4. Ізоляція повітряного шуму одношаровими конструкціями

Під одношаровими конструкціями розуміються конструкції, які складаються із одного або декількох шарів, жорстко зв’язаних один з одним.

Різниця в коливаннях окремих їх шарів незначна, і тому нею можна зневажити і рахувати, що конструкція коливається як одне ціле.

Звукоізолювальна властивість акустично однорідної огороджувальної конструкції від повітряного шуму залежить від частоти звукових хвиль, що падають на неї. На низьких частотах (для більшості огорож приблизно декілька десятків герц, тобто нижче від норми) величина звукоізоляції визначається жорсткістю огорожі і резонансними явищами, що виникають в ній при співпаданні власних частот коливань з вимушеними.

На частотах вище від перших двох-трьох частот власних коливань огорожі її звукоізолювальні якості визначаються масою одиниці площі огорожі. Жорсткість огорожі на цих частотах не грає ніякої ролі, тому плоскі огорожі можна подати як систему не зв’язаних між собою безконечно малих мас, які коливаються під впливом звукової хвилі, що падає. Звукоізолювальна властивість огороджувальних конструкцій визначається за так званим законом маси

де m_n – поверхнева щільність огорожі, кг/м²;

f – частота коливань, Гц.

Із формули випливає, що збільшення поверхневої щільності конструкції або частоти в 2 рази підвищує значення звукоізоляції на 6 дБ.

У реальних конструкціях частотні характеристики істотно відрізняються від одержаних за законом маси. Ці відхилення пояснюються явищами хвильового збігу.

Найменша частота, при якій можливе явище хвильового збігу (звукова хвиля рухається по дотичній до поверхні огорожі  = 0), тобто _о =  називається граничною частотою:

де h – товщина конструкції, м;

С₁ – швидкість поширення звукових хвиль в конструкції, м/с.

На частотах, вище від граничної, ріст звукоізолювальних якостей огороджувальних конструкцій складає 7,5 дБ на октаву.

Для підвищення звукоізоляції огороджувальних конструкцій в нормативному діапазоні частот (f_гр = 100, … 5000 Гц) необхідно граничну частоту переміщувати за межі цього діапазону. Для тонких огорож (f_ср > 1000 Гц) рекомендується підняти граничну частоту, наприклад, шляхом зменшення циліндричної жорсткості конструкції огородження.

При товстих огорожах (f_ср < 300 Гц) необхідно граничну частоту знизити шляхом збільшення жорсткості конструкції.

5. Розрахунок ізоляції повітряного шуму одношарової плоскої огороджувальної конструкції

Цей метод розрахунку можна застосувати для одношарових огороджувальних конструкцій із бетону, залізобетону, цегли, керамічних блоків, гіпсобетону і тому подібних матеріалів з поверхневою щільністю від 100 до 1000 кг/м². Частотну характеристику ізоляції повітряного шуму одношаровою плоскою огороджувальною конструкцією зображують у вигляді ламаної лінії АВСД (рис. 6), залежно від товщини огорожі її поверхневої щільності.

Рис. 6. Частотна характеристика ізоляції повітряного шуму одношаровим плоским огородженням

Приклад 3. Побудувати частотну характеристику звукоізоляції і визначити індекс ізоляції повітряного шуму перегородкою із бетону товщиною h = 85 мм і щільністю  = 2100 кг/м³. Визначити зону застосування перегородки як огороджувальних конструкцій в житлових будинках.

1. Визначаємо поверхневу щільність перегородки

m_n = h = 2100  0,085 = 178 кг/м².

2. Побудуємо прямокутну систему координат, на якій по осі абсцис відкладаються частоти f, Гц в логарифмічному масштабі; кожне подвоєння частоти, яке називається октавою, наноситься через рівні відрізки. Кожний із відрізків ділиться на 3 рівні частини (1/3 октавної смуги); по осі ординат відкладаються величини звукоізоляції захисної конструкції R, дБ (рис. 7).

Рис. 7. Графік нормативної – 1, зсунутої на 9 дБ нормативної – 2, і побудованої для перегородки – 3, частотних характеристик повітряного шуму

3. Визначаємо координати точки В (f_в і R_в) частотної характеристики за графіком f_в залежно від товщини (в м) огороджувальних конструкцій (рис. 8а) і R_в – залежно від поверхневої щільності m_n в кг/м² огороджувальних конструкцій (рис. 8 б).

При  = 2100 кг >1800 кг/м³ використовуємо пряму I і f_в = 300 Гц.

При m_n = 178 кг/м² R_В = 33 дБ.

4. Наносимо точку В на графік. Вліво проводимо горизонтальну пряму до перетину з віссю ординат (пряма АВ). Вправо із точки В проводимо пряму з нахилом 7,5 дБ на октаву до точки С з ординатою R_с = 60 дБ.

Для побудови прямої ВС зручно нанести на графіку точку К з координатами f_к = 10·f_в = 3000 Гц і R_к = R_в + 25 = 33 + 25 = 58 дБ. Пряма ВК має нахил 7,5 дБ на октаву. Із точки С вправо проводимо горизонтальну пряму СД.

5. Наносимо на графік нормативну частотну характеристику ізоляції повітряного шуму огороджувальних конструкцій (рис. 2).

Товщина огородження h, м

Поверхнева щільність m_n, кг/м²

Рис. 8. Графіки для визначення координат точки В.

Щільності ρ, кг/м³

1 – ρ  1800 кг/м³

2 – ρ = 1600 кг/м³

3 – ρ = 1400 кг/м³

4 – ρ  1200 кг/м³

Результати розрахунку зводимо в табл. 3.

Детально визначення індексу ізоляції повітряного шуму наведено в прикладі 1.

Таблиця 3

Визначення індексу ізоляції повітряного шуму

Частота, Гц	Обчислення значень звукоізоляції, дБ	Нормативне значення звукоізоляції, дБ	Відхилення обчислених значень від нормативних, дБ	Значення звукоізоляції по норматив-ній кривій, зсунутої вниз на 9 дБ	Відхилення обчислених значень від нормативних, зсунутих вниз на 9 дБ
1	2	3	4	5	6
100	33	27	-	18	-
125	33	32	-	23	-
160	33	37	-4	28	-
200	33	42	-9	33	-
250	33	45	-12	36	-3
320	33,5	48	-14,5	39	-5,5
400	36	51	-15	42	-6
500	38,5	53	-14,5	44	-5,5
630	41	55	-14	46	-5
800	43,5	56	-12,5	47	-2,5
1000	46	56	-10	47	-1
1250	48,5	56	-7,5	47	-
1600	51	56	-5	47	-
2000	53,5	56	-2,5	47	-
2500	56	56	-	46	-
3200	58,5	54	-	45	-
4000	60	52	-	43	-
5000	60	50	-	41	-

Сума несприятливих відхилень	 = 120,5 дБ	 = 28,5 дБ
Середнє несприятливе відхилення	120,5:18=6,7 дБ>2дБ	28,5:18=1,64 дБ<2дБ
Максимальне несприятливе відхилення	15 дБ	6 дБ

Індекс ізоляції повітряного шуму перегородки

І_п = 50 + п = 50 + (-9) = 41 дБ

Нормативний індекс ізоляції повітряного шуму перегородки без дверей між кімнатами І_п^н = 41 дБ (додаток, табл. Д.5).

Висновок: перегородка із бетону (h = 85 мм,  = 2100 кг/м³) може бути застосована як міжкімнатна глуха перегородка в квартирі, тому що

І_п = 41 дБ = І_п^н = 41 дБ

При орієнтованих розрахунках індекс ізоляції повітряного шуму одношаровими огороджувальними конструкціями із вищеназваних матеріалів можна визначити за формулами:

Іп = 23 lg mэ –10 дБ, при mэ ≥ 200 кг/м2	(1)
Іп = 13 lg mэ + 13 дБ, при mэ ≤ 200 кг/м2

де m_э = k_m – еквівалентна поверхнева щільність в кг/м²;

m_п – поверхнева щільність, кг/м²;

k – коефіцієнт:

– для суцільних конструкцій із матеріалів  > 1800 кг/м³, k = 1;

– для конструкцій із бетонів на гіпсовому в’яжучому =1200–1300 кг/м³, k = 1,25;

– для конструкцій з круглими пустотами, виготовлених із бетону і залізобетону  > 1800 кг/м³ коефіцієнт визначають за формулою

де І – момент інерції перерізу конструкції, м⁴;

b – ширина розглядуваного перерізу, м;

h_н – наведена товщина перерізу, м;

– для конструкцій із бетонів на пористих заповнювачах і цементному в’яжучому k визначають за формулою

де Е – модуль пружності матеріалу, Па.

Для одношарових плоских тонких огороджувальних конструкцій із металу, скла і тому подібних матеріалів частотна характеристики ізоляції повітряного шуму визначається також графоаналітичним методом згідно з СНиП ІІ-12-77.