Първите научни изследвания в областта на звукоизолацията започват още през 40-те години на миналия век с една от първите публикации на немския учен професор Крeмер (Cremer) през 1942г. Той поставя основите на теорията за еднолистови системи (single leaf) за звукоизолация. Именно това е първата система за звукоизолация, която ще ви представим. Ще се запитате защо е система, като я наричаме еднолистова? Отговорът е, че в строителната акустика разглеждаме всички системи съставени от само плътни материали, които не са разделени от въздушна междина или въздухопроницаем материал като еднолистови. Примерите са много:
Генерално всички системи от твърди материали, които са слепени или захванати помежду си, ние приемаме като еднолистови системи.
Преди да разберем, какви свойства на материалите в еднолистовите системи определят тяхната степен на звукоизолация, трябва да направим едно много важно разделение. Ще разделим листовете системи на два типа:
В случая на хомогенни изотопни системи, типичната графика на звукови загуби изглежда така:
Отличават се пет различни зони, които са определящи за степента на звукоизолация.
Зона едно, наречена още „Stiffness controlled“ се определя от якостта на огъване на системата, което е функция от неговата еластичност и размери (дължина, височина и дебелина). Любопитен факт е, че ако сравним звукоизолацията на метален лист с дебелина 0.6мм и размери 2,00/ 2,00м и на същия лист, но с размери 0,20/0,20м резултатите ще бъдат коренно различни, особено в зона едно. Малкият размер ще покаже много по-високи стойности, отколкото големия размер, защото якостта на огъване на листа с размери 0,20/0,20м е много по-голяма. Възможност за повишаване на якостта на огъване е формуване на този лист материал, като LT ламарина (нагъване в определен профил).
Зона две – резонансна честота на системата. Както знаем в природата всеки предмет, сграда, машина си има своя собствена честота. Тя се определя от формата, якостта на материала, от който е изпълнена, и от размерите му. Най-често даваният пример е с чаша вино. Тя има честота, която, ако влезе в резонанс с гласа на оперен певец, би счупила чашата. В строителните системи е същото. Всеки преграден елемент си има собствена резонансна честота, която се определя от размерите, теглото и якостта на огъване на елемента. Ако вземем горния пример, резонансната честота на по-малкия размер метален лист е различна от тази на по-големия лист.
Увеличавайки масата на системата, резонансната честота намалява, като по този начин увеличава якостта на огъване на системата и резонансната честота се увеличава. Когато търсим добра изолация, целта е да намалим резонансната честота под прага на човешкия слух (20Hz).
Третата зона е зоната, която се влияе най-много от теглото на системата и е дефинирана с „масовият“ закон, който гласи: При всяка следваща честотна лента звуковите загуби на системата се увеличават със скорост 6dB на честотна октава. Ако увеличим масата на системата два пъти, ще увеличим звукоизолацията в тази зона с 6dB. За да си го представите по-добре нека разгледаме един пример.
Ако имаме бетонена стена с дебелина 8см, която има тегло 192кг/м2, за да увеличим звукоизолацията в тази зона с 6dB, то трябва да удвоим дебелината. Ако върху нея поставим един слой битумна мембрана с тегло от 5кг/м2, то звукоизолацията би се променила с 0.15dB, което е пренебрежително малко.
Четвъртата зона е най-объркващата и трудна за разбиране. Това е зоната на честотното съвпадение. Най-просто казано, това е най-ниската честота, при която ъгъла на попадане на звуковите вълни съвпада с ъгъла на огъване на преградата, предизвикано от звуково натоварване. Стойността на тази честота и на степента на резонанса зависи от два фактора: коефициента на вътрешни загуби на материала и якостта на огъване. Важно е да направим разграничение между собствената резонансна честота и тази на съвпадение. Тази на съвпадение се проявява най-често във високите честоти и е пряко свързана с ъгъла на попадане на звуковите вълни върху преградния елемент.
И на последно място е петата зона, която е отредена за влиянието на вътрешните загуби на материала. С повишаване на честота звуковите загуби нарастват с 9dB.
Ситуацията при ортотропните системи е много подобна от гледна точка на зони, но тяхното влияние е по-различно. Например зона три (закона на масите) има много по-малък честотен обхват, отколкото зона четири (честотното съвпадение). Графиката е равна в средните честоти, което рефлектира на нисък индекс на звукоизолация.
Това е една от причините, поради които единичните тухлени зидарии с кухи тухли не могат да достиг виатсоки нива на звукови загуби дори и теглото им да бъде двойно увеличено. Изчислителните модели на тези системи са изключително усложнени и включват математически апарати, за да бъдат постигнати вярно измеренирезултати.
Когато искаме да направим звукоизолация от еднолистова система, трябва да изберем комбинация от материали, които да са хомогенни с висока якост на огъване и високо тегло. За да увеличим звукоизолацията на системата, чрез добавяне на тегло, то това тегло трябва да е поне 50% от вече съществуващото. При нехомогенни материали, не можем да очакваме, че увеличаването на теглото ще повиши звукоизолацията. За да повишим индекса, трябва да търсим увеличаване на якостта на огъване в най-слабата посока и увеличаване на вътрешните загуби на системата.
През 1949г. са издадени две публикации на Беракен & Лърк (Beranek & Work) и Лондон (London) на тема звукоизолация на двулистови системи (double-leaf) или познати още като двойни стени (double wall). Всички конструкции, които са съставени от две еднолистови системи разделени с въздушна междина или въздухопроницаем материал помежду им, се определят като двулистови системи или двойни стени. За да си го представите, ще ви дадем следните примери за такива системи:
Това са една много малка част от възможните примери и комбинации, които съществуват в строителната практика. Тук може да вметнем, че моделът за изчисление на двулистовите системи е приложим и при многолистови системи, които са съставени на принципа: твърд материал + въздухопроницаем материал + твърд материал + въздухопроницаем материал + твърд материал и т.н. Разликата е в това, че има по-голям брой резонансни честотни пада.
Двулистовите системи са най-масовите системи, които ползваме за звукоизолация на помещения. Ако сравним еднолистова система с двулистова на база на техните тегла, то двулистовата има над 6dB по-висока ефективност.
При двулистовите системи се наблюдават четири зони на промяна на кривата на звукоизолация, които се повлияват от вече познатите фактори: тегло, якост на огъване и вътрешни загуби. Няма да изпадаме в подробности как всеки фактор влияе, защото те са много подобни на еднолистовите системи. Единственото важно и различно при тях, е че резонансната честота се определя от резонансната честота на цялата система. Което значи, че се взима в предвид масата на двата твърди материала и разстоянието между тях.
Тук можем да вметнем, че когато говорим за многолистови системи, се появяват повече от една резонансна честота, поради наличието на повече от една въздушна междина, което в голяма част от случаите влошава звукоизолацията в ниски и средни честоти.
Голямата разлика и това, което отличава двулистовите системи от еднолистовите, е наличието на още два фактора, които тотално изместват графиката. Това са наличието на въздухопроницаем (absorption) материал във въздушната междина между двете твърди тела и вида на връзката между тях.
Според редица автори, участвали в множество изследвания на връзката, между звукоизолацията на елемент и наличието и вида на звукопоглъщащи материал, можем да направим следните генерални изводи:
Разбира се, тук трябва да добавим и как влияе дебелината на въздушната междина, която отсъства при еднолистовите системи. Нейното влияние при наличие на въздухопреминаване се ограничава само в ниските честоти, но в случая на липса на такъв материал, увеличаването на дебелината два пъти повишава индекса с 3 до 6dB. Това е особено важно за стъклопакетите, където не е възможно поставянето на въздухопроницаем материал между стъклата.
Другият изключително важен фактор е връзката на двете твърди плоскости. От графиката става ясно, че влиянието ѝ е в средни и високи честоти, след честота на акустичен мост (fbr) увеличаването на индекса може да е до 20dB, ако няма наличие на такава връзка. Разбира се, в практиката това е много трудно изпълнимо и е силно зависещо от устойчивостта на системата. Затова редица компании и учени разработват системи, в който да намалят влиянието на „връзката“. Това, до което са достигнали е, че броят връзки, разстоянията между тях и динамичната коравина са от изключително значение на ефективността на предаване на звука през нея. За да не изпадаме в подробности, накратко ще отбележим примери за различни еластични връзки:
Когато избираме такива системи, например: правим пред стенна обшивка или окачен таван или щендерна стена, за да постигнем максимална ефективност освен масата и якостта на огъване на системата, то трябва да поставим въздухопроницаем материал във въздушната междина и трябва да изберем максимално еластични връзки (окачвачи) между двете конструкции.
За да преведем цялата тази информация на практичен език, можем да направим следните обобщения:
Няма как да пропуснем да ви споделим, че това са генерализирани изводи, които са направени на база много научни модели и експерименти. В разработките може да се открие много повече информация с комплексни формули. И до ден днешен, всички разработени модели допускат отклонения от 1 до 3dB, поради комплексните физични явления, които не могат да се обхват в един математически модел. Въпреки това, науката е категорична, че това са най-важните параметри, които ни водят при проектирането и изграждането на звукоизолационните системи.
Ако си припомним от предишната статия, звукоизолацията на един елемент е първия от двата фактора, които определят степента на звукоизолация на дадено помещение. Във следващата част ще се запознаем, как при една стена, която има висок индекс на звукоизолация, може финалният резултат за проникването на звука в помещението да е два пъти по-нисък, ако пренебрегнем другия фактор и как една отвор от 5мм може да ни лиши от спокойния сън.