Слагаемые эффективной шумозащиты

Продолжая разговор о проблемах шума, в очередной статье мы постарались обобщить данные по строительным материалам, которые служат для снижения звукового давления в помещении и создания акустического комфорта, также остановимся на вопросах проектирования эффективной шумозащиты в зданиях.

Строительные материалы можно разделить на два класса – звукопоглощающие и звукоизоляционные. В строительной акустике они часто дополняют друг друга. Звукопоглощающие материалы разделяются по разным признакам: характеру поглощения звука, виду и технологии изготовления, поверхности изделия. Все эти материалы обычно являются и отделочными, поскольку способствуют созданию внешней архитектурной выразительности помещений. По характеру поглощения звука они бывают пористые, мембранные и перфорированные.

Наиболее распространенными являются пористые (минеральная вата и т. д.) Звуковая энергия поглощается в этих материалах в основном за счет трения частиц воздуха в порах и капиллярах. С повышением пористости увеличивается звукопоглощение, хотя имеется некоторый предел пористости (около 80%), выше которого звукопоглощение не возрастает и даже имеется тенденция к его снижению. Важен также размер диаметра пор. При малых размерах пор проникновение звуковой энергии в толщу материала затруднено, а звукопоглощение оказывается незначительным. Оптимальным может быть принят диаметр пор до 1 мм. При мембранном типе материала сила звука снижается вследствие затраты энергии на вынужденное колебание достаточно массивных и жестких мембран (плиты, фанерные листы, плотный картон, некоторые ткани и др.). Перфорированные панели и другие панели имеют отверстия, в которых задерживается воздух, препятствующий переносу звука, что создает лучший эффект звукопоглощения.

По характеру поверхности изделий звукопоглощающие материалы разделяются на плиты с естественной фактурой, с порами и раковинами, с рифленой поверхностью, с перфорированной поверхностью. Независимо от разновидностей материала, коэффициент звукопоглощения не должен снижаться ниже 0,2 при низких частотах звука и ниже 0,4 при средних частотах. К тому же звукопоглощающие материалы должны быть достаточно огнестойкими, противостоять гниению, не выделять химических веществ и неприятного запаха. Их средняя плотность не должна быть выше 300 – 400 кг/м3. Немаловажное значение имеют и декоративные свойства, поскольку звукопоглощающие материалы служат и для архитектурной отделки помещений (чем, кстати, существенно отличаются от других пористых материалов – теплоизоляторов).

К сравнительно эффективным относятся акустические плиты на основе синтетических связующих с применением в них волокнистых заполнителей – стеклянной или минеральной ваты. Эти плиты имеют габариты 500х500х20 мм и среднюю плотность 140 кг/м3, они покрыты сверху декоративным покрывным слоем и обладают хорошими декоративными качествами. Их используют для облицовки потолков, вестибюлей, залов театров, концертных залов, радиостудий. Коэффициент звукопоглощения в интервале частот от 500 до 2000 Гц составляет 0,4 – 0,47, а предел прочности при разрыве – 0,3…0,4 МПа.

Звукоизоляционные материалы применяют для изоляции помещений от распространения материального (ударного) переноса звука. В отличие от звукопоглощающих эти материалы остаются практически в скрытом от взгляда состоянии в виде прокладочных слоев в конструкциях внутренних стен и междуэтажных перекрытий. Звукоизоляция всегда связана с характером конструкции, а не только со структурой и свойством материала, как при звукопоглощении. Она не остается постоянной при изменении структуры конструкции, ее размера и массы, жесткости связей в конструкции, характера контакта и опирания элементов конструкции. Если конструкции однородные, например, в виде сплошной плиты, способной под влиянием звукового давления и колебаний звука совершать колебательные движения всей своей массой, то звуковая изоляция возрастает с увеличением массы однородной конструкции. Если конструкции неоднородны, состоят из двух или большего числа оболочек, с инородными прослойками между ними, то колебания каждой оболочки под влиянием звуковой волны отличаются, и они постепенно «гасятся» в конструкции. Гашению звука в конструкции способствуют вибродемпфирующие прослойки из минеральной ваты, вспененных полимеров.

Важной характеристикой качества прокладочного материала является его жесткость, которая, во-первых, призвана компенсировать отсутствие жестких связей между стенками в неоднородных конструкциях, а во-вторых, больше погасить ударных звуковых колебаний. Но и жесткость, определяемая динамическим модулем упругости, не должна быть чрезмерно высокой, так как чем ниже ЕД, тем больше ударных шумов поглощает прокладочный материал. По величине модуля упругости различают три класса звукоизоляционных материалов: I класс (ЕД до 1 МПа); II класс (ЕД от 1 до 5 МПа); III класс (ЕД от 5 до 15 МПа).

Звукоизоляционными материалами служат полужесткие минераловатные и стекловатные маты и плиты на синтетической связке, вспененные полимерные материалы (пенополипропилен, некоторые виды пенополиполиэтилена).

Главным «помощником» проектировщиков и архитекторов в деле защиты человека от повышенного звукового давления и создания акустического комфорта являются ограждающие конструкции – стены, перегородки, перекрытия. На базе различных методов, используемых в строительной акустике, разработаны рекомендации по проектированию ограждающих конструкций, обеспечивающих нормативную звукоизоляцию.

 Рекомендации общего характера

 Элементы ограждающих конструкций рекомендуется проектировать из материалов с плотной структурой, не имеющих сквозных пор. Ограждения, выполненные из материалов со сквозной пористостью, должны иметь наружные слои из плотного материала, бетона или раствора. Внутренние стены и перегородки из кирпича, керамических и шлакобетонных блоков рекомендуется проектировать с заполнением швов на всю толщину и оштукатуренными с двух сторон безусадочным раствором. 

 В целях облегчения ограждающих конструкций рекомендуется применение слоистых конструкций вместо акустически однородных. При этом следует по возможности исключать жесткие связи между слоями и заполнять воздушные промежутки звукопоглощающими материалами (стекловолокнистыми или минераловатными матами, плитами). Следует иметь в виду, что при применении минераловатных плит плотностью более 60 кг/м3 специальных мер по креплению плит не требуется. 

 Междуэтажные перекрытия

 Звукоизоляционную прокладку под конструкцией пола проектируют в виде сплошного слоя (так называемые «плавающие полы») или полосовых прокладок (деревянные полы по лагам). Суммарная площадь, через которую передается нагрузка на полосовые прокладки, должна быть не менее 25% площади пола.

 Пол на звукоизоляционном слое или прокладках не должен иметь жестких связей (звуковых мостиков) с несущей частью перекрытия, стенами и другими конструкциями здания, т.е. должен быть «плавающим». Деревянный пол или плавающее бетонное основание пола (стяжка) должны быть отделены по контуру от стен или других конструкций здания зазорами шириной 1–2 см, заполненными звукоизоляционным материалом или изделиями из пористого полипропилена и т.п. Плинтусы следует крепить только к полу или только к стене.

 При проектировании пола в виде монолитной плавающей стяжки необходимо предусматривать по вибродемпфирующей прокладке материалы, имеющие акустический сертификат соответствия, подтверждающий звукоизоляционные свойства. В качестве таковых рекомендуется использовать минераловатные маты на битумной подоснове или вспененные полипропилены (Пенотерм НПП ЛЭ) и радиционносшитые пенополиэтилены (Этафом). При использовании вспененных полимеров применение дополнительной гидроизоляции не требуется.

 Для увеличения звукоизоляции перекрытия с полом на вибродемпфирующем слое при заданной конструкции несущей части возможно принятие следующих мер: уменьшение динамической жесткости звукоизоляционного слоя путем его утолщения; увеличение поверхностной плотности пола; применение под звукоизоляционным слоем засыпок из песка, шлака и т.п. в дополнение к основному звукоизоляционному слою; применение сплошных звукоизоляционных прокладок вместо полосовых; увеличение средней толщины промежутка между несущей частью и полом. 

 Внутренние стены и перегородки   

 Двойные стены или перегородки обычно проектируют с жесткой связью между элементами по контуру или в отдельных точках. Величина промежутка между элементами конструкций должна быть не менее 40 мм. Для увеличения звукоизоляции двойных стен и перегородок рекомендуются следующие конструктивные меры: увеличение толщины промежутка между элементами двойной конструкции; устранение жесткой связи между элементами двойной конструкции, а также с конструкциями, примыкающими к стенам и перегородкам.

 Для увеличения звукоизоляции воздушного шума стеной или перегородкой, выполненной из железобетона, бетона, кирпича и т.п., в ряде случаев целесообразно использовать дополнительную обшивку на относе. В качестве обшивки могут использоваться: гипсокартонные листы, твердые древесно-волокнистые плиты и подобные листовые материалы, прикрепленные к стене по деревянным рейкам, по линейным или точечным маякам из гипсового или цементно-песчаного раствора, по металлическому каркасу. Воздушный промежуток между стеной и обшивкой целесообразно выполнять толщиной 40–60 мм и заполнять мягким звукопоглощающим материалом (минераловатными или стекловолокнистыми плитами, вспененными полиэтиленами и т.д.). Оптимальная толщина звукопоглотителя составляет 2/3 толщины воздушного промежутка. 

 Внутренние стены, разделяющие жилые и встроенные шумные помещения, к которым предъявляются повышенные требования по изоляции воздушного шума (требуемый индекс RW = 54…59 дБ), следует проектировать двойными с полным разобщением их элементов между собой и от примыкающих конструкций, исключающим косвенную передачу звука в изолируемое помещение по примыкающим стенам и перекрытиям.