1

PRINCIPI ZVUČNE IZOLACIJE U ZGRADAMA

Miomir MijićUniverzitet u Beogradu, Elektrotehnički fakultet,

emijic@etf.rs Zvučna izolacija u zgradama –zašto?ašto

Evolucija živog sveta išla je tokovima koji nisu stvorili zaštitnasredstva čulu sluha protiv neželjenih pobuda, kao što to imajuostala čula.

Postoje samo dva načina da se čovek zaštiti od neželjenihzvukova:

pravilima ponašanja Zakonskom regulativom sankcioniše se stvaranje zvukova zakoje se može očekivati da će ugrožavati ljude iz okoline

merama arhitektonske (građevinske) akustikePostavljanjem fizičkih prepreka kojim se zvučna energija urelevantnim prostorima svodi u zahtevane gabarite, a to se rešava u aritekturi.

Podela posla u zaštiti od buke

buka u spoljašnjoj sredini (na fasadi) –obezbeđuje i kontroliše država

Očekivana vrednost zavisi od akustičke zone u kojoj se

d l izgrada nalazi (Uredba o indikatorima buke, graničnim vrednostima, metodama za ocenjivanje indikatora buke, uznemiravanja i štetnihefekata buke u životnoj sredini, Sl. glasnikRS, br. 75/2010)

akustički komfor –treba da obezbede investitor, projektant i izvođač

Akustički komfor se obezbeđuje zvučnom izolacijom

Podela posla u zaštiti od buke

buka u spoljašnjoj sredini (na fasadi) –obezbeđuje i kontroliše država

Očekivana vrednost zavisi od akustičke zone u kojoj se

d l izgrada nalazi (Uredba o indikatorima buke, graničnim vrednostima, metodama za ocenjivanje indikatora buke, uznemiravanja i štetnihefekata buke u životnoj sredini, Sl. glasnikRS, br. 75/2010)

akustički komfor –treba da obezbede investitor, projektant i izvođač

Akustički komfor se obezbeđuje zvučnom izolacijom

Zvučna izolacija u zgradama –osnovni pojmovi

2

Pojavni oblici zvuka u zgradama - vazdušni i strukturni zvuk

VAZDUŠNI ZVUK

Vazdušni zvuk nastaje uvazduhu, a zatim prelazi u pregrade i širi se kroz konstrukciju

IZVORZVUKA

STRUKTURNI ZVUK

Strukturni zvuk direktnonastaje u materijalu pregrada

Paradigma zvučne zaštite u zgradama svodi se na odnos dva prostora: jedan u kome je izvor zvuka i susedni u kome je slušalac.

zvucni izvor

izolaciona moć

L1 L2

Definicije osnovnih pojmova:

izolovanost D - L1 - L2

izolaciona moć R - svojstvo konstrukcije da zadrži zvuk

izolovanost

Zvučna zaštita se bavi podešavanjem izolovanosti između relevantnih prostora u zgradi.

jedna ilustracija zahteva zvučne izolacije

Problem u realizaciji zvučne zaštite je u tome što čulo sluha ima ekstremne zahteve, pa su u apsolutnom smislu potrebna velika slabljenja zvučne energije u pregradama.

zvucni izvor

L1=90 dB L2=30 dB

E 10-6E

zvucni izvor

L2max

Odakle se počinje pri rešavanju zvučne izolacije?

10

Polazna tačka u zvučnoj zaštiti je maksimalna dozvoljena vrednost nivoa zvuka u prostoriji gde se nalazi slušalac.

To određuje standard SRPS U.J6.201: “Akustika u zgradarstvu –Tehnički uslovi za projektovanje i građenje zgrada”

zvucni izvor

L1 L2

U svim prostorijama postoji neka očekivana vrednost L1 (u stanovima, kancelarijama, itd.)

Rmin

, j , )

Za obezbeđenje akustičkog komfora u susednim prostorijama definišu se minimalne vrednosti izolacione moći pregrada Rmin.

Kada ne postoji jasno definisana jedna pregrada između dva prostora zadaje se minimalna izolovanost Dmin.

Zvučna izolacija u zgradama –kako zaustaviti zvuk?

To je pitanje na koje postoji mnogo pogrešnih odgovora; najčešće zbog pogrešnih analogija sa

drugim oblastima građevinske fizike

3

Čime dokazujemo da je mineralna vuna termički izolator?10 cm

20oC -40oC

17oC

-39oC

Gradijent temperature je evidentan dokaz izolacionih svojstava

Da li možemo na sličan način dokumentovati opšteprihvaćenu činjenicu da je mineralna vuna zvučni izolator?

10 cm

?100 dB

Primer - gipsani zid bez vune i sa vunom

15 cm 15 cm

100 dB100 dB

43 dB

61 dB

Primer - betonski zid 20 cm bez vune i sa slojem vunom

100 dB 100 dB

39 dB 39 dB

10 cm 15 cm

100 dB

43 dB

100 dB

39 dB

Doprinos vune:

Zaključak: ne dobija se povećanje zvučne izolacije tako što se dodaje sloj nekog “izolacionog materijala”;

mehanizam provođenja zvuka je očigledno mnogo složeniji a uloga vune u izolaciji je kompleksnija.

39 dB

+12 dB +18 dB 0 dB

Zašto je to tako sa vunomili

šta je uopšte zvuk?

4

Zaključak:

Opšta definicija zvuka: – vremenski promenljivi mehaničkiporemećaj u elastičnoj sredini

Da bi se razumele specifičnosti prostiranja zvuka kroz zgradu i čudan uticaj vune potrebno je razumeti šta je to zvuk.

zvuk je mehanička pojava (sa svim posledicama koji proizilaze iz te činjenice)

Razumevanje mehaničke prirode zvuka je neophodno za rešavanje svih akustičkih problema u zgradama.

Mehanička priroda zvuka nije sama po sebi očigledna (sem u izuzetnim okolnostima).

Zvuk kao pojava je mehanička energija na mikro planu, a kretanje zvuka se odvija u vidu mehaničkog talasa.

U talasu se mehanička energija prenosi kroz prostor tako što prelazi od jednog do drugog elementa zapremine vazduha.

x

energija

U vazduhu sva energija iz jednog elementa zapremine prelazi u susedni i tako se zvučni talas kreće kroz prostor

Kada se energija ne prenese u potpunosti na sledeći element

Za predaju energije odlučujuća je priroda interakcije između susednih elemenata medija.

U opštem slučaju, energija se može potpuno preneti na susedni element, ili samo delimično.

energija

medija, nastupa refleksija (to znači da se deo energije vraća nazad)

Sprečavanje prolaska energije u zgradama teorijski je moguće na dva načina:

- vraćanjem energije nazad (refleksijom)- pretvaranjem mehaničke energije zvuka u toplotu (disipacijom)

Problem sa disipacijom energije je u činjenici da ona sama ne može biti dovoljno efikasna u realnom vremenu.

zvucni izvor

L1=90 dB L2=30 dB

E 10-6E

ZAKLJUČAK:Zvučna izolacija se može postići samo stvaranjem uslova za pojavu refleksije, a to znači da se zvučna energija vraća nazad odakle je došla.

Disipacija se koristi kao dodatak da bi se dodatno umanjila energija koja nastavlja dalje put.

Šta je potrebno da se dogodi refleksija?

Postoje okolnosti u kojima sva energija iz prve kugle prelazi na drugu, tako prva kugla ostane u mirovanju a druga nastavi put.

To se događa i u vazduhu kada se pojavi zvuk

5

Postoje i okolnosti kada samo deo energije pređe na drugu kuglu, a deo ostane u prvoj koja nastavi da se kreće

Refleksija pri prostiranju nastaje na mestu gde se masa molekula (gustina medija) menja.

Da bi se modelovao proces predaje zvučne energije uvodi se veličina koja se naziva specifična impedansa sredine (Zs):

csZ je gustina medija (kg/m3),c je brzina zvuka (m/s)

Zs1 Zs2

reflektovani talas

Kada talas naiđe na diskontinuitet impedanse dolazi do refleksije

upadni talas

x0

Način da se realizuje zvučna izolacija je diskontinuitet impedanse sredine na putu zvuka

REZIME

Zvuk se u zgradama može zaustaviti u potrebnoj meri samo diskontinuitetima kroz koji se prostire zvuk

Diskontinuiteti mogu biti:Diskontinuiteti mogu biti:

- u vazduhu (pregrade) i - u građevinskom materijalu (fuge, dilatacije,kombinacija materijala različitih fizičkih svojstava)

Pregrade kao diskontinuiteti

Zvuk pri prolasku kroz pregradu nailazi na dva diskontinuiteta.

Zs2Zs1

vazduh vazduhpregrada

Zs2 Zs1

P fširenje

Pregrada u akustičkom smislu predstavlja diskontinuitet medija i na njoj se pojavljuje refleksija

Pa Pa tr

Pa ref

disipacija

Definiše se koeficijent transmisije:

a

atr

P

P

Za opisivanje prenosa zvuka definiše se logaritamski ekvivalent koji se naziva zvučna izolacija R (engl. sound reduction index):

dBR1

log10a

atr

P

P

Zvučna izolacija jedne masivne pregrade je srazmerna:

gde je: f - frekvencija (Hz)ms - površinska masa pregrade (kg/m3).

)(log20 smfR

Ova relacija se naziva “zakon mase”

6

50

60

70

Izo

laci

ona

moc

R, d

B

Principijelni izgled krive Rprema zakonu mase za neku predpostavljenu površinsku masu

Uticaj frekvencije na izolacionu moć pregrade

100 200 400 800 1600 315020

30

40

frekvencija, f, Hz

Zvučna izolacija svake pregrade raste sa frekvencijom

50

60

70

80

20 cm

15 cm

10 cm

Izo

laci

ona

moc

R, d

B Primer: izolaciona moć

pregrade iz armiranog betona

(parameter označen na diagramu je debljina pregrade)

Uticaj mase pregrade na njenu izolacionu moć

100 200 400 800 1600 315020

30

40

frekvencija, f, Hz

Izolaciona moć pregrade je direktno srazmerna njenoj

površinskoj masi

Realne pregrade u većoj ili manjoj meri odstupaju od idealnog zakona mase

Primer: izmerena izolaciona moć jedne realne pregrade

40

50

60

70

Izol

acio

na m

oc R

, dB

Razni talasni fenomeni koji se javljaju u pregradi utiču da izolaciona moć odstupa od

100 200 400 800 1600 315010

20

30

frekvencija, f, Hz

izolaciona moć odstupa od zakona mase (ali je to uvek smanjenje).

U praksi je pogodno da se umesto krive (ili tabele) koristi neki pokazatelj izolacione moći koji se izražava jednim brojem.

40

50

60

70Iz

ola

cion

a m

oc R

, dB

XX dB

Takva jednobrojna vrednost se naziva merodavna izolaciona

100 200 400 800 1600 315010

20

30

40

frekvencija, f, Hz

To se postiže uvodeći jednu standardnu krivu koja služi za poređenje sa krivom izolacione moći pregrade.

moć (engleski: rated) ioznačava Rw.

Izolaciona moć pregrade koja bi se poklapala sa standardnom krivom imala bi merodavnu vrednost 52 dB

40

50

60

70

Izo

laci

ona

moc

R, d

B ISO 717 definiše algoritam po

kome se na osnovu odstupanja od standardne krive izračunava merodavna izolaciona moć (jednobrojna vrednost).

100 200 400 800 1600 315010

20

30

0

frekvencija, f, Hz

U algoritmu se određuje zbir odstupanja na svim frekvencijama, a zatim pomera standardna kriva dok taj zbir ne bude manji od zadate vrednosti

Izolaciona moć pregrade koja bi se poklapala sa standardnom krivom imala bi vrednost 52 dB

40

50

60

70

Izo

laci

ona

moc

R,

dB

Standard SPRS ISO 717 definiše algoritam po kome se na osnovu odstupanja od standardne krive izračunava merodavna izolaciona moć (jednobrojna vrednost).

100 200 400 800 1600 315010

20

30

frekvencija, f, Hz

Algoritam analizira zbir odstupanja od standardne krive na svim frekvencijama, a ona se pomera sve dok se zbir odstupanja ne smanji do jedne zadate vrednosti (32 dB).

7

Zvučna zaštita u zgradama –kuda sve prolazi zvuk između

prostorija?p j

Do sada je prikazan mehanizam prolaska zvuka kroz pregradu, ali je zgrada složen sistem različitih pregrada!

Osnovi korak u rešavanju zvučne izolacije je razumevanje puteva kojim zvučna energija prolazi.

Zvučna energije prolazi između prostorija:

Zvučna energija je pribižno konstantna po prostoriji i na svih šest površina prelazi u građevinski materijal.

- kroz zid koji ih razdvaja- kroz bočne zidove (takozvano bočno provođenje)- kombinovanim putevima- kroz razne otvore, instalacije, šupjine....

Izolaciona moć jedne pregrade može da se utvrdi isključivo u laboratoriji; u realnim okolnostima na stanje izolacije utiču i sve označene putanje zvuka a ne samo kroz jednu pregradu

Zvučna izolacija pregrada koja se manifestuje u zgradama gde postoje sve opisane putanje zvuka karakteriše se veličinom koja se nazive građevinska izolaciona moć i označava se R´.

označene putanje zvuka, a ne samo kroz jednu pregradu.

Jednobrojna vrednost (merodavna izolaciona moć) koja se izračunava na osnovu vrednosti R´ označava se R´w.

1

Kad jednom dospe u materijal konstrukcije zgrade, zvučna energija se širi kroz zidove i tavanice

U konstrukciji zgrade formiraju se putanje zvučne energije kojim zvuk može

2

energije kojim zvuk može dospeti do dijagonalno postavljenih prostorija, pa i do udaljenih prostorija.

Jedini način da se ograniči širenje zvuka kroz konstrukciju zgrade jesu diskontinuiteti u materijalu od koga je izgrađena zgrada Poseban slučaj pregrada –

lake (gipsane) pregrade

Sve šira upotreba suve gradnje zahteva da se ova objasni zvučna izolacija kod ovih vrsta pregrada

8

Postoje dva puta prolaska zvuka kroz gipsanu pregradu:

- kroz vazdušnu šuljinu između ploča- kroz elemente potkonstrukcije

Njihova izolaciona moć zavisi od:j

- mase gipsanih obloga- rastojanja između obloga- elastičnosti veza u potkonstrukciji- količine mineralne vune- broja diskontinuiteta unutar pregrade- detalja u izvođenju

Primer: uticaj povećanja broja ploča u oblogama

a = 100 mmD = 40 mm

Uticaj mase gipsanih obloga

d40

50

60

70

Izol

acio

na m

oc R

, dB

Udvajanje ploča povećava izolacionu moć za 6 dB

Dd

a

100 200 400 800 1600 315010

20

30

d = 2x12,5 mm Rw=55 dB

d = 1x12,5 mm Rw=49 dB

frekvencija, f, Hz

Primer: pregrada sa po jednom pločom sa obe strane, na nezavisnim potkonstukcijama

d = 9,5 mmD = 0

Uticaj rastojanja između ploča

40

50

60

70

a = 80 mm Rw=33dB

a =160 mm Rw=34dB

Izol

acio

na m

oc R

, dB

100 200 400 800 1600 315010

20

30

frekvencija, f, Hz

D

d

d

a

40

50

60

70

vuna 0mm Rw=33dB

vuna 20mm Rw=38dB

vuna 40mm Rw=42dB

vuna 60mm Rw=47dB

vuna 80mm Rw=49dB

Izol

acio

na m

oc R

, dB

Primer: pregrada sa po jednom pločom gipsa sa obe strane, na nezavisnim potkonstukcijama

d = 9,5 mma = 80 mm

Uticaj debljine (količine) vune

d

100 200 400 800 1600 315010

20

30

frekvencija, f, Hz

Dd

a

(nezavisne potkonstrukcije ukidaju jedan put prolaska zvuka i ostavljaju samo putanju kroz vazduh)

Primer: pregrada sa po dve pločegipsa na potkonstrukciji sa različitim profilima

d = 2x12,5mm (ploča 13 kg/m2 )a = 100 mmD = 80 mm

Uticaj elastičnosti veza u podkonstrukciji

50

60

70

80

Izol

acio

na m

oc R

, dB

100 200 400 800 1600 315020

30

40

MW profil Rw=64dB

CW profil Rw=59dB

frekvencija, f, Hz

D

d

d

a

Prozori i vrata –pregrade koje se otvaraju

9

3

Putevi prolaska zvuka kroz vrata ili prozor:

1. kroz krilo2. kroz fugu između krila i okvira3. kroz fugu između okvira i zida

1

2 Neminovne fuge umanjuju izolacionu moć koju ima krilo samo za sebe.

Povećanje izolacione moći se postiže: - povećavanjem mase krila (putanja 1)- poboljšanjem zaptivanja (putanje 2 i 3)

Uticaj zaptivanja krila vrata: izolaciona moć istog krila sa različitim zaptivanjem

(bez uticaja fuge uzmeđu okvira i zida)

40

50

60

bez zaptivke razne zaptivke krilo zalepljenoIz

olac

iona

moc

R,

dB

(prema podacima BBC)

100 200 400 800 1600 315010

20

30

frekvencija, f, Hz

Uticaj mehanizma za zatvaranje vrata na njihovu izolacionu moć:

primer istih vrata sa dva različita mehanizma brave40

50

60

Rw=29 dB

Rw=31 dB

Izol

acio

na m

oc R

, dB

(prema podacima BBC)

100 200 400 800 1600 315010

20

30

frekvencija, f, Hz

Zvučna zaštita u zgradama ─smanjenje strukturnog (udarnog) s a je je st u tu og (uda og)

zvuka

To unosi dinamičku pobudu (zvuk) u materijalu koja se dalje širi.

F

podloga

Strukturni zvuk nastaje delovanjem spoljašnje mehaničke sile na građevinski materijal pregrada.

Izvori strukturnog zvuka mogu biti

- impulsne pojave (koraci, ispadanje predmeta na pod, udar vrata, itd.)

- kontinualne pojave (rad motora oslonjenog na konstrukciju,instalacije, itd.)

Povećavanje izolacione moći pregrada i diskontinuiteti u konstrukciji umanjuju u izvesnoj meri prenos udarnog zvuka kroz konstrukciju zgrade.

Međutim, adekvatna zaštita od udarnog zvuka postiže se samo delovanjem na mestu njegovog nastanka.

F1

Zaštita se realizuje elastičnim osloncima ispod mase na k j j t j b d

F2

podloga

masa

elasticnost

kojoj nastaje pobuda

Cilj je da se postigne

F2 < F1

10

Kada je strukturna pobuda distribuirana, zaštita se postiže plivajućim podom

F1

masa

elasticnost

F2

podloga

elasticnost

Kada je strukturna pobuda distribuirana, zaštita se postiže plivajućim podom

F1

masa

elasticnost

F2

podloga

elasticnost

Važno: plivajući pod samo malo doprinosi zvučnoj izolaciji tavanice od vazdušnog zvuka

L

Postupak merenja izolacione moći od udarnog zvuka

Pri pobudi udarnim zvukom nije moguće meriti veličinu pobude, kao u slučaju izolacije od vazdušnog zvuka (nivo zvuka u pobudnoj prostoriji)

57

L1

Ln

L1

Dostupan je merenju samo nivo zvuka u prijemnoj prostoriji L1

Na osnovu takvog podatka se određuje kvalitet izolacije tavanice

Za pobudu udarnim zvukom uveden je standardni izvor zvuka udara (takozvana “tapkalica”)

58

Ono što se dobija kao rezultat merenja jeste nivo zvuka udara pri pobudi standardnim izvorom zvuka udara

40

50

60

70

Niv

o z

vuka

ud

ara

Ln,

dB

40

50

60

70

Niv

o zv

uka

udar

a L

n, dB

100 200 400 800 1600 315010

20

30

40

frekvencija, f, Hz100 200 400 800 1600 3150

10

20

30

40

frekvencija, f, Hz

Kako razumeti podatke o zvučnoj izolaciji u zgradamazvučnoj izolaciji u zgradama

11

Svi numerički podaci o vrednostima akustičkih parametara kojim se izražavaju izolaciona svojstva pregrada dobijaju se merenjem.

Svako merenje uključuje neku mernu nesigurnost (measurement uncertainty) koja se mora poznavati pri interpretaciji podataka u projektovanju.

Za iskazivanje merne nesigurnosti koristi se koncept ponovljivosti i reproduktivnostip

PONOVLJIVOST (r) – bliskost rezultata dobijenih sukscesivnim ponavljanjem procedure merenja u jednoj laboratoriji.

REPRODUKTIVNOST (R) – bliskost rezultata u različitim laboratorijama (dobijeni istom mernom metodom na identičnom ispitnom materijalu).

10

15

20

reproduktivnost

ponovljivost

a iz

olac

ione

moc

i (dB

)

Priroda zvučnog polja u predajnoj i prijemnoj prostoriji određuje tačnost merenja izolacione moći koja se može očekivati?

Reproduktivnost i ponovljivost prema ISO 140-2

100 200 400 800 1600 31500

5

pono

vljiv

ost m

eren

ja

frekvencija (Hz)

10

15

20

reproduktivnost

ponovljivost

a iz

olac

ione

moc

i (dB

)

Priroda zvučnog polja u predajnoj i prijemnoj prostoriji određuje tačnost merenja izolacione moći koja se može očekivati?

ISO konstatuje:

U jednoj laboratoriji ponovljena merenja iste pregrade mogu dati rezultate koji variraju u intervalu 2 dB

(na pojedinim frekvencijama varijacije mogu biti do 4 dB)

Reproduktivnost i ponovljivost prema ISO 140-2

100 200 400 800 1600 31500

5

pono

vljiv

ost m

eren

ja

frekvencija (Hz)

Merenja jedne pregrade u različitim laboratorijama mogu dati rezultate koji variraju u intervalu do 4 dB

(na pojedinim frekvencijama varijacije mogu biti i do 8 dB)

Primer rezultata merenja zvučne izolacije jednog gipsanog zida

40

50

60

70

Izol

acio

na m

oc R

, dB

Zaključak za projektante:40

50

60

70

Izol

acio

na m

oc R

, dB

Posledica:

100 200 400 800 1600 315010

20

30

frekvencija, f, Hz

Rw=53 dB

j p j

U tumačenju podataka o izolacionoj moći podrazumeva se da postoji moguća tolerancija u zavisnosti od toga ko je dao podatak i kada je merio.100 200 400 800 1600 3150

10

20

30

frekvencija, f, Hz

Reproduktivnost i ponovljivost merenja nivoa zvuka udara prema ISO 140-2

10

15

20

reproduktivnost lab

ponovljivost lab

reproduktivnost teren

zola

cion

e m

oci (

dB

)

100 200 400 800 1600 31500

5

10

pono

vljiv

ost m

eren

ja i

frekvencija (Hz)

R (dB) R (dB) R (dB)

zahtevproračun

? merenje

Posledice bitne za proračun izolacije

zahtev ? merenje

12

R (dB) R (dB) R (dB)

zahtevproračun

? merenje

Posledice bitne za proračun izolacije

U programu za proračun zvučne izolacije na početku se zadaje margina sigurnosti s kojom se svi izračunati

lt ti k i j d bi i j d d bizahtev ? merenjerezultati koriguju da bi se pri merenju pouzdano dobio zadovoljavajući rezultat

UMESTO ZAKLJUČKA:

rezultati merenja jedne pregrade (iste strukture) u 136 zgrada

Kraj prvog dela