Prognozowanie izolacyjności akustycznej

Poprawa błędów w gotowym budynku jest bardzo kosztowna, dlatego należy dołożyć wszelkich starań, aby jak najlepiej oszacować izolacyjność akustyczną przegród na etapie projektowym. Szablonowe podejście i stosowanie tych samych rozwiązań w każdym budynku nie wystarcza.

Istnieją metody obliczeniowe oraz programy pomagające w oszacowaniu parametrów akustycznych, tylko czy takie symulacje są dokładne?

W niniejszym artykule rozpatrywana jest głównie izolacyjność akustyczna od dźwięków powietrznych.

Materiałowa izolacyjność akustyczna

Przy założeniu, że przegroda jest szczelna, podstawowym czynnikiem wpływającym na jej izolacyjność akustyczną od dźwięków powietrznych jest masa powierzchniowa. W przypadku przegrody jednorodnej (np. ściany betonowej) można ją obliczyć z grubości przegrody oraz gęstości materiału:

gdzie:

M – masa powierzchniowa [kg/m2],

ρ – gęstość materiału [kg/m3],

G – grubość przegrody [m].

Według prawa masy, izolacyjność akustyczna wzrasta o 6 dB z każdym podwojeniem masy. TABELA pokazuje przykładowe wartości wskaźnika R_A,1 ścian zbudowanych z cegieł o różnej masie. Widać na przykład, że aby osiągnąć wartość izolacyjności akustycznej przewyższającej wymaganie normowe [5] dla ścian między mieszkaniami (R’_A,1 ≥  50 dB) o kilka decybeli, a przy tym wziąć pod uwagę chociażby straty związane z przenoszeniem bocznym, masa powierzchniowa ściany powinna wynosić powyżej 350–400 kg/m2. Normy podają jednocyfrowe wskaźniki oceny izolacyjności akustycznej. Jednak izolacyjność bardzo zależy od częstotliwości i w niskim zakresie jest zawsze najsłabsza.

Zgodnie z prawem masy izolacyjność akustyczna rośnie nie tylko o 6 dB z podwojeniem masy, lecz także o 6 dB z każdym podwojeniem częstotliwości (czyli z każdą oktawą). Dotyczy to jednak tylko pewnego zakresu częstotliwości.

Oprócz masy wpływ na izolacyjność akustyczną przegrody jednorodnej mają też sztywność i tłumienie wewnętrzne, koincydencje fazowe. Każdy z tych czynników odgrywa rolę w izolacyjności akustycznej w pewnym zakresie częstotliwości, co widać na RYS. 1.

Sprawa się komplikuje, gdy mamy do czynienia ze ścianą podwójną i mamy układ masa/powietrze/masa. Na całkowitą izolacyjność akustyczną wpływa izolacyjność wynikająca z prawa masy poszczególnych przegród, grubość i jakość separacji, rezonans pustki powietrznej, rezonanse każdej przegrody oraz całego układu.

Na szczęście istnieją programy wykorzystujące modele obliczeniowe dla izolacyjności materiałowej, na przykład Insul. W tym programie można zamodelować nawet potrójną przegrodę, a każda spośród części może się składać aż z sześciu warstw. Mamy do wyboru wiele różnych sposobów łączeń, od łączenia na szkielecie stalowym lub drewnianym, poprzez łączenia elastyczne, do pełnej separacji na podwójnym szkielecie. (RYS. 2 i RYS. 3.)

Program stosowany jest do modelowania zarówno ścian, stropów, dachów, jak i okien. Jak dokładne są takie symulacje?

Program podaje szacunkowy błąd w zakresie ± 3 dB dla przegród pojedynczych i podwójnych oraz ± 5 dB dla przegród potrójnych. Jednak dokładność bardzo zależy od precyzji określenia danych wejściowych, czyli grubości i gęstości poszczególnych warstw (masy powierzchniowej) czy rodzaju separacji. Dla takich elementów jak na przykład płyta kanałowa trudno jest ustalić dokładnie masę powierzchniową, gdyż nie jest to przegroda jednorodna. Trzeba zatem przyjmować pewne założenia i uproszczenia.

Dla ścian podwójnie szkieletowych można łatwo przeszacować wartość izolacyjności, gdyż program zakłada idealną separację. Mimo to programy takie jak Insul przydatne są jako narzędzie do szacowania izolacyjności akustycznej, pod warunkiem podparcia symulacji doświadczeniem i okresowymi pomiarami weryfikacyjnymi. Do kompletnej symulacji konieczne jest także uwzględnienie rzeczywistego umiejscowienia przegród budynku oraz wpływu przenoszenia bocznego.

Izolacyjność akustyczna in situ

W rzeczywistych warunkach w układzie dwóch pomieszczeń oddzielonych przegrodą dźwięk przenika nie tylko przez tę przegrodę, lecz także drogami bocznymi (przenoszenie boczne).

Całkowitą izolacyjność akustyczną między pomieszczeniami można określić z izolacyjności akustycznej poszczególnych elementów oraz sposobu łączenia między nimi za pomocą metod obliczeniowych zawartych w normach PN-EN 12354, cz. 1–4 [6–9].

Na RYS. 4, RYS. 5 i RYS. 6 widzimy zrzuty ekranu z programu Bastian, w którym pokazany jest wpływ przenoszenia bocznego na całkowitą izolacyjność akustyczną.

Na RYS. 4 mamy zdefiniowaną tylko przegrodę bezpośrednio dzielącą pomieszczenia (d) z bloczków silikatowych o grubości 18 cm. Przegrody boczne (ƒ1–ƒ4) nie są zdefiniowane. Izolacyjność akustyczna tej przegrody w tym układzie (Rsitu  +  C) wynosi 52,2 dB. Jako że przez tę przegrodę przenika 100% energii akustycznej, całkowita wartość izolacyjności akustycznej (R’w  +  C lub inaczej R’A,1) także wynosi 52,2 dB. Jest zatem o ponad 2 dB wyższa od wymaganego minimum między mieszkaniami.

Na RYS. 5 widać, że gdy dodamy boczne ściany o tej samej konstrukcji i betonowe stropy, a wszystkie przegrody będą ze sobą sztywno połączone, okaże się, że tylko 69% energii akustycznej przenika drogą bezpośrednią (d), a reszta drogami ƒ1–ƒ4. Powoduje to obniżenie całkowitej izolacyjności akustycznej do 49,4 dB, zatem już poniżej normy dla mieszkań!

Na RYS. 6 jedną ze ścian bocznych zastąpiono szklaną fasadą o niskiej izolacyjności akustycznej. W tym wypadku większość energii akustycznej (94%) przenika tą boczną drogą, przez co całkowita izolacyjność akustyczna wynosi zaledwie 37,5 dB.

Obliczenia według normy PN-EN 12354-1 [6] powinny być wykonane dla każdego pasma tercjowego osobno dla większej dokładności, choć podana jest też uproszczona metoda z wykorzystaniem wskaźników jednocyfrowych. Obliczenia są najdokładniejsze dla przegród jednorodnych oraz dla sztywnych połączeń.

Dla bardziej skomplikowanych układów łatwo jest znowu przeszacować wynik. Dla przykładu, gdy przegroda główna połączona jest z boczną przegrodą podwójną, to dźwięk boczny przenika tylko przez wewnętrzną część tej przegrody. Zewnętrzna warstwa nie ma znaczenia. Pokazuje to, jak ostrożnym trzeba być z łączeniem między przegrodami.

Polska norma PN-B-02151-3 [5] wymaga stosowania w obliczeniach tzw. projektowych wskaźników oceny poszczególnych parametrów (np. RA,1,R lub Ln,w,R), czyli wskaźników wyznaczonych laboratoryjnie, pomniejszonych (dla izolacyjności powietrznej) lub powiększonych (dla izolacyjności uderzeniowej) o 2 dB. Doświadczenie autora [10] pokazuje, że w symulacjach warto zastosować jeszcze dodatkowy margines błędu rzędu 2–3 dB, aby wziąć pod uwagę drobne błędy budowlane mogące nieznacznie pogorszyć końcową izolacyjność.

Programy oparte na obliczeniach PN-EN 12354 [6–9] nie biorą pod uwagę przenikania bocznego drogami niemateriałowymi, czyli przez okna, kanały wentylacyjne itp. Wiadomo jednak, że takie drogi przenoszenia mogą mieć bardzo znaczący wpływ na wynik. Należy więc albo zastosować osobne obliczenia dla propagacji dźwięku kanałami wentylacyjnymi, albo dołożyć wszelkich starań, aby te drogi przenoszenia były zminimalizowane, poprzez na przykład użycie tłumików czy osobnych kanałów.

Ograniczona jest też dokładność symulacji dla skomplikowanych geometrii, np. otwartych przestrzeni w bliźniakach (salon połączony z przedpokojem oraz z antresolą). W takich budynkach częstym problemem są schody na sztywno połączone ze ścianą dzielącą lokale. Podobnie trudna jest symulacja izolacyjności akustycznej pomiędzy klatką schodową a mieszkaniami zarówno pod względem dźwięków powietrznych, jak i uderzeniowych. W modelowaniu takich układów trzeba przyjmować pewne uproszczenia.

Wnioski

Istnieją przydatne modele obliczeniowe dla szacowania izolacyjności akustycznej pomiędzy pomieszczeniami. Dokładność takich symulacji zależy w dużym stopniu od precyzji definiowania poszczególnych elementów oraz łączeń między nimi. Dobra analiza akustyczna projektu budowlanego powinna zawierać obliczenia dla przegród biorące pod uwagę nie tylko wszystkie drogi przenoszenia, lecz także wnioski i rekomendacje podparte doświadczeniem eksperta.

Literatura

1. PN-B-02151-02:1987, „Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem pomieszczeń w budynkach. Część 2: Dopuszczalne wartości poziomu dźwięku w pomieszczeniach”.
2. PN-B-02151-3:1999, „Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w budynkach. Część 3: Izolacyjność akustyczna przegród w budynkach oraz izolacyjność akustyczna elementów budowlanych. Wymagania”.
3. PN-B-02151-4:2015-06, „Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w budynkach. Część 4: Wymagania dotyczące warunków pogłosowych i zrozumiałości mowy w pomieszczeniach oraz wytyczne prowadzenia badań”.
4. PN-B-02151-5:2017-10, „Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w budynkach. Część 5: Wymagania dotyczące budynków mieszkalnych o podwyższonym standardzie akustycznym oraz zasady ich klasyfikacji”.
5. PN-B-02151-3:2015-10, „Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w budynkach. Część 3: Izolacyjność akustyczna przegród w budynkach oraz izolacyjność akustyczna elementów budowlanych. Wymagania”.
6. PN-EN ISO 12354-1:2017-10, „Akustyka budowlana. Określenie właściwości akustycznych budynków na podstawie właściwości elementów. Część 1: Izolacyjność od dźwięków powietrznych między pomieszczeniami”.
7. PN-EN ISO 12354-2:2017-10, „Akustyka budowlana. Określenie właściwości akustycznych budynków na podstawie właściwości elementów. Część 2: Izolacyjność od dźwięków uderzeniowych między pomieszczeniami”.
8. PN-EN ISO 12354-3:2017-10, „Akustyka budowlana. Określenie właściwości akustycznych budynków na podstawie właściwości elementów. Część 3: Izolacyjność od dźwięków powietrznych przenikających z zewnątrz”.
9. PN-EN ISO 12354-4:2017-10, „Akustyka budowlana. Określenie właściwości akustycznych budynków na podstawie właściwości elementów. Część 4: Przenikanie hałasu z budynku do środowiska”.
10. J. Gil, „Izolacyjność akustyczna w budownictwie mieszkaniowym. Praktyczny poradnik”, wyd. 2, Grupa MEDIUM, Warszawa 2018.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!