Звукоизоляционная характеристика оконных блоков

Звукоизоляционная способность окна на порядок ниже по сравнению с глухими участками наружных стен. Поэтому при проектировании оконных блоков большое значение имеет конструктивное оформление остекления. В этой связи кратко остановимся на физических закономерностях передачи звука через стекло и стеклопакеты, коснувшись воздействия звука на человека. Это воздействие оценивают в децибелах (дБ), используя логарифмические изменения звукового давления

Для удобства проведения акустических расчетов и измерений частотный спектр слышимого звука разбит на октавные полосы, ограниченные нижней f1 и верхней f2 частотами, при этом f1/f2 = 2. В качестве частоты, характеризующей полосу в целом, принята среднегеометрическая частота f=√f1/f2. Крайние и среднегеометрические частоты октавных полос стандартизованы (табл. 3.4). На акустических приборах зависимость чувствительности уха человека от частоты моделируется при помощи кривой частотной коррекции А (дБА), значения которой представляют собой поправку для уровней звукового давления, измеренных в каждой октавной полосе (табл. 3.4).
Для оценки шумового режима в местах отдыха, проживания и работы населения установлена осредненная величина - эквивалентный уровень звука LAэкв,(дБА), определяемый по формуле

В большинстве случаев в качестве основной шумовой нагрузки на окна рассматривается шум, создаваемый транспортным потоком. Для его количественной оценки предложен эталонный спектр транспортного шума (табл. 3.5), а в СНиП II-12 приняты расчетные характеристики (табл. 3.6).

Допустимый уровень звука является величиной, нормируемой санитарными требованиями в зависимости от назначения помещений (табл. 3.7). Правильно запроектированные оконные блоки обеспечивают снижение уровня уличного шума LАэкв ул. до эквивалентного уровня звука ЬАэкв пом, допустимого для данного помещения. Величина ΔLАэкв = LАэкв ул - LАэкв пом определяет значение звукоизоляции конструкций остекления от воздушного шума R.

Звукоизоляция от воздушного шума конструкцией оконного блока может быть определена по формуле

Формула (3.6) показывает значение звукоизоляции остекления в реальных городских условиях, выраженное в дБА. В рекламных проспектах фирм, как правило, также приводится значение индекса звукоизоляции Rw, выраженное в дБ, полученное при испытаниях в лаборатории под воздействием постоянного шума, оказывающего такое же воздействие на человека, как и непостоянный городской шум. Величина Rw не учитывает специфику воздействия транспортного шума и определяется, исходя чисто из разницы уровней звукового давления без учета звукопоглощения в конкретном помещении. При этом в большинстве практических случаев величины RA и Rw могут быть определены из зависимости


Для объективной оценки осредненных величин индексов звукоизоляции необходимо иметь представление о работе как отдельных стекол, так и оконного блока в целом в различных частотных диапазонах. В этой связи кратко остановимся на работе, выполненной в МГСУ по методике СНиП 2-12-77, по определению частотной характеристики воздушного шума одиночными стеклами и двойным остеклением (рис. 3.3 и 3.4).

Из рис. 3.3 следует, что падающие на стекло звуковые волны на частоте 700...2000 Гц (то есть в области наибольшей слышимости) дают изгибные колебания в конструкции. На частотах выше граничной fгр (на этой частоте скорость изгибных волн совпадает со скоростью звука в воздухе) длина изгибной волны равна длине волны падающего звука. При таком волновом совпадении (пространственно-частотном резонансе) распределение давления звука на поверхность стекла соответствует распределению амплитуд её собственных колебаний. Это приводит к резкому увеличению изгибных колебаний и, соответственно, к резкому снижению звукоизоляции. Точка, соответствующая граничной частоте fгр, является критической. У тонких стекол (3...4 мм) fгр приходится на область высоких частот, у более толстых (6...8 мм) - в области средних частот. С увеличением толщины (с 3 мм до 8 мм) одинарных стекол звукоизоляция воздушного шума незначительно возрастает. Ho в области наибольшей слышимости она не превышает 35 дБ. В том же диапазоне звуковых частот кирпичная кладка толщиной 250 мм дает звукоизоляцию 50...60 дБ (кривая 6), что практически соответствует нормативным требованиям (кривая 5). Отсюда следует, что никакое разумное увеличение толщины стекла не сможет приблизить его звукоизоляционные характеристики к непрозрачным участкам стен. Дополнительный прирост звукоизоляции остекления можно получить за счет установки двух (и более) стекол, разделенным газовым промежутком.

В этом случае звуковые волны, падающие на наружное стекло выполняют в нем изгибные колебания, а находящийся в прослойке газ играет роль амортизатора, в котором эти колебания затухают. На внутреннее стекло приходит ослабленное звуковое воздействие, которое, в свою очередь, возбуждает изгибные колебания в этом стекле. Колеблющееся внутреннее стекло излучает ослабленный звук в помещение. Показано, что оптимальными характеристиками обладает система со стеклами различной толщины (рис. 3.4). В этом случае частоты fгр1 и fгр2 не совпадают, частотная характеристика сглаживается и не имеет провалов.
Частотная характеристика остекления наиболее полно позволяет судить о его звукозащитных качествах. Для приближенной оценки звукоизоляции может быть использована величина индекса изоляции воздушного шума Rw. Его определяют для конструкции с известной частотной характеристикой (построенной на основании расчетов или экспериментальных данных) по формуле

где Δв - поправка, определяемая по сумме неблагоприятных отклонений частотной характеристики вниз от нормативной кривой.
В табл. 3.8 приведены индексы звукоизоляции Rw и Ra, приближенно рассчитанного по формуле (3.7), для различных конструкций остекления.


Рассмотренные закономерности звукоизолирующей способности стекол (стеклопакетов) с незначительной погрешностью применимы к глухим оконным блокам, не имеющим неплотностей.
На звукоизоляцию оконного блока с открывающимися створками в значительной степени оказывают влияние тип уплотнения и его прижим, обеспечиваемый системой фурнитуры, характер открывания створок (рис. 3.5 и 3.6).
Данные, приведенные на этих рисунках, показывают, что заполнение одного и того же проема оконными блоками, имеющими различное открывание, может дать большую разницу в звукоизоляции (6 Дб в индексе Rw). Из рис. 3.6 видно, что щеточное воздухопроницаемое уплотнение, устанавливаемое в раздвижных окнах между подвижной и глухой частями, резко ухудшает работу оконного блока на наиболее слышимых средних частотах. За счет этого происходит значительное падение его звукоизоляционных качеств по сравнению с поворотно-откидным окном.

Экспериментальными исследованиями установлено, что оконные блоки с двухкамерным стеклопакетом с точки зрения звукоизоляции практически не имеют преимуществ перед однокамерным. Среднее стекло, как правило, размещенное посередине между крайними стеклами, не только не дает роста звукоизоляции, но и может даже снизить ее, поскольку в системе происходит повышение резонансной частоты (f0) по сравнению с однокамерным стеклопакетом. Так, однокамерный стеклопакет 4-12-4 имеет резонансную частоту 250 Гц, а двухкамерный 4-12-4-12-4 - 300 Гц. При этом индекс изоляции Ra двухкамерного стеклопакета 4-12-4-12-4 составляет лишь 28 дБ.
Более высокие результаты по оконным блокам, имеющим три стекла, можно получить путем установки дополнительной створки с одинарным стеклом. В таком блоке за счет разницы воздушных промежутков между стеклами можно получить оптимальную точку для частоты f0, что может дать значения индекса изоляции Ra порядка 33...34 дБА. Это значение может быть повышено до 39 дБА при условии увеличения воздушного промежутка между створками.
На повышение звукоизоляции оконных блоков оказывают некоторое влияние условия закрепления стекол, использование ламинированных стекол, конструкция оконного профиля, а также заполнение внутренних камер стеклопакетов газами, скорость распространения звуковых волн в которых отлична от воздуха. Применение каждого из указанных мероприятий дает повышение индекса звукоизоляции приблизительно на 1...1,5 дБА. Приведенные значения звукоизоляционных характеристик свидетельствуют о том, что предельное значение индекса звукоизоляции как стеклопакетов, так и оконных блоков в целом колеблется в пределах 33...34 дБ, что несопоставимо по величине с непрозрачными участками наружных стен (порядка 50 дБ). Основной причиной этого является плохая работа с точки зрения звукоизоляции как одиночных стекол, так и образуемых из них стеклопакетов, на низких частотах. Как показывает практика, низкие частоты хорошо изолируются только тяжелыми, массивными конструкциями, имеющими высокую поверхностную плотность. Поэтому повышение звукоизоляции оконных блоков свыше 36...39 дБ может быть достигнуто за счет применения массивных экранов -ставен, жалюзи, рольставен.

При открывании оконного блока в режиме вентиляции его звукоизоляционные свойства падают в 100 раз по сравнению с закрытым положением. Этот недостаток частично устраняется путем устройства шумозащитных клапанов, обеспечивающих требуемое снижение шума в режиме вентиляции (рис. 3.7).

Независимо от типа в принцип работы всех клапанов заложена идея глушения шума, поступающего с улицы, в резонансной камере. Устройства, работающие по этому принципу, относятся к группе резонансных звукопоглотителей. Принцип их действия основан на работе системы масса-упругость-масса и направлен на затухание колебаний, вызываемых звуковыми волнами, на пути их прохождения от источника шума к объему помещения.
Предложено несколько видов резонансных поглотителей, различающихся по своей конструкции. В наиболее простом резонаторе Гельмгольца (рис. 3.8) колеблющаяся масса может быть представлена массой воздуха, находящейся в горле резонатора (отверстии или узкой щели), а упругость (пружина) - упругостью воздуха в полости резонатора. Все размеры отдельного резонатора должны быть меньше длины звуковой волны.

В реальных конструкциях применяется система резонаторов - резонаторная решетка. При этом для достижения звукопоглощения за горлом резонатора устанавливают демпфирующие материалы (звукопоглотители), которые обеспечивают выравнивающий эффект в работе резонатора на различных частотах (рис. 3.9). В качестве демпфирующих материалов используются пористые или волокнистые поглотители - ткань, войлок, поролон.
Другая группа резонансных поглотителей - панельные поглотители, применяются для звукопоголощения на низких частотах. Инерционным элементом такой колебательной системы служит масса натянутой пленки или тонкой пластины (мембраны), а упругостью (пружиной) в большинстве случаев - упругость воздуха, находящегося между тонкой пластиной и стенкой. В панельных поглотителях могут также применяться пористые материалы, обеспечивающие дополнительное затухание звуковых колебаний.