Звукоизоляционные характеристики окон. Нормирование звукоизоляции ограждающих конструкций

4 954

Проблема повышения звукоизоляции светопрозрачных конструкций, практически полностью определяющих акустический климат помещения, на протяжении многих лет является одной из наиболее актуальных при проектировании гражданских зданий. Результаты многочисленных исследований, проведенных в этом направлении как отечественными, так и зарубежными специалистами, говорят о том, что борьба с проникновением шума в помещения через конструкции окон является комплексной задачей — градостроительной, архитектурно-планировочной, конструктивной.

Постановка задачи обеспечения комфортных акустических условий с точки зрения проектирования светопрозрачных конструкций осложняется прежде всего тем, что окна украинских зданиях являются единственным источником притока свежего воздуха для обеспечения требуемых условий естественного воздухообмена. Таким образом, возникает необходимость увязки воедино требований, противоречащих друг другу с точки зрения физики, в результате чего необходимо рассматривать два принципиально разных режима работы окна: 1) окно, находящееся в закрытом положении; 2) окно, открытое в режиме вентиляции. При этом следует отметить, что даже глухое, хорошо загерметизированное окно не в состоянии обеспечить идеальной защиты от транспортного шума, адекватной непрозрачным наружным стенам.
В Советском Союзе решение этой непростой задачи развивалось по пути проектирования так называемых “шумозащитных” или “шумозащищенных” зданий. По способам защиты от шума эти здания подразделялись на два типа.

Дома со специальной архитектурно-планировочной структурой и объемно-пространственным решением, в которых были реализованы такие принципы, как:
— расположение комнат общего пользования со стороны источника шума — транспортной магистрали и, соответственно, спален — со стороны двора;
— включение в состав жилого дома дополнительных подсобных помещений группового пользования для создания гибкой планировочной структуры.
Дома, окна и балконные двери которых имеют повышенную звукоизолирующую способность и снабжены специальными вентиляционными устройствами, совмещенными с глушителями шума.

Кроме того, разрабатывались также варианты, в которых были реализованы комбинированные решения. Таким образом, тенденция к проектированию шумозащитных домов отражала комплексный подход к решению градостроительных и строительно-акустических задач, направленных на формирование благоприятного акустического климата в зданиях.
В этой статье нас будут прежде всего интересовать вопросы, связанные с конструктивными решениями окон, позволяющими получить максимально высокие характеристики с точки зрения звукоизоляции.
Остановимся более подробно на характеристиках основных источников шума, присутствующих в городской среде, а также на физических закономерностях передачи звука через конструкции окон.

Восприятие звука человеком. Шумовой режим городских территорий. Транспортный шум

Шумовой режим городских территорий определяется воздействием целого ряда источников внешнего шума. К таким источникам прежде всего относятся средства автомобильного, железнодорожного и воздушного транспорта, ряд промышленных предприятий и установок, а также другие шумовые воздействия, связанные с различными видами жизнедеятельности населения.
Светопрозрачные ограждения, обладающие звукоизолирующей способностью, на порядок более низкой по сравнению с глухими участками наружных стен, практически полностью определяют степень защиты помещения от воздействия уличного шума.
Правильно спроектированные светопрозрачные ограждения должны обеспечивать снижение шумовых воздействий окружающей среды на человека до некоторых допустимых величин, регламентируемых санитарными нормами.
Для дальнейшего изложения приведем основные понятия и определения, применяющиеся при акустическом проектировании окон.

Распространение звуковых волн в воздухе. Характер восприятия звука человеком

При распространении звуковых волн в воздухе в каждой точке звукового поля возникает попеременное сжатие-разрежение, что приводит к изменению давления в среде по сравнению с атмосферным (статическим) давлением. Разность между атмосферным давлением и давлением в данной точке звукового поля называется звуковым давлением Р (Па).
Звуковое давление, воспринимаемое ухом человека, может меняться от порога слышимости до болевого порога в 10E+10 раз. При этом ощущение степени изменения звукового давления (субъективное восприятие человеком), согласно психофизическому закону Вебера-Фехнера близко совпадает с логарифмической кривой. Поэтому в акустике для оценки звуковых воздействий на человека принято использовать не абсолютные величины изменения звукового давления, а относительные — логарифмические.
Уровень звукового давления представляет собой относительную логарифмическую величину, характеризующую звуковое давление в данной расчетной точке относительно порога слышимости.
Уровень звукового давления определяется как

L = 20 lg (P/P0) (1)

где Р — значение звукового давления в данной точке звукового поля.
За единицу измерения уровня звукового давления принят 1 децибел (1Дб). Разница уровней в 1Дб соответствует минимальной величине, различимой слухом.
Р0 = 2 • 10E-5 Па — звуковое давление, соответствующее порогу слышимости.
Приведем некоторые приближенные значения величин звукового давления, которые могут с достаточной наглядностью характеризовать состояние акустической среды.

Таблица 1

Уровень звукового давления, дБ	Источник шума	Примечания
0	Полная тишина	Угнетает
10	Шелест листвы	Состояние звукового комфорта
35-40	Тихий разговор, тихая музыка
60-70	Громкая речь
75-80	Громкая музыка, оживленная транспортная магистраль
100-120	Реактивный двигатель самолета
130-140	Болевой порог

В строительной технике принято рассматривать диапазон частот, воспринимаемый органами слуха человека, в интервале от 32 до 4000 Гц. При этом при проведении акустических расчетов и измерений частотный спектр слышимого шума разбивается на октавные полосы частот, ограниченные нижней частотой f1 и верхней частотой f2, при этом f2/f1=2. Если f2/f1=

, то ширина полосы равна 1/3 октавы. В качестве частоты, характеризующей полосу в целом, берется среднегеометрическая частота f =

f1/f2. Крайние и среднегеометрические частоты октавных полос стандартизованы (табл. 2).
Для корректировки значений уровня звукового давления L, в соответствии с особенностями восприятия звука человеческим ухом на различных частотах, вводится понятие уровня звука.
Наибольшую чувствительность к звуковым воздействиям человек проявляет на средних частотах (в интервале приблизительно от 400 до 3000 Гц), несколько хуже слышит высокие (примерно от 3000 до 20000 Гц), и наименее чувствителен к звуку на низких (примерно от 20 до 400 Гц).
На акустических приборах зависимость чувствительности уха человека от частоты моделируется при помощи кривой частотной коррекции А. Значения кривой А представляют собой поправку для уровней звукового давления, измеренных в каждой октавной полосе (табл. 2). Частотная характеристика шума, измеренная с учетом добавки по кривой А, таким образом приближенно представляет собой частотную характеристику восприятия шума человеческим ухом.
Субъективная оценка шума человеком характеризуется значением “уровня звука” в дБА, представляющим собой значение уровня звукового давления, скорректированного по кривой А. Для оценки шумов в городах эта величина применяется наиболее часто.

Шумовая характеристика городских территорий. Нормирование акустических требований к помещениям.

Шум большинства городских источников включает звуки почти всех полос частот слухового диапазона, но отличается разным распределением уровней звукового давления по частотам и неодинаковым изменением их по времени. Таким образом, шум окружающей человека среды образуется в результате сложного суммирования шумов многих источников, причем распределение разных видов шума способно изменяться от одного момента времени к другому.
Для оценки городских шумов применяются осредненные величины, измеряемые в течение установленных базисных интервалов времени, отличающихся принципиально по уровню шумовой нагрузки. Согласно международным и национальным стандартам, в отношении деятельности людей к базисным интервалам относят периоды дневного и ночного времени суток.
В качестве основной величины для оценки шумового режима в местах отдыха, проживания и работы населения установлена осредненная величина — эквивалентный уровень звука LАэкв, измеряемый в дБА и определяемый как

где LАэквТ, [дБА] — эквивалентный уровень звука, полученный для интервала времени Т, начинающегося в t1 и заканчивающегося в t2. Согласно различным нормам, необходимо различать так называемые базисные интервалы для дневного и ночного времени суток (день — с t1 = 7 ч до t2 = 23 ч и ночь — с t1= 23 ч до t2 = 7 ч), в течение которых шумовая нагрузка резко отличается по интенсивности. Однако на практике учет снижения шумовой нагрузки в ночное время представляется трудным с точки зрения оценки и реализации в проектных решениях, поэтому в акустических расчетах, как правило, рассматривается максимальная шумовая нагрузка днем.
Р0 — пороговое значение звукового давления,
Р0 = 2 • 10E-5 Па; PA(t) — значение звукового давления в момент времени, скорректированное в соответствии с кривой коррекции шумового сигнала А, [Па].

Таблица 2 Стандартизованные октавные полосы частот, среднегеометрические частоты октавных полос, значения кривой коррекции А

Номер октавы	1	2	3	4	5	6	7
Частоты	Низкие			Средние			Высокие
Октавные полосы частот, f1-f2, Гц	45-90	90-180	180-355	355-710	710-1400	1400-2800	2800-5600
Среднегеометрическая частота, Гц	63	125	250	500	1000	2000	4000
Относительная частотная характеристика кривой коррекции А, дБ	-26.2	-16.1	-8.6	-3.2	0	+1.2	+1.0

Таблица 3 Эталонный спектр транспортного шума (для LАэкв = 75 дБа)

Среднегеометрическая октавная частота, Гц	125	250	500	1000	2000	4000
Уровень звукового давления L, [дБ]	82	77	73	68	65	59
Уровень звукового давления LA, [дБА]	66	68	70	68	66	60

В большинстве случаев (за исключением зданий, построенных вблизи железнодорожных магистралей и аэропортов), в качестве основной шумовой нагрузки на окна рассматривается шум, создаваемый транспортным потоком. Как пример, рассмотрим эталонный спектр транспортного шума (табл. 3), который предложен в расчетах российскими институтами МНИИТЭП и НИИСФ для его количественной оценки (на основании которого, кстати, приняты расчетные характеристики, заложенные в российский СНиП II-12-77 “Защита от шума”, приведенные в табл. 4., табл. 5).

Таблица 4. Расчетные шумовые характеристики транспортных потоков на дорогах для условий движения транспорта в час “пик” (согласно СНиП II-12-77)

№ п/п	Категория улиц и дорог	Число полос движения проезжей части в обоих направлениях	Шумовая характеристика транспортного потока LАэкв, [дБА]
1	Скоростные дороги	6 8	86 87
2	Магистральные улицы и дороги общегородского значения: — непрерывного движения; — регулируемого движения	6 8 4 6	84 85 81 82
3	Магистральные улицы и дороги районного значения	4 6	81 82
4	Дороги грузового движения	2 4	79 81
5	Улицы и дороги местного значения: — жилые улицы; — дороги промышленных и коммунально-складских районов	2 4 2	73 75 79

Таблица 5. Допустимые эквивалентные уровни звукового давления (согласно табл.1 СНиП П-12-77* “Защита от шума”)

№ п/п	Назначение помещения	Допустимый эквивалентный уровень звука LАэкв, [дБА]
1	Палаты больниц и санаториев, операционные больниц	25
2	Жилые комнаты квартир, жилые помещения домов отдыха и пансионатов,спальные помещения в детских дошкольных учреждениях и школах-интернатах	30
3	Классные помещения, учебные кабинеты, аудитории, залы заседаний и совещаний	40
4	Офисные помещения	50
5	Залы кафе, ресторанов, столовых	55
6	Торговые залы, вокзалы, предприятия бытового обслуживания	60

Допустимый уровень звукового давления (уровень звука) является величиной, нормируемой санитарными требованиями, в зависимости от назначения помещения (табл. 5).
Правильно спроектированные светопрозрачные ограждающие конструкции обеспечивают снижение уровня звука уличного шума LАэкв ул до эквивалентного уровня звука, допустимого для данного помещения LАэкв пом. Величина DLАэкв= LАэкв ул — LАэкв пом определяет значение звукоизоляции конструкции остекления от воздушного шума R. При проектировании окон принято также учитывать звукопоглощение — преобразование энергии звука, проникающего в помещение, в тепловую энергию — конструкциями стен, перекрытий, а также отдельных поглотителей — мебели, ковров и т.п.
Звукоизоляция внешнего шума конструкцией окна может быть определена по формуле:

RA = LАэкв ул – LАэкв пом + 10 lg (S/A) (3)

где LАэкв ул — для транспортного потока принимается в соответствии с табл. 5;
RA — индекс звукоизоляции остекления в дБА;
S — площадь окна (всех окон в данном помещении, ориентированных на источник шума), м²;
А — эквивалентная площадь звукопоглощения в помещении (средняя в диапазоне 125-1000 Гц), м². Определяется как сумма произведений коэффициентов звукопоглощения отдельных поверхностей на их площади. В акустических расчетах оконных конструкций принимается равной 0,4 ѕ 0,8.

Формула (3) показывает значение звукоизоляции остекления в реальных городских условиях, выраженное в дБА. В рекламных проспектах фирм, как правило, также приводится значение индекса звукоизоляции RW, выраженное в дБ, полученное при испытаниях в лаборатории под воздействием постоянного шума, оказывающего такое же воздействие на человека, как и непостоянный городской шум. Величина RW не учитывает специфику воздействия транспортного шума и определяется, исходя чисто из разницы уровней звукового давления без учета звукопоглощения в конкретном помещении. При этом в большинстве практических случаев величины RA и RW могут быть определены из зависимости:

RA = 0.6 RW + 6 (4)

И.В. Борискина, А.А. Плотников, А.В. Захаров
“Проектирование современных оконных систем
гражданских зданий”

Найдите все свои архитектурные решения через OKNA.ua: Нажмите здесь чтобы зарегистрироваться. Вы производитель и хотите наладить контакт с клиентами? Кликните сюда.

Автор

Журнал ОКНА. ДВЕРИ. ВИТРАЖИ

+380 44 501 XX XX +380 44 501 8736

+380 44 501 XX XX +380 67 467 1426

Издатель

Журнал ОКНА. ДВЕРИ. ВИТРАЖИ