Шумоизоляция и звукоизоляция пола теория, материалы, технология, схемы

Мастер на все руки

Акустическое загрязнение – не последний из вредных нежелательных эффектов все усложняющегося мира. Сосед, играющий на кларнете и трубе, уже никому не покажется великолепным. Если даже каждый знает, что он хороший человек, игрой зарабатывает себе на жизнь и средств на аренду зала для репетиций не имеет. Вся объединение обстоятельств нашей жизни усугубляет негативное воздействие зашумленности на человека, благодаря этому шумоизоляция дома сегодня считается жизненно нужной. В данной статье рассматривается, как приемлемо заглушить один из наиболее «упрямых» источников шума в квартире – пол.

Они или мы?

Пол – не главный, но и не последний путь проникновения шума в жилую площадь. Сражаться с шумящим полом сложнее и дороже, чем со стенками, потолком и даже проемами – окнами, дверями. В первую очередь нужна шумоизоляция пола от нижних соседей, т.к. звук менее всего тухнет, расширяясь снизу вверх. Если соседи несговорчивы и постоянно шумят, надеяться можно лишь на себя и тратиться на изоляцию необходимо попытаться поменьше; предлагаемые варианты рассмотрим дальше по ходу изложения.

Однако глушить необходимо и шумы, распространяющиеся сквозь пол в обратном направлении. Самое первое, соседи внизу, пускай и скандальные, люди с теми же правами. Второе, удачное шумоподавление в жилом доме может быть только комплексным: превращение одной взятой отдельно квартиры в сурдокамеру технически возможно не больше, чем построение коммунизма в одном отдельно взятом городе.

Что глушить?

Звуко- и шумоподавление нередко считают синонимами, но это не очень правильно. Касательно к нашей теме различия такие:

  • Шумоизоляция пола – при подавлении спектр ненужных звуков (шумов) меняется настолько, что они теряют внятность, т.е. различимые на слух осмысленные элементы. Неясный чужой звук при такой же интенсивности (см. дальше), что и смысловой, существенно не так раздражает, а при постоянном и/или долгосрочном влиянии меньше приносит ущерба здоровью телесному и душевному. Шумоизоляция, в основном, мероприятие технически трудное, дорогостоящее и изготавливается в процессе постройки строения или приурочивается к его капитальному ремонту.
  • Звукоизоляция пола значит, что сторонние звуки подавляются без изменения спектра. Фоновый шумовой фон остается как есть, но приглушается до порога психофизиологического понимания (также см. дальше), т.е. устройствами крепится, однако в сознании не откладывается и жить не мешает. Внезапные резкие звуки глушатся до порога комфортности – слышно, однако не раздражает. Кроме большей простоты и дешевизны, звукоизоляция так же и естественнее – жить в полной тишине все равно что, будучи зрячим, ходить с завязанными глазами, простукивая дорогу палочкой.

Слух и звук

Сделать шумоизоляцию или подобрать подходящего подрядчика для нее невозможно, не владея некоторыми особыми знаниями. Материалов, схем и способов для подавления шумов в помещениях на рынке – разбегаются глаза и уши вянут. Фактически одно и тоже можно отыскать под совсем разными наименованиями и запутанными описаниями, а благодаря своему принципу разные продукты могут после «обработки» маркетологами смотреться схожими. Нам потребуется лучше всего раздел акустики – строительная акустика – и тесно связанная со всей наукой о звуке дисциплина психофизиология слуха, или ПФС.

Слух

Человеческое ухо различает звуки в большом 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 силы звука в дБ есть

L(дБ) = 20lg(L1/L2),

т.е., дабы получить отношение в разах, необходимо L(дБ) разделить на 20 и построить 10 в степень, равную полученному числу. 140 дБ, подобным образом, соответствуют разнице в 10 000 000 раз. В работе нередко нужно диапазон звука высказать в дБ относительно некоторой условной нулевой величины, называемой уровнем слышимости. Такой безоговорочный уровень силы звука отмечается L(дБА). Также выражается в дБ поток мощности звука, а вот говоря по существу его мощность пропорциональна квадрату интенсивности, благодаря этому в дБ она выражается так:

P(дБм) = 10lg(P1/P2).

Чувствительность уха и по частоте, и по уровню логарифмическая, т.е. ухо как бы непроизвольно вслушивается, пытаясь разпознать слабый сигнал на фоне крепкого «забивающего». Наши пращурам это помогло выжить и достигнуть успеха, но шумоизоляцию осложняет: чем крепче глушим, тем лучше ухо различает останки. Также чувствительность уха очень неравномерна по частоте, что показано слева на рис., где нарисовано семейство кривых равной громкости; слышимая громкость звука меряется в фонах. Те самые 140 дБА – это т. наз. болевой порог: ухо перестает распознавать звуки по смыслу и воспринимает звук просто как малоприятный раздражитель. Как p с тильдой обозначено безусловное мгновенное максимальное давление звуковой волны.

Кривые равной громкости и шкала психофизиологического понимания шума

Примечание: на зацвеченные области и разноцветные линии на кривых равной громкости пока не стоит обращать собственное внимание, они нам потребуются позже.

Психофизиологическое действие шума, т.е. его действие на настроение, самочувствие и самочувствие людей, определяется несколько по-иному, см. с правой стороны на рис. Там же даны максимально возможные уровни невнятной зашумленности для помещений разного назначения. Нестерпимый шумовой фон значит – способный без средств личной защиты немедленно повредить органы человека и/или вызвать контузию. У самолета он меряется на концах крыла; еще источниками невыносимого шума могут быть взрывные устройства, ужасающее падение высотных построек и натуральные бедствия.

В определенных государствах принята т. наз. расширенная шкала психофизиологического действия шума, где самая большая зашумленность поставлена:

  • Детские, комнаты для сна – 20-26 дБА.
  • Тихие рабочие помещения – 34-36 дБА.
  • Общие комнаты для проживания – 40-44 дБА.
  • Общественные помещения – 60 дБА.
  • Офисы и открытые общественные места – 70 дБА.
  • Помещения для производственных нужд – 90 дБА.

Т.е., на работе и на людях там в общем может быть шумнее, а вот дома должно быть «скромно». Однако что интересно: в подобных государствах массовые беспорядки и самые разнообразные брожения-завихрения массового сознания появляются приблизительно в три раза чаще при прочих равных условиях и длятся в 7-10 раз длительнее. Это, несомненно, не определяющий фактор «зомбирования» и «раскачки», но – курочка по зернышку клюет…

Звук

«Характеры» звуков

Действие звука на человека также во многом зависит от его спектра. Менее всего ощущаются и вредны шумы структурного спектра (поз. 1 на рис.): сплошного, плавного, невнятного. Оборудование для промышленности, напр. венткамера или насос подкачки в многоэтажке, даёт структурный спектр «розовый», с преимуществом низкочастотных (НЧ) составляющих, а электрифицированный инструмент – «голубой», более сочный высокочастотными (ВЧ) элементами. Глушение структурного шума требуется менее глубокое, чем внятного такой же интенсивности, приблизительно на 12 дБ, т.е. 4 раза.

Спектры шумов

Внятный спектр схож на структурный, но имеет смысловые части. При изменении громкости внятного шума огибающая его слышимого спектра также меняется (поз. 2), т.к. ухо вслушивается в что-то, как бы значащее. Степень глушения внятного шума считается эталонной и приводится в спецификациях на шумопоглощающие материалы, проектах шумоизоляции и т.п.

Самый вредный шумовой фон – спектрально-ударный (СУШ), поз. 3. Он действует не только собственным наличием, но и отсутствием: ждать следующего «буха» или серии иной раз тягостнее, чем слышать их. Острова ударного спектра размещаются на шкале частот с промежутками, кратными ключевой частоте первичного (вызвавшего шумовой фон) влияния. Они могут сливаться (нечто серенькое за заднем проекте поз. 3), и вот тогда ударный спектр схож на непрерывный, однако с существенной разницей: достаточно заглушить шумовой фон от первичного влияния (а на поз. 3), уймутся и другие. Все таки, глушение СУШ в конструкциях в строительстве – задача сложная: первичный остров, в основном, высокой интенсивности и низкочастотный, а НЧ в плотных тяжёлых материалах глушатся намного сложнее ВЧ. В среднем, для глушения СУШ требуется звукоизоляция на 20-26 дБ (в 10-20 раз) эффектнее, чем для внятного шума.

Насколько глушить?

Сейчас вернемся к цветным деталям на кривых равной громкости. Тут же видно, что для глушения «визжащих» ВЧ шумов, менее слышимых НЧ и внятных в диапазоне самой лучшей слышимости 200-5000 Гц до отметки на грани комфортности в 85 дБА требуется приблизительно одна и та же изоляция, это уже прекрасно. Учтем еще следующее:

  • Сила звука зависит от амплитуды колебаний излучателя (см. дальше) по квадрату частоты, т.е. НЧ излучаются в воздух плохо.
  • Плохое влияние ВЧ звуков более краткосрочно, а НЧ вреднее при долгосрочном влиянии.
  • Уровни безмерно громких, но переносимых звуков лежат в диапазоне 100-126 дБА; это соотв. пневмоперфоратор в близи 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 шумовой фон от болевого порога до шелеста листьев в жилом доме просто нереально. Петарды в жилище взрывать запрещено, усилитель для сцены дома проводка не потянет. Благодаря этому пойдём от 100 дБА инструмента для строительных работ. Чтобы заглушить их до вполне удобных 45 дБА, потребуется изоляция на 55 дБ, что в доме достижимо без глобального ремонта, см. дальше. Тогда при шуме в 140 дБА в помещении будет 85 дБА, что краткосрочно переносимо. Закладываться на непереносимые шумы смысла нет, т.к. их появление в обжитых местах предсказать невозможно. Говоря по существу, мы «на пальцах» пришли к нормативному индексу подавления шума –Iв по СНиП II-12-77 в 60дБ.

Где глушить?

Шум распространяемый по воздуху от пола (1) на рис., попадает сквозь щели и дыры, пардон, щели и проемы в перекрытии. Появляется он нечасто: соседям снизу навряд ли необходим щелястый дырявый потолок. Однако шум распространяемый по воздуху громок, а на полу сражаться с ним тяжело: необходимо снимать настил, сбивать стяжку до плиты и заделывать шумопоглощающей мастикой и/или вспененными изоляторами (см. дальше) все его лазейки. Сверху мазать-конопатить толку нет: воздушные толчки раскачают стяжку, обрешетку, настил, и общий, как говорят, интегральный, шумовой фон, может лишь усилиться. Поднесите к выхлопной струя пылесоса бумажный лист – будет понятно, почему.

Способы проникновения шума сквозь пол

Виброшумы (2) попадают сквозь пол косвенно: первичный источник делает в стенах волны механических стрессов со структурным спектром (С). Дойдя в стене до венца (корня) заложения в нее плиты, С-волны бросаются в нее просто с остервенением, а далее вверх их уходит немного. Физика данного явления довольно трудна, но факт налицо: нижних соседей через этаж не слышно и в блочных квартирах хрущевского типа, хоть бы они там на поверхности стен танцевали. Дальше вибрации плиты преобразовуются в поверхностные волны на ней, которые и «озвучивают» помещение. Виброшумы могут быть очень громкими, но глушатся очень легко и разгрома в квартире, т.к. лежат в области СЧ-ВЧ.

Намного серьезнее ударные шумы (3) и (4), не путать со спектрально-ударными звуками. Самое первое, они возбуждаются колебаниями плиты как целого под воздействием волн звука от первичного источника, подавить которые куда сложнее, чем поверхностную вибрацию. Второе, лежат в области НЧ, особо вредных при долгосрочном влиянии и тяжеловато гасимых. Благодаря этому к очагам ударных шумов на полу следует приглядеться пристальнее.

Поршень и мембранной ткани

Прекрасная звукоизоляция «противоударного» типа – перевод пола в режим поршневого излучателя: достаточно тяжёлой и жёсткой пластины на упругих подвесах, поз. 1 на рис. Достигнуть этим методом подавления шумов на 60 дБ – не предел. Как пол делают поршнем технически, посмотрим дальше, а пока отметим его ценнейшее для строительной акустики свойство: очень невысокую результативность излучения. Электродинамические головки громкоговорителей (динамики), которые и есть максимально улучшенные излучатели-поршни, имеют звуковой 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 получившийся звук в комнату еще хуже. Правда, в электроакустике более ценится другое качество поршневых излучателей: высокая преданность воспроизведения первичного сигнала. Для стройакустики это тоже значительно: небольшой уровень призвуков делает легче борьбу с вибрациями и ВЧ шумами.

Поршневой и мембранный излучатели звука

Однако пол-поршень технологически очень сложен, трудоемок и затратен. Только полным перенастилом дело не обойдется, понадобится менять и облицовку. Более того, поршневая звукоизоляция отнимет от высоты помещения не меньше 100-150 мм, что удобству совсем не содействует. Благодаря этому в порядке текущей эксплуатации полы нередко шумоизолируют, оставляя их в режиме мембранной ткани – упругой пластины, жестко закрепленной по краешкам.

Мембранная ткань, в отличии от поршня, имеет механическую добротность Q>1 (см. дальше) и благодаря этому может прекрасно источать некоторые частоты. Сколько и каких – определяется т. наз. модой излучения мембранной ткани. На 1-й моде (поз. 2) есть одна излучающая область, не обязательно точечная/миниатюрная; 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 мембранной ткани могут быть продольными ml и поперечными mw. Общая мода m определяется как их творение. Напр., при ml = 4 и mw = 3 m = 4х3 = 12 и может излучаться до 12-ти частот, а совокупный спектр излучения будет ударным. Что, разумеется, плохо, однако, если требуется пресечение до 26-30 дБ, то звукоизоляцию можно изготовить собственноручно, обойдясь переборкой пола.

Q

Понятие механической добротности нам еще потребуется. Это, говоря просто, способность механической системы отзываться колебаниями на стороннее действие, ее «звонкость». Уразуметь ее смысл яснее можно, проведя следующий опыт: делаем маятник длиной ок. 1 м из бечевки с гайкой. На бумажном листе 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.

Дальше вешаем маятник невысоко над столом/полом и подкладываем под него бумажку таким образом, 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 надо. Как только амплитуда колебаний станет меньше 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.