Повышение эффективности звукоизоляции зданий

БИБЛИОТЕКА СТРОИТЕЛЯ Серия «Инженеру-проектировщику» Л. П. ТИМОФЕЕНКО

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ ЗДАНИЙ

КИЕВ «БУДІВЕЛЬНИК» 1978

6С6.3. Т41 УДК 699.844

Повышение эффективности звукоизоляции зданий. ТимофеенкоЛ. П. Киев, «Будівельник», 1978, с. 88. В книге приведены основные положения по звуко ­ изоляции жилых и общественных зданий, описаны ис ­ точники шума и пути его распространения в зданиях. Приводятся данные о звукоизолирующей способности ограждающих конструкций зданий, а также практи ­ ческие конструктивные мероприятия по повышению их звукоизолирующей способности. Описаны способы снижения шума инженерно-технического оборудова ­ ния и архитектурно-планировочные мероприятия по защите зданий от шума. Нормативные материалы приведены по состоянию на 1 декабря 1977 г. Книга рассчитана на инженерно-технических ра ­ ботников строительных и проектных организаций, архитекторов, может быть полезна студентам строи ­ тельных и архитектурных вузов. Ил. 46. Табл. 10. Список лит.: с. 85— 86. Рецензент В. П. Шевченко

Редакция литературы по архитектуре

30201 — 023 Т ------------------ М203(04) — 78

109 — 78

© Издательство «Будівельник», 1978

ПРЕДИСЛОВИЕ

Грандиозные масштабы жилищного и гражданского строи ­ тельства в нашей стране, техническое совершенствование строи ­ тельного производства и значительное расширение объема строи ­ тельства вызвало необходимость разработки и внедрения новых, эффективных и экономически выгодных форм строительства и строительных конструкций, позволяющих осуществить резкое со ­ кращение сроков строительства зданий, повышение их технико ­ экономических показателей. Улучшение эксплуатационных пока ­ зателей возводимых зданий, в частности, звукоизоляционных свойств, является одной из важных задач строительства в деся ­ той пятилетке. За последние годы разработаны новые технические решения многоэтажных зданий, в том числе объемноблочные дома из тон ­ костенных железобетонных элементов, что позволило не только улучшить технико-экономические показатели зданий путем сни­ жения их веса, материалоемкости, более полного использования прочностных свойств материала, но и повысить эксплуатацион ­ ные качества. Повышается звукоизоляция зданий, возводимых по новым, улучшенным проектам. В нашей стране принят ряд постановлений, направленных на улучшение акустического режима не только на промышленных предприятиях, но и в городах и других населенных пунктах (По ­ становление Совета Министров СССР от 3. X. 1973 г. № 726). Та ­ кие нормативные документы в области строительства, как, на ­ пример, СНиП ІІ-Л. 1 — 71 «Жилые здания. Нормы проектирова ­ ния», СНиП ІІ-Л. 2 — 72 «Общественные здания и сооружения. Нормы проектирования. Общая часть» регламентируют звуко ­ изолирующую способность ограждающих конструкций и допус ­ тимые уровни шума, проникающего в жилые помещения, «Сани ­ тарные нормы допустимого шума в помещениях жилых и общест ­ венных зданий и на территории жилой застройки» (№ 872 — 70) излагают основные требования по вопросам защиты помещений от шума, проникающего снаружи и возникающего внутри здания. Выполнение указанных норм по обеспечению акустического ре ­ жима в жилых и гражданских зданиях требует от строителей квалифицированного решения ряда сложных строительно-акус ­ тических задач с учетом современных достижений в области зву ­ коизоляции. 3

Экспериментальные исследования показывают, что звукоизо ­ ляционные свойства современных зданий не всегда в полной мере соответствуют нормативным требованиям по звукоизоляции. Ухудшение акустического режима в помещениях современных зданий вызвано не только недостаточной звукоизолирующей спо ­ собностью ограждающих конструкций, но и значительным увели ­ чением мощности и количества источников шума, которыми на ­ сыщены здания. Поэтому, как показывают исследования, даже при удовлетворительной нормативной звукоизоляции ограждений акустический комфорт в помещениях не всегда обеспечивается. В настоящее время в связи с введением повышенных норма ­ тивных требований по звукоизоляции (СНиП ІІ-Л. 1 — 71) осо ­ бое значение приобретают вопросы качества строительно-мон ­ тажных работ, поскольку низкое качество работ приводит к су­ щественному снижению звукоизоляции любого ограждения, не ­ смотря на все акустические эффективные меры, предусмотренные проектом. Пути повышения эффективности звукоизоляции зданий связа ­ ны с целым комплексом активных и пассивных мероприятий. Эф ­ фективным является активное снижение уровня шума источни ­ ков, находящихся как внутри здания, так и вне его. Наиболее распространены в строительстве пассивные мероприятия, пред ­ усматривающие различные приемы строительно-акустического и архитектурно-планировочного характера. Они, в частности, включают конструктивные меры по повышению звукоизоляции ограждений, оптимальному архитектурно-планировочному раз ­ мещению как зданий, так и помещений в них, применение глуши ­ телей, звукопоглощающих конструкций, облицовок, виброизоля ­ торов, экранов и т. д.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ ЗДАНИЙ Источники шума и вибраций в жилых и общественных зданиях

Обеспечение необходимого акустического комфорта в поме ­ щениях зданий связано с изоляцией их как от внешних, так и от внутренних шумов. Источники шума в современных зданиях весьма многочислен ­ ны и многообразны. Насыщенность зданий инженерно-техниче ­ ским оборудованием (лифтами, мусоропроводами, вентилятора ­ ми, насосами подкачки воды, различными санитарными прибо ­ рами и устройствами) способствует возникновению звуковых ко ­ лебаний и вибраций, которые распространяются назначительные расстояния. Весьма интенсивны источники шума бытового про ­ исхождения: радио, телевизоры, магнитофоны, громкая речь И т. д. Наиболее эффективной мерой по улучшению акустического комфорта зданий является снижение интенсивности источников шума. В условиях современного города невозможно устранить все ис ­ точники внешнего шума, действующего на здание (шум транс ­ порта, самолетов, промышленных предприятий, спортивных пло ­ щадок), а также источники шума внутри здания. Необходимый акустический комфорт может быть достигнут лишь комплексом мер, которые включают административно-законодательные акты, градостроительные средства, архитектурно-планировочные меры, строительно-конструктивные и технические мероприятия. Возникающие в зданиях шумы распространяются в виде воз ­ душных или упругих волн. При распространении звуковых волн в системе здания проис ­ ходит затухание энергии волщ связанное с пространственным распространением и затуханием в материале конструкций. Про ­ цесс распространения звуковых вибраций является результатом наложения различных видов волн, возникающих в конструкциях зданий — продольных, поперечных и изгибных. Для практиче ­ ских целей звукоизоляции наибольшее значение имеют волны из ­ гиба, возникающие в ограждающих конструкциях под действием различных возмущений. Продольные волны могут при прохожде ­ нии стыков, сопряжений конструктивных элементов трансформи ­ роваться в другие виды волн — поперечные, которые переносят основную часть энергии структурного, т. е. распростаняющегося по конструкциям здания шума [ 1 ]. 5

Кроме указанных, в зданиях возможно образование различных видов крутильных и поверхностных волн, однако они быстро за ­ тухают с увеличением расстояния от источника шума и не оказы ­ вают существенного влияния на формирование шумового режима здания. Поэтому при исследовании вопросов звукоизоляции они обычно не учитываются. Интенсивность звука измеряется в Вт/м 2 . В практике защиты зданий от шума интенсивность звука изменяется в очень широ ­ ких пределах, поэтому удобнее пользоваться логарифмической величиной — уровнем интенсивности звука, выраженным в деци ­ белах (дБ) : £ и = 101g -J- , *0 где / — интенсивность звука; /о — пороговая интенсивность, равная ІО -12 Вт/м 2 . Более распространенной величиной измерения шума является уровень звукового давления, который определяется выражением А = 101g -4-, ^0 где Р — звуковое давление, Н/м 2 , Р о — пороговая величина звукового давления, равная 2-Ю- 5 Н/м 2 . В плоской звуковой волне свободного звукового поля давление и интенсивность численно совпадают. Как правило, источники шума в зданиях характеризуются не- периодичностью действия. Время воздействия шума может коле ­ баться в широких пределах. При этом в изолируемое помещение могут проникать шумы, генерируемые двумя или более источни ­ ками. В этом случае суммарный уровень шума определяется по правилам энергетического суммирования. Если источники шума имеют одинаковые уровни шума, то определение суммарного уровня шума может быть произведено по формуле L = L t + 10 lg п, где L t — уровень шума і-го источника; п — количество источников.' Если действует одновременно несколько различных источни ­ ков шума Li и Ь 2 , то их уровни суммируются последовательно (L c >L 2 ) : L = L t + ДА, где ДА — поправка, зависящая от разности уровней двух источ ­ ников. Поправка для энергетического суммирования уровней шума: Разность уровней шума двух источников, дБ . . . . 0 1 2 3 4 5 6 10 15 Поправка, добавляемая к боль ­ шему уровню шума, дБ . . 3 2,5 2,1 1,8 1,5 1,2 1 0,4 0,2 6

Таблица 1. Показатели уровня звукового давления некоторых источников шума

Уровень звукового давления, дБ

Субъективная оценка

Источник шума

Примечание

Порог слышимости

0 — ,10

В зависимости от физио ­ логического восприятия уха На расстоянии 5 — 10 м То же, 0,5 м » 1

Очень тихо

Шелест листвы и тихого ветра Шепот тихий Шепот Очень тихая музыка по радио Жилая комната в при ­ городе Речь средней громкости речь Шум на улице со сред ­ ней интенсивностью дви ­ жения, шум насосных установок, лифтов Громкая музыка (теле ­ визоры, проигрыватели, радио), шум пылесоса, кондиционеры, вентиля ­ торы Г ромкая разговорная Громкая оркестровая му ­ зыка Шум дизельных моторов Авиационные двигатели Порог, болевого ощуще ­ ния

10 — 20 20— 30 30 — 140 40 — 50 50 — 60 50 —60 60 — 70 70 — 80

На расстоянии 5 м

Тихо

На расстоянии 1 — 1,5 м

На расстоянии 1 — 2 м

Шумно

80 —90 В помещении

Очень шумно

100 — 110 410 — 115 120 — 130 130 — 140

Кафе, рестораны На расстоянии 1 м То же, 2 — 3

Болезненно

Как видно из приведенных данных, практически при разности уровней более 10 дБ источником шума с меньшим уровнем мож ­ но пренебрегать. При действии многих источников шума произво ­ дится последовательное попарное энергетическое суммирование. Пример. В помещение проникает через окно шум автомобильного транспор ­ та Li = 80 дБ, насосной установки £ 2 =78 дБ и лифта £ 3 =74 дБ. Требуется определить суммарный уровень шума в расчетной точке помещения. Определяем значение £і — L 2 =2 дБ и находим поправку Д£ ( =2,1 дБ; £ 2 =80+2,1 =82,1 дБ. Находим разность £ 2 и £ 3 : 82,1 — 74=8,1 дБ. Поправку Л£ 2 находим экстраполяцией Д£ 2 =0,5 дБ. Суммарный уровень шума в расчет ­ ной точке помещения будет £=82,1+0,5 = 82,6 дБ. Таким образом, для снижения уровня шума в помещении необходимо уменьшить уровень шума £і, например, путем увеличения собственной звуко ­ изоляции окна. 7

Спектры шума, выраженные в уровнях звукового давления, изображаются в виде частотных характеристик в полулогариф ­ мических координатах: по оси ординат в линейном масштабе от ­ кладываются уровни, а по оси абсцисс в логарифмическом мас ­ штабе — частоты. На практике чаще всего используют понятие уровень звука в дБА. Это значит, что измерения уровня звукового давления про ­ изводились по кривой коррекции А шумомера (шумомер может быть снабжен набором корректирующих фильтров, характери ­ стики которых обозначаются буквами А, В, С, Д). Характеристи ­ ка с индексом А учитывает восприятие шума человеческим ухом и рекомендуется международными стандартами по оценке уров ­ ня шума. В табл. 1 приведены уровни звукового давления неко ­ торых источников шума. Спектры шумов инженерно-технического оборудования зданий (вентиляторы, насосы, трубопроводы, мусоропроводы, лифты, канализация и т. д.) носят, как правило, сплошной характер, а уровни звукового давления колеблются в широких пределах. Звуковая мощность, излучаемая этими источниками шума, на различных частотах будет иметь различный уровень, поэтому кроме частотного спектра излучения необходимо знать и пас ­ портные шумовые характеристики источников шума. Практичес ­ ки задача значительно осложняется не только тем, что не всегда шумные агрегаты и машины имеют шумовые характеристики, но и тем, что эти источники являются и возбудителями звуковых ви ­ браций, распространяющихся по конструкциям зданий. В этом случае для обеспечения нормативного акустического режима здания первостепенное значение имеют меры по виброизоляции источников шума и уменьшению излучения звуковой энергии ко ­ леблющимися конструкциями (вибродемпфирование, устройство обшивок на относе, акустических разрывов, плавающих полов и т. д). Правильный расчет и выбор конструктивных мер по обеспече ­ нию благоприятного акустического режима в помещениях и необ ­ ходимой звукоизоляции ограждающих конструкций тесно связа ­ ны с нормативными требованиями по звукоизоляции, которые предъявляются к тем или иным помещениям различных зданий. Требования по звукоизоляции зданий зависят от назначения зда ­ ния и функциональных особенностей его помещений. Норматив ­ ные документы, регламентирующие величину звукоизоляции ог ­ раждающих конструкций, изложены в соответствующих главах СНиП: для жилых зданий — СНиП ІІ-Л. 1 — 71, для обществен ­ ных — СНиП ІІ-Л. 2 — 72. Мерой оценки звукоизоляции от воздушного или ударного шу- 8 Нормативные требования по звукоизоляции зданий и методы ее измерения

ма ограждающей конструкции здания служит показатель звуко ­ изоляции от воздушного (£ в ) или ударного (£ у ) шума. Оценка изоляции от ударного шума производится только для между ­ этажных перекрытий, а от воздушного шума — для стен, перего ­ родок, перекрытий, дверей и т. д. Показатель звукоизоляции ограждающей конструкции равен целому числу децибел, на которое нужно сместить по вертикали

нормативную кривую для того, чтобы среднее не ­ благоприятное отклонение частотной характеристики звукоизоляции от воздуш ­ ного шума этого огражде ­ ния или приведенного уровня ударного шума под перекрытием от сме ­ щенной нормативной кри ­ вой во всех Ѵз-октавных полосах нормируемого ди ­ апазона частот (100 — 3200 Гц) не превышало 2 дБ и было максимально близко к этому значению.

Рис. 1. Расчет показателя звукоизоляции от воздушного шума: 1 — для лабораторных исследований; 2 — при из ­ мерении в натуре и расчетах.

При определении показателей звукоизоляции рассчитывается среднее неблагоприятное отклонение расчетной или измеренной частотной характеристики звукоизоляции от нормативной, кото ­ рое принимается равным суммы всех неблагоприятных откло ­ нений на каждой из 16 среднегеометрических частот: 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 640, 800, 1000, 1250, 1600, 2000. 2500 и 3200 Гц [2]. Пример. Рассчитать показатель звукоизоляции от воздушного шума между ­ этажного перекрытия в натурных условиях, частотная характеристика звуко ­ изолирующей способности которого приведена на рис. 1. В полулогарифмическом масштабе строим оси координат и наносим норма ­ тивные кривые. Определяем среднее неблагоприятное отклонение путем нахож- 1 дения суммы неблагоприятных отклонений и деления ее на 15 (число — — ок- О тавных полос). Сдвигаем нормативную кривую вниз иа величину среднего неблагоприятно ­ го отклонения, округленную до целого числа децибел. Затем снова определяем среднее неблагоприятное отклонение от сдвинутой кривой. Расчет показателей звукоизоляции сведен в табл. 2. Согласно требованиям современных норм нормируемыми па ­ раметрами шума, проникшего в помещения жилых и обществен ­ ных зданий, являются уровни среднеквадратического звукового давления в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Допусти ­ мые уровни звукового давления в октавных полосах частот и 9

Таблица 2. Определение показателя звукоизоляции от воздушного шума

Величина звукоизо ­ ляции, дБ

Неблагоприят ­ ные отклонения после сдвига нормативной кри ­ вой, дБ

Отклонения из ­ меренных значе ­ ний от норматив ­ ных, дБ

Значения норма ­ тивной кривой, сдвинутой вниз на 1 дБ

Частоты, Гц

измерен ­ ная или расчетная

норматив ­ ная

100 125 160 200 250 320 400 500 640 800

35 37 36 39 41 45 44 47 49 50 52 57 58 61 66 68

+ 2 + 1 — 3 -3 — 4 — 3 — 7 — 5 — 4 — 4 — 3 + 1 +2 + 5 +ю + 12

32 35 38 41 44 47 50 51 52 53 54 55 55 55 55 55

33 36 39 42 45 48 51 52 53 54 55 56 56 56 56 56

+3 +2 — 2 — 2 — 3 — 2 — 6 — 4 — 3 — 3 — 2 +2 +3 +6 + 11

1000 1250 1600 2000 2500 3200

+13

Сумма неблагоприятных от ­ клонений Среднее неблагоприятное отклонение

—

-36 36: 15 = = 2,4>2 дБ

-£7 27: 15 = = 1 ,8<|2 дБ

Показатель звукоизоляции Е в = — 1 дБ

уровни звука в помещениях жилых и общественных зданий от работы систем санитарно-технического и инженерного оборудо ­ вания, а также внешних шумов приведены в табл. 3. В зависимости от характера шума, места расположения объек ­ та, времени действия шума в измеренные или рассчитанные уров ­ ни звукового давления вносятся поправки, приведенные в табл. 4. Уточненные уровни шума сравниваются с предельно допусти ­ мыми уровнями звукового давления, указанными в табл. 3. Широко распространен графический метод сравнения измерен ­ ных или расчетных уровней звукового давления с предельно до ­ пустимым индексом кривой для оценки шума. На рис. 2 приве ­ дены предельно допустимые уровни звукового давления в октав ­ ных полосах частот. Индекс кривых соответствует предельно до ­ пустимому звуковому давлению в октавной полосе со средней частотой 1000 Гц. Например, индекс кривой № 50 обозначает кри ­ вую для оценки шума с уровнем звукового давления 50 дБ в ок ­ тавной полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц. Нормативные документы по нормированию звукоизоляции ограждающих конструкций и допустимого шума в помещениях различного назначения приведены в [2 — 4]. Измерения звукоизоляции ограждающих конструкций зда- 10

Таблица 3. Допустимые уровни звукового давления и уровни звука в помещениях жилых и общественных зданий [СНиП П-Л. 1 — 74, СНиП П-Л. 2 — 72]

Среднегеометрические частоты октав ­ ных полос, Гц

Помещения

63

1 25

1 000 2000 4000 8000

500

250

Уровни звукового давления, дБ

Жилые комнаты квартир, спаль ­ ные помещения детских учрежде ­ ний и интернатов, жилые помеще ­ ния домов отдыха и пансионатов Палаты больниц и санаториев, операционные больниц Кабинеты врачей больниц, санато ­ риев и поликлиник, концертные залы, номера гостиниц, жилые комнаты в общежитиях Классы и аудитории в школах и учебных заведениях, конференц- залы, зрительные залы театров, кинотеатров, клубов, читальные залы Рабочие помещения администра ­ тивных зданий, конструкторских бюро, научно-исследовательских институтов Залы кафе и ресторанов, столо ­ вые, фойе театров и кинотеатров Торговые залы магазинов, спорт ­ залы, пассажирские залы аэропор ­ тов и вокзалов, парикмахерские и т. п. Помещения лабораторий, кабины наблюдения; помещения для элек ­ тронно-вычислительных машин.

29 24

35 31

25 20

44 39

30 25

55 51

40

34

35

48

30

59

45

52

40

63

39

35

61 66

54 59

71 75

49 54

50 55

45 50

79

63

58

55

70

60

87

78

94

82

80

75

пий проводятся в лабораторных и натурных условиях по стан ­ дартной методике, разработанной на основе рекомендаций Меж ­ дународной организации по стандартизации (ИСО) и Постоян ­ ной комиссии по строительству СЭВ. Эта методика изложена в требованиях ГОСТ 15116 — 69 «Звукоизоляция. Показатель зву ­ коизоляции. Методы измерения» и предусматривает определение показателя звукоизоляции перекрытий, стен, перегородок от воз ­ душного шума и, кроме того, перекрытий от ударного шума. Величина звукоизоляции от воздушного шума R вычисляется по формуле R = Ц - А 2 + 10 1g 4 . А где Li и Аг — средние уровни звукового давления в камерах вы ­ сокого (КВУ) и низкого (КНУ) уровней, дБ; 11

Таблица 4. Поправки к допустимым октавным уровням звукового давления и уровням звука [СНиП П-Л. 1 — 72]

Фактор, определяющий поправку

Поправка, дБ или дБА

Условия эксплуатации

Характер шума

Широкополосный Тональный, импульсный (при измере ­ нии стандартным шумомером) Курортный район Новый проектируемый городской жи ­ лой район Новые здания в существующей за ­ стройке

0 — 5 — 5 0 +5

Месторасположение зда ­ ния

Время суток

с 7 до 23 ч с 23 до 7 ч

+ 10 0

Длительность воздей ­ ствия шума в дневное время за наиболее шум ­ ные 30 мин

Суммарная длительность, проц.: 66 — 100 18 — 56 6 — 18 Менее 6

0 +5 + 10 + 15

S — площадь испытываемой конструкции, м 2 ; А — общее звукопоглощение в камере низкого уровня, м 2 . Определение приведенного уровня ударного шума под пере ­ крытием в октавных полосах L n в дБ производят по формуле L n = L y -101g -4-, где L y — уровень ударного шума относительно порогового значе ­ ния 2- 10~ 5 Н/м 2 ; До — стандартное звукопоглощение (10 м 2 ) . с 1 В случае, если при измерении применялись ---- октавные фильт- 3 ры, то результаты измерения ударного шума нужно привести к октавным полосам путем прибавления к значению L n 4,8 дБ. В качестве источников воздушного шума используются громко ­ говорители, размещаемые в углах камеры высокого уровня, про ­ тивоположных поверхности испытываемой конструкции. В каче ­ стве источника ударного шума применяется ударная машина сле ­ дующей конструкции: 4 молотка расположены на одной прямой, расстояние между крайними молотками равно 40 см, эффектив ­ ная масса каждого молотка составляет 0,5 кг. Молотки свободно падают с высоты 4 см без трения. Часть молотка, ударяющая по поверхности испытываемого образца, выполняется из металла' диаметром 3 см с радиусом соприкасающейся поверхности около 12

Г)0 см. Схема измерения звукоизоляции приведена на рис. 3. Измерения должны выполняться шумомером с полосовыми фильтрами или же измерительным трактом, состоящим из микро ­ фона, усилителя, полосовых фильтров, самописца уровней или лампового вольтметра. Частотная характеристика шумомера или измерительного тракта (включая микрофон) в диапазоне

Рис. 2. Предельные спектры шума для различных помещений: I — жилые здания; II — обычные про ­ изводственные шумы.

Рис. 3. Блок-схема электроакусти ­ ческого тракта для измерения зву ­ коизоляции от воздушного шума: 1 — громкоговорители; 2 — усилитель мощности; 3 — октавный фильтр; 4 — генератор «белого» шума; 5 — микро ­ фоны; 6 — катодный повторитель; 7 — 1/3-октавный спектрометр; 8 — быстро ­ действующий регистратор уровней.

частот измерения должна быть линейной. Испытуемая конструк ­ ция устанавливается между КВУ и КНУ. В КВУ передающим трактом возбуждается шум в октавных полосах частот в диапа ­ зоне 100 — 3200 Гц, одновременно в КВУ и КНУ приемным трак ­ том регистрируются уровни звукового давления L\ и Z.2. 13

Общее звукопоглощение в КНУ обычно определяется по ре ­ зультатам измерения времени реверберации или рассчитывается исходя из площадей ограждающих конструкций S ; и их коэффи ­ циента звукопоглощения a ( : А = S аД-. При измерении времени реверберации величина общего звуко ­ поглощения определяется по формуле А = 0,164 — , т где V — объем КНУ, м 3 ; Т — измеренное время реверберации, сек. Под реверберацией понимается процесс затухания звуковой энергии, наблюдаемый после прекращения звучания источника шума. Учитывая, что при измерениях звукоизоляции обычно из ­ меряется уровень звукового давления, временем стандартной ре ­ верберации считается время, в течение которого уровень звуково ­ го давления стандартного «белого» шума снизится на 60 дБ. При проведении измерений в натурных условиях на результаты измерений влияют различные шумовые помехи (это влияние сле ­ дует учитывать в диапазоне частот измерений). Если уровень звукового давления, содержащий сигнал и шумовые помехи, пре ­ вышает уровень помех в частотной полосе менее чем на 10 дБ, то для учета помех необходимо из уровня звукового давления вы ­ честь поправку. Если разность между измеренным уровнем и уровнем помех в полосе составляет от 9 до 6 дБ, поправку следует брать в 1 дБ, от 5 до 4 — 2. Если разность меньше 4 дБ, проведение измерений звукоизоляции не допускается. Существуют также другие методы измерения звукоизоляции конструкций, но в отличие от вышеописанного они являются бо ­ лее помехоустойчивыми. Стандартный метод не позволяет про ­ изводить оценку звукоизоляции с учетом косвенных путей пере ­ дачи звуковой энергии, он весьма чувствителен к посторонним шумам и требует больших специальных акустических камер с вы ­ сокой степенью изоляции. В последнее время все большее применение находит корреля ­ ционный метод измерения звукоизоляции панелей [4]. Суть его состоит в определении с помощью специальных приборов — кор ­ релометров — компонентов звукового давления, соответствую ­ щих различным источникам шума, различным временам распро ­ странения и различным полосам частот. Этот метод предпочтителен при измерении в натурных усло ­ виях звукоизоляции окон, дверей, перегородок, вентиляционных проемов и т. п. Преимуществом корреляционного метода является его примерно одинаковая точность измерения звукоизоляции как в натурных, так и лабораторных условиях, недостатком — слож- 14

постъ применяемой аппаратуры и необходимость специальной подготовки персонала. Для контрольных замеров звукоизоляции существует более простой метод, предусматривающий установку по обе стороны ис ­ пытуемой панели излучающей и приемной переносных камер. Камеры устанавливают симметрично относительно друг друга и ко показаниям индикатора, подключенного к микрофонам в при ­ емной и излучающей камерах, определяют звукоизолирую ­

щую способность локальных участков ограждения. Устанав ­ ливаемая на поверхности ис ­ следуемой конструкции излу ­ чающая камера с громкогово ­ рителем должна быть тщатель ­ но загерметизирована. На ре ­ гистрирующее приспособление, устанавливаемое на противо ­ положной поверхности кон ­ струкции, могут оказывать су ­ щественное влияние помехи; диапазон измерительных час ­ тот иногда охватывает сравни ­ тельно узкую область. Автором предложено новое устройство для измерения зву- ісоизоляции конструкций (рис. 4). Устройство содержит излу ­

Рис. 4. Устройство для измерения зву ­ коизоляции вибрационным методом: / — излучающая камера; 2 — динамик; 3 — вибродатчики; 4 — регистрирующее при ­ способление; 5 — корректирующая цепоч ­ ка; б — индикатор; 7 — испытуемая кон ­ струкция.

чающую камеру с динамиками, регистрирующее приспособление с, вибродатчиками, интегрирующую корректирующую цепочку, Регистрирующее приспособление состоит из закрепляемых жест ­ ко непосредственно на конструкции вибродатчиков, подключен ­ ных ко входу интегрирующей цепочки, выход которой соединен С, индикатором. Акустическая энергия, генерируемая динамиком в широком диапазоне частот, возбуждает изгибные колебания в исследуемой конструкции, наружные поверхности которой колеблются син- фазно. Вибродатчики регистрируют колебания поверхности кон ­ струкции, и после усреднения и интегрирования по измеритель ­ ной площади сигнал проходит на индикатор. Данный метод может найти преимущественное применение при 'жспресс-измерениях в условиях строительной площадки акусти ­ чески однородных конструкций. Преимуществами его являются простота и высокая помехоустойчивость, что важно при проведе ­ нии поверочных замеров звукоизоляции органами архитектурно- строительного контроля. В последние годы в нашей стране и за рубежом широко ис ­ пользуется метод измерения звукоизоляции конструкций на 15

моделях, который значительно ускоряет и удешевляет трудоем ­ кий процесс исследования [4 — 6]. Пользуясь методом моделиро ­ вания, можно исследовать влияние отдельных конструктивных и физических факторов на звукоизоляцию конструкций. Масштаб моделирования, исходя из требований геометрического подобия модели и натурной конструкции, обычно выбирают 1:5 или 1:3. Выбирая масштаб моделирования, следует учитывать, что дифференциальные или интегральные уравнения, описывающие исследуемые явления (совместно с граничными и начальными ус ­ ловиями), после приведения их с помощью масштабных преоб ­ разований к безразмерному виду должны быть тождественно равны. Необходимое увеличение частоты в 5 раз легко обеспечи ­ вается существующей высококачественной излучательной аппа ­ ратурой, т. к. измерения проводятся в диапазоне 500 — 12 500 Гц. В настоящее время существует несколько измерительных уста ­ новок для модельных исследований звукоизоляции ограждений. Одна из них [7] содержит подвижную камеру К.НУ, пневмати ­ чески соединенную с камерой высокого уровня, в которой разме ­ щены высокочастотные излучатели. В проеме между камерами устанавливается испытуемая панель. Условия закрепления пане ­ ли легко фиксируются, а косвенные пути максимально устранены вследствие разобщенности камер, в которых звуковое поле при ­ ближается к диффузному. Передача воздушного шума через ограждения В современном строительстве жилых и общественных зданий широкое распространение находят тонкостенные ограждающие конструкции из различных материалов. Эти конструкции должны обеспечивать необходимый акустический комфорт в помещениях. При этом конечной целью является необходимость с помощью по ­ вышения звукоизолирующей способности разделяющего ограж ­ дения снизить уровень звукового давления в изолируемом поме ­ щении. Эффект звукоизоляции в сочетании со звукопоглощением поз ­ воляет наиболее полно решить проблему обеспечения благо ­ приятного акустического режима в помещениях. Этот эффект связан, в первую очередь, с отражением звука от поверхности конструкции. Звукоизолирующая способность ограждения характеризуется коэффициентом звукопроницаемости, который определяется по формуле -А = А Т_ Pl ’ где Qi и Q 2 — величины звуковой энергии, прошедшей через ограждение и падающей на него; 16

Pi и P 2 — звуковое давление в прошедшей через ограждение и падающей на него звуковой волне. Выражение R = 10 1g — определяет величину звукоизоляции т ограждения от воздушного шума в дБ. Практически для звукоизоляции строительных конструкций имеют значение две области частот: область действия закона массы и область, где проявляется эффект волнового совпадения. Учет граничных условий, размеров, неоднородностей, парамет ­ ров примыкающих конструкций и т. п. значительно усложняет расчет звукоизоляции однослойного ограждения. Важными явля ­ ются акустические характеристики изолируемых помещений — при одинаковых конструкциях ограждений в гулком помещении проникающий через ограждение шум создает большие уровни звукового давления, чем в заглушенном помещении. Для повышения звукоизоляции следует передвигать граничную частоту волнового совпадения за пределы нормируемых частот. Для тонких жестких перегородок с поверхностной плотностью ЙО — 150 кг/м 2 значение граничной частоты находится в пределах от 250 до 1000 Гц, т. е. в диапазоне частот, наиболее воспринима ­ емых человеком. Поэтому путем уменьшения жесткости можно существенно повысить их низкую звукоизолирующую способ ­ ность (благодаря смещению граничной частоты в сторону .высо ­ ких частот). В случае использования панелей относительно боль ­ шой толщины с / рр <250 Гц целесообразно увеличивать их жест ­ кость. Этот эффект может быть достигнут либо путем уменьше ­ ния гибкости панели при постоянной массе, либо увеличением массы при постоянной гибкости. Надежную звукоизоляцию от воздушного шума обеспечивают толстые и тяжелые ограждения, выполненные из плотных материалов с высоким коэффициен ­ том потерь, однородные по структуре ограждения без щелей и пустот. Применение массивных ограждений с целью увеличения звуко ­ изоляции не всегда оправдано с технико-экономической точки зрения. Более перспективным представляется использование ма ­ териалов с высоким коэффициентом потерь. При необходимости обеспечить высокую звукоизоляцию при значительно меньшей поверхностной массе ограждения, что в ус ­ ловиях современного строительства является наиболее целесооб ­ разным, широко используют многослойные конструкции ограж ­ дений. Они позволяют при значительно меньшей поверхностной плотности обеспечить такую же звукоизоляцию, как и однослой ­ ные ограждения. Звукоизоляция двойного ограждения от воздушного шума за ­ висит от массы стенок, соотношения их жесткостей, граничных частот волнового совпадения каждой стенки, резонансных явле ­ ний в воздушном промежутке, условий сопряжения стенок между собой и т. д. Я 7-1451 17

Как показывают экспериментальные исследования, практичес ­ ки в зданиях вследствие наличия косвенных путей передачи зву ­ ковой энергии, а также жесткой связи стен двойного ограждения между собой, толщина воздушного промежутка может принима ­ ться исходя из конструктивных соображений равной 4 — 6 см. Средняя звукоизолирующая способность двойного огражде ­ ния с воздушным промежуточным слоем приближенно может

быть определена следующим образом: при весе двух стенок меньше 200 кг/м 2

R — 13,5 1g (пц + т 2 ) 4- 13 + Д, дБ;

при весе /П1 + /П2 более 200 кг/м 2

R — 23 1g 4- т 2 ) — 9 + Д, дБ, где Д — поправка, зависящая от ширины воздушного проме ­ жутка. Поправка на звукоизоляцию двойного ограждения: Толщина воздушного промежут ­ ка, см ....................................... 3 4 5 6 7 8 9 10 Поправка, дБ , . . . . 2 3 4,5 5,5 6 6,5 6,8 7 Для увеличения звукоизоляции двойных ограждений в послед ­ нее вр£мя широко используют заполнение промежутка между на ­ ружными стенками упруго-вязкими материалами (панели типа «сэндвич»), что позволяет повысить модуль потерь конструкции т]Е и тем самым расширить область действия закона массы. При относительно высоких потерях в упруго-вязком слое такое ограждение в области высоких частот способно к колебаниям сдвига, а не изгиба, в результате чего явление волнового совпа ­ дения практически не наблюдается и звукоизоляция ограждения повышается. Гораздо меньший эффект наблюдается при внесе ­ нии в промежуток между двумя стенками пористых или волок ­ нистых материалов. Рассматривая звукоизоляцию многослойных ограждений, нельзя не отметить отрицательного влияния жесткой связи меж ­ ду стенками. Особенно значительно снижение звукоизоляции на частотах, выше граничных. На частотах, ниже граничных, влия ­ ние жесткой связи менее значительно, поскольку на этих часто ­ тах панели представляют собой систему не связанных при коле ­ бании масс. Важным мероприятием является также рассогласование гра ­ ничных частот стенок двойного ограждения, чего можно достичь, например, устройством в одной из стенок пазов или выступов. Целесообразно также применение при изготовлении стенок мате ­ риалов с различными объемными весами: повышение звукоизо ­ ляции от воздушного шума при этом может составить 5 — 10 дБ. Соотношение цилиндрических жесткостей при изгибе стенок должно быть от 1:5 до 1:8 (при одинаковом весе стенок). 18

Наибольшая величина дополнительной звукоизоляции такого ограждения будет [4] Л/? ДОП = 201g — - 3. ■'і Самыми выгодными с точки зрения звукоизоляции являются двойные ограждения из панелей одинаковой поверхностной плот ­ ности, но с различными цилиндрическими жесткостями при из ­ гибе.

Рис. 5. Косвенные пути распро ­ странения звуковой энергии: / - прямой путь; 2, 3, 4 — косвенные пути.

Рис. 6. Зависимость показателя зву ­ коизоляции от воздушного шума ог ­ раждений из традиционных строи ­ тельных материалов от поверхност ­ ной плотности.

При конструировании многослойных ограждений появляется возможность повышения звукоизоляции от воздушного шума пу ­ тем соответствующего подбора параметров слоев. Шумовой ре ­ жим в изолируемом помещении здания определяется не только проникновением воздушного шума через ограждающие конструк ­ ции, но и косвенными путями распространения звуковой энергии (рис. 5). Расчет требуемой звукоизоляции ограждения от воздушного Шума следует производить в октавных полосах отдельно для каждой ограждающей конструкции [2]. Построение частотной характеристики звукоизоляции ограждений графоаналитическим методом целесообразно производить по методу В. И. Заборова и П, И. Боголепова [2, 4, 7]. При ориентировочных расчетах пока ­ зателя звукоизоляции однослойных ограждений в зависимости от поверхностной плотности рекомендуется использовать график, приведенный на рис. 6. Распространение ударного шума Междуэтажные перекрытия жилых и общественных зданий нормируются также на звукоизоляцию от ударного шума. Раз ­ личного вида ударные импульсы, воздействующие на перекры ­ тия, вызывают его колебание и излучение звуковой энергии в 19

изолируемое помещение. Звукоизоляция перекрытий зависит от звуковой мощности, излучаемой ограждением при действии удар ­ ных импульсов, и определяется приведенным уровнем звукового давления, возникающим под перекрытием при работе стандарт ­ ной ударной машинки. Звуковая мощность, излучаемая перекрытием, в общем виде пропорциональна квадрату колебательной скорости ограждения, его площади и коэффициенту излучения.

Рис. 7. Приведенный уровень ударно- го шума под перекрытием из много- пустотного настила толщиной 22 см

Рис. 8. Нормативные кривые требуе- мого снижения приведенного уровня ударного шума (I — VI см. на стр.

без пола:

21 — 22).

1 — нормативная кривая; 2 — измеренный уровень ударного шума.

При относительно больших толщинах перекрытий обычно зна ­ чения граничной частоты волнового совпадения находятся в диа ­ пазоне низких частот (100 — 160 Гц), поэтому коэффициент из ­ лучения в первом приближении может быть принят равным 1 (интенсивность излучения приближается к интенсивности при поршневых колебаниях бесконечной пластины). На рис. 7 представлена частотная характеристика приведен ­ ного уровня ударного шума под перекрытием, выполненным из типовых многопустотных плит без конструкции пола. Приведен ­ ный уровень ударного шума под голым перекрытием при дейст ­ вии стандартной ударной машины характеризуется преобладаю ­ щим наличием высокочастотного спектра шума, который и оп ­ ределяет отрицательные значения показателя звукоизоляции £ у . В современных зданиях уровень звукового давления в изоли ­ руемом помещении определяется не только звуковым излуче ­ нием перекрытия, но и излучением всех ограждающих поверх ­ ностей, по которым распространяется энергия ударного шума. Возбуждаемые звуковые колебания распространяются как по смежным стенкам, так и по перекрытиям, излучая при этом зву ­ ковую энергию в воздушную среду [8]. Для тонкостенных ограждающих конструкций современных зданий можно установить три области с различной интенсив ­ ностью излучения: 20

область f<0,6 f rp , где коэффициент излучения определяется формулой, Хекля 32с * л3 / rp * S область f>f rp , где коэффициент излучения может принимать ­ ся равным 1; область 0,6

Для сплошной или многопус ­ тотной плиты при средней по ­ верхностной плотности несущей части, кг/м I 2 :

Для перекрытия с гибким под ­ весным потолком (подшивка на относе) при средней плотности несущей части, кг/м 2 .

150 200 250

I 150 ............................................. П 11 200 IV III 250

V

21

IV

300 ............. VI

300 375 450

V

VI При определении номера требуемой кривой значение факти ­ ческой поверхностной плотности несущей части перекрытия ок ­ ругляется до ближайшей величины, конструкции полов по засып ­ кам в данном случае не учитываются. Методика проведения расчета звукоизоляции перекрытий от ударного шума в зависимости от конструкции пола на упругом основании приводится в [2, 4, 11]. Акустическая развязка плавающего пола, подвергающегося ударным воздействиям, и несущей части перекрытия посредством упругого слоя (прокладок) создает условия для быстрого зату ­ хания не только энергии удара, но и энергии воздушного шума. Эффективность применения плавающего пола зависит от жест ­ кости материала упругой прокладки и от поверхностной плот ­ ности пола, а эффективность звукоизоляции от ударного шума — от величины произведения поверхностной плотности т (кг/м 2 ) и толщины h упругой прокладки (см). Зависимость между т и h может быть выражена в первом приближении формулой [1] /пй = 50 кг • м 2 /см. Например, по упругой прокладке, толщина которой в сжатом состоянии равна 20 мм, следует укладывать стяжку весом не ме ­ нее 25 кг/м 2 . В случае устройства по перекрытию рулонного пола дополни ­ тельная звукоизоляция от ударного шума характеризуется вели ­ чиной местного смятия в зависимости от частоты собственных ко ­ лебаний системы, состоящей из массы падающего молотка стан ­ дартной ударной машины и упругости рулонного пола с упругой подкладкой. В момент удара под молотком образуется зона де ­ формаций, подобная пружине, поэтому молоток можно предста ­ вить в виде массы, опирающейся через пружину на перекрытие. При большой продолжительности удара колебательное движе ­ ние распространяется на большую площадь перекрытия. Продолжительность стандартного удара — это время контакта молотка ударной машины с проектируемым чистым полом. В за ­ висимости от типа покрытия чистого пола изменяется время про ­ должительности удара т и, следовательно, резонансная частота колебаний рулонного пола /о: 0,45 Продолжительность стандартного удара в зависимости от ма ­ териала и толщины упругой подкладки выбранного рулонного пола определяют по графику (рис. 9). Определение величины снижения приведенного уровня ударно ­ го шума под перекрытием за счет рулонного пола производится графоаналитическим методом. Для этого строится график сни ­ жения, на горизонтальной оси которого откладывается резонанс- 22

пая частота fo. Из точки fo вправо вверх проводится прямая с на ­ клоном 12дБ на каждую октаву. Затем на полученный график шшосится кривая требуемого снижения приведенного уровня ударного AL Tp и вычисляется показатель звукоизоляции Е у . Этот упрощенный способ применим для акустически однородных пе ­ рекрытий с рулонными полами, его подробная методика приве ­ дена [2, 11].

Рис. 9. Зависимость продолжитель ­ ности удара' от материала и толщины упругой подкладки: I линопор; 2 — линолеум, релнн, лино- ИПТ, ковровая дорожка на подкладке из I Ѵбчатой резины; 3 — то же, на подкладке III мягкой технической листовой резины НН натуральном каучуке; 4 — то же, на * Ніітетическом каучуке.

КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ ЗДАНИЙ Оценка звукоизоляции современных зданий

Проблема звукоизоляции современных жилых и общественных ідш-іий связана с многообразием источников шума и вибраций, различными путями распространения по зданиям и, в основном. < нодится к решению вопросов звукоизоляции помещений от ішсшних и внутренних шумов, возникающих в здании. В последнее время в архитектурно-планировочных и конструк ­ тивных решениях зданий произошли значительные изменения, направленные на улучшение их технико-экономических и эксплу ­ атационных показателей [12]. Рассмотрим кратко состояние звукоизоляции основных типов і даний« Крупнопанельные здания. Крупнопанельное домостроение яв ­ ляется основным направлением массового жилищного строитель- •'і ’ Ва. В первые годы массового строительства этих зданий проек- ніровщики и строители не имели достаточно научно обоснован ­ ных рекомендаций и технических решений по обеспечению шукоизоляции. Акустический комфорт в первых сериях крупно ­ панельных жилых зданий был низок, иногда требования СНиП но звукоизоляции не выполнялись [11]. Стремление к максимальному облегчению ограждающих кон ­ струкций без учета требований звукоизоляции и основных зако- мнрпостей механизма звукопередачи вызывало многочисленные .іііілобы на плохую звукоизоляцию. I Ірименяемые в крупнопанельном домостроении ограждения можно условно разделить на акустически однородные и слоистые (раздельные). 23

Акустически однородные конструкции отличаются простотой и малой трудоемкостью при изготовлении, что обеспечивает их ши ­ рокое применение при разработке и строительстве новых серий крупнопанельных домов (1 — 464, П-49, 1 — 134, 96, 1Р — 303, К-7-3 и др). Изоляция от воздушного шума в них достигается исполь ­ зованием железобетонной панели из тяжелого бетона сплошного сечения, а от ударного шума — применением рулонных покры ­ тий пола на упругой подкладке. Первые здания из акустически однородных конструкций имели неудовлетворительную звукоизоляцию, особенно низкой была звукоизоляция перекрытий от воздушного шума (£в ₽ = от — 1,2 до 7 дБ). Одной из основных причин снижения звукоизоляции ограждений в крупнопанельных зданиях с акустически однород ­ ными ограждениями является интенсивная передача звука кос ­ венными путями; наблюдающиеся разбросы в значениях показа ­ телей звукоизоляции вызваны также неодинаковым качеством строительно-монтажных работ. Это влияние было взято за основу при исследовании высотных 16-этажных зданий из вибропрокатных акустически однородных панелей в Киеве [12]. Междуквартирные несущие перегородки выполнены из панелей толщиной 160 мм (весом около 400 кг/м 2 ), междуэтажные перекрытия — из панелей толщиной 140 мм (ве ­ сом 365 кг/м 2 ). Полы представлены в нескольких вариантах: пар ­ кетная клепка по двум слоям жесткого и мягкого оргалита; лино ­ леум на теплозвукоизоляционной войлочной подкладке по пес ­ чано-асфальтовой подготовке; паркетные доски толщиной 25 мм по лагам, уложенным на упругих подкладках из мягких древес ­ но-волокнистых плит. На рис. 10 представлены усредненные час ­ тотные характеристики звукоизолирующей способности исследо ­ ванных ограждений от воздушного шума. Частотные характери ­ стики звукоизоляции перегородок имеют выраженный провал в области средних и низких частот, вызванный эффектом волново ­ го совпадения. Для ограждений граничная частота волнового совпадения составляет 140 Гц, что находится в пределах норма ­ тивного диапазона. Исследования показали, что с увеличением жесткости вибро ­ прокатных панелей и узлов их стыкования возрастает косвенная передача звуковой энергии по прилегающим конструкциям, что в ряде случаев превышает на 3 — 5 дБ предусмотренную СНиП П-Л. 1 — 71 поправку в 2 дБ. Звукоизоляция ограждений зависит также от качества выпол ­ нения строительно-монтажных работ. Соблюдение всех требова ­ ний по звукоизоляции, а также выполнение работ под наблюде ­ нием специалиста-акустика позволило повысить показатель зву ­ коизоляции перекрытий с — 2 до +2 дБ (эталонные перекрытия). К недостаткам строительно-монтажных работ относятся слабая герметизация платформенного стыка, некачественная заделка от ­ верстий под монтажные петли, розетки, плохая герметиз? пиа 24

піиніных и дверных проемов, образование жестких мостиков при \ г тройстве полов и т. д. В табл. 5 приведены показатели звукоизоляции междуквартир- ІП.ІХ перегородок и междуэтажных перекрытий в крупнопанель ­ ном здании из вибропрокатных панелей (Киев, жилой массив Ік'рсзияки).

І ’ ИС. 10. Звукоизоляция ограждений і руішопанельного здания из вибро- прокптных панелей от воздушного шуми: f междуэтажные перекрытия рядовые (/ и^2 дБ); 2 — междуквартирные пере- пціодки (£ = — 1 дБ); 3 — междуэтажные мн|НЧі|)ытия эталонные (Е& ==+2дБ); 4- іпцімятивная кривая. Pile, И. Распределение воздушного шуми по высотному зданию из вибро- нршпітных панелей: н по вертикали; б — по горизонтали; и по днагоиалн; 1 — 0,25 кГц; 2 — ид кГц; 3 — 2,0 кГц.

Для крупнопанельных зданий из акустически однородных кон ­ струкций недостаточно измерений фактической собственной шукоизоляции ограждений — необходимо исследовать акустиче- гилй режим здания в целом. С этой целью были изучены условия рпсііространения звуковой энергии в вертикальном, горизон- і ильном и диагональном направлениях относительно источника шума и звуковых вибраций. Парис. 11 представлены кривые затухания приведенного уровня звукового давления в помещениях 16-этажного дома при рііботе стандартной ударной машины на перекрытии седьмого »тпжа. Исследования показали, что повышение собственной звукоизо ­ ляции стен и перекрытий за счет увеличения их толщины не мо ­ жет обеспечить достаточно благоприятного акустического режи ­ ма в помещениях. Более эффективно увеличение коэффициента внутреннего трения конструктивного материала путем внесения и бетонную смесь соответствующих добавок. Делать акустичес- 25