Шумоизоляция и звукоизоляция пола

Шумоизоляция и звукоизоляция пола


Звукоизоляция пола – при подавлении спектр нежелательных звуков (шумов) изменяется настолько, что они теряют внятность, т.е. различимые на слух осмысленные компоненты. Невнятный посторонний звук при той же интенсивности (см. далее), что и смысловой, значительно не так раздражает, а при регулярном и/или долговременном воздействии меньше приносит вреда здоровью телесному и душевному. Звукоизоляция, как правило, мероприятие технически сложное, дорогое и производится в процессе постройки здания или приурочивается к его капремонту. Шумоизоляция пола означает, что посторонние звуки подавляются без преобразования спектра. Фоновый шум остается как есть, но приглушается до порога психофизиологического восприятия (также см. далее), т.е. приборами фиксируется, но в сознании не откладывается и жить не мешает. Внезапные резкие звуки глушатся до порога комфортности – слышно, но не раздражает.
Нам понадобится более всего раздел акустики – строительная акустика – и тесно связанная со всей наукой о звуке дисциплина психофизиология слуха, или ПФС. Слух Человеческое ухо различает звуки в огромном диапазоне частот, от 20 до 20 000 Гц, и уровней интенсивности в 140 дБ (децибел). дБ – 1/10 единицы измерения отношения величин, названной в честь изобретателя телефона Александра Белла. Отношение уровней интенсивности звука в дБ есть L(дБ) = 20lg(L1/L2), т.е., чтобы получить отношение в разах, нужно L(дБ) поделить на 20 и возвести 10 в степень, равную полученному числу. 140 дБ, таким образом, соответствуют разнице в 10 000 000 раз. На практике часто необходимо уровень звука выразить в дБ относительно некоторой условной нулевой величины, называемой порогом слышимости. Такой абсолютный уровень интенсивности звука обозначается L(дБА).

В некоторых странах принята т. наз. расширенная шкала психофизиологического действия шума, где максимальная зашумленность установлена: Детские, спальни – 20-26 дБА. Тихие рабочие помещения – 34-36 дБА. Общие жилые комнаты – 40-44 дБА. Общественные помещения – 60 дБА. Офисы и открытые общественные места – 70 дБА. Производственные помещения – 90 дБА. Т.е., на работе и на людях там в общем может быть шумнее, а вот дома должно быть «тише воды, ниже травы». Но что любопытно: в таких странах массовые беспорядки и разные брожения-завихрения массового сознания возникают примерно втрое чаще при прочих равных условиях и длятся в 7-10 раз дольше.
Это, безусловно, не определяющий фактор «зомбирования» и «раскачки», но – курочка по зернышку клюет… Звук «Характеры» звуков Действие звука на человека также сильно зависит от его спектра. Менее всего ощутимы и вредны шумы структурного спектра (поз. 1 на рис.): сплошного, плавного, невнятного. Промышленное оборудование, напр. венткамера или насос подкачки в высотке, дает структурный спектр «розовый», с преобладанием низкочастотных (НЧ) составляющих, а электроинструмент – «голубой», более насыщенный высокочастотными (ВЧ) компонентами. Глушение структурного шума требуется менее глубокое, чем внятного той же интенсивности, примерно на 12 дБ, т.е. 4 раза. Спектры шумов Внятный спектр похож на структурный, но содержит смысловые составляющие.

При изменении громкости внятного шума огибающая его слышимого спектра также изменяется (поз. 2), т.к. ухо вслушивается в что-то, вроде бы значащее. Степень глушения внятного шума является эталонной и приводится в спецификациях на звукоизолирующие материалы, проектах звукоизоляции и т.п. Самый вредный шум – спектрально-ударный (СУШ), поз. 3. Он действует не только своим наличием, но и отсутствием: ждать очередного «буха» или серии иной раз тягостнее, чем слышать их. Острова ударного спектра располагаются на шкале частот с промежутками, кратными основной частоте первичного (вызвавшего шум) воздействия. Они могут сливаться (нечто серенькое за заднем плане поз. 3), и тогда ударный спектр похож на сплошной, но с большой разницей: достаточно заглушить шум от первичного воздействия (а на поз. 3), уймутся и остальные. Тем не менее, глушение СУШ в строительных конструкциях – задача трудная: первичный остров, как правило, высокой интенсивности и низкочастотный, а НЧ в плотных тяжелых материалах глушатся гораздо труднее ВЧ.
В среднем, для глушения СУШ требуется шумоизоляция на 20-26 дБ (в 10-20 раз) эффективнее, чем для внятного шума. Насколько глушить Теперь вернемся к цветным деталям на кривых равной громкости. Сразу же видно, что для глушения «визжащих» ВЧ шумов, менее слышимых НЧ и внятных в диапазоне наилучшей слышимости 200-5000 Гц до уровня на грани комфортности в 85 дБА требуется примерно одна и та же изоляция, это уже хорошо. Учтем еще следующее: Интенсивность звука зависит от амплитуды колебаний излучателя (см. далее) по квадрату частоты, т.е. НЧ излучаются в воздух плохо. Негативное воздействие ВЧ звуков более кратковременно, а НЧ вреднее при долговременном воздействии. Уровни чрезмерно громких, но переносимых звуков лежат в диапазоне 100-126 дБА; это соотв. пневмоперфоратор в непосредственной близости или заходящий на посадку над домом реактивный лайнер (100 дБА), от рок-группы в первых рядах партера (110 дб) и петарда в 1 м от уха (126 дБА). Заглушить шум от болевого порога до шелеста листьев в жилом доме просто невозможно.

Петарды в жилье взрывать запрещено, усилитель для сцены дома проводка не потянет. Поэтому пойдем от 100 дБА строительного инструмента. Чтобы заглушить их до вполне комфортных 45 дБА, понадобится изоляция на 55 дБ, что в доме достижимо без глобального ремонта, см. далее. Тогда при шуме в 140 дБА в помещении будет 85 дБА, что кратковременно переносимо. Закладываться на непереносимые шумы смысла нет, т.к. их возникновение в обжитых местах предсказать невозможно. Собственно, мы «на пальцах» пришли к нормативному индексу подавления шума –Iв по СНиП II-12-77 в 60дБ. Где глушить Воздушный шум от пола (1) на рис., проникает сквозь щели и дыры, пардон, зазоры и проемы в перекрытии. Возникает он редко: соседям снизу вряд ли нужен щелястый дырявый потолок. Однако воздушный шум громок, а на полу бороться с ним трудно: нужно снимать настил, сбивать стяжку до плиты и заделывать звукоизолирующей мастикой и/или вспененными изоляторами (см. далее) все его лазейки.
Сверху мазать-конопатить толку нет: воздушные толчки раскачают стяжку, обрешетку, настил, и общий, как говорят, интегральный, шум, может только усилиться. Поднесите к выхлопной струе пылесоса лист бумаги – станет понятно, почему. Способы проникновения шума сквозь пол Виброшумы (2) проникают сквозь пол косвенно: первичный источник создает в стенах волны механических напряжений со структурным спектром (С). Дойдя в стене до венца (корня) заложения в нее плиты, С-волны бросаются в нее просто с остервенением, а дальше вверх их уходит чуть-чуть. Физика этого явления довольно сложна, но факт налицо: нижних соседей через этаж не слышно и в блочных хрущевках, хоть бы они там на стенах танцевали. Далее вибрации плиты преобразуются в поверхностные волны на ней, которые и «озвучивают» помещение. Виброшумы могут быть весьма громкими, но глушатся без особых проблем и разгрома в квартире, т.к. лежат в области СЧ-ВЧ.
Гораздо серьезнее ударные шумы (3) и (4), не путать со спектрально-ударными звуками. Во-первых, они возбуждаются колебаниями плиты как целого под действием звуковых волн от первичного источника, подавить которые куда труднее, чем поверхностную вибрацию. Во-вторых, лежат в области НЧ, особо вредных при долговременном воздействии и тяжело гасимых. Поэтому к очагам ударных шумов на полу следует присмотреться пристальнее. Поршень и мембраны Лучшая шумоизоляция «противоударного» типа – перевод пола в режим поршневого излучателя: достаточно тяжелой и жесткой пластины на упругих подвесах, поз. 1 на рис. Добиться таким способом подавления шумов на 60 дБ – не предел. Как пол делают поршнем технически, посмотрим далее, а пока отметим его ценнейшее для строительной акустики свойство: крайне низкую эффективность излучения. Электродинамические головки громкоговорителей (динамики), которые и есть максимально усовершенствованные излучатели-поршни, имеют акустический КПД на НЧ в доли процента, а на ВЧ в единицы процентов.
Т.е., из десятков-сотен электрических ватт УНЧ в воздух звуком уходят доли ватта. Пол-поршень отдаст полученный звук в комнату еще хуже. Правда, в электроакустике более ценится другое качество поршневых излучателей: высокая верность воспроизведения первичного сигнала. Для стройакустики это тоже существенно: малый уровень призвуков облегчает борьбу с вибрациями и ВЧ шумами. Поршневой и мембранный излучатели звука Однако пол-поршень технологически весьма сложен, трудоемок и затратен. Только полным перенастилом дело не обойдется, придется менять и отделку. Кроме того, поршневая шумоизоляция отнимет от высоты помещения не менее 100-150 мм, что комфорту никак не способствует. Поэтому в порядке текущей эксплуатации полы часто шумоизолируют, оставляя их в режиме мембраны – упругой пластины, жестко закрепленной по краям. Мембрана, в отличие от поршня, имеет механическую добротность Q>1 (см. далее) и поэтому может хорошо излучать отдельные частоты. Сколько и каких – определяется т. наз. модой излучения мембраны. На 1-й моде (поз. 2) есть одна излучающая область, не обязательно точечная/компактная; излучается 1 частота. На 2-й моде могут излучаться 1 и 2 частоты, на 3-й – 1, 2 или 3 и т.д.
Моды излучения мембраны могут быть продольными ml и поперечными mw. Общая мода m определяется как их произведение. Напр., при ml = 4 и mw = 3 m = 4х3 = 12 и может излучаться до 12-ти частот, а совокупный спектр излучения будет ударным. Что, конечно, плохо, но, если требуется подавление до 26-30 дБ, то шумоизоляцию можно сделать своими руками, обойдясь переборкой пола. Q Понятие механической добротности нам еще понадобится. Это, попросту говоря, способность механической системы отзываться колебаниями на стороннее воздействие, ее «звонкость». Уразуметь ее смысл яснее можно, проведя следующий опыт: делаем маятник длиной ок. 1 м из бечевки с гайкой. На листе бумаги из 1-го центра чертим 2 окружности диаметром 10 см и 27 см, т.е. в 2,7 раза больше. Точнее – в e = 2,718281828… раз. Далее вешаем маятник невысоко над столом/полом и подкладываем под него бумажку так, чтобы центр окружностей пришелся точно под груз. Отводим грузик на 13,5 см, до границы большей окружности, отпускаем и считаем полные размахи, туда-обратно; время засекать не нужно. Как только амплитуда колебаний уменьшится до 10 см, засекаем сколько раз маятник уже качнулся, это и есть его механическая добротность. Если, скажем, было отмечено 15 полных качаний, то Q = 15.

Для деревянных строительных конструкций характерно Q = (3-5) в широком диапазоне частот; для кирпичных примерно так же. А вот бетон «звенит» на отдельных частотах, но очень хорошо; Q бетонных сооружений может превышать 100. Важная характеристика звукоизоляционных материалов – их собственная, т.е. не в составе конструкции, механическая добротность Qс. Определяется она уже в лабораторных условиях, а каково ее практическое значение, будет видно ниже. Стоячие волны Скорость звука в воздухе ок. v = 340 м/с. Наивысшая из слышимых частот f = 20 000 Гц. Тогда соотв. ей длина звуковой волны = v/f = 340/20 000 = 0,017 м или 1,7 см. Если на пути распространения звука встретится воздушная полость или сильно «воздушный», со сквозными каналами диаметром от прим. 0,2 мм, материал толщиной, кратной половине длины волны данного звука, то могут возникнуть стоячие волны, как в ящике-резонаторе камертона, и степень шумоподавления резко упадет. Примечание: если полость/каналы уже, то скажется собственная вязкость воздуха и резонансных явлений не возникнет. Чтобы избежать резонанса, подручные «воздушные» материалы нельзя укладывать слоем более 8,5 мм; тогда на любой частоте кратность полуволне исключается. В плотных материалах скорость звука больше. Фирменные шумоизоляторы выпускаются толщиной не более полуволны в 20 кГц в них, с учетом затухания звука в материале.

Накладывать их слоями, чтобы побольше шум приглушить, нельзя, эффект может выйти обратным. Нужно делать прослойки из другого материала. Если изготовитель добросовестный, проверенный, надо следовать рекомендованным им для данного материала схемам. Чем глушить Современные материалы для звукоизоляции обеспечивают высокую степень подавления шумов; напр. отечественный Шуманет штапельного переплетения толщиной 40 мм подавляет шум на 40 дБ. 2-слойный Тексаунд (вибропоглотитель + виброгаситель) обеспечивает глушение на 30 дБ. Однако фирменные названия исчисляются десятками и не дают полного представления о свойствах материала. Так что не будем их перечислять, разбавляя выдержками из рекламных проспектов, а постараемся разобраться по сути. Прежде всего, шумоизоляторы для пола бывают поглощающими звук и гасящими его. В чем разница У первых Qс<1, но не на порядок. Скажем, 0,7 или 0,4. Такие звукоизоляторы легко «раскачать»: звук в них проникает и, блуждая в материале, затухает. Пригодны материалы с Qс<1 для гашения вибраций, поэтому называются виброгасящими. Под материалами с Qс«1 вибрация может «проскользнуть» в толще плиты. Но раскачать их трудно, нужно много энергии звука, поэтому они хорошо гасят колебания плиты как целого. В крайнем случае – уменьшают их амплитуду и подавляют призвуки, переводя излучение в НЧ. Как сказано выше, излучаемая звуковая мощность зависит от частоты по квадрату, поэтому уровень шума падает очень сильно. Такие материалы называются вибро- (что не совсем правильно) или звукопоглощающими.
Используются в паре с виброгасителями. Пример использования Тексаунда для звукоизоляции под стяжку см. видео ниже. Видео: звукоизоляция пола под стяжку Примечание: пенопласт и монтажная пена, вопреки распространенному убеждению, не звукоизоляторы, их Qc>1. Ненамного, но все же они «звенят», пусть и глухо. А отличный во многих других отношениях экструдированный пенополистирол ЭППС и звенит по-настоящему. По структуре материалы-звукоизоляторы делятся на волокнистые, слоистые, вспененные, сыпучие, гранулированные и сотовые. Пример первых – тяжелые (плотные) минваты ISOVER и ROCKWOOL. Они гасят и вибрации, и ударные звуки, но, увы – только достаточно толстым слоем, от 15-20 см. Кроме того, под статической нагрузкой со временем проседают и начинают пропускать шум, а пол деформируется. К волокнистым относятся также базальтовый картон и целлюлозный утеплитель эковата. Базальтовый картон хорошо держит весовую нагрузку и поэтому пригоден как звукоизоляция под плитку. Эковата легко задувается в замкнутые полости через отверстия, отличная теплоизоляция. Показатель поглощения звука у того и другого также неплох, ок. 12 дБ/см. Материалы для шумоизоляции Но в панельном доме 12 дБ/см слишком мало: на 60 дБ нужно 5 см изолятора. С учетом подложки, стяжки, чистового настила пол поднимется где-то на 15 см. От стандартной высоты потолка в 2,7 м останется 2,55, а это уже несоответствие современным санитарным нормам. Глушить же шумы требуется более всего как раз в панельных домах. Здесь требуются изоляторы со степенью поглощения от примерно 1,7 дБ/мм. Такую, и лучшую, степень ослабления шума дают слоистые шумоподавляющие покрытия из нескольких материалов с различными свойствами, т.наз. сложные поглощающие структуры. Пример – тот же Шуманет (поз. 1 на рис.) и его «родственники».
При укладке сложных поглощающих структур следует точно соблюдать рекомендованную технологию. Напр., Шуманет укладывается с нахлестом матов, склейкой стыков скотчем и вентиляционным зазором по контуру, а плиты Вибростека кладутся впритык. Недостаток сложных поглощающих структур – довольно высокая стоимость, а также недостаточные, ненамного большие, чем у тяжелых минват, долговременная несущая способность и влагостойкость. Примечание: для ненагруженных мест, напр. краевых демпферов (см. далее), хорошо подходят микропористые и пузыристые материалы, напр. вспененный полиэтилен, поз. 2 на рис. Долговременных механических нагрузок он совершенно не держит, но дешев, а ослабление звука до 12 дБ/мм (!). Микропористая резина ему не уступает, но много дороже. Абсолютно влагостойки натуральные сыпучие материалы – песок, керамзит (поз. 3). Шум они ослабляют всего на 6 дБ/см (прим.), но зато любой, за счет трения между гранулами, поэтому наиболее пригодны для подавления шума от цокольных перекрытий: из подвала его идет всего ничего, зато дешево и надежно.