna układów potrójnych zależy nie tylko od grubości i rozstawu szyb, ale również od wzajemnego stosunku grubości poszczególnych szyb i wzajemnego stosunku odległości między nimi. Układy potrójne mają szczególnie korzystne właściwości akustyczne w przedziale dużych częstotliwości. W przedziale średnich i małych częstotliwości, ze względu na analogiczne jak w szybach podwójnych zjawiska rezonansowe, zastosowanie trzeciej szyby może pogorszyć właściwości akustyczne układu. Najkorzystniejsze właściwości akustyczne układu trzech szyb uzyskuje się przy zróżnicowaniu zarówno odległości między szybami, jak i grubości szyb.

Aby układ potrójny miał możliwe dobre właściwości akustyczne w przedziale częstotliwości średnich i małych, jedna z odległości między szybami nie powinna być mniejsza od 60 mm. Widać to na wykresach na rysunku 4, na którym zaprezentowane są charakterystyki izolacyjności akustycznej właściwej układu trzech szyb, każda o grubości 6 mm, w funkcji częstotliwości i dla różnych odległości między szybami.

WPŁYW RAM OKIENNYCH I NIESZCZELNOŚCI

Rama okienna może mieć wpływ na izolacyjność akustyczną okna w przypadku, gdy ułatwia przekazywanie drgań pochodzących od konstrukcji budynku na szyby (brzęczenie) lub z jednej szyby na drugą (przewodzenie materiałowe), albo wtedy, gdy z powodu swojej małej masy jest wraz z okien pobudzana do drgań przez wiatr. Bardzo istotny wpływ na izolacyjność okna ma sposób wykonania przymyków ramy i ościeżnicy, a także – ze względu na możliwości powstawania nieszczelności – sposób mocowania szyb w ramie. Nawet minimalne nieszczelności powodują pogorszenie właściwości akustycznych przegrody, w której znajdują się okno, zwłaszcza w paśmie częstotliwości dużych – chyba każdy z nas tego doświadczył, rozszczelniając tradycyjne okno uchylne. Liczbowo pokazuje to wykres z rysunku 5, w którym jako miarę nieszczelności przyjęto współczynnik infiltracji powietrza wyrażony w m3/m·h mmH2O.

Natomiast izolacyjność przeciwdźwiękowa samej konstrukcji ramy przeważnie zawsze jest w zupełności wystarczająca.

OKNA DŹWIĘKOSZCZELNE

Większość dostępnych na rynku okien charakteryzuje się współczynnikiem Rw na poziomie 30 dB. Zwiększenie izolacyjności akustycznej okien ponad 40 dB(A) jest możliwe przez zastosowanie okna dźwiękoszczelnego. Okna takie muszą być stosowane, gdy z pomieszczenia „cichego” należy zapewnić wgląd do pomieszczenia „hałaśliwego” (lub odwrotnie), nie wprowadzając przy tym dodatkowych zakłóceń dźwiękowych w pomieszczeniu „cichym”. W praktyce są to okna między reżyserniami a studiami (w studiach nagraniowych coraz rzadziej stosowane, bowiem ewentualny podgląd można wykonać w innej formie), między pokojami pomiarowymi a halami maszyn itp. (rysunek 6). Okna o podwyższonej dźwiękoszczelności powinny być również montowane w budynkach mieszkalnych położonych w pobliżu ruchliwych arterii o dużym poziomie hałasu, w pobliżu lotnisk, linii kolejowych itp.

Okno dźwiękoszczelne powinno być w zasadzie nieotwieralne (może być rozkręcane do mycia). W zależności od wymaganej izolacyjności akustycznej mogą być stosowane okna podwójne lub potrójne. Grubość poszczególnych szyb w oknach dźwiękoszczelnych powinna być różna – w praktyce stosuje się szyby o grubości 0,8-2,5 cm. Powierzchnia okna dźwiękoszczelnego powinna być możliwie mała. Szyby powinny być ze szkła o niedzielonej powierzchni, gdyż wszelkie dodatkowe połączenia zmniejszają szczelność okna. Na ościeżnicy między szybami stosować należy ustrój dźwiękochłonny.

IZOLACYJNOŚĆ AKUSTYCZNA DRZWI

W przypadku drzwi wartość izolacyjności akustycznej właściwej zależy od:
– izolacyjności akustycznej płyty drzwiowej (pojedynczej, podwójnej lub wielokrotnej),
– szczelność drzwi, a więc pośrednio od rodzaju drzwi (jednoskrzydłowe, dwuskrzydłowe) oraz skutecznego docisku na obwodzie, czyli od rodzaju zastosowanego zamka,
– objętości komory powietrznej (tzw. przedsionka) i jej chłonności akustycznej w przypadku drzwi podwójnych.

Skrzydło drzwiowe jest przegrodą lekką, szkieletową lub warstwową, w związku z czym przy konstrukcji drzwi obowiązują wszystkie zasady dotyczące przegród budowlanych, o których mówiliśmy sobie w artykule w numerze grudniowym. Przy poprawnym pod względem akustycznym zaprojektowaniu skrzydła drzwiowego uzyskanie dobrej izolacyjności możliwe jest tylko pod warunkiem zastosowania uszczelnienia na obwodzie. Przy braku tego uszczelnienia dobre właściwości akustyczne samego skrzydła drzwiowego praktycznie nie wpływają na polepszenie właściwości akustycznych drzwi.

Izolacyjność akustyczna płyty drzwiowej zależy od konstrukcji i dla tej samej konstrukcji maleje ze wzrostem powierzchni drzwi. Izolacyjność akustyczna drzwi stosowanych w budynkach mieszkalnych jest stosunkowo niewielka i nie przekracza 30 dB (Rw). Izolacyjność akustyczną drzwi można zwiększyć uwzględniając fakt, iż:

– izolacyjność akustyczna skrzydła drzwiowego w przypadku konstrukcji, które mogą być uznane za jednorodne pod względem akustycznym, np. drzwi z płyt drewnopochodnych, oklejane sklejką, zależy od masy przypadającej na jednostkę powierzchni,
– wielowarstwowe klejone konstrukcje skrzydła drzwiowego są tylko wtedy lepsze pod względem akustycznym od konstrukcji jednorodnych, gdy są zaprojektowane poprawnie pod względem akustycznym.

Zwiększenie izolacyjności akustycznej drzwi przez uszczelnienie można uzyskać tylko wtedy, gdy odpowiednio dobrane uszczelki będą zastosowane na całym obwodzie. Pozostawienie choćby jednego przymyku nieuszczelnionego, bądź uszczelnionego niewłaściwie, niweczy wpływ uszczelnienia pozostałych przymyków. Sposoby uszczelnień drzwi pokazują rysunki 7 i 8.

Izolacyjność drzwi jednoskrzydłowych jest lepsza niż izolacyjność drzwi dwuskrzydłowych o tej samej konstrukcji.

DRZWI DŹWIĘKOSZCZELNE

W przypadku konieczności zapewniania większej izolacyjności akustycznej należy stosować drzwi dźwiękoszczelne, pojedyncze lub podwójne. W przypadku drzwi podwójnych zastosowanie przedsionka (śluzy powietrznej) wyłożonego ustrojami dźwiękochłonnymi zwiększa izolacyjność drzwi o średnio od 3 do 5 dB, a nawet więcej (rysunek 9).

W celu uzyskania dobrej szczelności na obwodzie (zmniejszenie współczynnika infiltracji powietrza) bardzo istotne jest zapewnienie odpowiednio silnego docisku drzwi. W tym celu stosuje się specjalne zamki o docisku jednopunktowym lub kilkupunktowym.

Piotr Sadłoń

---

Przy tworzeniu artykułu autor korzystał z publikacji „Akustyka architektoniczna” Jerzego Sadowskiego oraz „Podstawy elektroakustyki” Zbigniewa Żyszkowskiego.