CC BY
76
УЕБТЫК
мвви
УДК 699.844 + 728
И.П. Салтыков
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СУММАРНОГО ВЛИЯНИЯ ВОЗДУШНОГО И УДАРНОГО ШУМА НА ЗВУКОИЗОЛЯЦИЮ МЕЖДУЭТАЖНЫХ ПЕРЕКРЫТИЙ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ
Для создания благоприятной (комфортной) среды обитания в помещениях жилых зданий необходим комплексный подход к оценке и регулированию факторов, ее образующих. Одним из наиболее важных факторов является акустический микроклимат, обеспечиваемый в первую очередь за счет конструкций междуэтажных перекрытий. Акустические характеристики междуэтажных перекрытий жилых зданий могут быть комплексно выражены через совместное прохождение через них ударного и воздушного шумов. Обоснование метода расчета суммарной звукоизоляции от двух видов шума представляет собой актуальную научную и инженерную задачу.
Ключевые слова: звукоизоляция от воздушного шума, звукоизоляция от ударного шума, снижение уровня ударного шума, полы из рулонных материалов, плавающий пол.
Внутренняя среда в помещении жилого здания является сложной системой, состоящей из различных взаимосвязанных друг с другом элементов. К ним относятся такие параметры, как фактор пространства, тепло-влажностный, акустический и световой режимы, а также ряд других, в т.ч. и сам человек — обитатель помещения. В связи с этим представляется интересным исследование взаимосвязей и взаимозависимостей между основными отдельными параметрами внутренней среды, а также поиск их оптимального соотношения. Оптимальное соотношение параметров внутренней среды характеризует равновесное и гармоничное существование в ней человека, отсутствие в ней раздражающих и возбуждающих факторов, препятствующих работе и отдыху. В этом случае можно говорить о наличии в помещении жилого здания благоприятных (комфортных) условий внутренней среды обитания. В рамках написания и подготовки к защите диссертационной работы «Комплексная оценка благоприятной среды обитания в помещениях жилых зданий с позиции физико-технических параметров ограждающих конструкций» из всего многообразия факторов среды (микроклимата помещения) было выделено три наиболее значимых с точки зрения инженерного подхода параметра: тепло, поступление света и шумового загрязнения в помещение. Учет взаимосвязи между этими параметрами непосредственно с точки зрения физической науки является сложной и практически нерешаемой задачей, поэтому в рамках названного выше исследования была предпринята попытка нахождения взаимосвязи между этими параметрами через физико-технические параметры ограждающих конструкций. Так, в частности, учет шумового загрязнения в жилом помещении в исследовании учитывался рассмотрением коэффициента звукопроводности от транспортного шума оконных заполнений, индекса изоляции перекрытий от воздушного шума Я и индекса приведенного уровня ударного шума Ь под перекрытием в жилом здании. В данной статье рассматривается поиск взаимосвязи между ударным и воздушным звуком (шумом) в помещениях жилых зданий.
Средой передачи воздушного шума является воздух. Источник воздушного шума приводит в колебательное движение частицы воздуха. Эти периодические колебания со своей стороны сообщают стене или перекрытию изгибные колебания, которые, в свою очередь, приводят частицы воздуха в соседнем помещении в колебательное движение, за счет этого и создается шум в соседнем помещении. Источниками бытового
ВЕСТНИК 10/2012
воздушного шума могут являться работающий телевизор, радио, звучащая музыка и другие источники.
Для ударного шума средой передачи являются твердые тела. Наиболее распространенным источником ударного шума является ходьба по перекрытиям (по полу). При ходьбе перекрытие приводится в колебательное движение (возникают изгибные колебания), что, в свою очередь, приводит в колебательное движение частицы воздуха над и под ним. Кроме того, колебания передаются лежащим сверху и снизу частям стен, от которых эти колебания в соседних помещениях также могут восприниматься как шум.
Поскольку наибольшее количество звуковой энергии, вызванной источниками как ударного, так и воздушного звука, проникает в помещение через конструкцию перекрытия, то актуальным с инженерной точки зрения является вопрос о рассмотрении характеристик звукоизоляции от воздушного и ударного шума междуэтажного перекрытия в комплексе и во взаимосвязи. Комплексная акустическая характеристика представляет существенный практический интерес в качестве общего критерия оценки звукоизоляционных свойств данного вида конструкций.
Конструкция междуэтажного перекрытия в зданиях рассматривается вместе с материалом покрытия пола. В практике массового городского жилищного строительства наиболее распространенными являются полы с рулонным покрытием (линолеум, ков-ролин), деревянные полы и аналогичные им (паркет, ламинат и др.), а также «плавающие» полы (с плитой или стяжкой, уложенной на звукоизоляционный минераловатный материал).
Совместное влияние воздушного и ударного звука впервые рассмотрено в работах М. Хёкля и Е. Рафа [1, 2]. Пользуясь теорией взаимности, М. Хёкль [1] получил выражение, которое справедливо во всем диапазоне нормируемых частот:
Ln + R _ 43 + 30log f, (1)
где f — октавная частота шума; Ln — приведенный уровень ударного шума под перекрытием на октавной частотеf дБ; R — изоляция воздушного шума перекрытием на октавной частоте f дБ.
Эту формулу целесообразно использовать для контроля результатов измерения звукоизоляции однослойных конструкций. Для случая с однородной железобетонной плитой перекрытия, рассматриваемой без учета покрытия пола, это уравнение подтверждается результатами экспериментов. И.Л. Вер, занимаясь этой же проблемой, в своих работах уточнил основную формулу (1), учитывая резонансное и инерционное прохождение звука через перекрытие (согласно теории совместности звуковых полей):
R + Ln = 43 + 30lg f -10 lg arad, (2)
где CTrad — коэффициент излучения, который в общем случае представляет отношение излучаемой величины интенсивности I к величине мощности p0 = р0с0 •< v2 >, излучаемой единицей площади поршня бесконечной протяженности {
_ 1 CTrad _ "
1 _ frp/ 1 /f
в отечественной практике обозначается 5; < V2 > — усредненная во времени и по площади величина квадрата колебательной скорости плиты; р0 — объемный вес воздуха, кг/м3; с0 — скорость звука в воздухе, м/с).
Последующие экспериментальные и теоретические исследования зависимости звукоизоляции от воздушного шума Я и приведенного уровня ударного шума Ьп на октавных частотах с учетом падения звукоизоляции от воздушного шума на частотах, близких к частоте собственных колебаний перекрытия и покрытия пола, привели к равенству
VESTNIK
MGSU
Ln + R = 43 + 30 lg f -10 lg arad -10 lg
1 + fr f 4
(3)
(4)
Уровень звука, дБ 120 г
110 .
100 ^
90
80
где f = ;
2п у m
k — динамическая жесткость покрытия пола; m — масса молота ударной машины, создающей ударный шум в условиях эксперимента.
Математическая связь изоляции от воздушного и приведенного уровня ударного шума под перекрытием подтверждается результатами экспериментов, проведенных в лаборатории Сент-Гобена.
Однако более глубокий анализ результатов расчетов по формуле (3) показал, что она не учитывает частотной зависимости физико-механических характеристик материала покрытия пола (рулонные полы из линолеума, ковролин и т.п.) и материалов упругих прокладок плавающих конструкций пола. Как показала практика [3—6], устройство покрытия пола из рулонных материалов (линолеум, ковровые материалы и т.п.) не улучшает изоляцию воздушного шума AR, а в некоторых случаях даже приводит к ее снижению, поэтому одновременное улучшение изоляции перекрытия за счет устройства рулонного пола будет характеризоваться величиной AL, дБ (снижением приведенного уровня ударного шума под перекрытием), и окончательное выражение будет иметь вид Ln + R = 43 + 30lg f - 10lgarad "AL, дБ. (5) Также, в рамках вопроса о взаимосвязи воздушного и ударного шумов, становится актуальным использование и подробное рассмотрение метода расчета ударного шума на опорных третьоктавных частотах для материалов с учетом зависимости их динамической жесткости от частоты.
Согласно методу определения улучшение изоляции ударного шума (снижения приведенного уровня ударного шума) полом по упругим прокладкам, AL, В.И. Заборова [7] и экспериментальным данным [8], был построен график зависимости на третьоктавных частотах воздушного и ударного шумов (рис. 1) для случая возрастающего динамического модуля упругости Ed. Плита перекрытия пола выполнена из тяжелого бетона с р = 2250 кг/м3, плита пола из бетона с р = 2000 кг/м3, минераловатная плита-прокладка имеет р = 100 кг/м3. Результаты расчета вполне совпадают с результатами лабораторных данных.
Одним из вариантов звукоизоляции полов от ударного шума является создание «плавающего» пола с покрытием плиты пола линолеумом. В рамках данного исследования представлялось интересным построить график совместного воздействия ударного и воздушного шумов на междуэтажное перекрытие. С этой
70
50
40
20 -
-< r^ 1 - ,(5)
R 4
R
100
200
400
800 1600 3200 Частота, Гц
Бетонная «плавающая» плита
Минераловатная
плита о
'И/У/У////-' ' ' /У/У/ У'УУ/У-
у У/ У waZ/- w У/У- УУ/ у////, У У У У У<у//} ° L съ
Рис. 1. График суммарной изоляции ударного и воздушного шума для конструкции «плавающего пола» с ми-нераловатной плитой толщиной 12 мм и р = 100 кг/м3 с Ед зависящим от частоты. Расчетная кривая Я + Ьп получена с учетом формулы (5)
ВЕСТНИК
10/2012
целью применялось выражение для нахождения совместного улучшения звукоизоляции ударного шума [9, 10]:
AL =ALy n +МЛ - K
ALy,n • Мл
ALy.n + АЬл
(6)
где АЬу.п — улучшение изоляции ударного шума междуэтажного перекрытия за счет пола по упругим прокладкам; АЬл — улучшение изоляции ударного шума междуэтажного перекрытия за счет линолеума или ковролина; К1 — коэффициент, учитывающий изгибную жесткость плиты плавающего пола для цементно- и гипсово-песчаных стяжек и бетонных плит, может быть принят равным 1,3. Выражение применимо при соблюдении условия АЬл > >0,5АЬу.п. После подстановки вместо АЬ зависимости (6) уравнение (5) принимает вид
Ln + R = 43 + 30log f - 10log g]
rad
AR + AL л + AL y
K
ALЛ • ALy
AL + AL
(7)
y.n J
где АЯ — улучшение изоляции воздушного звука (шума) за счет плавающего пола.
На рис. 2 показаны графики для конструкции плавающего пола с покрытием из линолеума ПВХ с применением изоляционного материала с изменяющимся динамическим модулем упругости в зависимости от частоты (кривая 1) и с учетом материала с постоянным значением модуля упругости на третьоктавных частотах (кривая 2). Материал несущей плиты — железобетон с р = 2400 кг/м3; материал плиты пола — бетон с р = 2000 кг/м3; закрепление несущей плиты шарнирное. Расчет АЯ осуществлялся на основе метода, изложенного в главе 9 [3].
Таким образом, теоретические и экспериментальные исследования подтверждают функциональную взаимосвязь между уровнем изоляции воздушного шума и приведенным уровнем ударного шума под перекрытием на третьоктавных частотах. Это, в конечном счете, может свидетельствовать и о взаимосвязи между традиционно используемыми в качестве акустических характеристик индексом звукоизоляции от воздушного шума Ям) и индексом приведенного уровня ударного шума Ьпм.. Расчетная суммарная кривая Я + Ьпв этом случае может являться комплексной характеристикой акустических свойств междуэтажных перекрытий.
Взаимо связь между факторами внутренней среды обитания и свойствами ограждающих конструкций является основой комплексного подхода к созданию комфортных условий в помещениях жилых зданий.
Рис. 2. То же для конструкции «плавающего пола» с минераловатной плитой толщиной 40 мм: 1 — с ЕД, зависящим от частоты, и р = 100 кг/м3; 2 — с ЕД, не зависящим от частоты, и р = 85 кг/м3. Расчетные кривые Я + Ьп получены с учетом формул (6)—(7)
Библиографический список
1. Heckl M., Rathe E.J. Relationship between the transmission loss and impact noise isolation of floor structures. J.A.S.A., Vol. 35 (1963), pp. 1825—1830.
VESTNIK
JVIGSU
2. Ver I.L. Relation between the normalized impact sound level and sound transmission loss. J.A.S.A., Vol. 50, № 6 (Part. 1), 1971, pp. 1414—1417.
3. Крейтан В.Г. Защита от внутренних шумов в жилых домах. М. : Стройиздат, 1990. 260 с.
4. Осипов Г.Л. Защита зданий от шума. М. : Изд-во литературы по строительству, 1972. 215 с.
5. СНиП 23-03—2003. Защита от шума. М. : Госстрой России, ФГУП ЦПП, 2004.
6. Ковригин С.Д. Архитектурно-строительная акустика. М. : Высш. шк., 1980. 184 с.
7. Заборов В.И. Теория звукоизоляции ограждающих конструкций. М. : Госстройиздат, 1969.
8. Jorgen Gunnar 0. Praktisk veiledning om lydisolering I bygninger. Norges Byggforsk-ningsinstitutt handbok 21, Oslo, 1970.
9. Шолохов А.П. Изоляция ударного шума полами на упругих прокладках с учетом изменения их динамических характеристик в процессе эксплуатации : дисс. ... канд. техн. наук. М. : НИИСФ, 1991.
10. Герасимов А.И., Коваленко К.Н. Регулируемые конструкции полов, используемых в практике строительства и реконструкции гражданских зданий // Кровельные и изоляционные материалы. 2012. № 3. С. 24—26.
Поступила в редакцию в августе 2012 г.
Об авторе: Салтыков Иван Петрович — аспирант кафедры архитектуры гражданских и промышленных зданий, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected].
Для цитирования: Салтыков И.П. Теоретические аспекты суммарного влияния воздушного и ударного шума на звукоизоляцию междуэтажных перекрытий жилых зданий // Вестник МГСУ 2012. № 10. С. 45—50.
I.P. Saltykov
COMBINED EFFECT OF THE AIRBORNE AND IMPACT NOISE PRODUCED ONTO THE SOUND INSULATION OF INSERTED FLOORS OF RESIDENTIAL BUILDINGS: THEORETICAL ASPECTS
The indoor environment of residential buildings is a complex system. It consists of diverse though related elements. An optimal correlation of parameters of the indoor space converts into the appropriate equilibrium and harmonious human living free from any stimulating or irritating factors that interfere with any working and/or relaxation processes. The author has selected the following three principal factors of the indoor environment. They include heat, daylight and sound.
The research has revealed a strong linkn between these factors. Noise pollution of residential houses is taken into account through the introduction of the airborne insulation index and the impact sound index underneath the inserted floor. The findings of theoretical researches and experiments have proven a strong functional relationship between airborne and impact sound values.
Key words: airborne sound isolation, impact sound isolation, floors, floating floors, inserted floor, residential buildings.
References
1. Heckl M., Rathe E.J. Relationship between the Transmission Loss and Impact Noise Isolation of Floor Structures. J.A.S.A., vol. 35 (1963), pp. 1825—1830.
2. Ver I.L. Relation Between the Normalized Impact Sound Level and Sound Transmission Loss. J.A.S.A., Vol. 50, №6 (Part. 1), 1971, pp. 1414—1417.
3. Kreytan V.G. Zashchita ot vnutrennikh shumov v zhilykh domakh [Protection from Indoor Sounds in Residential Buildings]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1990, 260 p.
4. Osipov G.L. Zashchita zdaniy ot shuma [Noise Protection of Buildings]. Moscow, Izd-vo literatury po stroitel'stvu publ., 1972, 215 p.
5. SNiP [Construction Norms and Rules] 23-03—2003. Zaschita ot shuma [Sound Protection]. Moscow, Gosstroy Rossii publ., 2004.
6. Kovrigin S.D. Arkhitekturno-stroitel'naya akustika [Architectural and Building Acoustics]. Moscow, Vysch.shk. publ., 1980, 184 p.
вестник 10/2012
7. Zaborov V.I. Teoriya zvukoizolyatsii ograzhdayushchikh konstruktsiy [Theory of Sound Proofing of Enclosures]. Moscow, Gosstroyizdat Publ., 1969.
8. Jorgen Gunnar 0. Praktisk Veiledning om Lydisolering I Bygninger. Norges Byggforskningsinsti-tutt handbok 21, Oslo, 1970.
9. Sholokhov A.P. Izolyatsiya udarnogo shuma polami na uprugikh prokladkakh s uchetom izmen-eniya ikh dinamicheskikh kharakteristik v protsesse ekspluatatsii [Impact Sound Isolation of Elastic Padding Floors with Consideration for Their Dynamic Characteristics in the Process of Operation]. Moscow, NIISF Publ., 1991.
10. Gerasimov A.I., Kovalenko K.N. Reguliruemye konstruktsii polov, ispol'zuemykh v praktike stroitel'stva i rekonstruktsii grazhdanskikh zdaniy [Adjustable Floors in Construction and Renovation of Civil Buildings]. Krovel'nye i izolyatsionnye materialy [Roofing and Insulation Materials]. 2012, no. 3, pp. 24—26.
About the author: Saltykov Ivan Petrovich — postgraduate student, Department of Architecture of Civil and Industrial Buildings, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected].
For citation: Saltykov I.P. Teoreticheskie aspekty summarnogo vliyaniya vozdushnogo i udarnogo shuma na zvukoizolyatsiyu mezhduetazhnykh perekrytiy zhilykh zdaniy [Combined Effect of the Airborne and Impact Noise Produced onto the Sound Insulation of Inserted Floors of Residential Buildings: Theoretical Aspects]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 10, pp. 45—50.
