Звукоизолация на сгради

Технически решения и материали

Нека си представим, че обитаваме апартамент в голяма жилищна сграда. За да ни е комфортно, не бихме искали да чуваме разговорите на съседите, изпускане на предмети, стъпки или тракане на токчета, музика - нищо, което да ни прави част от чуждия живот. Не бихме искали да чуваме и външните шумове - викове, преминаващи коли, трамваи. Същото се отнася и за нашите съседи. Те пък искат независимост от шумовете в нашия дом. Почти същите въпроси можем да си зададем, ако работим в голяма офис сграда или ако сме в хотел. Да допуснем ли, че домът ни е близо до предприятие, където режат метал? Как ще се чувстваме? А ако имаме звукозаписно студио? Ако сме в концертна зала или лекционна аудитория? Има много случаи, при които нуждите от звукоизолация стават съвсем специфични. В статията ще разгледаме особеностите при звукоизолиране на помещенията, както и някои от най-често използваните материали за звукоизолационни решения.

Текст: списание Строители

Очевидно е, че проблемът със звукоизолацията е разностранен. Нека да въведем малко ред, като уточним понятията, на които ще се спрем, за да почнем да разнищваме тайните на звуковите плетеници около нас. Планът ми е да разберем що е то звук, защо в определени случаи ни дразни, вреди ли ни, как се разпространява, как се отразява, как се поглъща, има ли разлика между звук и шум. Няма да навлизаме в подробности, но ще се опитаме да изясним някои принципни причинно-следствени връзки. След това ще се съсредоточим на материалите и комбинациите между тях, когато се търсят решения за конкретни изисквания. Когато говорим за звукоизолация, ще разбираме, че дадена преграда не позволява преминаването на звуковата вълнà. Когато говорим за звукопоглъщане, отчитаме доколко свойствата на дадена повърхност не позволяват звуковата вълнà да се отрази и да се върне в същото помещение. Може да се наложи да изложим и специфични конструктивни решения. Всичко това звучи плашещо, но е много полезно и за отделния човек, и за обитателите на една сграда, и за работещите в шумни производства, накратко - за всички.

Основни технически понятия

В началото е звукът - механична вълна - трептене на материя; следователно звук се предава по въздух, различни газове, течности и твърди тела, никога - във вакуум. Вълните са надлъжни, с изключение на вълните при твърди тела, при които разпространението е и с напречни. Като всички вълни, и звуковите се описват с честота, дължина на вълнàта, период, амплитуда, интензитет-сила на звука, скорост и посока на разпространение. Приема се, че звукът се дели на две групи - тон и шум. Тонът е звук при равномерно периодично трептене, а трептенията със случаен характер са шум. Честотата се определя от броя на трептенията в секунда, а колкото честотата е по-голяма, толкова тонът е по-висок. Човешкото ухо възприема тонове с честота 16÷20000Hz, без да отчитаме индивидуални особености. В ежедневието ни именно шумът е нежеланият звук, който може да увреди и слуха, и психиката на човек. Интензитетът се дефинира като енергия, пренесена от звуковата вълна за единица време през единица площ, разположена перпендикулярно на посоката на разпространение на вълнàта.

Силата на звука дава представата колко силно се чува даден звук. Внимание - колкото е по-голямо звуковото налягане, толкова по-силно се чува звукът, но възприемането на силата на звука не е правопропорционално на звуковото налягане. Ние чуваме логаритмично. Това ще рече, че ако звуковото налягане се увеличи от 1Pa на 2Pa, ние ще усетим същата разлика както между 10Pa и 20Pa. Затова и работим с понятието "ниво на звуково налягане", което е логаритмична функция на звуковото налягане и се мери в децибели [dB] - логаритмичната мярка за сравняване. Всъщност силата на звука е факторът, който влияе в най-висока степен на човешкото здраве и ежедневен комфорт. Доказано е, че сила на звука около 100÷120dB може да увреди незабелязано слуха ни, усещането при сила на звука над 130dB вече е болезнено, а при над 160dB звукът може да спука тъпанчетата ни. Относно скоростта на звука в дадено вещество ще отбележим, че тя зависи от плътността. Два примера - скоростта на звука във въздушна среда е ~340m/s, а в стомана е 5960m/s. Възможностите за елиминиране на въздушен шум са две – изграждане на дебели преградни стени от плътни тухли или стоманобетон, все материали с голяма плътност, или използване на конструкции със силен звукопоглъщащ ефект. Изложената дотук информация ще ни послужи след малко, когато ще разгледаме начините за справяне с нежелани звукови въздействия.

Звукоизолация на помещенията 

Да се върнем към човека, поставен в дадена обстановка. Звуците, които достигат до него, са се разпространили или във въздушна, или в твърда среда. Това ни кара да търсим начини за справяне в две направления, да вървим по двата основни пътя за намаляване на интензитета на вълните – зависимостта на шума от разстоянието и отслабването поради поглъщане. Ще разгледаме идеите за понижение нивото на въздушните, структурните и ударните шумове. Независимо дали визираме жилищен блок или офис сграда, разговорите, музиката, телефонните позвънявания, лая или мяукането, изпуснатите предмети, тракането на токчета по пода, асансьорите, свистенето във водопроводните тръби или шумовете в канализационните, или каквито и да са други звуци от дадено помещение, те не трябва да бъдат чувани в съседните помещения над определени граници. Същото се отнася и за проникващия отвън шум в помещенията. Всички нормативни изисквания са разписани в НАРЕДБА №6/26 юни 2006г. за показателите за шум в околната среда, отчитащи степента на дискомфорт през различните части на денонощието, граничните стойности на показателите за шум в околната среда, методите за оценка на стойностите на показателите за шум и на вредните ефекти от шума върху здравето на населението, и тук няма да ги цитираме.

Най-напред ще разгледаме стените. Шири се представата, че ако на пътя на въздушната звукова вълна поставим преграда от мек, порест материал, например минерална вата, то успехът ни е гарантиран. За съжаление не е точно така. Въздушният шум се свежда до зоната на комфорт по два начина - първият е с дебели стени от плътни тухли или бетон, вторият е чрез монтаж на специално проектирани конструкции, при които се разчита на звукопоглъщащия ефект. По-горе изяснихме защо стените от плътен материал и достатъчна дебелина са подходящи. Ако дебелината е малка, както е в съвременното строителство, тогава се прибягва към допълнителна звукопоглъщаща конструкция. Какво е това? Обикновено това са последователно монтирани плочи от гипскартон, талашит, OSB и звукопоглъщащ материал. Най-лесният вариант е да се избере звукопоглъщащ панел от полиуретанова пяна с повишена плътност и отворени пори, който да се залепи директно към стената. Такова решение е добро, ако целта ни е само да имаме минимални отражения, елиминиране на брум и оптимално звучене на акустични системи в стаята. И за тези панели се ширят митове. Верните им поддръжници сляпо вярват, че те перфектно поглъщат ниските честоти. Истината е, че те нямат шумоизолиращ ефект.

Панелите от този материал (това, въпреки сложното наименование, е познатият ни дунапрен) не елиминират проблемните честоти, а техните отражения. Нека да е ясно - това не са звукоизолационни, а звукопоглъщащи изделия. За специални случаи, където изискванията за акустика са много завишени, има разработени "акустични" панели с различен релеф. С тях могат да се покриват цели стени или определени участъци, според търсения резултат, но тук няма да се спираме на възможностите им. Ето една принципна конструктивна схема, маса-пружина-маса, за справяне с въздушен шум. При наличие на звук първата преграда (маса) по пътя му започва да трепти. Веднага трябва да се сетим, че звуковото налягане много трудно ще накара преграда от бетон или друг материал с голяма плътност да затрепти по същия начин. След преградата, макар и редуцирано, звуковото налягане задейства пълнежа (пружината) между двете прегради (двете маси). От своя страна пълнежът (пружината) задейства другата преграда, и тя също започва да трепти. Ако въздушната междина между двете прегради е запълнена със стъклена вата, тя е пружината - всяко нейно микровлакно поема част от кинетичната енергия на звука.

Интензитетът на звуковото поле намалява, затова и амплитудата, с която трепти втората преграда, вече е значително по-малка. Следователно от другата страна на стената нивото на звуковото поле е много по-ниско, отколкото от страната на шумовото въздействие. Така се стига до идеята да се монтират няколко, в най-простия случай два, пласта гипскартон (маса) с минерална вата (пружина) между тях. Защо да не е OSB? Добър въпрос, единият пласт може да е, ако вече има някаква стена, но вторият, който ще е видим, е добре да е гипскартон - не заради звукоизолацията, а защото лесно се шпаклова и боядисва! Ако масата се увеличи, т.е. монтират се два двойни пласта гипскартон, звукоизолацията се подобрява, без да е променена дебелината на пружината - минералната вата (стъклена или каменна, ако каменната е с ниска плътност). Вместо минерална вата може смело да се използва вата от пресовани полиамидни влакна. Добър избор е и акустичната еластична полиуретанова пяна с отворени пори, която, за разлика от минералната вата, не отделя фини влакна. Какъвто и да е звукопоглъщащият материал, той трябва да е положен така, че да запълва максимално плътно пространството между облицовъчните плочи.

А ефектът е най-голям, ако такава конструкция се монтира и от двете страни на съществуващата стена. При нова преградна стена добри резултати ще се получат, ако между два сдвоени пласта гипскартон се положат два пласта минерална вата. Нека не забравяме, че всички дебелини трябва да са резултат от задълбочен анализ на геометрията на помещението, очакваните въздушни шумове, желаните резултати и характеристиките на вложените материали. Макар че звукоизолираната ни стена може да е с прекрасни показатели, все пак общият ефект от звукоизолирането няма да е толкова впечатляващ. Какво още бихме могли да направим? Например да елиминираме "звуковите пробойни". Много съществен момент е изборът на крепежните елементи. Изборът им само по якостно-механични показатели е неправилен, те трябва да са специални антивибрационни крепежни елементи. Още нещо - ако заменим дограмата с нова, веднага ще усетим разликата по отношение на въздушния уличен шум. И, разбира се, можем да предприемем мерки за звукоизолирането на пода и тавана.

Какво да направим с тавана? Ако се подведете по възхваляваните "звукоизолиращи акустични опънати тавани", които са всъщност платно, ще сгрешите. И за тавана най-добрият вариант е конструкцията от пластове гипскартон с минерална вата между тях. Разбира се, че опънатото под тази конструкция платно ще допринесе за артистичността на помещението, може да бъде и нарочен акцент в интериора, но звукоизолационните и звукопоглъщащите му свойства са силно преувеличени. Срещат се и съвети за директно залепване към тавана на плочи от минерална стъклена вата, чиято видима страна е каширана със стъклен воал, или на полиуретанова пяна с висока порьозност. Гарантираме, че ще продължите да чувате токчетата на съседката от горния етаж, и то без никаква разлика. Можем ли нещо да направим и по този въпрос? На теория можем - като осигурим звукоизолация на пода, но няма да обсъждаме начините, по които можем да се споразумеем със съседите.

Стигнахме и до пода. Ако искаме да звукоизолираме нашия под, или все пак сме се договорили с хората над нас, това се постига сравнително лесно. Използват се съвременни звукопоглъщащи изделия и технологията на "плаващ" под, чиято ефективност се основава на липсата на твърда връзка между контура на армираната циментова замазка и стените на помещението. Един от използваните звукопоглъщащи и най-вече виброизолационни материали е пак акустичната еластична полиуретанова пяна, но с достатъчна плътност, за да поеме натоварването от циментовата замазка върху нея. Друго решение е да се монтират на пода успоредни дървени ребра, между които да се постави плътно стъклена вата. При всички варианти по периметъра на пода се монтира демпферна лента, която да предотврати наличието на "акустични" мостове. Такива ленти трябва да се използват и в предстенните обшивки и леките преградни стени, като се поставят под и над водещите профили, при контакта им с пода и тавана. Едно от наличните на пазара изделия е лента от слой полиетилен с висока плътност и слой полиетиленова пяна, слепени заедно.

Материали за звукоизолиция

Докато обсъждахме принципните положения, говорехме предимно за минералната вата, която поема функциите на шумозаглушител. Сега ще обясним, че има и много други възможности. На пазара е наличен еластичен звукоизолационен и звукопоглъщащ панел с вълнообразна повърхност. В него са комбинирани различни слоеве и са постигнати много по-високи нива на звукоизолация, отколкото при минералните вати и дори корка. Средният слой от еластичен поливинил има звукопоглъщащи, звукоизолационни и виброгасителни свойства. Лицевият пласт от порест материал е вълнообразен, със задълбочено изследвана геометрия на вълните, за да се получи максимално звукопоглъщане. Този панел напълно замества минералната вата в гипскартонени предстенни или преградни конструкции, над окачени тавани, под повдигнати подове, а като открита облицовка на стени в студио или малка зала подобрява неимоверно акустиката им.

Против ударен шум има разработени тънкослойни високоефективни мембрани. Използвана е технологията за производство на Cross-linked polyethylene, познат у нас като Омрежен полиетилен, при който молекулните групи са мрежесто разположени и свързани. Мембраната дори има топлоизолационни свойства. Полага се направо върху подовата плоча и не се закрепва с винтове или пирони, но се спазва изискването мембраната да покрие и поне 10cm от долната част на стените. Замазката се прави много внимателно, за да не се нарани мембраната. Друг вид мембрана е тази, която е изработена на база стирен-бутадиенов каучук, наречен SBR, което ѝ дава висока устойчивост и еластичност и я прави отличен изолатор от ударен шум при подове.

Продуктите от този вид имат високи звукоизолационни характеристики и се полагат лесно. Гъвкавата подложка прилепва много добре към основата - подовата плоча. Наличието на самозалепваща лента по краищата допринася за бързо и лесно полагане с голяма точност. Друг използван материал против ударен шум е експандираният полистирен. Той съдържа 98% въздух и само 2% от обема му са за тънките стени на клетките, които го изграждат. Предлага се на плочи с различна дебелина. Те имат и много добри топлоизолационни свойства, а със своята отворена клетъчна структура материалът не позволява конденз и образуване на мухъл. И за тези плочи е в сила условието да се полагат под "плаваща" замазка.

Изисквания към звукоизолацията

Производствените помещения - създаването на подходящи акустични условия в тях е от изключително значение за осигуряване на безопасни и комфортни условия на работа, така че да бъдат избегнати професионалните увреждания, произтичащи от шумна работна среда. Освен това, ако звукоизолационните конструкции са добре проектирани и изпълнени, те ще предотвратяват нежелания шумов фон извън предприятието, а това е особено важно, ако производството е в сутеренни помещения на жилищни блокове, или ако е близо до тях.

Структурните шумове - дължащи се на различни сградни инсталации. Тези шумове се елиминират много по-трудно от звуците, проникващи през стените и прозорците. По-горе споменахме, че частично решение е подходящата звукоизолация на стените, намиращи се по пътя на звукоизточника, но има и много добри начини за изолиране на самия източник, например на водопроводните и канализационните тръби. Инсталационните тръби обикновено са доста тънки, за икономия са и от недотам подходящи материали, и в общия случай не притежават необходимите звукоизолационни свойства. Като добавим и неудачните места на преминаване, некачествените закрепващи елементи, неефективните уплътнения и неподходящо избраните диаметри на тръбите, става ясно защо звукоизолацията на структурните шумове е особено трудна. Да не споменаваме асансьорите.

Що се отнася до акустиката на студио или зала - там нещата трябва да бъдат поверени на най-добрите. При завишените изисквания към зали, аудитории, звукозаписни студиа и други подобни, сред най-използваните материали са вече описаните твърди, полутвърди и меки дюшечета от стъклена вата. Използват се и плочи, които съдържат перлитов пясък и свързващи вещества – водно стъкло, цимент, различни полимерни съединения. Отдавна са оценени достойнствата на дървесно-влакнестите плочи, плочите от газобетон, пено- и газостъкло, плочите експандиран пенополистирол, рулоните от синтетични влакна, както и перфорираните гипс-фазерни и дървесно-влакнести плочи. Никой от изброените материали не може да се употреби самоцелно - изборът на всеки един, дебелината му, начините на закрепване, наклона - цялото акустично оборудване трябва да е резултат от изключително прецизни акустични изчисления.