Szyby zespolone, a izolacja akustyczna

Samochody, tramwaje, pociągi, trasy szybkiego ruchu, centra handlowe, zakłady przemysłowe, osiedlowe place zabaw, boiska, a nawet sąsiad majsterkowicz lub wesoła kompania żaków w bloku naprzeciwko, to potencjalne źródła wszędobylskiego, irytującego hałasu. Jak sobie z nim radzić? Czy szkło budowlane może nam pomóc? Z pewnością tak. Z wyjątkiem sąsiada majsterkowicza, bo na niego trzeba innych środków. Jednak zanim użyjemy szkła do bezpośredniej walki z hałasem, na wstępie kilka ważnych informacji natury ogólnej.

Uwagi wstępne

Hałas, to bodziec dźwiękowy, wywoływany przez drgania lub fale, rozprzestrzeniające się w powietrzu, płynie lub ciele stałym (np. w ścianie). Są to minimalne zmiany ciśnienia powietrza, które są rejestrowane przez bębenek naszego ucha. „Słyszalne” zmiany ciśnienia powietrza mieszczą się w przedziale od 0,00002 Pa do 20 Pa, podczas gdy ciśnienie atmosferyczne wynosi około 100 000 Pa.

Częstotliwość

Hałas składa się z dźwięków o różnej wysokości tonu (częstotliwości). Częstotliwość wyraża się w hercach (Hz = liczba drgań na sekundę). Im wyższy ton, tym więcej przypada drgań na sekundę. Ucho ludzkie słyszy dźwięki o częstotliwości między 16 a 20000 Hz. Akustyka w budownictwie uwzględnia tylko dźwięki w przedziale 50-5000 Hz, podzielone na pasma jednooktawowe (każda kolejna częstotliwość jest dwukrotnie wyższa od poprzedniej) lub 1/3 oktawy.

Natężenie hałasu

Natężenie hałasu („siła”) może być albo duże, albo małe. Ucho rejestruje zmiany ciśnienia między 0,00002 Pa, a 20 Pa. Ponieważ jest to bardzo szeroki zakres, posługujemy się podziałką logarytmiczną. Zgodnie z tą podziałką natężenie hałasu wyraża się w decybelach (dB). Przy czym początek skali 0 dB to próg słyszalności, poniżej którego ucho ludzkie niczego nie rejestruje, natomiast 140 dB to próg bólu.

Liczenie w decybelach

Liczone w decybelach, 1 + 1 nie równa się 2! Dwa źródła akustyczne o natężeniu 50 dB każde, wytwarzają w sumie hałas o natężeniu 53 dB. Podwojenie źródła hałasu wywołuje zwiększenie jego natężenia o 3 dB. Aby zwiększyć natężenie hałasu o 10 dB, należy dziesięciokrotnie zwiększyć liczbę źródeł hałasu. Ucho ludzkie nie reaguje na poziom natężenia hałasu w sposób liniowy. 

Podwyższenie natężenia hałasu o 10 dB (czyli dziesięciokrotne zwiększenie ilości źródeł hałasu) jest odbierane przez nasze ucho jako jego podwojenie. Konsekwencje tego zjawiska są następujące:

• obniżenie natężenia hałasu o 1 dB jest za ledwie słyszalne;
• obniżenie natężenia hałasu o 3 dB jest słyszalne;
• obniżenie natężenia hałasu o 10 dB o połowę zmniejsza odczucie hałasu.

Wartości ważone

Wrażliwość akustyczna ucha ludzkiego jest różna dla różnych częstotliwości dźwięków: Przy dźwiękach niskich jego wrażliwość jest niższa. Aby uwzględnić to zjawisko, dokonuje się ważenia poziomów (fizycznych) natężenia hałasu według krzywej zwanej krzywą „A”. Poziomy natężenia hałasu wyrażone w dB (A) lepiej odzwierciedlają dyskomfort związany z hałasem. Sonometry pozwalają na bezpośredni pomiar natężenia hałasu w dB lub w dB (A).

Współczynnik dźwiękochłonności „R”

Jest mierzony w laboratoriach zgodnie z wymogami normy PN-EN ISO 140. Określa charakterystykę danego elementu (okna, ściany itp.) dla każdego pasma o zakresie 1/3 oktawy, dla częstotliwości między 100 a 3150 Hz (szesnaście wartości). Dodatkowo można dokonać pomiarów dla częstotliwości 50-100 Hz oraz 3150-5000 Hz. Na podstawie szesnastu wartości izolacyjności akustycznej w zależności od częstotliwości, można prze prowadzić obliczenia, pozwalające na zróżnicowane przedstawienie jakości akustycznej badanego elementu. Najczęściej stosowany mi wartościami są wartości globalne, określone w normie PN-EN ISO 717-1 dla krzywej odniesienia oraz dostosowane wartości do dwóch widm akustycznych danego hałasu:

• szumu różowego: zawiera tę samą energię akustyczną w każdym przedziale częstotliwości pomiarowej
• hałasu ulicznego: charakteryzuje dźwięki zewnętrzne, związane z ruchem ulicznym.

Stosowanie jednolitego wskaźnika

Izolację akustyczną danej przegrody opisuje się za pomocą wskaźnika R wyrażającego różnicę pomiędzy hałasem wewnętrznym a zewnętrznym. Konstruktorzy dobierają izolacyjność akustyczną

„R” poszczególnych elementów konstrukcyjnych w taki sposób, aby osiągnąć wymaganą izolację akustyczną. Określenie izolacji akustycznej konstrukcji następuje za pomocą stosownej metody obliczeniowej, np. określonej w normie PN-EN 12354-3:2003 „Akustyka budowlana - Określanie właściwości akustycznych budynków na podstawie właściwości elementów - Część 3: Izolacyjność od dźwięków powietrznych przenikających z zewnątrz”. W przywołanej normie opisano model obliczeniowy pozwalający na określenie izolacyjności akustycznej lub różnicy poziomów ciśnienia akustycznego ściany zewnętrznej lub innej powierzchni zewnętrznej budynku. W obliczeniach wykorzystuje się izolacyjność akustyczną różnych elementów z których składa się ściana zewnętrzna, z uwzględnieniem bezpośredniego i bocznego przenoszenia dźwięku.

Izolacyjność akustyczna ważona R_w

Izolacyjność akustyczną ważoną R_w oblicza się na podstawie ze stawienia zmierzonych wartości „R”

(16 wartości dla 16 pasm 1/3 oktawy, między 100 Hz, a 3150 Hz) i krzywej odniesienia. Krzywa odniesienia jest tworzona w taki sposób, aby średnie odchylenie w dół krzywej od uzyskanych 16 wartości w wyniku pomiarów wynosiło mniej niż 2 dB. Wartość, jaką wskazuje tak wyznaczona krzywa dla częstotliwości 500 Hz, nosi nazwę izolacyjności akustycznej ważonej R_w (dB). R_w, to wskaźnik globalny, ogólny: Ten sam wskaźnik może odnosić się do zmierzonych krzywych izolacyjności akustycznej (krzywych o różnym przebiegu).

Korekta dla różnych typów widma akustycznego (C i C_tr)

Najlepszy rezultat osiąga się, gdy konstrukcja zapewnia dobrą izolację akustyczną we wszystkich częstotliwościach, w których źródło hałasu jest silne. Dotychczas izolację akustyczną danej konstrukcji oceniano na podstawie jednego wskaźnika R_w, bez uwzględniania charakterystyk źródła hałasu. Mogło to prowadzić do błędnych inwestycji, a w rezultacie do niezadowalającego poziomu tłumienia hałasu. Aby uniknąć tego rodzaju sytuacji, opracowano jednolity wskaźnik R_w (C; C_tr).

Litery „tr” w dolnym indeksie pochodzą od słowa „trafic” (ruch uliczny). Korekta C (dB) jest stosowana w przypadku źródeł hałasu o wysokiej częstotliwości, np. szybki ruch uliczny, szybki ruch kolejowy, przelatujące w pobliżu samoloty, odgłosy życia codziennego, ludzka mowa, bawiące się dzieci. Korekta C_tr (dB) jest stosowa na w przypadku źródeł hałasu o niskiej częstotliwości, np. ruch uliczny, muzyka dyskotekowa, powolny ruch kolejowy, samoloty w oddali. Korekty są obliczane na podstawie ważonych widm akustycznych „A”:

• C: szum różowy
• C_tr: hałas uliczny

Obie korekty są za zwyczaj liczbami ujemnymi, a ich zastosowanie oznacza, że zbyt korzystna wartość izolacji akustycznej zostanie skorygowana w dół. Są one obliczane przez laboratoria pomiarowe i pojawiają się obok wartości izolacyjności akustycznej R_w.

Przykład:

Zgodnie z normą PN-EN ISO 717-1 dla danej konstrukcji określono następujące wartości:

R_w (C; C_tr) = 37 (-1; -3)

Oznacza to, że izolacyjność akustyczna ważona R_w wynosi 37 dB, a ze względu na ruch uliczny wartość ta ulega obniżeniu o 3 dB:

R_w= 37 dB
R_w + C = 37 - 1 = 36 dB
R_w + C_tr = 37 - 3 = 34 dB

W niektórych krajach można od razu podawać wartość ostateczną:

R_A = 36 dB, tzn. = 37-1 ( W Polsce RA₁)
R_A,_tr = 34 dB, tzn. = 37-3 ( W Polsce RA₂)

Za stosowanie tego rodzaju parametrów adaptacyjnych pozwala wybrać właściwą w danym przypadku konstrukcję. Jeszcze dokładniejsze informacje można uzyskać porównując wartości izolacyjności akustycznej R dla 1/3 oktawy, np. okna i widma akustycznego, co pokazano na poniższym rysunku.

Zachowanie szyby

Dla każdego materiału można określić tzw. częstotliwość krytyczną (koincydencji), przy której materiał ten najłatwiej wchodzi w drgania. Przy tej właśnie częstotliwości hałas przenosi się najlepiej, pojawia się zjawisko tak zwanej „dziury akustycznej”. Przy częstotliwości krytycznej, właściwości izolacji akustycznej szkła zmniejsza ją się o 10-15 dB. W przypadku szkła o grubości 4 mm, częstotliwość krytyczna wynosi 3000 Hz, natomiast w przypadku płyty gipsowej o grubości 13 mm, wynosi ona 3200 Hz. Przy zwiększeniu grubości szkła utrata właściwości izolacji akustycznej przemieszcza się w kierunku niższych częstotliwości (rys. 1).

Aby częstotliwość krytyczna przesunęła się poniżej 100 Hz, a więc aby mogła zostać pominięta, należałoby zwiększyć grubość szkła do 12 cm ! Zaprojektowanie elewacji narażonych na dźwięki o różnorodnej charakterystyce i dużym natężeniu (np. hałas uliczny) pod kątem izolacji akustycznej jest więc bardzo trudne. Do niedawna poprawę skuteczności akustycznej szyb zespolonych uzyskiwano przede wszystkim poprzez zwiększanie grubości i asymetrię szyb w zespoleniu, przy czym bezpieczne szyby laminowane zachowywały się niemal identycznie jak szkła monolityczne o tej samej grubości (rys 2 i 3).

Opracowane w ostatnich latach szkła laminowane SGG STADIP SILENCE ze specjalną folią akustyczną SILENCE pozwoliły na zlikwidowanie skutków częstotliwości krytycznej (rys. 3). Średnio możliwe jest uzyskanie poprawy izolacyjności akustycznej o 1-3 dB w stosunku do szyb zespolonych o podobnej budowie, ale z tradycyjnymi szybami laminowanymi. Jednak przede wszystkim można zapewnić jednolitą skuteczność akustyczną dla wszystkich częstotliwości.

Izolacyjność akustyczna R

Szkło nie jest jedynym elementem konstrukcji okna; drugim jej składnikiem jest rama, w której szkło zostało osadzone. Szkło i rama jako całość decydują o izolacji akustycznej okna, a niekiedy całej elewacji. Nie sposób precyzyjnie określić parametrów okna wyłącznie na podstawie właściwości szkła. Izolacyjność akustyczną konstrukcji można podać dopiero po przeprowadzeniu pomiarów już wykonanego okna.

Zaleca się, aby typ szkła był dostosowany do typu ramy i uszczelnienia. Szkła o wysokim współczynniku izolacji akustycznej wymagają montażu w ramach o bardzo dobrych parametrach. Strona montażu szyby zespolonej nie ma wpływu na parametry akustyczne okna.

W poniższej tabeli podano wartość R_w (C; C_tr) najczęściej spotykanych typów szkła, wraz z obiema korektami (w dB). W dwóch ostatnich kolumnach podano wartości izolacji akustycznej RA₁ i RA₂ (w dB).

* Pomiarów dokonano w laboratorium Centre de Developpement Industriel firmy SAINT-GOBAIN GLASS. Porównując wiele produktów o takim samym typie montażu i takich samych pomiarach, dokonanych w różnych laboratoriach, można uzyskać różnice od 1 do 2 dB w stosunku do liczb podanych w tabeli.

Opracowanie: OKNOTEST.PL
Na podstawie „Przewodnik po szkle” SAINT-GOBAIN GLASS oraz materiałów firmy GLASSOLUTIONS.