На основании информационного анализа предлагается методика, а также приводятся полученные с ее помощью экспериментальные данные частотной характеристики звукоизоляции некоторых видов внутренних каркасно-обшивных перегородок из гипсокартона.
УДК 699.8
Ю.Б. РЕДЬКО, технический директор ООО «АлгоритмСтрой», г. Санкт-Петербург
Ключевые слова: анализ, методика, частотные характеристики звукоизоляции, перегородка, гипсокартон, конструкция
Keywords: analysis, technique, frequency characteristics of sound insulation, partition, drywall, construction
Одной из важных характеристик конструкций перегородок, позволяющих классифицировать их в зависимости от характера прохождения через них звука, является структура ограждения. По этому признаку их разделяют на акустически однородные и акустически неоднородные.
К акустически однородным относят однослойные конструкции (в том числе с небольшими пустотами и часто расположенными ребрами), а также состоящие из двух или более слоев (элементов) из твердых материалов (бетона, кирпичной кладки, раствора, металла, дерева и т.п.), жестко связанных между собой по всей площади ограждения.
В жилых домах применяют акустически однородные внутренние стены и перегородки. Акустически однородные элементы входят в другие, применяемые в жилых домах акустически неоднородные конструкции: перегородки, состоящие из двух разделенных воздушным промежутком стенок, двойные ограждения зданий из объемных блоков, каркасные перегородки с обшивками из тонких листовых материалов (гипсокартона, древесно-волокнистых плит, асбестоцементных листов и т.д.).
Основополагающие рекомендации по проектированию внутренних каркасно-обшивных перегородок с учетом их звукоизоляции рассмотрены в [1, 2].
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 рекомендуется 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.
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 снижение уровней звукового давления в дБ, обеспечиваемое ограждением, разделяющим два помещения, и 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 спадает на 60 дБ.
Результаты определения величины звукоизоляции каркасно-обшивных перегородок из гипсокартона
Измерения были выполнены в лабораторных условиях в акустических камерах по методике [2, 3].
Перечень аппаратуры измерительных систем, использованных в камере высокого уровня давления звука (КВУ) и камере низкого уровня (КНУ), приведен в табл. 1.
Таблица 1. Перечень типов оборудования измерительных систем
| № п/п | Наименование | Тип |
| 1 | Шумомер | 2209 |
| 3 | Усилитель мощности | УМ100/2 |
| 5 | 1/3 октавный фильтр | 01024 |
| 6 | Генератор шума | 03 004 |
| 7 | Узкополосный фильтр | 01 013 |
| 8 | Излучатель звука | АС 1121 |
| 9 | Барометр-анероид | БАММ-1 |
| 10 | Генератор шума | 03 004 |
| 11 | Психрометр | МТВ-4м |
| 12 | Измерительный микрофон | 4165 |
Излучатели звука в КВУ располагались в углах камеры на расстоянии не менее 2 м от испытываемого объекта для обеспечения диффузного звукового поля.
Измерительные микрофоны в КВУ и КНУ последовательно устанавливались на расстоянии не менее чем 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].
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 [3].
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 [3-8], приведен в табл. 1.
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 приняты в соответствии с требованиями, установленными в нормативной документации на испытываемые изделия и в договоре на проведение испытаний [8-11].
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, 3].
Результаты испытаний, накопленные в ходе сертификации рассматриваемых перегородок, приведены в табл. 2-7.
Таблица 2. Частотная характеристика образца серии 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=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 | 27 | 26 | 30 | 32 | 32 | 36 | 38 | 39 | 42 | 44 | 45 | 48 | 50 | 48 | 42 | 44 |
Таблица 3. Частотная характеристика образца серии 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=41 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 | 22 | 22 | 27 | 29 | 34 | 37 | 39 | 41 | 43 | 44 | 45 | 45 | 48 | 48 | 45 | 46 |
Таблица 4. Частотная характеристика образца серии 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 | 28 | 34 | 35 | 35 | 35 | 38 | 40 | 41 | 44 | 45 | 49 | 50 | 52 | 50 | 47 | 48 |
Таблица 5. Частотная характеристика образца серии 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=43 дБ. Погрешность метода измерения ±2дБ
| f, Гц | 100 | 125 | 160 | 200 | 250 | 315 | 400 | 500 | 630 | 800 | 1000 | 1250 | 1600 | 2000 | 2500 | 3150 |
| Rf, дБ | 26 | 28 | 32 | 32 | 33 | 36 | 38 | 40 | 42 | 44 | 46 | 49 | 50 | 48 | 45 | 46 |
Таблица 6. Частотная характеристика образца серии 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=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 | 30 | 31 | 34 | 33 | 36 | 36 | 38 | 39 | 41 | 42 | 45 | 46 | 47 | 44 | 42 | 44 |
Таблица 7. Частотная характеристика образца серии 6 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 | 28 | 28 | 33 | 35 | 37 | 38 | 39 | 39 | 42 | 44 | 45 | 46 | 48 | 48 | 42 | 43 |
Погрешность измерений оценивалась статистическими методами по [3]. Повторяемость результатов отвечает требованиям [3].
По результатам испытаний можно сделать следующие обобщения. Рассмотрим влияние конструктивных параметров по результатам испытаний в лабораторных условиях набора вариантов конструкций перегородок с обшивками из гипсокартона. При заданной обшивке и типе 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 с увеличением толщины промежутка 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- или Σ-образного сечения. Введение пружинного элемента в середине профиля, который рассечен длинными продольными прорезями, значительно снижает передачу изгибающих моментов от одной половины профиля 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 от вида каркаса и звукопоглощающего материала, а также 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. 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. ГОСТ 27296-87. 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 технические требования и методы испытаний.
6. ГОСТ 24388-88. Усилители сигналов звуковой частоты бытовые. Общие технические условия.
7. ГОСТ 6495-89. Микрофоны. Общие технические условия.
8. ГОСТ 23854-79. Измерители уровня электрических сигналов. Общие технические требования и методы испытаний.
9. ГОСТ Р 5079-52-95. Статистические методы. Приемочный контроль качества по альтернативному признаку.
10. ГОСТ 24660-81. Статистический приемочный контроль по альтернативному признаку на основе экономических показателей.
11. ГОСТ 1832-73* (СТ СЭВ 1934-79). Статистический контроль качества. Методы случайного отбора выборок штучной продукции.
