Izolacyjność akustyczna przegród budowlanych

Na świecie żyje ponad 7,5 mld ludzi w Polsce ponad 38 mln, przy czym największa gęstość zaludnienia jest w miastach. Mieszkamy, pracujemy, uczymy się i odpoczywamy korzystając wspólnie z wielkokubaturowych obiektów, transportu, czy terenów zielonych. Jednym z ważniejszych czynników, który wpływa na spadek komfortu naszego codziennego życia, jest hałas, zarówno ten, który do nas dociera, jak i ten, którego my jesteśmy przyczyną. Czym jest hałas? Hałas to dźwięk niepożądany, wręcz przykry, przeważnie o wysokim poziomie, którego działanie może być uciążliwe lub szkodliwe dla człowieka. Większość z nas dokładnie tak to odbiera, ale jak z hałasem walczyć?

Aby zrozumieć istotę hałasu, a co za tym idzie, właściwie mu przeciwdziałać, musimy zrobić krótkie powtórzenie z fizyki.

Zacznijmy od zdefiniowania - czym jest dźwięk? Najkrócej rzecz ujmując - dźwięk to spowodowana drganiami fala akustyczna o częstotliwości między 20 Hz a 20 000 Hz, rozchodząca się w ośrodkach sprężystych - czyli gazach, płynach i ciałach stałych. Wystarczy porównać wartości szybkości rozchodzenia się dźwięku w betonie = 5 000 m/s, wodzie = 1 450 m/s i powietrzu = 340 m/s, żeby zrozumieć, że im bardziej sprężysty ośrodek tym fala rozchodzi się szybciej. Wynika to z różnic struktury ośrodków - im cząsteczki są bliżej siebie - tym dźwięk szybciej się rozchodzi. Można powiedzieć, że mają mniejszą drogę do przebycia, aby się zderzyć i przekazać energię. Te zaburzenia falowe wywołują subiektywne wrażenie słuchowe.

Zatem dźwięk, to zachodzące z określoną częstotliwością zmiany ciśnienia akustycznego w ośrodku, na które reaguje organ słuchu. Ucho ludzkie reaguje na względną zmianę poziomu dźwięku wyrażaną w decybelach - dB. Najniższa wartość ciśnienia akustycznego, dla częstotliwości 1 000 Hz, wykrywanego przez ucho ludzkie wynosi średnio 20 µPa i jest to próg słyszalności. Na drugim końcu skali mamy ciśnienie o poziomie 20 Pa, które stanowi próg bólu.

Poza dźwiękami słyszalnymi wyróżnia się infradźwięki, posiadające częstotliwość poniżej progu słyszalności, ultradźwięki o częstotliwości powyżej progu słyszalności oraz hiperdźwięki, posiadające większą częstotliwość od ultradźwięków.

Pytanie kontrolne – dlaczego w próżni nic nie słychać? Odpowiedź: gdyż nie ma cząsteczek, które „by się zderzały”.

Jeżeli już wiemy co to jest dźwięk, a niektóre dźwięki to hałas, to jeszcze powinniśmy przypomnieć sobie - co to jest decybel, aby zrozumieć skalę jaką posługujemy się przy mierzeniu dźwięku. Na podstawie badań przyjęto, że najmniejsze ciśnienie akustyczne, jakie jest w stanie usłyszeć człowiek, to 20 μPa. W ten sposób zdefiniowano poziom 0dB, który jest umownym progiem czułości ludzkiego ucha.

A DECYBEL to 10 logarytmów dziesiętnych z ilorazu wartości mierzonej Wm do wartości odniesienia Wo:

dB = 10 log (Wm / Wo)

Poziom dźwięku wyrażony w decybelach to 10 logarytmów dziesiętnych ze stosunku kwadratu ciśnienia akustycznego do kwadratu ciśnienia odniesienia po równego 2 x 10-5 Pa:

Lp =10 log (p2 /po2)

Lp - poziom dźwięku
p - ciśnienie akustyczne w określonym miejscu i czasie
po - ciśnienie odniesienia.

Uwaga - pytanie kontrolne - Jeżeli odnotujemy wzrost / lub spadek poziomu dźwięku o 1dB, to o ile wzrosła energia źródła / źródeł? – odpowiedź: wzrost poziomu dźwięku o 1dB jest równoważny wzrostowi energii o 26%. Warto sobie utrwalić, że nie jest to skala liniowa, gdyż wzrost o 3dB następuje po podwojeniu energii źródła, wzrost o 6dB następuje po czterokrotnym wzroście energii źródła.

Po przypomnieniu pojęć dźwięku i decybela będzie łatwiej nam zrozumieć jak „przeciwdziała” hałasowi izolacyjność akustyczna przegród budowlanych.

W zależności od rodzaju źródła emisji dźwięku rozróżnia się hałas przemysłowy (na stanowiskach pracy i w otoczeniu zakładu), komunikacyjny (drogowy, kolejowy i lotniczy) oraz osiedlowy (komunalny i mieszkaniowy). Bezpośredni wpływ hałasu na ludzi objawia się zakłóceniami ich aktywności tj. wypoczynku, komunikacji słownej, pracy umysłowej, itp., stwarzając jednocześnie odczucie dyskomfortu i uciążliwości wywołanej warunkami akustycznymi. Hałas wpływa niekorzystnie na narząd słuchu, układy nerwowy i krążenia oraz inne narządy wewnętrzne; hałas o poziomie natężenia dźwięku 45–70 dB jest przyczyną występowania u ludzi m.in. uczucia zmęczenia i ogólnego wyczerpania, obniżenia czułości wzroku, zwiększenia częstości występowania bólów i zawrotów głowy, stanów niepokoju i rozdrażnienia, niekorzystnie wpływa na sen i wypoczynek; powyżej 80 dB powoduje uszkodzenia narządowe (trwałe obniżenie ostrości słuchu lub chwilową głuchotę). Bardzo nieprzyjemny i szkodliwy jest krótkotrwały, nieoczekiwany hałas impulsowy powyżej 90 dB oraz wąskopasmowy o wysokiej częstotliwości, powyżej 4 000 Hz, np. pisk, syk.

W akustyce budowlanej mamy do czynienia z dźwiękami powietrznymi (środowisko powietrzne) i dźwiękami materiałowymi (środowisko przegrody). Jest to podział umowny, ale wystarczający (w rzeczywistości występują jeszcze kompilacje tych dźwięków). Skuteczność w ograniczaniu transmisji dźwięku między pomieszczeniami określa izolacyjność akustyczna przegrody budowlanej wyrażonej w dB. Dobrze zaprojektowane przegrody pionowe i poziome powinny zabezpieczyć pomieszczenie przed transmisją hałasu powietrznego i materiałowego, szczególnie hałasu bytowego i urządzeń wyposażenia technicznego budynków.

Wymagania dla izolacyjności akustycznej przegród w budynkach zostały określone w polskich normach z serii 02151-3. Najnowszą normą z tej serii jest norma z października 2015 r oznaczona numerem PN-B-02151-3:2015-10. Stosowanie norm reguluje rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (tekst jednolity z 18 września 2015 r., Dz.U. 2015, poz. 1422), dlatego wciąż obowiązuje norma z roku 1999 (PN-B-02151-3:1999), która została wycofana przez PKN i zastąpiona przez normę z 2015 r. Polska Norma PN-B-02151-3:2015 określa wymagania dotyczące izolacyjności akustycznej ścian wewnętrznych, drzwi, stropów i przegród wewnętrznych oraz wymagania dotyczące dopuszczalnego poziomu dźwięków uderzeniowych przenikających do pomieszczeń chronionych w budynkach mieszkalnych wielorodzinnych i jednorodzinnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Podano w niej również wymagania dotyczące izolacyjności akustycznej od dźwięków powietrznych i uderzeniowych elementów budowlanych. Niniejszą normę stosuje się przy projektowaniu, wznoszeniu i przebudowie budynków mieszkalnych wielorodzinnych i jednorodzinnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Należy pamiętać, że ta norma nie obejmuje pomieszczeń, dla których wymagania dotyczące ochrony przed hałasem są podyktowane specjalnymi względami użytkowymi takich, jak: szkoły muzyczne, rozgłośnie radiowe i telewizyjne, laboratoria do badań akustycznych, obiekty teatralne i kinowe.

Wydanie nowej normy wynikało z konieczności: poprawy i uaktualnienia nazewnictwa budynków i pomieszczeń, podniesienia wymagań w stosunku do rzeczywistych potrzeb i stanu techniki, poprawy sposobu ustalania wymaganej izolacyjności przegród zewnętrznych i wzięcia pod uwagę powierzchni przegród, aktualizacji powołań normatywnych. Celem ich stosowania jest szeroko pojęta ochrona przed hałasem: zewnętrznym, przenikającym do wnętrza budynku z otoczenia, wewnętrznym instalacyjnym i wewnętrznym bytowym.

Jeżeli mówimy o izolacyjności przegród budowlanych to norma zawiera szczegółowe wytyczne i wymagania dla skategoryzowanych obiektów i elementów budowlanych. Wytyczne te dla wygody odbiorcy umieszczone są w tabelach, gdzie w czytelny sposób mamy opisany: rodzaj dźwięku np. powietrzny, rodzaj obiektu np. budynek mieszkalny, przegroda np. stropy między mieszkaniami i wymagana wartość parametru izolacyjności akustycznej, np.:

• minimalna wymagana wartość wskaźnika R’A1 [dB] – dźwięki powietrzne

• minimalna wymagana wartość wskaźnika L’n,w [dB] – dźwięki uderzeniowe

Każdy zastosowany na budowie materiał lub element budowlany ma określone parametry izolacyjności akustycznej. Podstawową wiedzę o jego właściwościach uzyskujemy z laboratorium akustycznego, gdzie uwzględnia się poziom ciśnienia po obu stronach przegrody oraz jej wielkość.

Na przykład dla dźwięków powietrznych izolacyjność akustyczną właściwą badanej próbki przegrody wylicza się z poniższego wzoru:

R(f) = L1(f) - L2(f) + 10 . log S/A gdzie:
R(f) - izolacyjność akustyczna właściwa funkcji częstotliwości [dB]
L1(f) - poziom ciśnienia akustycznego w komorze nadawczej [dB]
L2(f) - poziom ciśnienia akustycznego w komorze odbiorczej [dB]
A - chłonność akustyczna pomieszczenia odbiorczego, [m2]
S - powierzchnia próbki, [m2]

Izolacyjność akustyczną przegrody, wykonanej z tego samego materiału, możemy zmierzyć w terenie, na konkretnej budowie. Procedura obliczeniowa jest podobna do tej wykonywanej w laboratorium. Główne różnice, to rozmiar badanego elementu, wielkość oraz chłonność akustyczna pomieszczeń. Zestawiając pomiary laboratoryjne z terenowymi uzyskujemy następujące parametry:

• Rw (C; Ctr) → pomiar w laboratorium → KONKRETNY WYRÓB [PN-EN ISO 10140-2:2011]

• R’w (C; Ctr) → pomiar w terenie → BUDYNEK [PN-EN ISO 16283-1:2014 (140-4:2000)]

gdzie: Rw – ważony wskaźnik izolacyjności akustycznej właściwej – pomiar laboratoryjny [dB]
R’w – ważony wskaźnik izolacyjności akustycznej właściwej przybliżonej – pomiar terenowy [dB]
C – widmowy wskaźnik adaptacyjny dla hałasu bytowego [dB]
Ctr – widmowy wskaźnik adaptacyjny dla hałasu komunikacyjnego [dB]
K – poprawka określająca wpływ bocznego przenoszenia dźwięku

Istotną rolę odgrywają wskaźniki adaptacyjne C i Ctr. Są to parametry pokazujące jak reaguje dana przegroda pod wpływem hałasu o określonym widmie częstotliwości. Zauważmy, że:

Rw (C;Ctr) => (Rw – C; Rw – Ctr)= (RA1; RA2)
R’w (C;Ctr) => (R’w – C; Rw – Ctr)= (R’A1; R’A2)

Kiedy do oceny izolacyjności akustycznej stosujemy R’A1, a kiedy R’A2? Określa to Polska Norma [PN-EN ISO 717-1:2013]. Wskaźnik R’A1 odnosi się do przede wszystkim do przegród wewnętrznych, przy których uwzględnia się głównie hałas sąsiedzki – rozmowy, dźwięk z radio i telewizji, ale też ruch na drodze > 80 km/h, ruch kolejowy z dużą prędkością, samoloty odrzutowe w małej odległości, zakłady przemysłowe emitujące hałas o średnich i wysokich częstotliwościach. Natomiast R’A2 stosujemy głownie do przegród zewnętrznych, gdzie źródłem hałasu jest uliczny ruch miejski, ruch pojazdów torowych (małe prędkości), samoloty odrzutowe z dużej odległości, muzyka klubowa, zakłady przemysłowe emitujące hałas o niskich częstotliwościach, helikoptery, czy urządzenia instalacyjne budynku.

Zauważmy, że w ulotkach i katalogach wyrobów Siniat głównym parametrem opisującym izolacyjność akustyczną jest wskaźnik RA1 (bez primu). Wynika to z oczywistych względów, że mamy do czynienia ze ścianami działowymi w systemach suchej zabudowy, które głównie stosujemy wewnątrz budynku. Jeżeli jednak przegrodę wykonaną w systemie Siniat zechcemy zastosować w projekcie budowlanym lub zmierzymy jej izolacyjność akustyczną na budowie, wtedy posługujemy się parametrem R’A1 (z primem), uwzględniającym przenoszenie pośrednie całego układu przegród.

Tutaj zwracam uwagę, że w normie PN-B-02151-3:2015-10 wprowadzono pewne uproszczenie dla projektantów. Mianowicie większość wymagań dla izolacyjności akustycznej jest opisanych wskaźnikiem R’A1. Jednak dla ścian działowych w obrębie tego samego mieszkania posługujemy się wskaźnikiem RA1, co oznacza, że w tym przypadku możemy sięgać po gotowe rozwiązania firmy Siniat wprost z katalogu, nie martwiąc się o przenoszenie boczne. Jest to bardzo wygodne i praktyczne rozwiązanie.

W polskich normach występują jeszcze inne wskaźniki izolacyjności, np.:

• D’nT, A1 – ważony wskaźnik oceny wzorcowej różnicy poziomów [dB]

• L’n,w – ważony wskaźnik poziomu uderzeniowego znormalizowanego przybliżonego (w budynku) [dB]

• ΔLw - ważony wskaźnik zmniejszenia poziomu uderzeniowego podłogi pływającej lub lekkiej podłogi ułożonej bezpośrednio na stropie albo wykładziny również położonej bezpośrednio na stropie;

Przy projektowaniu budynku i jego przegród wewnętrznych należy uwzględnić wpływ wszystkich dróg przenoszenia dźwięku, w tym przenoszenia bocznego. Dźwięki w budynku przenoszą się nie tylko drogą najkrótszą, przez ścianę czy strop oddzielające pomieszczenia, ale również przez np. ściany zewnętrzne - zarówno w kierunku pionowym jak i poziomym, stropy i wszystkie pozostałe przegrody w budynku.

WPŁYW PRZENOSZENIA BOCZNEGO OKREŚLA SIĘ DROGĄ POMIAROWĄ ORAZ W SPOSÓB OBLICZENIOWY ZGODNIE Z NORMAMI PN-EN 12354-1 I PN-EN 12354-2.

Do obliczenia przenoszenia bocznego dźwięku niezbędna jest znajomość szeregu danych określających właściwości elementów budowlanych rozdzielających pomieszczenia: izolacyjność akustyczną właściwą elementu rozdzielającego pomieszczenia oraz elementów przylegających do przegrody rozdzielającej – po obu stronach przegrody; powierzchnie elementu rozdzielającego pomieszczenia i wszystkich elementów do niego przylegających oraz długości złącz pomiędzy elementami; przyrosty izolacyjności związane z zastosowaniem ustrojów zwiększających izolacyjność akustyczną przegród – ΔR; wskaźniki redukcji drgań dla każdej drogi przenoszenia i każdego złącza. Norma zawiera wartości wskaźników K dla różnych typów złącz, tj. złącza ścian lekkich dwupowłokowych, złącza ściany z warstwami elastycznymi, sztywnego złącza krzyżowego, czy złącza typu T. Proces obliczeniowy jest trochę skomplikowany jednak niezbędny dla prawidłowej oceny efektywnej izolacyjności akustycznej projektowanego układu ścian.

Zauważmy, że pojawił się stosunkowo nowy wskaźnik, który od omawianych parametrów różni się dodatkowym symbolem „R”. Jest to tzw. Wskaźnik projektowy, który wprowadza korektę 2 dB na zastosowane rozwiązania przegród i elementów budowlanych:

• RA1R = RA1 - 2dB

• RA2R = RA2 - 2dB

• Ln,wR = Ln,w + 2dB

• ΔLwR = ΔLw – 2dB

Przyjęte w projekcie wartości izolacyjności akustycznej konkretnych rozwiązań, np. ścian działowych Siniat, skorygowane o 2dB dają pewność, że zostaną osiągnięte na etapie budowy.

Przy wytycznych projektowych musimy uwzględnić wiele czynników: normy, parametry elementów i materiałów budowlanych, korektę tych parametrów z uwzględnieniem funkcji i wpływu otocznia na obiekt, jego zaplecze techniczne a nawet zmiany urbanistyczne okolicy i jej infrastruktury. To złożony i pracochłonny proces. Czasami należy również uwzględnić czynnik ludzki – czyli brak wiedzy Inwestora czy Wykonawcy, którzy chcąc zaoszczędzić na materiałach, a tak naprawdę narażają się na większe koszty. Oczywiście taniej jest wykonać od podstaw prawidłowo obiekt niż dokonywać w nim, post factum, „poprawek”. Odnoszę jednak wrażenie, że akustyka budowlana jest coraz bardziej doceniana w naszym kraju.

Pytanie kontrolne – Jak często, wbrew swojej woli, „uczestniczysz w życiu rodzinnym sąsiadów” będąc we własnym mieszkaniu? – odpowiedź: zbyt często. Zmieniajmy ten stan rzeczy porządnym projektem i sprawdzonymi rozwiązaniami o gwarantowanej izolacyjności akustycznej.

mgr inż. Artur Kozak
specjalista akustyk

www.akustyczne.pl