Теория звукоизоляции помещений

• Основы звукоизоляции;
• В чем измеряется звукоизоляция, разбираемся индексами Rw и Lnw;
• Закон массы в звукоизоляции;
• Разница между собственной и дополнительной звукоизоляцией. Уловки в сертификатах производителей;
• Какие материалы используются для звукоизоляции;
• Как сделать шумоизоляцию?
• Факторы определяющие звукоизоляцию.

Основы звукоизоляции

Шумоизоляция или звукоизоляция, как правильно?

Оба варианта правильные. На сегодняшний день термин шумоизоляция больше соответствует автомобильной тематике, а звукоизоляция относится скорее к борьбе с шумом в квартирах и офисах.

Низкая шумоизоляция и способы ее улучшить

Плохая звукоизоляция может возникнуть из-за нескольких причин:

• Несоответствие строения действующим нормам звукоизоляции (стены из пеноблока, стяжка по перекрытию без слоя звукоизоляции и т.д.;
• Чрезмерный уровень шума в соседних помещениях или на улице;
• Дефекты ограждающих конструкций: наличие щелей и пустот, снижающих звукоизоляцию.

1. Продуманное планировочное решение.

Заранее продумайте назначение помещений и расположите их так, чтобы шумные помещения не граничили с тихими. Часто в результате перепланировок в многоквартирных домах встречаются ситуации, когда за стенкой спальни оказывается кухня соседей, а сверху/снизу санузлы. В таком случае шумовая нагрузка усиливается и звукоизоляция выйдет дороже.

Также, если окна выходят на разные стороны дома, желательно, чтобы окна спален смотрели в более тихую сторону (во двор).

2. Дополнительная звукоизоляция.

Большинство технологий дополнительной звукоизоляции заключаются монтаже многослойных систем, в которых чередуются слои плотных звукоотражающих и легких звукопоглощающих материалов. Такой принцип позволяет внести существенные потери энергии звуковой волны при относительно небольшом весе и толщине! Звук, многократно отражается, и раз за разом теряят свою энергию. Подробнее про материалы и принципы шумоизоляции помещений обсудим ниже.

Как шум передается из помещения в помещение?

Рассмотрим два помещения: "шумное" и "тихое", они могут находиться на одном этаже или на разных этажах друг под другом. Стены и перекрытия называются ограждающими конструкциями здания и являются препятствием для звука.

Волна звука попадая на ограждающую конструкцию частично отражается обратно, частично поглощается внутри преграды и частично проходит сквозь нее и попадает в тихое помещение. Разница между значением падающей волны и прошедшим остатком как раз и определяет уровень звукоизоляции: 

Механизм проникновения шума через ограждающие конструкции (перекрытия и стены)

Перенос звуковой энергии через преграду обусловлен передачей импульса падающего на нее звука, под воздействием которого, уже сама конструкция начинает колебаться (подобно мембране) и излучает вторичный звук в тихое помещение. Амплитуда колебаний крайне мала и не видна глазу, но из-за большой площади поверхности акустическая мощность, излучаемая в соседнее помещение, оказывается значительной и мы слышим шум из соседнего помещения.

Чем больше масса преграды и чем выше частота звука, тем слабее интенсивность передачи, поэтому звукоизоляция любого ограждения растет с его массой и частотой падающей волны. Тяжелые стены/перекрытия лучше изолируют шум, чем легкие, а звуки высокой частоты (например, комариный писк) изолируется чем угодно, в отличие от низкочастотного звука (басы музыки).

Звукоизоляция и звукопоглощение

Часто люди путают два диаметрально противоположных понятия.

Звукоизоляция помещения – ослабление звука при его проникновении через ограждение зданий. В более широком смысле – совокупность мероприятий по снижению уровня шума, проникающего в помещение извне. Звукоизоляция – свойство конструкции в целом. Если совсем по-простому звукоизоляция делается, чтобы не слышать соседей. (и чтобы соседи не слышали вас – звукоизоляция симметрична относительно ограждения).

Звукопоглощение в помещении – снижение энергии отражений звуковой волны при взаимодействии с преградой, например со стенами, полом, потолком.

Осуществляется путем рассеивания энергии, ее перехода в тепло, возбуждения вибраций. Думаю всем знакома гулкость комнат в новых квартирах. В пустых помещениях звук, прежде чем поглотиться, успевает многократно отразиться между параллельными поверхностями (стенами, полом и потолком). Поэтому любой возникший звук сопровождается эхом. Некомфортно даже разговаривать, не говоря уже о просмотре фильма или прослушивании музыки! Чтобы убрать эхо, поверхности помещения покрывают материалами, поглощающими или рассеивающие звук. Это увеличивает звукопоглощение, т.е. уменьшает время реверберации RT60 (специальная величина, определяющая скорость затухания звука в помещении). Улучшают ситуацию и обычные предметы интерьера: диван, ковер, шторы, открытые стеллажи. Все они поглощают звук.

Звукоизоляция: по факту и превентивная

Звукоизоляция по факту – имеются явные источники шума (шум за стеной, от верхних соседей, шум с улицы). Это случай, когда вы уже знаете откуда и какой шум вас беспокоит.

Превентивная звукоизоляция – отсутствует информация о конкретных источниках шума. Шумоизоляция подбирается на основании информации о здании, расположения помещения и пожеланий заказчика.

В чем измеряется звукоизоляция?

Звукоизоляция измеряется в децибелах (дБ). В строительной акустике введены две величины, определяющие изоляцию ограждений :

Индекс изоляции воздушного шума R_w – величина, служащая для оценки звукоизолирующей способности ограждения по воздушному шуму. Чем выше значение R_w, тем выше звукоизоляция.

Пример: Железобетонная стена 140 мм дает звукоизоляцию R_w = 50 дБ. Это означает, что если уровень шума в квартире соседей 80 дБ, к вам в квартиру дойдет 80 - 50 = 30 дБ.

Уровень шума в 30 дБ в квартире практически не слышим и считается незаметным фоном.

Индекс приведенного уровня ударного шума L_nw – величина, служащая для оценки изолирующей способности перекрытия относительно ударного шума. Чем ниже значение L_nw, тем выше звукоизоляция.

Пример: Железобетонная плита перекрытия толщиной 140 мм имеет индекс приведенного уровня ударного шума L_nw = 80 дБ. Согласно СНиП даже в домах категории B (предельно допустимые условия) приведенный уровень шума не должен превышать 60 дБ. Превышение уровня ударного шума составляет 20 дБ!

Важно: Ни одно перекрытие без звукоизоляции не удовлетворяет нормам СНиП. В ходе ремонта под стяжку в обязательном порядке укладываются звукоизоляционные подложки!

Закон массы

Увеличить звукоизоляцию ограждения можно и простым увеличением его массы. В строительной акустике есть известный «закон массы», согласно которому удвоение массы однослойного ограждения приводит к увеличению звукоизоляции на 6 дБ.

Допустим у нас есть оштукатуренная кирпичная стена, толщиной 140 мм (в полкирпича). Индекс собственной звукоизоляции по воздушному шума R_w = 47 дБ.

Многим кажется, что если удвоить ее массу (т.е. пристроить к ней вплотную такую же стенку), то звукоизоляция удвоится и составит 47 + 47 = 94 дБ. Это не так!

По закону массы звукоизоляция такой стены, толщиной в кирпич (270 мм) R_w = 47 + 6 = 53 дБ. Получившаяся стенка стала в два раза толще, а звукоизоляция выросла всего на 6 дБ!

Продолжим и удвоим массу нашей новой стенки: пристроим к ней такую же стену. Теперь наша стена имеет толщину 520 мм (в два кирпича) и звукоизоляцию: R_w = 53 + 6 = 59 дБ.

Толщина первоначальной перегородки увеличилась в 4 раза, а звукоизоляция выросла всего на 12 дБ! Не стоит забывать и про несущую способность: ни одно перекрытие не выдержит веса мощных кирпичных стен.

В тоже время если к изначальной стене в полкирпича пристроить специальную многослойную конструкцию из гипсокартона со звукопоглощающими материалами внутри, прибавка к звукоизоляции составит 15-25 дБ при дополнительной толщине всего 8–10 см!

С учетом весовых ограничений и закона массы подытожим, что увеличить звукоизоляцию за счет простого утолщения крайне малоэффективно, поэтому на практике для увеличения шумоизоляции используются специальные материалы.

Собственная и дополнительная звукоизоляция

Из предыдущего раздела можно понять что в зависимости от ситуации одна и та же конструкция может обладать разной звукоизоляцией!

Собственная звукоизоляция – это звукоизоляция, которую дает само ограждение.

Дополнительная звукоизоляция – это прибавка к значению собственной звукоизоляции изначального ограждения, которую обеспечивает дополнительная конструкция.

Пример 1.

Снова рассмотрим кирпичную стенку (толщиной 280 мм) со звукоизоляцией R_w = 54 дБ. Если мы берем и к существующей стенке приставляем такую же кирпичную стенку, то речь идет уже о дополнительной звукоизоляции, которая, как мы выяснили, составит всего 6 дБ. Т.е. в данном конкретном случае собственная звукоизоляция равна 54 дБ, а дополнительная 6 дБ.

Пример 2.

Обычный лист гипсокартона имеет собственную звукоизоляцию R_w = 28 дБ. Если разделить два помещения листом гипсокартона и шуметь в одном из них с громкостью 60 дБ, то во втором уровень шума составит 60 - 28 = 32 дБ.

Рассмотрим теперь ситуацию когда между помещениями бетонная стена толщиной 140 мм с собственным индексом звукоизоляции в 50 дБ. Приложим к ней наш лист гипсокартона и измерим звукоизоляцию. Она не изменится составит 50 + 0 = 50 дБ! Почему так происходит?

Масса 1 м² бетонной стены составляет ~300 кг, а масса 1 м² ГКЛ ~10 кг. Согласно закону массы в данной ситуации прибавки в звукоизоляции не произойдет, т.к. масса листа гипсокартона ничтожна (в 30 раз меньше) по сравнению с массой бетонной стены, поэтому дополнительная звукоизоляция в данном примере будет равна нулю.

При выборе материалов и схем обращайте внимание именно на индекс дополнительной звукоизоляции, поскольку важно сколько децибел прибавится к собственной звукоизоляции уже имеющихся ограждений (стен, перекрытий).

Какие материалы используются для звукоизоляции?

В начале статьи мы уже объясняли разницу между звукоизоляцией и звукопоглощением в помещении. Напомним, звукоизоляцию делают, чтобы не слышать звуки извне, а звукопоглощение – для того, чтобы убрать гулкость и улучшить качество звучания акустических систем (ДК, стерео) или разборчивость речи в переговорных комнатах или конференц-залах. Теперь остановимся на самих материалах, используемых для шумоизоляции.

Звукоизоляционные (звукоотражающие) материалы – материалы, отражающие шумы, препятствуя дальнейшему распространению звука. Должны быть массивными и непродуваемыми. Чем больше масса таких материалов, тем сложнее падающей волне звука "раскачать" звукоизоляционный материал и продолжить свое распространение.

Примеры: бетон, кирпич, гипсокартон, фанера и другие. Понятно, что один кирпич не обладает никакими звукоизолирующими свойствами. Однако стена, выполненная из кирпича уже является строительной конструкцией, которая обладает шумоизоляцией.

Звукопоглощающие материалы – материалы, с открытой пористой структурой (обычно волокнистые). В отличие от звукоизоляционных материалов, отражающих звук, должны поглотить в себя как можно большую часть энергии падающей волны. Волокна внутри образуют систему сообщающихся пор, заполненных воздухом. При продувании волна звука теряет свою энергию из за вязкости воздуха, трения волокон друг о друга, потерь на теплопроводность.

Звукопоглощающие материалы оценивают с помощью безразмерного коэффициента звукопоглощения α, зависящим от частоты звука. Значения коэффициента α могут находиться в диапазоне от 0 до 1 (от полного отражения до полного поглощения).

Примеры: акустическая минвата, акустический поролон.

Как сделать шумоизоляцию?

Ранее мы обсудили, что увеличить шумоизоляцию можно двумя способами: простым наращиванием массы ограждения или применением дополнительных многослойных облицовок.

В первом случае ограждение просто делается более толстыми (а значит тяжелым), но все также состоит только из звукоизоляционных материалов (кирпича, бетона, дерева). Чем толще стена или перекрытие, тем выше будет шумоизоляция.

Во втором случае к изначально однородной поверхности присоединяется многослойная облицовка, в которой чередуются звукопоглощающие и звукоизоляционные материалы.

Типовая звукоизолирующая облицовка состоит из двух слоев: звукопоглощающего пористого материала и звукоотражающего герметичного слоя.

Получается колебательная система: масса 1 – упругость – масса 2

масса 1 – существующее ограждение (перекрытие или стена)

упругость – внутренний слой звукопоглощающего материала

масса 2 – наружный слой из гипсокартона при шумоизоляции потолка или стен (или цементной стяжки в случае шумоизоляции пола)

Такая колебательная система позволяет достичь высокой прибавки шумоизоляции при относительно небольших габаритах и весе конструкции!

Применение звукопоглощающих и звукоизоляционных материалов.

Постановка вопроса: профессиональные звукопоглощающие материалы имеют коэффициент поглощения звука α_w = 0,8–0,95. Т.е. по идее использование одних только акустических плит должно приводить к снижению шума от 80 до 95%!

На деле же стенка, выстроенная только из минеральной ваты не сможет убрать даже негромкий разговор, лишь немного приглушит его!

В данном случае ограждение, выполненное только из эффективного звукопоглощающего материала обладает высоким поглощением звука, но низкой шумоизоляцией!

Дело в том, что физический процесс поглощения звука состоит не только из оставления внутри себя, но и из части, которая проходит сквозь материал, причем значительно большей, относительно переработанной в тепло внутри материала.

Поэтому, измеренный в лаборатории коэффициент поглощения звука α_w = 0,8–0,95 показывает только количество “впитанной” минватой энергии волны (часть которой поглощается внутри нее, а часть проходит дальше).

Постановка вопроса: Звукоизоляционные материалы полностью отражают звуки (α_w = 0–0,05). Почему недостаточно просто построить стенку из гипсокартона? Казалось бы при падении звука на такую перегородку, он должен отражаться и оставаться у соседей.

На самом деле все не так: звуковая волна, падая на преграду, отдает ей свой импульс (энергию). Из-за этого перегородка начинает вибрировать и переизлучает с другой стороны уже новую волну, которую вы и слышите.

Если, конечно, построить стенку из кирпича толщиной 70 см, то волне звука не хватит сил «раскачать» такую преграду и в вашей квартире будет тишина. Но это не наш случай, иначе вы бы не читали этот сайт:-)

Высокая шумоизоляция обеспечивается совместным использованием звукопоглощающих и звукоотражающих материалов: часть энергии волны звука теряется в звукопоглощающем волокнистом слое, а оставшаяся ослабленная часть звука отражается обратно изолирующим слоем.

Каркасная и бескаркасная звукоизоляция

Все схемы дополнительной изоляции можно разделить на два типа: каркасную и бескаркасную. В первом случае используется каркас (металлический профиль или деревянные рейки), который выступает в качестве несущего «скелета». Внутри каркаса располагаются звукопоглощающие материалы (акустическая минвата), а снаружи звукоотражающие гипсокартонные листы.

Бескаркасные системы представляют собой готовые панели с чередующимися слоями для поглощения и изоляции звука. С помощью специальных виброизолированных креплений панели просто закрепляются к стене или потолку, таким образом выполняется шумоизоляция квартиры.

Примеры: ЗИПС (звукоизолирующая панельная система)

Каркасные облицовки на основе звукоизолирующих креплений, ГКЛ и акустической минеральной ваты позволяют одновременно решать проблему защиты от шума, выравнивать поверхность стен и потолка и позволяют навешивать на облицовки стен тяжелые элементы интерьера.

Чем определяется эффективность многослойных облицовок?

1. Поверхностная масса облицовки. Чем больше масса внешнего звукоизоляционного слоя, тем выше шумоизоляция! Этот вывод напрямую следует из закона массы, кроме того, с увеличением массы облицовки, снижается резонансная частота системы, что также увеличивает шумоизоляцию.

2. Герметичность конструкции. Щели и отверстия заметно снижают звукоизоляционную способность конструкции. Если в перегородке площадью 15 м² выполнить сквозное отверстие размерами 20 х 20 мм (т.е. площадью в 40000 раз меньше общей), то шумоизоляция перегородки снизится на 20 дБ!!!

При падении звука даже на небольшие отверстия, размеры которых малы по сравнению с длиной падающей волны, звуковая энергия проникает в них в количествах гораздо больших, чем этого можно было бы ожидать, судя по размерам отверстия. Это связано с явлением дифракции звука.

Примером из жизни может служить незакрытое до конца окно в автомобиле: даже минимальный зазор намного увеличивает шум дороги.

3. Наличие звукопоглотителя внутри каркаса. Звукопоглощающие материалы позволяют существенно увеличить шумоизоляцию ограждения: они обеспечивают многоуровневое рассеяние энергии звука.

Кроме того, если в воздушном промежутке установлены звукопоглощающие материалы, то любые резонансы, пытающиеся сформироваться в этих воздушных полостях из-за поперечного движения воздуха или из волн, вынуждены будут проходить сквозь поглощающие звук материалы.

Благодаря таким мерам резонансы в воздушном пространстве становятся невозможными. Тем самым удается избежать образования акустического "короткого замыкания", поскольку если бы воздух стал резонировать, сильно возрасла бы и его способность выполнять как бы акустическую смычку между двумя сторонами воздушной полости (т.е. вибрации со стены переходили бы на облицовку из гипсокартона).

Применение специализированных плит в составе звукоизолирующих облицовок дает дополнительную прибавку шумоизоляции от 5 до 10 дБ!

4. Глубина каркаса облицовки. С увеличением толщины конструкции растет звукоизоляция! Это связано с тем, что при увеличении относа гипсокартона от стены снижается резонансная частота конструкции (с которой звукоизоляционные облицовки начинают «работать»).

На графике наглядно иллюстрируется этот эффект. Голубая линия показывает увеличение шумоизоляции при удвоении воздушного промежутка испытываемой конструкции. Прибавка в шумоизоляции составляет 5–6 дБ без увеличения стоимости конструкции!

5. Отсутствие или минимизация жестких связей. Старайтесь обходиться без жестких связей между звукоизоляционной облицовкой и ограждением. Места креплений являются мостиками звука, снижающими эффект.

6. Материал каркаса: дерево/металл. Большинство людей уверены, что деревянный каркас предпочтительнее для шумоизоляции. Их логика в данном случае понятна: если постучать по металлу, то он звонкий, а дерево – глухое. На самом деле этот факт ни имеет к звукоизоляции никакого отношения. Волны звука, в отличие от людей, не стучат по металлу. Напротив, изолирующая способность перегородки на металлокаркасе выше, чем у такой же перегородки с деревянными балками, т.к. акустическая связь (определяемая сечением) между облицовками по тонкостенному металлическому профилю менее сильная по сравнению с относительно массивным деревянным брусом. Сечение металлокаркаса 0,5 мм, а деревянного бруска 50 мм, т.е. в 100 раз больше! Поэтому с деревянного каркаса на облицовки из ГКЛ перейдет больше вибраций, чем с металлопрофиля.

Дополнительный минус деревянного каркаса – возможная деформация из-за сезонных колебаний температуры и влажности. А также необходимость дополнительной противопожарной пропитки.

Исключение можно сделать в студиях звукозаписи или других помещениях с мощным источником звука, здесь у деревянного каркаса есть преимущество – меньшая вероятность образования «дребезга» конструкции из-за ошибок монтажа.