УДК 699.8
Ю.Б. РЕДЬКО, технический директор ООО «АлгоритмСтрой», г. Санкт-Петербург
Ключевые слова: анализ, методика, частотные характеристики звукоизоляции, шум, жилое здание, перекрытие, шумомер, конструкция
Keywords: analysis, methodology, frequence characteristics of sound insulation, noise, residential building, seiling, sound level meter, сonstruction
В статье приведены результаты анализа и систематизации вопросов организации и осуществления измерений показателей звукоизоляции воздушного ударного шума ограждающими конструкциями. Рассмотрены требования нормативно—технической документации к методике измерений и обработке результатов, а также приведены итоги сравнительных испытаний междуэтажных перекрытий, полученные в соответствии с рассматриваемой методикой.
Общие положения
Процесс акустического проектирования зданий, сооружений, помещений различного назначения, в том числе киноконцертных залов, центров досуга и т. д. включает в себя и оценку шумового режима.
Для обеспечения нормированного уровня шума в проектируемом помещении, помимо применения соответствующего архитектурно-планировочного решения, снижения шума систем вентиляции и кондиционирования воздуха, также следует использовать ограждающие конструкции с требуемой степенью звукоизоляции.
Применение строительных материалов и конструкций в архитектурной акустике предполагает определение их звукоизолирующих свойств.
Перекрытия являются горизонтальными конструкциями, разделяющими пространство здания по высоте на этажи, основные конструктивные требования к которым изложены в [1, 2].
Междуэтажные перекрытия изолируют внутренние пространства друг от друга и устраняют неблагоприятное воздействие шума, распространяющегося с соседних этажей на человека. Поэтому к ним предъявляются жесткие требования по звукоизоляции от воздушного и ударного шума.
Конструкции, имеющие хорошую изоляцию от ударного шума, гасят значительную часть энергии звуковых волн, в результате уровень звука под междуэтажным перекрытием становится ниже. Если перекрытие плохо поглощает звуковые колебания, то уровень шума под перекрытием становится выше. Поэтому конструкции междуэтажных перекрытий, удовлетворяющие по звукоизоляции требованиям норм, должны иметь индекс изоляции воздушного шума выше нормативного, а индекс приведенного уровня ударного шума под перекрытием – меньше нормативного.
Для обеспечения более полного удовлетворения требований строительной отрасли идет постоянный поиск материалов и изделий, соответствующих современным запросам.
В настоящее время материалы на основании перлита все больше приобретают популярность в строительстве.
Перлит (франц. perlite – жемчуг) – это горная порода, кислое вулканическое стекло, в составе которого находится более 1% воды. Текстура перлита похожа на жемчуг, от которого и произошло его название.
Визуально перлит выглядит как песок или щебень (в зависимости от размера фракций) белого или чуть серого цвета, не имеет запаха. Перлит используют в сельском хозяйстве, металлургии, медицине, энергетике, строительстве и т.д. В зависимости от области применения и размера его частиц перлит производится в таких самых распространенных разновидностях:
• строительный перлит (фракция 0,16… 1,25 мм);
• агроперлит (размер гранул 1…5 мм);
• фильтроперлит (размер гранул 0…0,16 мм).
В строительной отрасли перлит в основном применяется в качестве заполнителя для изготовления легких бетонов и растворов. На его основе делают перлитовые блоки и кирпичи для кладки стен, плиты для отделки жилых помещений.
Уникальные свойства перлит приобретает вследствие его обработки. Перлит, как и все горные породы, имеет свободную и связанную воду. Связанная вода находится в микропорах породы и при нагревании способна расширяться и превращаться в газ. Расширение воды происходит как следствие резкого нагрева породы (подвергание термическим ударом) при температуре 900…1100°С, что приводит к взрыву пор, вспучиванию (в 5…20 раз) и распадению породы на шарообразные частицы с пористостью 70…90%. При термической обработке, в связи с испарением воды и частичным ее освобождением, создается множество мелких пузырьков и пустот.
В зависимости от количества воды в составе перлита процесс термической обработки может происходить в один или два этапа. При содержании воды в породе более 3,5% из перлита предварительно удаляют этот избыток путем выдержки при температуре 300…400°С.
Технические характеристики вспученного перлита:
• насыпная плотность:
– перлитовый песок – 45…200 кг/м3 (в зависимости от размера частиц);
– перлитовый щебень – до 500 кг/м3;
• размер частиц: 1…10 мм;
• негорючий, огнестойкий (на основе перлита изготавливают теплоизоляционные и огнестойкие штукатурки);
• хорошие показатели звукоизоляции – перлит обладает высокой пористостью, и большинство пор являются закрытыми, что препятствует прохождению звуковых волн.
Измерения звукоизоляции воздушного шума внутренними ограждающими конструкциями основываются на сравнении уровней звукового давления в испытательных (реверберационных) помещениях. Для этого последовательно измеряют и сравнивают средние уровни звукового давления в определенных полосах частот. При измерении звукоизоляции ограждающих конструкций необходимо выполнять требования соответствующей нормативно-технической документации [1-3].
Термины, обозначения и определения
При выполнении акустических испытаний применяют следующие термины с соответствующими определениями [1-3]:
Изоляция воздушного шума (звукоизоляция) R – способность ограждающей конструкции уменьшать проходящий через нее звук. В общем виде представляет собой десятикратный десятичный логарифм отношения падающей на ограждение звуковой энергии к энергии, проходящей через ограждение.
Частотная характеристика изоляции воздушного шума – величина приведенных уровней ударного шума под перекрытием Ln, в дБ, в третьоктавных полосах частот в диапазоне 100-3150 Гц (в графической или табличной форме).
Индекс изоляции воздушного шума Rw, дБ – величина, служащая для оценки звукоизоляции конструкции одним числом и определяемая путем сопоставления частотной характеристики изоляции воздушного шума R(f) со специальной оценочной кривой по [4].
Изоляция от воздушного шума R, дБ – величина, характеризующая снижение уровня воздушного шума.
Фактическая изоляция воздушного шума R, дБ – десятикратный десятичный логарифм отношения звуковой мощности, падающей на испытываемый образец, к полной звуковой мощности, переданной в помещении низкого уровня, в том числе и по обходным путям.
Изоляция воздушного шума (звукоизоляция) R, дБ – десятикратный десятичный логарифм отношения звуковой мощности, падающей на испытываемый образец, к звуковой мощности, переданной через этот образец.
Средний уровень звукового давления в помещении Lm, дБ – десятикратный десятичный логарифм отношения усредненных в пространстве и времени квадратов звукового давления к квадрату порогового звукового давления ρ0=20 мкПа.
Приведенная разность уровней звукового давления Dn, дБ – разность усредненных в пространстве и времени уровней звукового давления, создаваемых в двух помещениях одним или несколькими источниками шума, установленными в одном из них.
Повторяемость результатов измерений r – значение величины, охватывающей с вероятностью 95% абсолютную разность результатов двух измерений, проведенных в коротком интервале времени и при одинаковых условиях.
Время реверберации Т, с – время, требуемое для снижения уровня звукового давления в замкнутом помещении на 60 дБ после выключения источника звука.
Частотная характеристика изоляции воздушного шума R(f), дБ – значение изоляции воздушного шума R в каждой из третьоктавных полос с частотами f, Гц, лежащими в диапазоне 100-150 Гц (в графической или табличной форме).
Эквивалентная площадь звукопоглощения А, м2 – площадь поверхности с коэффициентом звукопоглощения, равным единице, которая обладала бы такой же способностью поглощать звук, как и все вместе взятые поверхности ограждающих конструкций испытательной камеры.
Фрагмент изделия – часть изделия, отражающая его основные конструктивные особенности и звукоизоляционные характеристики.
Требования к помещениям для испытаний внутренних ограждающих конструкций в натуральных условиях
Испытательные помещения для измерений изоляции воздушного шума внутренними ограждающими конструкциями (в том числе и междуэтажными перекрытиями) должны состоять из двух смежных по горизонтали или вертикали помещений, между которыми находится испытываемая конструкция.
Объем помещений высокого и низкого уровня должен составлять не менее 25 м3, линейные размеры – не менее 2,3 м.
Испытательное оборудование и аппаратура
Основные требования к аппаратуре приведены в [1-3]:
Передающая измерительная система, излучающая шум при измерениях изоляции воздушного шума, должна содержать следующую аппаратуру:
• генератор шума;
• полосовые третьоктавные фильтры;
• усилители мощности;
• громкоговорители.
Приемная измерительная система должна обеспечивать проведение измерений уровня звукового давления в третьоктавной полосе и содержать:
• измерительный микрофон;
• шумомер или микрофонный усилитель;
• третьоктавные полосовые фильтры;
• регистрирующий прибор звукового давления.
Для определения уровня звукового давления следует применять один или несколько микрофонов. Время усреднения в диапазоне частот 100-500 Гц должно быть не менее 4 с, а в диапазоне 630-3150 Гц – не менее 2 с.
Эквивалентный уровень стационарного шума следует определять при помощи интегрирующего измерителя уровня звукового давления или рассчитывать по результатам измерений в каждой точке. Измерения следует проводить во всех третьоктавных полосах со средними геометрическими частотами 100-3150 Гц.
Приборы для измерения уровней звукового давления могут быть в соответствии с [1, 3, 4] классов 0; 1; 2. Предпочтительно применять приборы классов 0 и 1. Для измерения изоляции ударного шума приборы следует проверять в диффузном звуковом поле.
Третьоктавные фильтры в измерительной системе должны соответствовать классу 1 или 2 по [1, 5].
Проведение измерений изоляции ударного шума в зданиях
Испытательные помещения для измерений изоляции воздушного шума внутренними ограждающими конструкциями должны состоять из двух смежных по горизонтали или вертикали помещений, между которыми находится испытываемая конструкция, и соответствовать требованиям [1-3].
Если линейные размеры помещений высокого и низкого уровней одинаковы и оба помещения пустые, то в одном из них следует преимущественно использовать рассеивающие элементы (диффузоры), способствующие созданию диффузного звукового поля. Поверхностная плотность элемента должна быть не менее 3 кг/м2, площадь одного элемента – не менее 1,5 м2. Общая площадь рассеивающих элементов должна быть не менее 5 м2. Рассеивающие элементы не должны экранировать испытываемый элемент конструкции. При проведении испытаний перекрытий эти элементы следует располагать на полу нижнего помещения.
Если испытываемый образец имеет различную площадь со стороны помещений высокого и низкого уровней, то большая площадь испытываемого образца должна находиться со стороны помещения высокого уровня. Общая для двух помещений площадь ограждения должна быть не менее 10 м2.
Температуру воздуха необходимо измерить в середине помещения. Оптимальная температура: +20 – +24°С.
Измерительный микрофон должен быть последовательно установлен не менее чем в трех точках под перекрытием при каждом положении ударной машины.
Минимальное расстояние между точками установки измерительного микрофона и их удаление от ограждающих конструкций должно быть не менее 0,5 м.
Результаты исследования и сравнительных испытаний междуэтажных перекрытий в натуральных условиях
Испытания звукоизоляции междуэтажных перекрытий от воздушного шума осуществлялись на объектах многоэтажных жилых домов.
В соответствии с программой испытаний проводилось измерение звукоизоляции перекрытий различных конструктивных видов с содержанием в покрытии цементно-перлитных составов. Основа перекрытия – железобетонная плита толщиной 160 мм.
Определяемый показатель – индекс фактической изоляции воздушного шума Rw , дБ.
Перечень использованных при проведении испытаний оборудования и аппаратуры измерительных сетей приведен в таблице 1.
Таблица 1. Перечень аппаратуры измерительных систем при определении звукоизоляции от воздушного и ударного шума междуэтажным перекрытием
| № п/п | Наименование | Тип |
| 1 | Шумомер | 2209 |
| 2 | Третьоктавный фильтр | 01024 |
| 3 | Шумомер – анализатор спектра | 101А |
| 4 | Излучатель звука | АС-3 |
| 5 | Измерительный микрофон | ВМК-205 |
| 6 | Самописец уровня портативный | 2306 |
| 7 | Предусилитель | КММ 400 |
| 8 | Барометр-анероид | БАММ-1 |
| 9 | Гигрометр психометрический | ВИТ-3 |
| 10 | Генератор шума | NRG-201 |
| 11 | Усилитель мощности | УМ 100/2 |
| 12 | Измерительный усилитель | 2636 |
| 13 | Согласующий усилитель | 00011 |
| 14 | Измерительный микрофон | МК 102 |
Исследования и испытания выполнялись с применением базового образца фрагмента из железобетонной плиты толщиной 160 мм и размером 2845 мм на 2820 мм.
Объект №1
Результаты испытаний базового образца фрагмента перекрытия из железобетонной плиты толщиной 160 мм, размером 2845×2820 по определению звукоизоляции от воздушного шума представлены в таблице 2.
Таблица 2. Результаты испытаний базового образца № 1
| Третьоктавные полосы со средними геометрическими частотами, Гц | R образца без покрытия, дБ | R образца с цементно-перлитной стяжкой толщиной 40 мм, без примыкания, дБ |
R образца с цементно-перлитной стяжкой толщиной 60 мм, без примыкания, дБ |
R образца с цементно-перлитной стяжкой толщиной 60 мм, с примыканием, дБ |
| 100 | 36 | 36 | 32 | 36 |
| 125 | 39 | 35 | 31 | 34 |
| 160 | 39 | 38 | 36 | 40 |
| 200 | 38 | 39 | 36 | 38 |
| 250 | 40 | 40 | 39 | 41 |
| 315 | 44 | 45 | 42 | 44 |
| 400 | 45 | 46 | 44 | 46 |
| 500 | 47 | 49 | 47 | 49 |
| 630 | 50 | 52 | 49 | 51 |
| 800 | 52 | 53 | 51 | 55 |
| 1000 | 53 | 55 | 53 | 56 |
| 1250 | 55 | 57 | 54 | 57 |
| 1600 | 58 | 61 | 58 | 60 |
| 2000 | 60 | 64 | 59 | 63 |
| 2500 | 61 | 62 | 60 | 63 |
| 3150 | 65 | 65 | 63 | 66 |
| Индекс изоляции воздушного шума образца Rw = 52 дБ | Индекс изоляции воздушного шума образца Rw = 53 дБ | Индекс изоляции воздушного шума образца Rw = 53 дБ | Индекс изоляции воздушного шума образца Rw = 53 дБ |
Индекс фактической изоляции воздушного шума фрагментами перекрытий составил Rw=52…53 дБ в зависимости от покрытия.
Погрешность метода испытаний ±2 дБ.
Объект №2
Результаты испытаний образца фрагмента перекрытия из железобетонной плиты толщиной 160 мм, размером 2845×2820, со стяжкой из цементно-перлитового раствора типа 150 толщиной 40 мм, без примыкания и с чистовым покрытием, по определению звукоизоляции от воздушного шума представлены в таблице 3.
Таблица 3. Результаты испытаний образца № 2
| Третьоктавные полосы со средними геометрическими частотами, Гц | R образца с чистовым покрытием, линолеум, дБ | R образца с чистовым покрытием, ламинат, дБ |
| 100 | 37 | 39 |
| 125 | 37 | 40 |
| 160 | 42 | 42 |
| 200 | 40 | 39 |
| 250 | 42 | 40 |
| 315 | 46 | 41 |
| 400 | 46 | 43 |
| 500 | 49 | 48 |
| 630 | 50 | 52 |
| 800 | 52 | 56 |
| 1000 | 53 | 58 |
| 1250 | 55 | 59 |
| 1600 | 61 | 63 |
| 2000 | 64 | 65 |
| 2500 | 64 | 65 |
| 3150 | 67 | 67 |
| Индекс изоляции воздушного шума образца Rw = 53 дБ | Индекс изоляции воздушного шума образца Rw = 53 дБ |
Индекс фактической изоляции воздушного шума перекрытием составил Rw=53 дБ.
Погрешность метода испытаний ±2 дБ.
Объект №3
Результаты испытаний образца фрагмента перекрытия из железобетонной плиты толщиной 160 мм, размером 2845×2820, со стяжкой из цементно-перлитового раствора типа 150 толщиной 60 мм, без примыкания и с чистовым покрытием, по определению звукоизоляции от воздушного шума представлены в таблице 4.
Таблица 4. Результаты испытаний образца № 3
| Третьоктавные полосы со средними геометрическими частотами, Гц | R образца с чистовым покрытием, линолеум, дБ | R образца с чистовым покрытием,ламинат, дБ |
| 100 | 38 | 38 |
| 125 | 36 | 36 |
| 160 | 39 | 40 |
| 200 | 39 | 39 |
| 250 | 41 | 41 |
| 315 | 45 | 43 |
| 400 | 46 | 44 |
| 500 | 49 | 47 |
| 630 | 50 | 51 |
| 800 | 54 | 56 |
| 1000 | 56 | 57 |
| 1250 | 56 | 58 |
| 1600 | 60 | 62 |
| 2000 | 62 | 64 |
| 2500 | 63 | 65 |
| 3150 | 65 | 68 |
| Индекс изоляции воздушного шума образца Rw = 53 дБ | Индекс изоляции воздушного шума образца Rw = 53 дБ |
Индекс фактической изоляции воздушного шума перекрытием составил Rw=53 дБ.
Погрешность метода испытаний ±2 дБ.
Объект №4
Результаты испытаний образца фрагмента перекрытия из железобетонной плиты толщиной 160 мм, размером 2845×2820, со стяжкой из цементно-перлитового раствора типа 150 толщиной 60 мм, с примыканием, по определению звукоизоляции от воздушного шума, представлены в таблице 5.
Таблица 5. Результаты испытаний образца № 4
| Третьоктавные полосы со средними геометрическими частотами, Гц | R образца с чистовым покрытием, линолеум, дБ | R образца с чистовым покрытием,ламинат, дБ |
| 100 | 37 | 36 |
| 125 | 38 | 37 |
| 160 | 41 | 39 |
| 200 | 41 | 40 |
| 250 | 39 | 41 |
| 315 | 45 | 46 |
| 400 | 47 | 48 |
| 500 | 48 | 49 |
| 630 | 50 | 50 |
| 800 | 54 | 52 |
| 1000 | 56 | 55 |
| 1250 | 58 | 59 |
| 1600 | 64 | 62 |
| 2000 | 65 | 64 |
| 2500 | 65 | 65 |
| 3150 | 68 | 67 |
| Индекс изоляции воздушного шума образца Rw = 53 дБ | Индекс изоляции воздушного шума образца Rw = 53 дБ |
Индекс фактической изоляции воздушного шума перекрытием составил Rw=53 дБ.
Погрешность метода испытаний ±2 дБ.
Оценка погрешности измерения
Погрешность измерений, их оценка статистическими методами и повторяемость результатов выполнялись в соответствии с требованиями [3].
Выводы:
1. В результате анализа и систематизации вопросов организации и проведения измерений индекса изоляции ударного шума ограждающими конструкциями рассмотрены требования нормативно-технической документации к методике измерений и обработке результатов испытаний.
2. С помощью рассмотренной методики выполнены испытания в натурных условиях, применительно к измерению индекса изоляции воздушного шума междуэтажными перекрытиями.
3. Условия проведения испытаний – нормальные, соответствуют требованиям [3].
4. Погрешность измерений, характеризуемая повторяемостью измерений, соответствовала требованиям [3].
5. Контроль повторяемости результатов измерений изоляции воздушного и ударного шума выполнялся в соответствии с рекомендациями стандарта [3].
6. Отклонения от методики процедуры измерений отсутствуют.
Библиографический список
1. СНиП 23-03-2003. Защита от шума в строительстве. Звукоизоляция ограждающих конструкций.
2. СП 23-103-2003. Проектирование звукоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий.
3. ГОСТ 27296-87 (СТ СЭВ 4866-84). Защита от шума в строительстве. Звукоизоляция ограждающих конструкций. Методы измерения.
4. ГОСТ 17187-81. Шумомеры. Общие технические требования и методы испытаний.
5. ГОСТ 17168-82. Фильтры электронные октавные и третьоктавные. Общие требования и методы испытаний.
