Opracowywane nowe materiały dźwiękochłonne mogą być poddawane wstępnej ocenie na stanowisku do badania fizycznego wspłczynnika pochłaniania dźwięku (metodą fali stojącej według normy PN-EN ISO 10534-1:2004 [1] lub metodą funkcji przejścia według PN-EN ISO 10534-2:2003 [2]). Do przeprowadzenia badań wymagane są niewielkie próbki materiałów w postaci krążków o średnicach 100 mm i 30 mm. Wyselekcjonowane w ten sposób materiały poddawane są badaniom w celu określenia pogłosowego wspłczynnika pochłaniania dźwięku (według normy PN-EN ISO 354:2005 [3]). Próbka materiału do tych badań musi mieć powierzchnię 10 m².
Wstępne określenie przydatności nowego materiału (płyty pojedynczej lub warstwowej) jako przegrody dźwiękoizolacyjnej lub dźwiękochłonno-izolacyjnej (z warstwami dźwiękochłonnymi) nastręcza już pewnych problemów ze względu na wymaganą wielkość próbki. Na ogł minimalna powierzchnia próbki wynosi ok. 2 m². Jest to podyktowane wymiarami elementów ściennych zabezpieczeń przeciwhałasowych (np. obudów dźwiękochłonno-izolacyjnych). Własności dźwiękoizolacyjne można co prawda określić na stanowisku laboratoryjnym (o rozszerzonym zakresie badań) do badania fizycznego wspłczynnika pochłaniania dźwięku metodą funkcji przejścia (próbki identyczne jak w przypadku pochłaniania), ale po pierwsze trzeba dysponować takim stanowiskiem, a po drugie nie każde rozwiązanie przegrody może odwzorować próbka o tak małej powierzchni. Stąd wynikła konieczność zmodyfikowania istniejącego w Katedrze Mechaniki i Wibroakustyki stanowiska badawczego.
Stanowisko badawcze
Badania izolacyjności akustycznej przegród w Katedrze Mechaniki i Wibroakustyki przeprowadza się w zespole komór pogłosowych z otworem pomiarowym o wymiarach 2x1 m. Badania wykonywane są przy uwzględnieniu wymogów norm dotyczących pomiarów izolacyjności akustycznej elementów budowlanych od dźwięków powietrznych (PN-EN ISO 140-1:1999 [4], PN-EN 20140-2:1999 [5], PN-EN 20140 -3:1999 [6], PN-EN ISO 717-1:1999 [7]), z jednym wyjątkiem – dotyczącym powierzchni badanych próbek. Wymiar otworu pomiarowego do badania przegród budowlanych wynosi 10 m².
W odróżnieniu od przegród budowlanych przegrody stosowane w zabezpieczeniach przeciwhałasowych różnią się zarówno wymiarami, jak i strukturą materiałów, z których są wykonane. Podobieństwa występują tylko w przypadku lekkich przegród warstwowych oraz przegród pojedynczych (płyty poliwęglanowe, akrylowe, szkło) stosowanych w budownictwie. W związku z tym stanowisko badawcze w Katedrze Mechaniki i Wibroakustyki ma pewne ograniczenia pomiarowe w stosunku do laboratoriów badających izolacyjność akustyczną typowych przegród budowlanych (takie stanowiska badawcze są w Zakładzie Akustyki Instytutu Techniki Budowlanej w Warszawie).
Na rys. 1 przedstawiono schemat stanowiska badawczego oraz system pomiarowy zastosowany do wyznaczenia izolacyjności akustycznej badanej próbki przegrody dźwiękoizolacyjnej, zamocowanej w otworze pomiarowym pomiędzy komorami pogłosowymi: nadawczą i odbiorczą. System złożony jest z układów: nagłośnienia komory nadawczej, toru pomiarowo-analizującego, monitorowania przebiegu badań.
Na fot. 1 przedstawiono widok próbki przegrody zamocowanej w otworze pomiarowym stanowiska badawczego.
Montażu próbek przegród w otworze pomiarowym dokonuje się zgodnie z rozwiązaniem techniczno-konstrukcyjnym stanowiska badawczego (identycznego dla różnych rodzajów próbek), tak aby zapewnić szczelność na linii styku ościeżnicy otworu pomiarowego z krawędziami badanej próbki. Jako materiał uszczelniający zastosowano system profilowanych uszczelek gumowych na ramie dociskowej i krawędziach otworu pomiarowego (uszczelnienie próbki od strony komory odbiorczej) oraz kit trwale plastyczny na bazie kauczuku naturalnego (uszczelnienie próbki od strony komory nadawczej).
Modyfikacja otworu pomiarowego
Modyfikacja otworu pomiarowego, umożliwiająca przeprowadzenie badań izolacyjności akustycznej próbek przegród o wymiarach 0,7x0,7 m, polegała na wykonaniu przegrody służącej do zaślepienia istniejącego otworu pomiarowego 2x1 m. W samej zaś przegrodzie zaślepiającej wykonano otwór pomiarowy umożliwiający mocowanie w nim próbek o małych wymiarach. Izolacyjność ścian pomiędzy komorą nadawczą i odbiorczą umożliwia badania próbek przegród o dużej izolacyjności akustycznej charakteryzujących się wskaźnikiem izolacyjności Rw do 55–60 dB. Wykonanie przegrody zaślepiającej o tak dużej izolacyjności nie było możliwe, ale także nie było takiej potrzeby. Założono więc, że wskaźnik Rw przegrody zaślepiającej powinien osiągnąć wartość 50 dB. Próbki przegród gumowo-metalowych o grubościach warstw elastomerowych od 2,5 do 20 mm i grubości blachy stalowej wynoszącej 1 mm charakteryzują się wskaźnikiem nieprzekraczającym 40 dB.
Na fot. 2 i 3 przedstawiono wykonaną i zainstalowaną w otworze pomiarowym stanowiska badawczego przegrodę zaślepiającą. Sposób zamocowania i uszczelnienia przegrody jest identyczny jak przy badaniu przegród o wymiarach 2x1 m.
Sposób mocowania próbek w otworze pomiarowym przegrody zaślepiającej jest następujący. Na obwodzie wewnętrznych ścianek otworu wyfrezowany jest w połowie szerokości przegrody kołnierz (wypustka) o szerokości 10 mm, wyklejony uszczelką gumową. Na tym kołnierzu opiera się próbka badanej przegrody o wymiarach 0,7x0,7 m. Po obwodzie płaszczyzny czołowej przegrody zaślepiającej (od strony komory nadawczej) wzdłuż boków otworu pomiarowego zamontowano śruby – trzpienie (po cztery na każdym boku) umożliwiające nałożenie na nie płaskowników dociskających. W każdym płaskowniku znajduje się nagwintowany w odpowiednim miejscu otwór ze śrubą dociskową. Uszczelnienie próbki w otworze pomiarowym przegrody zaślepiającej jest obustronne. Po umieszczeniu próbki na kołnierzu z uszczelką gumową po obwodzie otworu pomiarowego zakłada się ściśle dopasowaną ramkę wykonaną z ceownika aluminiowego o szerokości 10 mm, wyklejoną uszczelką gumową. Następnie dociska się ją do próbki przegrody śrubami znajdującymi się w każdym z płaskowników dociskających. Na fot. 4 i 5 zilustrowano opisaną zasadę uszczelniania.
Badania testujące przegrodę zaślepiającą polegały na porównaniu wyników badań izolacyjności akustycznej próbek przegród o wymiarach 2x1 m z identycznymi próbkami przegród o wymiarach 0,7x0,7 m. Wyniki testów potwierdziły pełną przydatność zmodyfikowanego otworu pomiarowego do przeprowadzania wstępnych badań nowych prototypowych przegród dźwiękoizolacyjnych (pojedynczych) i dźwiękochłonno-izolacyjnych. Na rys. 2–6 zamieszczono przykładowe wyniki testów porównawczych.
