Шумоизоляция окон

Шумоизоляция пластиковых окон.

  Итак, есть звук, и есть преграда. Введем, для начала, некоторые определения, с помощью которых можно охарактеризовать проблему, вынесенную в заголовок данной статьи. Уровень интенсивности звука выражается логарифмической величиной в децибелах:

L = 10lg(l/lп)

 где за величину lп принята интенсивность звука, равная 10-12 Вт/м2 и соответствующая звуковому давлению 2•10-5 Па на частоте 1000 Гц.
Коэффициент звукопередачи, или звукопроводности составляет:

b = l/lо

где l - интенсивность прошедшего через конструкцию звука, а lо - интенсивность падающего на эту конструкцию звука.
Коэффициент ослабления звука t показывает, во сколько раз уменьшилась интенсивность звука при прохождении через преграду, и является величиной, обратной коэффициенту звукопередачи (выражается в децибелах):

t(дБ) = 10lg(1/b)

Приведем данные о соотношении между источниками шума и их интенсивностью , а также характеристики шумов в зданиях, полученные экспериментально (табл. 1).

 Еще одна таблица иллюстрирует степень ослабления звуковой энергии при прохождении через различные материалы (полоса частот 100 Гц - 3 кГц)

  Звукоизоляция металлопластиковых окон может быть оценена с помощью т. н. акустического коэффициента отражения, или коэффициента звукоизоляции K = L/Lo, где L и Lo - уровни интенсивности звука, отраженного от ограждения и падающего на него.
Кроме того, большое значение имеет коэффициент поглощения звуковой энергии a, равный разности между единицей и коэффициентом отражения, или звукоизоляции.

a = 1-K

  За единицу коэффициента поглощения принято поглощение 1 м2 открытого, не возвращающего энергию окна. Произведение среднего коэффициента поглощения (металлопластикового окна, как правило, неоднородна) на площадь поверхности A = a S определяет общее звукопоглощение всей конструкции металлопластикового окна. 
Отсюда вытекает вполне очевидная истина: чтобы защитить строительную конструкцию, в нашем случае это жилое помещение, нужно применять строительные материалы с максимальным коэффициентом ослабления, уменьшить размеры ограждающей конструкции (что не представляется возможным ввиду заданной геометрии помещения) и увеличить звукопоглощение поверхности. Потешив читателя теорией, вернемся к практике. 
Звук излучается: музыкальными инструментами, человеческим горлом, ударом предмета о предмет, о пол, о стену, после чего распространяется по воздуху до других твердых предметов. Воздушная звуковая волна генерирует колебания в следующем твердом теле, и оно начинает излучать самостоятельно. Таким образом, получается многоступенчатая передача звуковой энергии: источник - воздух - твердое тело - воздух и так далее. В конце концов, энергия рассеивается, становится соизмеримой с фоном, и звук не слышен. 
  Падающая на какую-либо преграду звуковая энергия делится на три составляющих. Первая часть - отраженная энергия. Чем ее больше, тем выше звукоизоляция. Вторая часть - энергия рассеивания внутри конструкции при прохождении волны от одной ее поверхности к другой. Чем выше рассеивание, тем выше звукоизоляция. И, наконец, третья часть - это энергия, прошедшая сквозь преграду. 
  Проблема звукоизоляции, с математической и физической точек зрения - проблема довольно сложная. Теоретически эта задача была решена давно. Однако в реальной жизни мы сталкиваемся с трудностями. Тела не имеют абсолютной упругости. Поэтому кроме теоретической акустики есть еще и практическая. И здесь очень многое определяется знанием строительных технологий и материалов. Поймите азы практической акустики и экспериментируйте. 
  Для многих не профессионалов, понимающих акустические проблемы на бытовом уровне, термины звукоизоляция и звукопоглощение практически неразличимы. 
Если под поглощением понимать антоним термину отражение (то есть поглощение звука там, где он излучен - на улице, в комнате) и не рассматривать звук, вышедший за преграду, то следует четко понимать: хорошая звукоизоляция не обязательно подразумевает хорошее звукопоглощение. И наоборот. 
  Что ж, практика, так практика. Итак, условия задачи: человек живет в самой обычной квартире. Находясь внутри комнаты, ему надо слушать музыку, репетировать, играть на музыкальных инструментах, отдыхать. Давайте рассмотрим проблему с точки зрения звукоизоляции. Как обеспечить спокойствие соседей и перестать слышать даже шорох тапочек живущей наверху бабули? 
С точки зрения звукоизоляции, наследство, которое нам досталось от периода массового строительства - плохое наследство. Дело в том, что звукоизоляция, в основном, определяется массивностью конструкции. При одной и той же силе звуковых волн, повышение массивности конструкции снижает ее вибрацию и уменьшает силу звука, излучаемого ею. Поэтому, увеличивая массу конструкции, вы увеличиваете звукоизоляцию. Но у нас уже есть готовые стены и перекрытия, и увеличить их массивность - задача достаточно сложная, тем более, что при наращивании массы конструкции в 2 раза звукоизоляция увеличивается всего лишь на 6 дБ. 
  Эта закономерность действует практически на всем спектре частот, за исключением частоты волнового совпадения, где появляется резонанс и происходит резкий провал звукоизоляции. К сожалению, провалы возникают на средних частотах, как раз там, где мы разговариваем - в диапазоне от 250 Гц до 1-2 кГц. И увеличивая толщину преграды, мы понижаем граничные частоты. Что же касается высоких частот, то здесь с физической точки зрения все проще: их легче гасить и они быстрее затухают при прохождении от источника к преграде. 
Частота волнового совпадения рассчитывается по формуле:

F=c2/1,8с1h,

где c - скорость звука при 20 °С (340 м/с); с1 - скорость распространения звуковых волн в данном материале, м/с; h - толщина материала.
Так как для данного материала величина c2/1,8*с1 будет постоянной, тогда, обозначив ее как А = c2/1,8с1получаем формулу для расчета резонансной частоты:

F=A/h

Значения величины A для различных материалов приводятся в таблице 3.
Стеклопакет с многослойным стеклом 3.3.1-2-6

  Но вернемся к нашему дому. Если вы живете в здании дореволюционной постройки или первых лет советской власти, и вам достались массивные кирпичные стены и толстые (30-40 см) деревянные либо металлические засыпные перекрытия, то звукоизоляция вашей квартиры в целом хорошая. Но если мы будем говорить о зданиях облегченной конструкции тридцатых и последующих годов, то, скорее всего, звукоизоляция квартиры будет крайне мала. С одной стороны, существовали и существуют строительные нормы и правила, в которых жестко оговорен минимум индекса изоляции ограждающих конструкций. Например,для воздушного шума в жилых зданиях индекс составляет 50 дБ. Это - санитарная норма, нижний порог более-менее комфортабельного существования. Но эта норма рассчитана на обычный шум, а не на музицирование, застолье и шумную улицу. Кроме того, эти 50 дБ достигаются только при точном соблюдении технологии строительства. Таким образом, большинство наших людей страдают от того, что слышат больше, нежели хотелось бы. К сожалению, пути решения проблемы весьма тернисты и без увеличения массы стен, потолков и специального остекления серьезной звукоизоляции в большинстве диапазонов частот достичь, строго говоря, невозможно. 
Если говорить об ударном шуме, возникающем не от излучения в воздух (разговор, игра на музыкальном инструменте, радио, телевидение и так далее), а от непосредственного контакта предмета о предмет (ходьба, удары в стену, метро или трамвай), то здесь ситуация самая плохая. Дома последних серий собраны из жестких железобетонных элементов с хорошей проводимостью звука, а монолитные и сварные стыки способствуют хорошему прохождению звука. Поэтому удар и сверление на десятом этаже приводит к слышимости на третьем, и с этим, скажем откровенно и прямо, в бытовых условиях бороться практически невозможно. Фактически, чтобы убрать ударные шумы, надо создавать комнату в комнате. Но учитывая, что такие шумы возникают эпизодически, а борьба с ними требует неимоверных затрат, в дальнейшем не будем обсуждать эту проблему. 
  Что же касается речевых шумов или звука радиоприемника и машин, здесь бороться можно и нужно. Повторяю: нельзя обойтись без увеличения массивности. Но рост массы в 2 раза увеличивает в 2 раза и толщину конструкции. И если толщина межквартирной стены 16 сантиметров (в ряде современных проектов - 2 отдельные стены по 8 сантиметров), необходимо нарастить толщину бетонной стены до трети метра! А это невозможно, ибо нарушает устойчивость здания, отнимает 16 сантиметров пространства с каждой стороны комнаты и, наконец, стоит немалых денег. 
Поэтому надо пытаться обхитрить природу, и один из возможных путей - применение многослойных конструкций. 
  В многослойных конструкциях присутствуют твердые слои с высокой массой и мягкие слои с высоким звукопоглощением. Для металлопластикового окна это - стеклопакет с ламинированными стеклами, у которого пространство между стеклами заполнено аргоном. При этом на границе слоев происходит отражение звуковой волны в обратную сторону. А само наличие звукопоглощающего материала приводит к общему повышению коэффициента потерь, что снижает падение звукоизоляции на частотах волнового совпадения. При таком подходе главным условием является обеспечение раздельности существующей и дополнительной стен. Ведь если их соединить жестко через деревянные или металлические стойки гвоздями или шурупами, то в результате большой разницы масс дополнительной и существующей конструкций достигаемый звукоизолирующий эффект вряд ли превзойдет 4 дБ. Если же существующая и дополнительная стена отделены друг от друга, то эффект будет значительно выше. 
  Звукоизоляция окон и дверей - очень важная вещь, так как защита от воздушного уличного шума определяется не стенами, которые выходят на улицу, а именно окнами. Эта проблема имеет два решения. Первое - замена обычных окон на специальные звукоизолирующие стеклопакеты. Второе, наиболее дешевое и, тем не менее, весьма эффективное решение - ремонт стандартных некачественных деревянных окон со спаренными или раздельными переплетами. Ремонт включает установку более толстых стекол различной толщины ( это защитит конструкцию от резонанса), установку стеклопакетов на герметик например, на силикон), прокладку звукопоглотителя по периметру коробки между стеклами и устройство двойного контура уплотнения в притворе. Комплекс этих кропотливых тонких работ приводит к увеличению звукоизоляции на 10 дБ, а это совсем немало, так как можно получить звукоизоляцию в 45 дБ (при стандартной звукоизоляции окна 27-35 дБ) . Что же касается замены окна, мы бы посоветовали деревянные или алюминиевые рамы с тройным остеклением. Не хочу сказать, что пластиковые окна плохи, просто ПВХ - материал легкий, а деревянные и алюминиевые окна более массивны и, как следствие, имеют лучшие звукоизоляционные свойства. 
  Какие советы можно дать при изготовлении <шумозащитного> стеклопакета? 
При замене монолитного стекла на многослойное стекло (ламинированое, триплекс) одинакового веса и толщины звукоизоляция увеличивается на 3 дБ. 
  Увеличивая количество слоев поливинилбутиральной пленки в многослойном стекле, можно увеличить звукоизоляцию на 1 дБ на каждый новый слой пленки (толщина пленки 0,38 мм). 
Многослойное стекло, ламинированное смолой (с толщиной смолы до 2 мм) на 3 дБ улучшит звукоизоляцию в сравнении с многослойным стеклом такой же толщины, ламинированным поливинилбутиральной пленкой. 
Замена монолитного стекла на многослойное стекло в стеклопакете увеличивает звукоизоляцию на 4 дБ, увеличив расстояния между стеклами в два раза можно повысить звукоизоляцию на 3 дБ. 
Увеличив вес стекла в стеклопакете с монолитным стеклом в два раза, можно на увеличить звукоизоляцию 1 дБ. 
  В стеклопакете с многослойным стеклом при расстоянии между стеклами менее 24 мм увеличение веса стекла в два раза приведет к подъему звукоизоляции на 3 дБ, при расстоянии больше 24 мм - только на 1 дБ. 
Хорошие результаты, с точки зрения звукоизоляции, достигаются при заглублении окoн в стену здания или при расположении их под разным углом к источнику звука (для металлопластиковых окон, находящихся в одном помещении). Хорошо помогают дополнительные преграды в виде защитных ролет или жалюзи. 
  Завершая разговор о звукоизоляции, хотелось бы предостеречь потенциальных заказчиков от общей ошибки. Дело в том, что очень часто неискушенный проектировщик путает теплоизоляционные и звукоизоляционные материалы и конструкции. К сожалению, это вносит большую и вредную путаницу. Так что рекомендую очень четко разделять понятия тепло- и звукоизоляции. Кроме того, к звукоизоляции не имеют никакого отношения ни обои, ни тонкослойные конструкции, ни всяческие пленки.

Перейдем от звукоизоляции к звукопоглощению.

  Звукопоглощение - это отсутствие отражения акустических колебаний от преграды назад в воздушную среду. Войдите в пустую, бетонную комнату - и возникающая там реверберация (послезвучание) наложится на речь, снизит разборчивость, приведет к быстрой утомляемости. Таким образом, увеличивая звукопоглощение, мы создаем более приятную и комфортную акустическую среду. Другими словами, снижение шума достигается не только через усиление звукоизоляции, но и через звукопоглощение. 
  Но в сильно заглушенном помещении, благодаря отсутствию запаздывающих отраженных сигналов, звук теряет свою сочность. Поэтому реверберация очень важна при восприятии <живого> вокала, звука музыкальных инструментов, речи (в театрах, концертных залах и т. д.). А вот в случае с жилыми комнатами ситуация обратная. Поэтому в жилые помещения следует максимально заглушать, минимизируя отражения. Если не удается усилить звукоизоляцию окна, попытайтесь усилить звукопоглощение в помещении. 
  Заглушение достигается путем применения звукопоглощающих материалов - сегодня на строительном рынке их очень много. Это мягкие пористые материалы, конкурирующие между собой и по звукопоглощающим свойствам, и по цене, и по дизайну. Это ковры на полу или стенах. Звукопоглотителями являются мебель (и не только мягкая), шторы, занавеси и даже присутствующие в комнате люди. 
  Правильное (не максимальное, а именно правильное) звукопоглощение особенно важно в больших помещениях - здесь только искусство акустика способно создавать комфортное восприятие звукового источника. К сожалению, длина стен современных жилых комнат бычно не превышает 4-6 метров. И на низких частотах у вас будут серьезные проблемы, так как волна может не уложиться между стенами комнаты (длина волны с частотой, например, 100 Гц составляет 3,4 м) и при отражении будет происходить хаотическое наложение амплитуд и возникнет эффект так называемого <бубнежа>. Поэтому при выборе системы звукопоглощения надо обязательно учитывать физические параметры помещения и не пытаться добиться невозможного. 
  Если же у вас есть возможность жить на даче или в загородном доме, то лучше жить именно там, так как самый лучший способ защиты от шума - это находится от него как можно дальше.

Н.Н.Казимиров,кандидат технических наук.