Основные разделы

Способы защиты людей от шума

  • Когда Вы в воскресенье отдыхаете дома, почитываю интересную книгу, или уютно устроились в кровати перед сном, или находитесь на работе, стараясь сосредоточится, Вам мешают шумные соседи, транспорт, или другой нежелательный шум. Все мы, так или иначе, когда-нибудь страдали от шума.

    Плотность населения постоянно растет. Шум кажется все сильнее, а возможностей скрыться от него становится все меньше. По мере увеличения факторов шума, растет и сознание того, какое воздействие на здоровье оказывает стресс, вызванный ежедневным шумом.

    Сейчас проводятся множественные исследования в поисках способов защиты людей от шума.

    Компания Pilkington, так же проделала большую работу в отношении защиты от проникновения шума. Так как информация об этом является полезной, мы опубликуем некоторые результаты того, как правильный выбор стекла может помочь в решении данной проблемы.

  • Что такое звук?

    С физической точки зрения звук относится к области волновой физики/механических колебаний. Еще 2000 лет назад римский архитектор, занимающийся строительством амфитеатров, использовал водяные волны для совершенствования своего проекта.

    Например, если стукнуть по камертону, мы услышим колебания, но не увидим их. Колебания камертона передаются молекулам воздуха, которые в свою очередь, передают их другим молекулам воздуха. Такое же поведение наблюдается и в воде. Эти колебания можно сравнить с волной в воде, причем высота волны является мерой интенсивности звука, а количество волн за промежуток времени являются частотой звука, т.е. чем больше волн, тем выше частота. Частота определяется как количество колебаний в секунду и измеряется в Герцах (Гц). Ухо молодого человека может улавливать частоты от 20 до 20 000 Гц и давление звука, или, точнее, колебания давления, от 0,00001 Па (нижний порог слышимости) до 100 Па (болевой порог), передавая в мозг в виде ощущений интенсивности звука. С возрастом диапазон воспринимаемых частот сокращается с обоих концов.

  • Соотношение между самым тихим и самым громким шумом равно 1 к 10 000 000. Так как это очень большой диапазон, на практике уровень звукового давления, или, проще, уровень звука L измеряются в логарифмической шкале и выражаются в децибелах (дБ).

    В диапазон шкалы входят значения от 0 дБ (порог слышимости) до примерно 130 дБ (болевой порог). На рисунке показано несколько примеров.

  • Существует несколько способов создания шума, и каждый шум характеризуется различной высотой и частотой звука. Если взять для примера самолеты, существует четкое различие в звуке, производимое пропеллерным самолетом, современным самолетом с турбовентиляторным двигателем и военным самолетом. Если зависимость высоты и частоты изобразить в виде графика, графики бы выглядели совсем по- разному.

    В борьбе с шумом нужно иметь в виду эти различия, и разные типы стекла работают лучше при определенных частотах. Подбирая различные стекла, можно выборочно приглушить самые раздражающие звуки. Решить проблему с шумом можно путем выбора конфигурации стеклопакета.

    Определить уровень шума можно несколькими способами. Путем замера и путем расчета.

    Конечно, точнее будет замер. Замер можно заказать в специальных лабораториях, у них существует специальная методика замера.

    Уровень шума замеряют за период времени с вычислением среднего значения, чтобы убрать непропорциональный эффект изолированного громкого шума, который является исключением, как, например, звук автомобильного гудка. Можно определить средний уровень энергии шума (т.е. долговременное среднее значение), нормированный на звуковой спектр «А», называемый «уровень день-вечер-ночь» (Lднв). ИменноLднв должен браться за основу при проектировании, а не его пиковых показателей.

  • Оборудование для измерения шума иногда позволяет регистрировать данные, уже нормированные на стандартный спектр «А». Например если задается величина шума внутри помещения, то она часто выражается в дБ(А).

    Нормирование по шкале «А» представляет собой корректировку шума по каждой частоте в соответствии со стандартной кривой, представляющую собой кривую чувствительности человеческого уха. Нормирование по шкале «А» осуществляется потому, что человеческое ухо не реагирует одинаково на одну и ту же интенсивность звука при разных частотах, т.е. звук при некоторых частотах субъективно кажется громче, чем при других, даже если распространяются с одинаковой энергией.

    Важно то, что измерения проводится с учетом человеческой реакции на шум, а не на основе показаний приборов, выдающих абсолютные значения звука.

  • Если уровень шума известен, характеристики стекла можно подобрать так, чтобы получить нужный уровень остаточного шума. Важно, чтобы индексы измерений совпадали, или находились в одной шкале для обеспечения правильности вычислений.

    На рисунке измеренные значения для стекла 10 мм PilkingtonOptifloat™ - 16 мм воздушная прослойка – 9,1 мм PilkingtonOptiphon™ˑ выделены синим цветом. Эталонная кривая, указанная в стандарте EN 717, выделена красным цветом.

    Данная эталонная кривая смещается вниз с шагом в целых децибелах, пока сумма отклонений измеренных значений от смещенной эталонной кривой не станет максимальной, но меньше 32 дБ. Учитываются только измеренные значения, которые меньше эталонных значений. Значение по оси Y смещенной эталонной кривой (зеленая кривая) при частоте 500 Гц является искомым значением Rw, в данном примере 45 дБ.

    К сожалению, вышеуказанное соотношение между амплитудой звукового давления и субъективно воспринимаемой громкостью не такое простое, как хотели бы ученые, так как природа сделала наш слух более чувствительным к одним диапазонам, чем к другим. Это значит, что мы воспринимаем тон в 1000 Гц, как более громкий, чем тон в 100 Гц, хотя интенсивность одинаковая. Данное свойство человеческого уха отражается в форме эталонной кривой.

  • Определение звукоизоляции разных типов стекла.

    Так как измерение каждой системы на месте занимает очень много времени и подразумевает большие расходы, все спектры звукоизоляции регистрируется в стандартных условиях (синяя линия на рисунке 4). Как вы ведете, величина звукоизоляция сильно зависит от частоты. Во избежание работы с полным набором данных данную диаграмму можно сократить до одного значения. Стандартизованная процедура расчета описана в рамке выше. В результате получается одно число ( в данном случае Rw=45 дБ), которое можно использовать в последующих вычислениях.

    Недостатков подобных вычислений с использованием одного числа является то, что мы можем получить один и тот же результат при совершенно разных формах кривых, как показано на рисунке.

  • Более тонное описание с использованием одного значения можно получить с применением специальных эталонных кривых, отвечающих конкретным требованиям. Таким «особыми случаями» являются поправочные коэффициенты С и Сtr. Они учитывают разные частотные спектры шума жилых территорий и дорожного движения, позволяя легко найти адекватные решения проблем.

    Значение С учитывает следующие источники шума: деятельность в жилых районах (разговоры, музыка, радио, ТВ); играющие дети; средняя высокая скорость движения железнодорожного транспорта; движение на автостраде > 80 км/ч; реактивные самолеты на небольшом расстоянии; предприятия, производящие преимущественно средне- и высокочастотный шум.

    Значение Сtrучитываеттакие источники шума, как: городское дорожное движение; низкоскоростное железнодорожное движение; пропеллерные самолеты; реактивные самолеты на большом расстоянии; дискотечная музыка; предприятия, производящие преимущественно низко- и среднечастотный шум.

    Таким образом, если здание расположено в городе, непосредственно рядом с оживленной автодорогой, значение Сtrявляется наиболее подходящим. Если здание планируется разместить за городом рядом со скоростной автострадой, более подходящим будет значение С.

  • Правила вычислений

    Использование шкалы децибел дает нам удобные для восприятия цифры звукоизоляции, однако, при этом существуют определенные «особенности вычислений». Например, если количество источников шума удвоить, то общее значение дБ увеличится всего на 3 дБ. Десятикратное увеличение количества источников шума (например, десять электро-вентиляторов вместо одного) вызовет увеличение суммарного уровня на 10 дБ.

    Следует также отметить, что снижение уровня шума вдвое не воспринимается ухом как снижение громкости вдвое.

    Справедливы следующие утверждения:

    - разница в 1 дБ незаметна,

    - разница в 3 дБ едва ощущается,

    - разница в 5 дБ ощущается довольно четко,

    - разница в 10 дБ снижает/увеличивает шум вдвое.

  • Различные типы звукоизоляции

    Как было указано выше, звук распространяется волнами, вызывая колебания молекул соответствующей среды (например, воздуха). Благодаря такому способу передачи, шум подвержен естественному затуханию, в зависимости от массы среды. Проще говоря, чем больше масса находится между передатчиком и приемником, тем сильнее выпажено затухание.

    Таким образом. Самым простым способом повысить звукоизолирующие свойства остекления – это использовать много стекла. Одинарное стекло толщиной 12 мм имеет показатель Rw равный 34 дБ, тогда как стекло в 4 мм всего - 29 дБ.

  • Если сравнивать спектры флоат-стекла толщиной 4 мм, 8 мм, 12 мм, мы увидим, что каждый из этих спектров имеет локальный минимум в правой части шкалы.

    Такой спад коэффициента звукоизоляции происходит на определенной частоте, называется синхронной частотой, которая совпадает с собственной частотой колебаний данного стекла. Так называемая синхронная частота зависит от природы материала и в случае стекла зависит от его толщины. На практике принято считать:

    (Где d = толщине метала)

    Согласно этой формуле fg равно: 3000 Гц для 4 мм стекла; 1500 Гц для 8 мм стекла; 1000 Гц для стекла 12 мм.

  • Для решения данной проблемы можно сочетать в стеклопакете стекла разной толщины с разными синхронными частотами колебаний, которые не перекрываются на спектре. Таким образом, такие ассиметричные структуры могут значительно сократить спад коэффициента звукоизоляции в области синхронных частот, как показано на рисунке.

  • Межстекольное расстояние / газозаполнение

    Другим способом контроля передачи шума является варьирование расстояния между стеклами. В стандартных стеклопакетах межстекольное расстояние подбирается в целях увеличения теплоизоляции, и его величина недостаточна для заметного улучшения акустических характеристик. Наличие двойной рамы позволяет создавать относительно большие воздушные полости, и межстеклоьное расстояние больше 60 мм значительно улучшает акустические характеристики конструкции. Пространство между стеклами можно заполнить звукоизолирующими материалами для лучшего эффекта.

    Газонаполнение в стеклопакете не оказывает заметного влияния на звукоизоляцию. Использование аргона не дает практических улучшений, благодаря большой плотности криптона, можно выиграть 1 дБ.

    Расщепление / демпфирование

    Мы говорили, что толщина стекла и варьирование стекол разной толщины в стеклопакете способствует повышению звукоизоляции. Увеличение толщины стекла или расширение воздушных прослоек может оказаться нежелательным из соображений толщины и веса конструкции. К счастью, существуют способы улучшения шумоизолирующих свойств относительно тонких стекол за счет эффекта демпфирования. Путем ламинирования стекла с использованием обычного поливинилбутираля можно сократить спад коэффициента звукоизоляции на синхронной частоте и сдвинуть эту частоту в высокочастотную область.

  • Добавление в конструкцию ламинированного стекла PilkingtonOptilam™ может вызвать значительное улучшение велечины звукоизоляции, особенно в случаях высокочастотного шума в области синхронной частоты. Стеклопакеты дают очень хороший эффект при сочетании монолитного стекла ( PilkingtonOptifloat™) и стеклаPilkingtonOptilam™.

    Более высоким техническим требованиям соответствует серия стекол PilkingtonOptiphon™. В этих продуктах используются ламинированные прослойки, которые как бы расщепляют два листа стекла, тем не менее, сохраняя ударостойкость ламинированного стекла. Если посмотреть на спектр звукоизоляции стекла PilkingtonOptiphon™, вы увидете, что спад в области синхронной частоты почти устранен. Можно выбрать определенный тип стекла в соответствии с профилем звука, что позволит повысить звукоизоляцию без значительного увеличения толщины стекла. Это обеспечивает широкие возможности при проектировании без ущерба для других функций остекления. В левой части спектров наблюдается еще один локальный минимум. Он приходится на так называемую резонансною частоту. Это частота, на которой разные стекла в стеклопакете начинают колебаться как единое целое значительно снижая величину звукоизоляции.

    Звукоизоляцию можно улучшить, сдвинув резонансною частоту в другую область частот (дальше от мешающей частоты или в область, где человеческое ухо хуже слышит). Это достигается за счет «расщепления» стекла, делая его одновременно плотным и в тоже время мягким. Для этого два листа стекла соединяются при помощи специальной (мягкой) смолы или современных поливинилбутиральных пленок, разработанных специально для таких целей.

  • Важное напоминание

    Целью выбора правильного акустического продукта является повышение комфортабельности внутренней среды, свободной от стресса, вызываемого проникновением шума. Уровень остаточного или фонового шума не одинаков для разных типов помещений, и для большинства из них разработаны специальные требования, отраженные в различных строительных нормативов. Например в библиотеке фоновой шум должен составлять не больше 30 дБ, а уровень шума в спальне будет отличатся от уровня шума в гостиной. Нулевой уровень шума нежелателен и обычно присутствует только в безэховых камерах, предназначенных для лабораторных испытаний. Нулевой уровень шума вызывает неприятные ощущения, так как ухо настраивается на другие звуки, которые начинают раздражать.

    Получается такое уравнение:

  • В заключение

    Существует пять факторов, сочетание которых может положительным образом сказаться на звукоизоляционных характеристиках остекления: толщина стекла, ассиметричная структура, большое межстекольное расстояние, использование газонаполнения, применение специальных ламинированных звукоизолирующих стекол PilkingtonOptiphon

  • В условиях повышенных требований к звукоизоляции современное звукоизоляционное ламинированное безопасное стекло, такое как PilkingtonOptiphon™, получает все большее распространение по сравнению с продуктами, использующими заливную смолу, так как оно позволяет достичь значений показателя Rw, превышающих 50 дБ, и может иметь большие размеры. Сочетаемость поливинилбутираль с другими материалами хорошо известна, и можно достичь таких приемуществ, как ударостойкость и более безопасное остекление. На рисунке показана впечатляющая разница в уровне демпфирования между PilkingtonOptilam™ и PilkingtonOptiphon™ с точки зрения акустики.

Па материалам компании Pilkington

Вызов мастера