Конструктивная звукоизоляция внутренних каркасно-обшивных перегородок

На основании информационного анализа предлагается методика, а также приводятся полученные с ее помощью экспериментальные данные частотных характеристик звукоизоляции некоторых видов ограждающих конструкций с применением гипсокартонных листов.

УДК 699.8

Ю.Б. РЕДЬКО, технический директор ООО «АлгоритмСтрой», г. Санкт-Петербург

Ключевые слова: анализ, методика, частотные характеристики звукоизоляции, перегородка, конструкция
Keywords: analysis, technique, frequency characteristics of sound insulation, partition, construction

Основополагающие рекомендации по проектированию внутренних каркасно-обшивных перегородок с учетом их звукоизоляции регламентированы в [1, 2].

В [3] содержатся указания по конструктивным решениям различных ограждающих конструкций с обшивкой из гипсокартонных листов и способам их устройства, выполнение которых обеспечивает соблюдение обязательных требований к таким конструкциям, установленных действующими нормативными документами [1, 2].

Указанными нормативными документами [1-3] следует руководствоваться при проектировании, устройстве и эксплуатации ограждающих конструкций с применением гипсокартонных листов в жилых, общественных, административно-бытовых и промышленных зданиях.

Каркасно-обшивные перегородки включают металлический или деревянный каркас и обшивку из гипсокартонных листов, закрепленную к нему на шурупах. Воздушная полость между обшивками может быть заполнена звукоизоляционным, теплоизоляционным, огнезащитным материалом.

В зависимости от назначения различают 4 вида изделий из гипсокартонных листов (ГКЛ):

ГКЛ – обычные; ГКЛВ – влагостойкие; ГКЛО – с повышенной сопротивляемостью воздействию открытого пламени; ГКЛВО – влагостойкие, с повышенной сопротивляемостью воздействию открытого пламени.

Гипсокартонные листы рекомендуется применять для устройства перегородок, подвесных потолков и облицовки внутренних поверхностей стен в помещениях с сухим и нормальным температурно-влажностными режимами.

В конструкциях внутренних перегородок следует предусматривать точечное крепление листов к каркасу с шагом не менее 300 мм. Если применяют два слоя листов обшивки с одной стороны каркаса, то они не должны склеиваться между собой. Шаг стоек каркаса и расстояние между его горизонтальными элементами рекомендуется принимать не менее 600 мм.

Рекомендованное заполнение промежутка мягкими звукопоглощающими материалами эффективно для улучшения звукоизоляции внутренних перегородок. Кроме того, для повышения их звукоизоляции рекомендуются использование самостоятельных каркасов для каждой из обшивок, а в необходимых случаях возможно применение двух- или трехслойной обшивки с каждой стороны перегородки.

Перегородки должны обладать звукоизоляцией, предъявляемой к внутренним ограждающим конструкциям, функционально. Нормируемым параметром звукоизоляции внутренних ограждающих конструкций жилых и общественных зданий, а также вспомогательных зданий производственных предприятий является индекс изоляции воздушного шума ограждающими конструкциями Rw, дБ.

Для устройства каркаса перегородок, потолков и огнезащиты конструкций гипсокартонными листами рекомендуется применять холодногнутые профили из листовой оцинкованной стали.

При отсутствии стальных профилей для устройства каркаса перегородок, подвесных потолков и облицовки стен в помещениях с сухим и нормальным температурно-влажностными режимами могут быть использованы деревянные антисептированные бруски с влажностью 12±3%.

Перегородки из гипсокартонных листов рекомендуется проектировать преимущественно с металлическим каркасом, одинарным или двойным, звукоизоляционным заполнением из минераловатных или стекловатных плит, с одно-, двух- или трехслойной обшивкой ГКЛ.

Перегородки должны рассчитываться на сочетание: вертикальных (собственный вес и от навески оборудования) и горизонтальных (ветровая, эксплуатационная нагрузка и сейсмическая) нагрузок.

Номенклатура конструкций перегородок не ограничивается приведенной в [3]. В зависимости от условий эксплуатации и предъявляемых требований могут быть использованы другие конструкции с различными сочетаниями слоев гипсокартонных листов в обшивках, иным расположением профилей каркаса. При этом их физико-технические характеристики должны быть определены в установленном порядке.

Основные термины и определения

Проникающий шум – шум, возникающий вне данного помещения и проникающий в него через ограждающие конструкции, системы вентиляции, водоснабжения и отопления.

Уровень звукового давления – десятикратный десятичный логарифм отношения квадрата звукового давления к квадрату порогового звукового давления (Ро=2·10-5 Па) в дБ.

Октавный уровень звукового давления – уровень звукового давления в октавной полосе частот в дБ.

Уровень звука – уровень звукового давления шума в нормируемом диапазоне частот, скорректированный по частотной характеристике А шумомера в дБА.

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. В стандарте под звукоизоляцией воздушного шума подразумевается обеспечиваемое разделяющим два помещения ограждением снижение уровней звукового давления в дБ, приведенное к условиям равенства площади ограждающей конструкции и эквивалентной площади звукопоглощения в защищаемом помещении.

,

где L₁ – уровень звукового давления в помещении с источником звука, дБ; L₂ – уровень звукового давления в защищаемом помещении, дБ; S – площадь ограждающей конструкции, м2; А – эквивалентная площадь звукопоглощения в защищаемом помещении, м².

Частотная характеристика изоляции воздушного шума Rf – величина изоляции воздушного шума R, дБ, в третьоктавных полосах частот в диапазоне 100-3150 Гц (в графической или табличной форме).

Индекс изоляции воздушного шума Rw – величина, служащая для оценки звукоизолирующей способности ограждения одним числом. Определяется путем сопоставления частотной характеристики изоляции воздушного шума со специальной оценочной кривой в дБ.

Эквивалентная площадь поглощения (поверхности или предмета) – площадь поверхности с коэффициентом звукопоглощения α=1 (полностью поглощающей звук), которая поглощает такое же количество звуковой энергии, как и данная поверхность или предмет.

Реверберация – явление постепенного спада звуковой энергии в помещении после прекращения работы источника звука.

Время реверберации Т – время, за которое уровень звукового давления после выключения источника звука падает на 60 дБ.

Результаты определения величины звукоизоляции каркасно-обшивных перегородок из гипсокартона

Измерения были выполнены в лабораторных условиях в акустических камерах по методике [2, 4].

Ниже приведены результаты испытаний, накопленные в ходе сертификации различных видов и конструкций каркасно-обшивных перегородок из гипсокартона.

В соответствии с программой испытаний целью проведения измерений ставилось испытание образцов, изготавливаемых из различных материалов с использованием различных вариантов конструкции каркасно-обшивных перегородок из гипсокартона.

Испытания осуществлялись в акустической камере, соответствующей требованиям [4].

Испытательные (реверберационные) помещения для измерения изоляции воздушного шума состояли из двух смежных по горизонтали помещений: КВУ и КНУ, разделенных ограждением с проемом для монтажа образцов испытываемых конструкций. Объем КВУ – 183 м³, объем КНУ – 98,5 м³.

Перечень основной аппаратуры измерительных систем, соответствующих требованиям [4-9], приведен в табл. 1.

Таблица 1. Перечень аппаратуры измерительных систем

№ п/п	Наименование	Тип
1	Микрофонный предусилитель	2619
2	Измерительный микрофон	4165
3	Цифровой частотный анализатор	2131
4	Усилитель мощности	LV03
5	Излучатель звука	25КЗ-12 Б
6	1/3 октавный фильтр	01024
7	Генератор шума	NRG-21
8	Узкополосный фильтр	01 013
9	Излучатель звука	АС-5
10	Генератор шума	03 004
11	Барометр-анероид	БАММ-1
12	Психрометр	МТВ-4м

Излучатели звука в камере высокого уровня располагались в углах КВУ на расстоянии не менее 2 м от испытываемого объекта для обеспечения диффузного звукового поля.

Измерительный микрофон в помещениях высокого и низкого уровней последовательно устанавливался не менее чем на 1 м от поверхности ограждающих конструкций, друг от друга и от излучателей звука, не менее чем в шести точках. На основании измеренных частотных характеристик изоляции воздушного шума определялись величины индексов изоляции воздушного шума Rw, служащие для оценки звукоизоляции конструкции в целом. Индекс Rw определялся по методике, изложенной в [2].

Для проведения всех испытаний, результаты которых приведены в данной статье, использовались образцы перегородок размером 1900х1200 мм, изготовленные в соответствии с требованиями [1, 2], по различным вариантам конструктивного исполнения.

Порядок отбора и количество образцов для испытаний были выполнены в соответствии с требованиями, установленными в нормативной документации на испытываемые изделия и в договоре на проведение испытаний [10-12].

Перед монтажом в рабочем проеме испытательных акустических помещений образцы проходили проверку в объеме входного контроля: на соответствие требованиям сопроводительной нормативной и конструкторской документации.

Осуществлялась проверка геометрических размеров, а также других показателей на их соответствие приложенной документации.

До проведения испытаний образцы подвергались кондиционированию – выдержке 24 ч при температуре 20±3°С в условиях акустической камеры.

Обработка результатов осуществлялась в соответствии с требованиями [2, 4].

Результаты испытаний, накопленные в ходе сертификации рассматриваемых перегородок, приведены в табл. 2-7.

Таблица 2. Частотная характеристика образца №1 размером 1900х1200. Конструкция: стальной каркас из профилей типа 50, облицованный с двух сторон гипсокартонными листами толщиной 12,5 мм, в каркас вставлена изоляционная плита типа П15 толщиной 50 мм. Индекс изоляции воздушного шума Rw=44 дБ. Погрешность метода измерения ±2 дБ

f, Гц	100	125	160	200	250	315	400	500	630	800	1000	1250	1600	2000	2500	3150
Rf, дБ	29	28	33	34	35	37	39	39	42	44	44	47	48	48	43	44

Таблица 3. Частотная характеристика образца №2 размером 1900х1200 мм. Конструкция: стальной каркас из профилей типа 50, облицованный с двух сторон гипсокартонными листами толщиной 12,5 мм, в каркас вставлена изоляционная плита типа П30 толщиной 50 мм. Индекс изоляции воздушного шума Rw=44 дБ. Погрешность метода измерения ±2 дБ

f, Гц	100	125	160	200	250	315	400	500	630	800	1000	1250	1600	2000	2500	3150
Rf, дБ	28	27	30	33	35	36	40	40	43	44	46	47	49	48	44	45

Таблица 4. Частотная характеристика образца №3 размером 1900х1200. Конструкция: стальной каркас из профилей типа 75, облицованный с двух сторон гипсокартонными листами толщиной 12,5 мм, в каркас вставлена изоляционная плита типа П30 толщиной 50 мм. Индекс изоляции воздушного шума Rw=43 дБ. Погрешность метода измерения ±2 дБ

f, Гц	100	125	160	200	250	315	400	500	630	800	1000	1250	1600	2000	2500	3150
Rf, дБ	20	16	26	32	35	37	41	422	46	48	48	49	50	51	47	43

Таблица 5. Частотная характеристика образца №4 размером 1900х1200. Конструкция: стальной каркас из профилей типа 75, облицованный с двух сторон гипсокартонными листами толщиной 12,5 мм, в каркас вставлена изоляционная плита типа П30 толщиной 50 мм. Индекс изоляции воздушного шума Rw=45 дБ. Погрешность метода измерения ±2 дБ

f, Гц	100	125	160	200	250	315	400	500	630	800	1000	1250	1600	2000	2500	3150
Rf, дБ	26	28	35	35	34	36	39	41	44	48	47	48	5	50	47	44

Таблица 6.Частотная характеристика образца №5 размером 1900х1200. Конструкция: стальной каркас из профилей типа 75, облицованный с двух сторон гипсокартонными листами толщиной 12,5 мм, в каркас вставлена изоляционная плита типа П30 толщиной 50 мм. Индекс изоляции воздушного шума Rw=47 дБ. Погрешность метода измерения ±2 дБ

f, Гц	100	125	160	200	250	315	400	500	630	800	1000	1250	1600	2000	2500	3150
Rf, дБ	29	29	37	37	38	38	39	42	42	45	48	49	49	52	50	47

Таблица 7. Частотная характеристика образца №6 размером 1900х1200. Конструкция: стальной каркас из профилей типа 100, облицованный с двух сторон двумя гипсокартонными листами толщиной 12,5 мм, в каркас вставлен изоляционный мат типа М15 толщиной 80 мм. Индекс изоляции воздушного шума Rw=48 дБ. Погрешность метода измерения ±2 дБ

f, Гц	100	125	160	200	250	315	400	500	630	800	1000	1250	1600	2000	2500	3150
Rf, дБ	37	34	36	38	39	38	42	44	45	48	49	50	52	53	52	49

Погрешность измерений оценивалась статистическими методами по [4]. Повторяемость результатов отвечает требованиям [4].

По результатам испытаний можно сделать следующие обобщения. Рассмотрим влияние конструктивных параметров различных вариантов конструкций перегородок с обшивками из гипсокартона. При заданной обшивке и типа каркаса увеличение толщины промежутка между обшивками приводит к росту звукоизоляции как при отсутствии, так и при наличии в полости перегородки звукопоглощающего материала. Удвоение толщины промежутка вызывает рост индекса звукоизоляции на 2-6 дБ. Наибольший рост индекса звукоизоляции наблюдается при раздельном каркасе и расположении в промежутке звукопоглощающего материала. Этот эффект возрастает в перегородках с двухслойными обшивками и заполнением промежутка минеральной ватой. Применение раздельного каркаса взамен одинарного при двухслойной обшивке и расположении в промежутке звукопоглощающего материала резко повышает звукоизоляцию. Для деревянного каркаса увеличение индекса звукоизоляции составляет свыше 6 дБ, для стального – 4 дБ и более.

Особый вид одинарного каркаса образуется из стальных профилей Z-образного (или Σ-образного) сечения. Введение пружинного элемента в середине профиля, который рассечен длинными продольными прорезями, значительно снижает передачу изгибающих моментов от одной половины профиля к другой. Такой одинарный каркас по своим звукоизоляционным свойствам соответствует раздельному каркасу из стоек швеллерообразного профиля.

Размещение в промежутке между обшивками звукопо­глощающего материала дает увеличение индекса звукоизоляции на 2,2-11,5 дБ, которое зависит и от вида каркаса звукопоглощающего материала, и от степени заполнения им промежутка. Наибольший эффект от звукопоглотителя достигается при стальном каркасе, наименьший – при деревянном каркасе; пенополиуретан примерно равноценен минеральной вате. Применение жесткого материала типа пенополистирола для заполнения промежутка дает незначительный эффект.

Добавление второго слоя гипсокартона в обшивках увеличивает индекс звукоизоляции на 6-11 дБ. Это увеличение не имеет выраженной зависимости от других конструктивных параметров и в среднем составляет 9 дБ. Такой рост изоляции воздушного шума можно объяснить не только увеличением поверхностной плотности обшивок. Немаловажное значение имеет то обстоятельство, что удвоение массы обшивки происходит при увеличении ее жесткости тоже в 2 раза, в результате чего сохраняется положение граничной частоты. В случае применения обшивки из одного слоя удвоенной толщины такой эффект невозможен.

Выводы:

1. Показатели качества испытанных перегородок соответствуют требованиям [1, 2] и заявленным свойствам заказчиков.

2. Получены показатели звукоизоляции, в том числе частотные характеристики изоляции воздушного шума перегородками в зависимости от их конструкции.

3. Полученные при испытаниях частотные характеристики изоляции воздушного шума перегородками в зависимости от их конструкции могут служить одним из параметров при выборе предпочтительного варианта конструкции перегородки.

4. Погрешность измерений оценивалась статистическими методами и соответствует требованиям [4].

5. Повторяемость результатов отвечает требованиям [4].

6. При определении изоляции воздушного шума в лабораторных условиях отклонений от процедуры проведения испытаний не зафиксировано.

Библиографический список

1. СНиП 23-03-2003. Защита от шума.

2. СП 23-103-2003. Проектирование звукоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий.

3. СП 55-101-2000. Свод правил по проектированию и строительству. Ограждающие конструкции с применением гипсокартонных листов.

4. ГОСТ 27296-87. Звукоизоляция ограждающих конструкций. ­Методы измерения.

5. ГОСТ 17187-81. Шумомеры. Общие технические требования и методы испытаний.

6. ГОСТ 17168-82. Фильтры электронные октавные и третьоктавные. Общие технические требования и методы испытаний.

7. ГОСТ 24388-88. Усилители сигналов звуковой частоты бытовые. Общие технические условия.

8. ГОСТ 6495-89. Микрофоны. Общие технические условия.

9. ГОСТ 23854-79. Измерители уровня электрических сигналов. ­Общие технические требования и методы испытаний.

10. ГОСТ Р 5079-52-95. Статистические методы. Приемочный контроль качества по альтернативному признаку.

11. ГОСТ 24660-81. Статистический приемочный контроль по альтернативному признаку на основе экономических показателей.

12. ГОСТ 1832-73* (СТ СЭВ 1934-79). Статистический контроль качества. Методы случайного отбора выборок штучной продукции.