Акустика.

Постоянно возрастающая шумовая нагрузка в профессиональной и частной жизни приводит к тому, что вопросам звукоизоляции в современном надземном строительстве придается все большее значение. Каждый из нас хочет жить и работать в тишине. Для достижения данной цели над проблемами звукоизоляции должны активно работать все, кто занимаются проектированием и реализацией проектов.
Акустика помещений:
• для оптимизации времени реверберации в помещениях
• для понижения уровня шума L [дб] в производственных помещениях / цехах
Строительная акустика:
• для повышения звукоизоляции Rw [дб] монолитных потолков и потолков из деревянных балок, а также легких кровельных конструкций
• для улучшения продольной звукоизоляции Dn,c,w [дб] между соседними помещениями
• для уменьшения уровня шумовых помех из межпотолочного пространства
Акустика помещений — область акустики. В акустике помещений изучается вопрос, как отделка помещения влияет на запланированное использование данного помещения. Пользователи чаще всего хотят иметь в помещениях хорошую слышимость речи или музыки. Если помещение используется как для коммуникации, так и для исполнения музыкальных произведений, то акустическое проектирование такого помещения всегда требует компромиссных решений.
При акустическом проектировании и отделке помещений наряду с рациональным количеством используемых звукопоглощающих материалов, прежде всего, необходимо обратить внимание на правильное позиционирование отражающих и поглощающих поверхностей. Если в помещение должны быть созданы хорошие условия слышимости речи, то данные условия определяются не только прямым звуком, но и, прежде всего, соотношением между ранним и поздним отражением, а также направлением падения звука.
Важнейшими факторами, влияющими на качество акустики в помещении, являются:
1. Расположение помещения в здании
2. Звукоизоляция ограждающих конструкций
3. Уровень шума, производимый домовым инженерным оборудованием
4. Форма и размер помещения (первичная структура)
5. Структура поверхности площадей соприкосновения помещения (вторичная структура)
6. Предметы интерьера (вторичная структура)
7. Выбор размеров и пространственное расположение звукопоглощающих и отражающих поверхностей
Время реверберации.
Время реверберации – важнейший фактор, определяющий акустическое качество помещения. Данное время указывается в секундах и по определению является промежутком времени, в течение которого уровень звука в помещении после выключения источника звука уменьшается на 60 дб.
Уже в 1920 г. У. К. Сэбин опубликовал статью о фундаментальной взаимосвязи между временем реверберации, объемом помещения и звукопоглощением. И хотя сегодня существуют очень сложные компьютерные программы моделирования акустических процессов, на практике чаще всего основания для акустического расчета помещений создаются с помощью данного простого уравнения.
Пояснение к уравнению: За основу данного уравнения берется диффузное звуковое поле, т.е. равномерно распределенное поглощение в практически кубическом по форме помещении с объемом менее 2000 куб.м.
Звукопоглощение.
Звукопоглощение описывает снижение звуковой энергии. Так называемый коэффициент звукопоглощения выражает соотношение между отраженной и поглощенной звуковой энергией. При этом значение «0» соответствует полному отражению, а значение «1» — полному звукопоглощению. Если умножить коэффициент звукопоглощения на 100, то мы получим звукопоглощение в процентах.
a = 0,65 означает
a = 0,65 x 100 % = 65 % звукопоглощение (остальные 35 % — это отражение звука)
1. Коэффициент звукопоглощения as
Коэффициент звукопоглощения as выражает, насколько эффективно определенный материал может поглощать звук. Измерение коэффициента звукопоглощения происходит в так называемой реверберационной камере в соответствии со стандартом DIN EN ISO 354. В конце измерения на 18 отдельных частотах между 100 гц и 5000 гц получают число между «1» (полное звукопоглощение) и «0» (отсутствие звукопоглощения или полное отражение). Но часто при расчетах акустики помещений используются только коэффициенты звукопоглощения, измеренные на шести октавных полосах (125 гц, 250 гц, 500 гц, 1000 гц, 2000 гц и 4000 гц).
2. Единичное значение звукопоглощения
С использованием единичного значения звукопоглощения (например aw=0,70) преследуются различные цели:
1. Сравнение и выбор похожих акустических материалов должны быть проще и нагляднее.
2. С помощью единичного значения звукопоглощения акустические материалы могут быть подразделены на определенные классы звукопоглощения.
Данные цели имеют, конечно же, и определенные недостатки:
1. Хотя в результате одного лабораторного измерения и получают 18 величин звукопоглощения, при выборе изделия полагаются только на одно единичное значение звукопоглощения, например aw.
2. При выборе определенного акустического материала клиенты очень часто спрашивают только продукты с максимальным звукопоглощением (например, из класса звукопоглощения А), забывая при этом о том, что, используя данные продукты, соответствующее помещение можно акустически заглушить. Практические исследования показали, что время реверберации материала со значением звукопоглощения aw = 0,90 не намного лучше, чем у материала со значением aw = 0,70!
Ниже представлены два самых известных и распространенных коэффициента:
2.1 Нормированный коэффициент звукопоглощения aw
На основе международного стандарта ISO 354 не возможно определить единичное значение звукопоглощения по результатам измерения звукопоглощения на 18 отдельных частотах.
Для определения единичного значения звукопоглощения используется стандарт DIN EN 11654. Нормированный коэффициент звукопоглощения aw определяется согласно установленной методики расчета и соответствует значению сдвинутой исходной кривой при 500 гц.
В информационном приложении В стандарта DIN EN 11654 дополнительно содержится классификация коэффициента aw по следующим классам звукопоглощения:
А класс звукопоглащения — aw значение = 0,90; 095; 1,0
B класс звукопоглащения — aw значение = 0,80; 085
C класс звукопоглащения — aw значение = 0,60; 0,65; 0,70; 0,75
D класс звукопоглащения — aw значение = 0,30; 0,35; 0,40; 0,45; 0,50; 0,55
E класс звукопоглащения — aw значение = 0,15; 0,20; 0,25
неклассифицируемый класс звукопоглащения — aw значение = 0,00; 0,05; 0,10
2.2 Средний коэффициент звукопоглощения NRC
Американский стандарт ASTM C 423 соответствует международному стандарту ISO 354. Но стандарт ASTM C 423 дополнительно содержит также и определение единичного значения. Единичное значение NRC рассчитывается при этом следующим образом:
Полученный результат затем округляется в большую или меньшую сторону в интервале 0,05.
Пример:
Снижение уровня шума (производственное помещение, цех,…)
Средний уровень шума в помещении зависит только от источника звука и звукопоглощения. Если звукопоглощение в помещении повышается, то зашумленность на практике снижается приблизительно на 3 — 10 дб.
Помогает только удвоение: Только удвоение имеющегося в помещении звукопоглощения приводит к явному улучшению (–3 дб). Так, например, заметным будет увеличение звукопоглощения помещения с 20 % до 40 % или с 40 % до 80 %, в то время как увеличение с 70 % до 80 % не приведет к какому-либо заметному улучшению.
Акустический комфорт (офисы, магазины, рестораны…)
Об акустическом комфорте можно говорить только тогда, когда фоновые шумы в помещении максимально подавлены и восприятие речи возможно на коротком расстоянии. Это может быть достигнуто лишь с использованием комбинированных мер регулирования звука и реверберации.
Не доходящие до потолка перегородки сами по себе не сильно влияют на акустическую ситуацию в помещении.До тех пор, пока в помещении используются звуконепроницаемые потолки, с помощью перегородок, например, не доходящих до потолка, можно достичь только оптического разделения помещения, а не желаемого акустического эффекта для рабочего места. Изменить данную ситуацию можно, поставив звукопоглощающие потолки, существенно улучшающие акустическое разделение помещения именно в таких случаях.
Акустическое проектирование помещений в соответствии со стандартом DIN 18041:
В мае 2004 года для специалистов по акустическому проектированию помещений была издана переработанная редакция стандарта DIN 18041 «Слышимость в помещениях малой и средней величины».
Задача компактной нижеприведенной схемы состоит в том, чтобы помочь лучше понять структуру стандарта DIN 18041. Специалисту, использующему данный стандарт, следует сконцентрировать свое внимание на релевантных для стандарта помещениях под пунктами «1» и «2».
Затем релевантные для стандарта помещения распределяются на следующие группы:
Чем отличаются две данные группы помещений друг от друга?
Помещения группы А. Для данной группы в стандарте определены конкретные требования.
Помещения группы Б. Для данной группы в стандарте даются только рекомендации.
Помещения группы А
Помещения группы А распределены на подтипы в соответствии с так называемыми видами функционального назначения помещения (музыка, устная коммуникация, образование, спорт 1 и спорт 2). Зная объем помещения, для каждого типа помещений группы А можно определить акустическое требование в виде заданного времени реверберации Tзаданное [сек]. Данное заданное время реверберации должно гарантироваться подобранной для того или иного типа помещений акустической концепцией.
Музыка: Tзаданное = [0,45 * lg(V) + 0,07] сек.
Устная коммуникация: Tзаданное = [0,37 * lg(V) – 0,14] сек.
Образование: Tзаданное = [0,32 * lg(V) – 0,17] сек.
Заданное время реверберации Tзаданное [сек.] действительно для заполненных помещений (предметы инвентаря + люди). В пустом помещении время реверберации не должно превышать заданную величину больше чем на 0,2 сек.!
Для спортзалов и бассейнов объемом 2000 куб.м. =< V =< 8500 куб.м. действительно: Спорт 1: Tзаданное = [1,27 * lg(V) – 2,49] сек. Спортзалы и бассейны без зрителей для нормального использования и / или однотипных занятий (один класс или одна спортивная группа, единое коммуникативное содержание) Спорт 2: Tзаданное = [0,95 * lg(V) – 1,74] сек. Спортзалы и бассейны без зрителей для разнотипных занятий (параллельно несколько классов или спортивных групп, разное коммуникативное содержание). Пример: Для классного помещения объемом 180 куб.м. надо рассчитать заданное время реверберации Tзаданное [сек.]. Классные помещения относятся к виду функционального назначения помещения «Образование», следовательно, в данном случае следует применить соответствующую подтипу помещений «Образование» формулу. Образование: Tзаданное = [0,32 * lg(V) – 0,17] сек. Tзаданное = [0,32 * lg(180 м3) – 0,17] сек. Tзаданное = 0,55 сек. На практике от данной заданной величины времени реверберации можно в определенной степени и отойти. В диапазоне частот от 250 гц до 2000 гц данное отклонение может составлять ± 20 %. Время реверберации – это зависящая от частот величина. Поэтому стандарт DIN 18041 задает для помещений таких видов назначения как «Устная коммуникация» и «Музыка» определенные желательные пределы допуска. Желательный предел допуска времени реверберации для помещений подтипа «Устная коммуникация» в зависимости от частоты. Помещения группы Б Для помещений группы Б стандарт DIN 18041 дает только рекомендации, которые должны помочь создать необходимую акустику для соответствующей назначению помещения устной коммуникации на небольшом расстоянии. С помощью специальных звукопоглощающих мер должны быть снижены общий уровень звуковых помех и время реверберации в помещении. Но придерживаться заданного времени реверберации согласно стандарту DIN 18041 не обязательно! Нижеприведенная таблица поможет проектировщикам помещений группы Б упрощенным способом определить необходимые меры. Если назначение помещения, которое необходимо акустически оптимизировать, известно, то с помощью таблицы в зависимости от нормированного коэффициента звукопоглощения аw можно определить числовой коэффициент, являющийся первым ориентировочным значением и указывающий, сколько процентов свободной площади потолка и стен должны быть облицованы звукопоглощающими материалами. Примеры: Функциональное назначение помещения: Большое офисное помещение Концепция решения №1: Для решения акустических проблем хотят использовать акустический материал с коэффициентом звукопоглощения аw = 0,50 или (50 %) Оценка концепции №1: С помощью таблицы получаем числовой коэффициент = 1,4 При использовании материала аw = 0,50 около 140 % площади помещения в зоне потолка и стен необходимо покрыть звукопоглощающими материалами. Что не реально! Функциональное назначение помещения: Большое офисное помещение (колонка 1, строка 2) Концепция решения №2: Для решения акустических проблем хотят использовать акустический материал с коэффициентом звукопоглощения аw = 0,70 или (70 %) Оценка концепции №2: С помощью таблицы получаем числовой коэффициент = 1,0 При использовании материала аw = 0,70 только около 100 % площади помещения в зоне потолка и стен необходимо покрыть звукопоглощающими материалами. Что реально! Строительная акустика. Строительная акустика - область акустики. Данная научная дисциплина изучает вопросы влияния архитектурно-планировочных и строительно-акустических (конструктивных) методов на распространение звука между помещениями одного здания. Как правило, подвесные потолки используются для решения приведенных ниже строительно-акустических задач: • для повышения звукоизоляции Rw [дб] - монолитных потолков - потолков из деревянных балок - легких кровельных конструкций • для улучшения продольной звукоизоляции Dn,c,w [дб] между соседними помещениями • для уменьшения уровня шума из межпотолочного пространства Звук обладает способностью находить всегда самый простой путь передачи из помещения А в помещение Б. Чаще всего это именно тот путь, по которому звуку оказывается наименьшее сопротивление. Поэтому и в строительной акустике всегда необходимо рассматривать поставленную задачу в целом, иначе успех мер по оптимизации подвергается определенному риску. Звукоизоляция потолков Здесь, прежде всего, речь пойдет о том, что возникающая в одном помещении звуковая энергия по возможности не должна проникать в помещения, находящиеся под или над данным помещением. Но звук в помещении всегда будет пытаться распространиться через все площади соприкосновения в помещении (стены, потолок, пол, окна и двери), при чем звукоизолирующее качество соответствующего элемента конструкции будет в большей или меньшей степени допускать данное распространение. Если необходимо улучшить звукоизоляцию несущего перекрытия (железобетонного потолка, потолка из деревянных балок и т.д.), то это можно достичь, использую подвесной потолок . Подвесной потолок - плита, укрепленная под несущим перекрытием. Лабораторные исследования, проведенные Штутгартским отделением Фрауенхофского института строительной физики (IBP) на испытательном стенде потолочных плит, показали следующие числовые меры улучшения звукоизолирующей способности Rw [дб] для различных подвесных потолков при подавленной передаче звука через второстепенные пути передачи звука в сочетании со стандартным железобетонным перекрытием толщиной в 140 мм. Исходная ситуация: Помещение, из которого поступает звук Помещение в которое поступает звук Стандартное железобетонное перекрытие толщиной 140 мм без подвесного потолка. В данной лаборатории передача звука происходит только через разделительное перекрытие потолка, так как второстепенные пути передачи звука через стены подавлены (с помощью гипсокартонных панелей перед стенами)! Нормированная звукоизолирующая способность Rw [дб] - 56 Нормированный стандартный уровень ударного шума Ln,w [дб] - 78 - вариант испытания 1 Видимая система S 3 размером 625x625х15 мм., серия premium Sternbild, высота подвеса H = 300 мм., подвес для быстрого монтажа № 12/30/2, без прокладки из минеральной шерсти. Нормированная звукоизолирующая способность Rw [дб] - 65 Нормированный стандартный уровень ударного шума Ln,w [дб] - 62 - вариант испытания 2 Видимая система S 3 размером 625x625х15 мм., серия premium Sternbild, высота подвеса H = 300 мм., подвес для быстрого монтажа № 12/30/280 мм., прокладка из минеральной шерсти ISOVER Akustic TP1. Нормированная звукоизолирующая способность Rw [дб] - 68 Нормированный стандартный уровень ударного шума Ln,w [дб] - 61 - вариант испытания 3 Видимая система S 3 размером 625x625х33 мм., - janus плита из серии Sternbild, высота подвеса H = 300 мм., колебательный подвес компании «Киммель»80 мм., прокладка из минеральной шерсти ISOVER Akustic TP1. Нормированная звукоизолирующая способность Rw [дб] - 70 Нормированный стандартный уровень ударного шума Ln,w [дб] - 0 - вариант испытания 4 Видимая система S 3 размером 625x625х33 мм., плита из серии Sternbild, высота подвеса H = 300 мм., колебательный подвес компании «Киммель», без прокладки из минеральной шерсти. Нормированная звукоизолирующая способность Rw [дб] - 65 Нормированный стандартный уровень ударного шума Ln,w [дб] - 0 Продольная звукоизоляция между соседними помещениями Во многих зданиях перегородки между соседними помещениями доходят не до несущего перекрытия, а только до подвесного потолка. Это делается для того, чтобы при необходимости иметь возможность с помощью переноса перегородок быстро и свободно приспособить размеры помещения к новым требованиям. При такой конструкции подвесного потолка особое внимание следует обратить на вопросы «передачи звука через межпотолочное пространство». Если призванный решать акустические задачи подвесной потолок плохо спроектирован, то между расположенными рядом помещениями очень быстро может произойти «короткое акустическое замыкание». В таких случаях не возможно обеспечить и необходимую конфиденциальность между помещениями! На звукоизоляцию между помещениями влияют все участвующие в передаче звука элементы конструкции. К ним относятся стены и потолки в качестве разделяющих и ограничивающих элементов конструкции, а также второстепенные пути передачи звука, такие как шахты, канализационные трубопроводы, полые пространства под полом и стыки. Если подвесной потолок должен хорошо выполнять свои задачи во всей конструкции, то ему необходим высокий уровень продольной звукоизоляции. На коэффициент продольной звукоизоляции Dn,c,w [дб] подвесных потолков влияют различные параметры: • Толщина плиты, например, плита толщиной 15 мм и плита Janus толщиной 33 мм. • Тип поверхности, например, серия Harmony (Dn,c,w = 31 дб) и серия Schlicht (Dn,c,w = 35 дб). • Система сборки, например, система S 3 - видимая система и система S 1 - скрытая система. • Высота подвеса H. • Поверхность проложена минеральной шерстью полностью или частично. Если минеральной шерстью проложить всю поверхность, то продольная звукоизоляция улучшается на 2 дб/см. В качестве прокладки из минеральной шерсти должен использоваться волокнистый звукоизолирующий материал в соответствии со стандартом DIN 18165 частью 1. Данная прокладка должна обладать сопротивлением воздушному потоку 5 kNs / м4 по всей длине. • Частично проложенная минеральной шерстью перегородка. • Дополнительное окрашивание обратной стороны. • Звукопоглощающая конструкция над перегородкой. • Класс строительного материала, из которого сделана плита. Шумы из межпотолочного пространства С помощью потолочных плит можно значительно снизить шумы, исходящие от водопроводных труб, вентиляционных систем, систем кондиционирования воздуха и других инженерных коммуникаций, расположенных в межпотолочном пространстве. Звукоизоляция потолочных плит в зависимости от серии составляет 18 - 36 дб. Внимание при монтаже дополнительных элементов в потолочные плиты: установив светильники, осветительные установки или выпускные отверстия для вентиляции в потолочные плиты, можно значительно снизить звукоизоляцию подвесного потолка. Убедитесь, что после монтажа дополнительных элементов никакие отверстия или зазоры в плитах не остались открытыми.