Wraz z rozwojem budownictwa szkieletowego, opartego na lekkich konstrukcjach ramowo-płytowych, coraz więcej uwagi poświęca się zagadnieniom związanym z akustyką budynku. Tłumienie dźwięków uderzeniowych i dźwięków z powietrza, przenikających przez przegrody jest o tyle ważne, że żyjemy w coraz bardziej hałaśliwym świecie i coraz więcej czasu spędzamy w pomieszczeniach zamkniętych, często usytuowanych w pobliżu dróg o dużym natężeniu ruchu. Dlaczego izolacja akustyczna budynków szkieletowych jest bardziej skomplikowana niż domów murowanych? – Połączenia drewniane są sztywne, a ściany szkieletowe mają niski ciężar konstrukcyjny. Materiały sprężyste, takie jak wełna kamienna, świetnie izolują hałasy powietrzne, ale do skutecznej izolacji dźwięków udarowych potrzebna jest masa. A budynkom szkieletowym „brakuje masy”. Najczęściej stosowane płyty konstrukcyjne (typu OSB) są zbyt lekkie, aby siły tarcia wewnętrznego przy przenikaniu dźwięku udarowego wystarczająco zmniejszyły amplitudę fal dźwiękowych.
Co zrobić, jeśli stosunkowo niedaleko działki są ruchliwe drogi, a zdecydowałeś/aś się na technologię szkieletową? – Aby przegrody skutecznie tłumiły dźwięki uderzeniowe, budynkowi szkieletowemu należy dodać masy. Co bardzo ważne, już w fazie projektu!
Czym jest hałas?
Jako hałas określa się rodzaj dźwięków i/lub takie ich natężenie, które są irytujące, a tym samym szkodliwe dla zdrowia ludzkiego. Jako hałas odczuwalne mogą być zarówno dźwięki z powietrza, jak i dźwięki uderzeniowe; dźwięki o wysokich oraz niskich częstotliwościach – o zbyt dużym natężeniu lub zbyt długo trwające. Definicja hałasu obejmuje wszystkie dźwięki, które subiektywnie odczuwane są jako dokuczliwe i bezcelowe, występują w niewłaściwym czasie i otoczeniu, powodują dezorientację, a nawet ból.
Za dźwięki bezpieczne dla zdrowia uznaje się te, których poziom natężenia nie przekracza 55 dB. Hałas o natężeniu powyżej 150 dB, trwający 5 minut, może spowodować zaburzenia psychiczne i neurologiczne, a nawet paraliż. Ekspozycja na dźwięki powyżej 200 dB niesie za sobą ryzyko utraty życia.
Dźwięki z powietrza i dźwięki uderzeniowe (udarowe)
Izolacja akustyczna budynku mieszkalnego związana jest z dwoma typami dźwięków:
- hałasów i szumów – dźwięków z powietrza
- drgań i wibracji generujących fale dźwiękowe – dźwięków uderzeniowych (udarowych).
Jedne i drugie mogą pochodzić zarówno z otoczenia, jak i z wnętrza budynku.
Każdy dźwięk jest falą, której energia jest rozpraszana przez wibracje (drgania) cząstek w gazach, ciałach stałych i cieczach. Dźwięki, które są transmitowane przez różne elementy budynku mogą pochodzić z powietrza albo być wywołane uderzeniem.
Na czym polega zasadnicza różnica między dźwiękami z powietrza a dźwiękami uderzeniowymi?
- Dźwięki z powietrza – wywołujące drgania; powstają w powietrzu
Fale dźwiękowe poruszają się w powietrzu, wywołując wibracje cząstek. Drgania przenoszone są również na elementy budynku znajdujące się blisko źródła dźwięku, poruszając się następnie we wnętrzu konstrukcji lub przechodząc przez jej struktury. Energia fal dźwiękowych rozpraszana jest przez rezonans cząstek materiałów, przez które przechodzą. W ten sposób dźwięki stają się słabsze. Przegrody i stropy powinny być zaprojektowane tak, aby w możliwie dużym stopniu pochłaniały dźwięki z otoczenia budynku, (rozpraszały ich energię wewnątrz struktury). Przykładami dźwięków z powietrza są mowa ludzka, odgłosy przyrody i delikatna muzyka.
CIEKAWOSTKA:
Jeśli chodzi o pochłanianie dźwięków z wnętrza budynku, to ważne jest, żeby pewna ich część została odbita, a w pomieszczeniu był optymalny dla dobrego samopoczucia pogłos. Jeśli ktoś był w komorze ciszy, wie, o czym mowa i jak długo wytrzymałby w takich warunkach. Akustyka jest zagadnieniem bardzo skomplikowanym, zwłaszcza w przypadku pomieszczeń dedykowanych, takich jak sale koncertowe, gdzie pod uwagę należy brać wiele zmiennych. Nie śpiewa się komfortowo w pomieszczeniach pochłaniających dźwięki w zbyt dużym stopniu, bo ma się wrażenie, że śpiewa się do poduszki. Z drugiej strony, proponuję spróbować „ogarnąć” chór wielogłosowy w kościele Św. Franciszka z Asyżu na Placu Meksykańskim w Wiedniu, gdzie dźwięk powstający przed ołtarzem odbija się przez 6 sekund po ustaniu jego źródła…
- Dźwięki uderzeniowe (udarowe) – wywoływane przez drgania mechaniczne lub fal dźwiękowych z powietrza; powstają w ciele stałym
Gdy pewien obiekt uderzy w dowolny element konstrukcyjny budynku (ścianę, sufit czy podłogę), obie powierzchnie takiego elementu zaczynają wibrować i generować falę dźwiękową, która następnie jest przesyłana na inne elementy, poza tym, w którym występuje wpływ. Przykładami dźwięków uderzeniowych są: upuszczanie przedmiotów, skakanie, kroki, uderzenia piłką, również muzyka (typu disco, techno). Jeśli chodzi o dźwięki uderzeniowe z zewnątrz, są to przede wszystkim implikowane dźwięki od drogi o dużym natężeniu ruchu czy torów kolejowych blisko stacji.
UWAGA!
Do skutecznej izolacji akustycznej szczególnie uciążliwych dźwięków od dróg o dużym natężeniu ruchu konieczne jest zastosowanie materiałów o dużej masie.
Czym jest izolacyjność akustyczna?
Izolacyjność akustyczna budynku to różnica pomiędzy natężeniem hałasu mierzonym na zewnątrz a tym we wnętrzu, przy zastosowaniu konkretnego materiału lub systemu materiałów. Wyraża się współczynnikiem izolacyjności akustycznej. Budynek (i urządzenia w nim się znajdujące) powinien być zaprojektowany i wykonany w taki sposób, aby „poziom hałasu, na który będą narażeni użytkownicy lub ludzie znajdujący się w ich sąsiedztwie, nie stanowił zagrożenia dla ich zdrowia, a także umożliwiał im pracę, odpoczynek i sen w zadowalających warunkach” (Dz. U. nr 75, poz. 690 z późn. zm.). Parametry akustyczne (wartości współczynnika), przy których będą zachowane powyższe warunki, określa Polska Norma. Jednostką miary dla strat w transmisji dźwięku przez przegrodę jest decybel (dB). Im większa wartość straty w transmisji ściany, tym izolacyjność przegrody lepsza. Zgodnie z Polską Normą minimalna izolacyjność akustyczna ścian w budynku mieszkalnym wynosi 50 dB.
Jakie materiały budowlane najlepiej tłumią dźwięki?
Dokładnie rzecz ujmując, hałasy redukują izolatory i pochłaniacze akustyczne. Izolatory mają za zadanie przede wszystkich odbić fale dźwiękowe (np. ściany z pleksi przy autostradach), a pochłaniacze – przede wszystkim je „pochwycić” własną materią (np. akustyczne płyty z wełny drzewnej). W celu zmniejszania hałasów najczęściej stosuje się układy mieszane (np. ekrany „zielona ściana”).
Skuteczna izolacja akustyczna w budynku mieszkalnych powinna zarówno odbijać, absorbować, jak i rozpraszać fale dźwiękowe w odpowiednich stopniach.
Nie ma jednego, najlepszego typu materiału izolującego dźwięki, jednak jest kilka zasad:
- Warstwy miękkie lepiej tłumią drgania niż twarde; im niższa sztywność dynamiczna (wyrażana w mN/m3), tym izolacyjność akustyczna lepsza.
- Materiały o większej masie lepiej izolują dźwięki uderzeniowe niż materiały stosunkowo lekkie. jednymi z cięższych płyt do budownictwa szkieletowego są płyty cementowo-drzazgowe i cementowo-włóknowe.
- Im gładsza powierzchnia, tym lepiej odbija dźwięki. Dobrze jest, jeśli część dźwięków, np. z autostrady, zostanie odbita przez ściany budynków. Idealnie gładką powierzchnię ma płyta Basic Panel.
- Jako izolatory akustyczne lepiej sprawdzają się materiały elastyczne niż sztywne. Świetnym przykładem elastycznego materiału budowlanego o korzystnych parametrach akustycznych są płyty magnezowe, takie jak MgO Panel, które jednocześnie mają stosunkowo dużą masę (w porównaniu z OSB).
- Czasem bardziej liczy się grubość niż ciężar (gęstość) materiału – tak jest w przypadku wełny kamiennej w układzie masa-sprężyna-masa.
- Jeśli chodzi o izolację akustyczną podłóg, ważniejsza niż grubość bywa sprężystość warstwy dźwiękoizolacyjnej.
UWAGA!
Bardzo dobrą izolacyjnością akustyczną charakteryzuje się drewno, na co wpływ ma fakt, że jest to materiał stosunkowo ciężki, a jednocześnie elastyczny. Zalety akustyczne płyt magnezowych MgO Panel wynikają z podobnych parametrów w tej kwestii.
Izolacja akustyczna wielowarstwowa – dźwiękowa i przeciwwibracyjna
Aby skutecznie zmniejszyć natężenie i dokuczliwość hałasu w budynku, a także zapobiec wydostawaniu się dźwięków z pomieszczeń na zewnątrz, należy zastosować izolatory akustyczne wielowarstwowe, zbudowane z dwóch głównych typów materiałów:
- materiału sprężynującego – absorbującego fale dźwiękowe
- materiału o odpowiednio dużej masie powierzchniowej – odbijającego dużą część fal dźwiękowych i rozpraszającego nieodbitą ich część.
O ile materiałów sprężystych w przegrodach budynków szkieletowych nie brakuje – są nimi materiały termoizolacyjne (wełna kamienna lub szklana, wełna drzewna) – o tyle płyty typu OSB są niewystarczająco ciężkie, aby w odpowiednim stopniu wytłumić dźwięki uderzeniowe. Jeśli budynek szkieletowy ma stanąć niedaleko drogi, lepiej w fazie projektu zamienić tradycyjne płyty na cięższe, cementowo-drzazgowe, takie jak Basic Panel.
Na co zwrócić uwagę pod kątem izolacyjności akustycznej przegród?
Przegroda jednolita – liczy się głównie jej masa. Im bardziej masywna, gęsta struktura materiału, tym lepiej. Izoluje od hałasów odbijając część dźwięków, a część osłabiając i rozpraszając. Dla wzmocnienia efektu odbicia ważna jest maksymalna gładkość powierzchni.
Przegroda warstwowa – składają się na nią warstwa lub warstwy masywne i miękkie.
- Warstwa masywna – o wysokiej sztywności dynamicznej; odbija część fal akustycznych i osłabia dźwięki, które nie zostały odbite. Im cięższa, tym lepsza. Redukuje hałasy przez tarcie wewnętrzne w strukturze materiału, dzięki któremu energia kinetyczna fal akustycznych zostaje przekształcona w energię cieplną i rozproszona w przegrodzie. Warstwa masywna najlepiej redukuje dźwięki uderzeniowe (o niskich częstotliwościach), takie jak hałas komunikacyjny, ruch kolejowy blisko stacji (przy niskich prędkościach), niektóre hałasy z fabryk i muzyka o wyraźnym bicie.
- Warstwa miękka – ma przede wszystkim absorbować dźwięki; często izolować również warstwy masywne od bezpośrednio przenoszonych drgań uderzeniowych z jednej na drugą (przykład: podłogi pływające). W przypadku izolowania warstw masywnych bardzo ważna jest sprężystość warstwy miękkiej. Dzięki odpowiednio niskiej sztywności dynamicznej energia kinetyczna fal dźwiękowych zostaje przekształcona w energię potencjalną i skumulowana w miękkiej części przegrody. Warstwy miękkie najlepiej redukują dźwięki o wysokich częstotliwościach, pochodzące z powietrza, takie jak głosy ludzkie, szumy czy muzyka.
Przegrody domów szkieletowych zwykle bardzo dobrze izolują dźwięki powietrzne, ale redukcja dźwięków uderzeniowych okazuje się być niewystarczająca. Powszechnie stosowane płyty konstrukcyjne i na poszycie są twarde, ale ich masa jest zbyt niska, żeby zredukować do komfortowych parametrów hałasy komunikacyjne. Dotyczy to zarówno jednorodzinnych domów wolnostojących, jak i mieszkań, między którymi dźwięki udarowe przenoszone są głównie przez stropy (spadające przedmioty, kroki, drgania od urządzeń elektrycznych). Problem izolacji akustycznej stropów i wspólnych ciągów komunikacyjnych to problem także w budownictwie tradycyjnym, opartym na technologiach mokrych. Deweloperzy ze względów ekonomicznych „odchudzają” warstwy międzykondygnacyjne, a dla uzyskania możliwie dobrej izolacyjności przegród (nie tylko poziomych) powinno się stosować również warstwy sprężynujące, których w standardzie się nie oferuje.
Przy izolowaniu dźwięków uderzeniowych najlepiej sprawdzają się układy masa-sprężyna-masa (m.in. konstrukcja podłogi pływającej). Dla polepszenia izolacji dźwięków powietrznych stosuje się natomiast akustyczne sufity podwieszane i ściany z wełny drzewnej.
O układach masa-sprężyna-masa, podłogach pływających oraz ścianach i sufitach akustycznych z wełny drzewnej przeczytasz już wkrótce w naszym kolejnym artykule dotyczącym akustyki budynków szkieletowych.
