Kako staklo utiče na zvučnu izolaciju?

Ravno providno staklo
Ravno providno staklo

Koncepti zvuka

Zvuk, pritisak, frekvencija

Pomeranje tela koje vibrira remeti okruženje oko njega. Ovi poremećaji se postepeno šire u svim pravcima od izvora do prijemnog tela, npr. uva. Brzina kojom se oni kreću zavisi od fizičkih svojstava okruženja (u vazduhu na 20 °C brzina je 340 m/s). Oni se ne šire u vakumu.

Pod određenim uslovima ovi poremećaji mogu biti opažani uvom uzrokujući jednostavno rečeno „zvuk”. Zvuk čujemo uvom i to je varijacija pritiska na bubnoj opni prenesena pomeranjem u okruženju, generalno vazduhom. Bubna opna prenosi ove promene pritiska i ušni neuroakustični sistem to transformiše u zvučni osećaj.

Možda Vas zanima:

sobna vrata
sobna vrata izolacija u stanu
Obezbedite adekvatnu izolaciju u stanu

Zahtevaju se dve vrednosti za merenje zvuka:

  • nivo pritiska koji je predstavljen u Paskalima (Pa) ili više korišćen nivo zvučnog pritiska- predstavljen u decibelima (dB)
  • frekvencija, koja zavisi od trajanja kompletne vibracije mereći broj vibracija u sekundi predstavljeno u Hercima (Hz), viša frekvenca, više pikova u sekundi

Postoje različite oblasti frekvencije:

  • niske frekvencije, ispod 300 Hz
  • srednje frekvencije, između 300 i 1200 Hz
  • visoke frekvencije, iznad 1200 Hz
Slika 1 Oblasti frekvencije
Slika 1 Oblasti frekvencije

Prag čujnosti za ljudsko uvo je pritisak 2 x 10–5 Pa. Uvo može da podnese pritisak do 20 Pa da ne bude oštećeno. Prag bola je aproksimativno 200 Pa. Ljudsko uvo je osetljivo na minimalne čujne promene pritiska. Uvo oseti te promene i preko 10 miliona manji pritisak od pritiska na granici bola. Sa aspekta frekvencije uvo može prosečno čuti zvukove u oblasti od aproksimativno 20 Hz do između 16000 i 20000 Hz.

Slika 2 Frekvencija i intenzitet (a = broj talasa u sekundi = frekvencija; b = visina talasa = intenzitet)
Slika 2 Frekvencija i intenzitet (a = broj talasa u sekundi = frekvencija; b = visina talasa = intenzitet)

Akustički pritisak

U praksi akustički pritisak nije korišćen za merenje intenziteta zvuka jer je:

  • oblast pritiska veoma velika od 2 x 10–5 do 20 ili 100 Pa
  • veza između ljudskog uva i akustičkog pritiska nije linearna nego logaritamska

Nivo akustičkog pritiska Lp zvuka se zato računa koristeći formulu:

Nivo akustičnog pritiska

gde je p zvučni pritisak (Pa) zvučnog talasa, pa je referentni pritisak ekvivalentan pragu čujnosti od 2 x 10–5 Pa
Ova vrednost se predstavlja u decibelima (dB).

Primer: ako zvuk ima zvučni pritisak od 10 Pa onda ćemo za akustički pritisak dobiti:

Primer zvučnog pritiska

Tabela 1 pokazuje vezu između zvučnog pritiska (Pa), nivoe akustičkog pritiska (dB) i detalje fizioloških efekata i primer odgovarajućeg zvuka.

Tabela 1 Zvučni pritisak i akustički pritisak
Tabela 1 Zvučni pritisak i akustički pritisak

Decibeli u praksi

Kada nekoliko nezavisnih izvora proizvodi zvučne pritiske p1, p2, … u isto vreme rezultujući pritisak se računa koristeći formulu p2 = p12+ p22 +…i rezultujući akustički pritisak se dobija po formuli:

Izračunavanje akustičnog pritiska

To znači da je nekorektno dodavati zajedno sve akustičke vrednosti predstavljene u dB. Dva zvuka sa istim akustičkim pritiskom kombinovano proizvode buku mereno u dB višu nego svaki konstituent. Primer: ako buka ima zvučni pritisak od 0,2 Pa, akustički pritisak se računa koristeći formulu:

Izračunavanje zvučnog pritiska

Ako dva zvuka pojedinačno imaju akustički pritisak po 60 dB pojedinačno, onda je kombinovani akustički pritisak:

Pojedinačno izdračunavanje dva zvuka

Važno: čak ako je razlika u izolaciji od 3 dB između dva proizvoda, to je ekvivalentno do 50% smanjenje intenziteta zvuka. Isto se ne primenjuje na čujnost zvuka uva. U slučaju uva ova razlika je:

> 1 dB je praktično nečujan
> 3 dB je jedva čujno
> 5 dB je jasno
> 10 dB je ekvivalentno 50% smanjenja percepcije intenziteta zvuka
> 20 dB je ekvivalentno 75% smanjenja percepcije intenziteta zvuka

Ova razlika od 20 dB je grubo ekvivalentna u oblasti pokrivenoj akustičkim staklima.

Slika 3 Kombinovanje akustičkih pritisaka
Slika 3 Kombinovanje akustičkih pritisaka

Akustički komfor

U tabeli 2 je dat maksimalni akustički pritisak zavisno od tipa prostorije ili aktivnosti koje se i njima obavljaju.

Tabela 2 Maksimalni nivoi akustičkog pritiska u prostorijama
Tabela 2 Maksimalni nivoi akustičkog pritiska u prostorijama

Zvučni spektar

U realnosti zvuci koje uvo čuje nisu napravljeni od ponavljajućih frekventnih ciklusa i identičnih nivoa pritiska nego različitih frekvencija i zvučnih pritisaka, superponirani jedan na drugi, koji oblikuju neprekidni spektar koji sadrži sve frekvencije. Predstavljen je razumljiv zvuk. Zato je neophodno pokazati to u dijagramu koji se naziva zvučni spektar, koji predstavlja nivo pritiska (ili zvučnu izolaciju) zavisno od frekvencije. Na slici 4 je dat primer zvučnog spektra.

Slika 4 Primer zvučnog spektra
Slika 4 Primer zvučnog spektra

Indeks smanjenja zvuka

Zvučna izolacija spektra osigurava puno detalja akustičkih performansi ostakljenja. Premda je kao alat težak za manipulaciju (indeks smanjenja zvuka), iz tog razloga poželjnije je to izvesti iz krivih različitih indikacija koje sumiraju zvučnu izolaciju spektra. Korist od ovih indikatora je da one mogu biti korišćene za lakšu klasifikaciju akustičke performanse različitih elemenata. Nekoliko zemalja ima standardno upravljanje ovim indikatorima. Danas, oni su zamenjeni indikatorima jednog broja Rw (C; Ctr). Detalji su dati u Standardu EN ISO 717-1.

Veličina jednog broja Rw (C; Ctr)

Veličina jednog broja, saglasno Evropskom standardu EN ISO 717-1, u realnosti se sastoji od tri člana definisana kao:
Rw (C; Ctr) gde je: Rw veličina jednog broja poznata kao težinski indeks smanjenja zvuka, C je adaptacioni član vrha spektra buke (viši vrh zvukova), Ctr je adaptacioni član spektra saobraćajne buke (niži vrh zvukova).

Dva adaptaciona člana su određena na takav način kao da se uzima u račun tip zvuka u funkciji zahtevane izolacije. Prvi indeks (vrh buke) je ekvivalentan predominantno visokim i srednjim frekvencijama. Drugi (putnička saobraćajna buka) je ekvivalentan predominantno nižim i srednjim frekvencijama. Klasifikaciji nivoa performansi ili setu zahteva jedan broj je dodat odgovarajući adaptacioni faktor, koji je izabran u skladu sa izvorom buke. Zavisno od scenarija zahtevane mere zvučne izolacije osigurane su naročito za ostakljenje (Rw +C) ili (Rw + Ctr).

U tabeli 3 su dati detalji koji omogućavaju korišćenje adaptivog člana zavisno od izbora buke.

Tabela 3 Izbor adaptivnog člana za određivanje veličine jednog broja koji je korišćen zavisno od izbora buke
Tabela 3 Izbor adaptivnog člana za određivanje veličine jednog broja koji je korišćen zavisno od izbora buke

Važno je naglasiti da izmerena vrednost indeksa smanjenja zvuka je način koji je ekvivalentan laboratorijskim merenjima i generalno je više poželjniji nego ovaj dobijen na mestu za isti izvor buke. U praksi smanjenje buke na mestu je manje.

Međutim, veličina jednog broja znači da ostakljenje može biti klasifikovano zavisno od izvora buke, drugim rečima, ako jedan tip ostakljenja ima bolji broj nego drugi to će takođe „odraditi” bolje na mestu kada je izloženo istom izvoru buke.

Primer: ostakljenje gde je zvučna izolacija Rw (C; Ctr) je 38 (–2; –5) će pokazati sledeće vrednosti:

  • za nisku frekvenciju buke izolacija Rw + Ctr = 38 – 5 = 33 dB
  • za visoku frekvenciju buke izolacija Rw + C = 38 – 2 = 36 dB

Napomena: neke zemlje ne koriste simbol Rw (C; Ctr) nego RA i RA,tr, gde je:

  • RA = Rw + C
  • Rtr = Rw + Ctr

Spoljna buka

Nivo i ton osnovne buke zajedno sa nivoom buke iz nedefinisanih izvora su faktori koji se moraju uzeti u račun prilikom projektnog koraka, na način da se izabere odgovarajuća zvučna izolacija za fasadu. Ne samo da spoljna buka može imati različite nivoe zvuka zavisno od izvora, nego može takođe varirati u tonu. Brzo kretanje saobraćaja, koje ima visok pik, ima različit ton od niskog pika zvuka motora autobusa ili sporijeg kretanja urbanog saobraćaja. Zvuk aviona ili voza takođe ima različit ton. Ovo razmatranje je veoma važno kada se projektuju fasade, jer je daleko teže u praksi izolovati niže pikove zvuka. Na slici 5 pokazan je spektar za dva tipa zvučnih izvora (urbani saobraćaj i saobraćaj autoputa).

Slika 5 Primer spektra za urbani i saobraćaj autoputa
Slika 5 Primer spektra za urbani i saobraćaj autoputa
Nivoi zvuka zahtevani za interni akustički komfor zavise od okruženja u kojem je locirana zgrada. Buka prolazi kroz ostakljenja i biće smetnja u veoma mirnoj sredini više nego u urbanom centru. Veća razlika između buke iz specifičnih prepoznatljivih izvora ulazi u zgradu spolja (npr. prolazom motocikla) i od neprepoznatljivih izvora mnogo većih u centru grada. Projektanti moraju uvesti ovu problematiku u razmišljanje.

Zvučna izolacija ostakljenja

Svako ostakljenje je smešteno u ram osiguravajući zvučnu izolaciju. Iako, neki tipovi ostakljenja, kao što su laminirana stakla sa prahom ili akustička PVB folija zajedno sa nekim specifičnim tipovima dvostrukog ostakljenja značajno poboljšavaju akustičke karakteristike. Akustičko ponašanje različitih tipova ostakljenja je opisano u narednom tekstu.

Jednostrano panel (float) staklo

U terminu zvučne izolacije stakleni panel deluje kao jednostrana pregrada na koju se odnose dva akustička zakona koji se primenjuju na sve jednostruke staklene pregrade. Vezano za materijal od koga su napravljeni analizira se:
  • zakon frekvencije
  • zakon mase
Zakon frekvencije potvrđen u teoriji za tanke pregrade svih dimenzija, pokazuje da izolacija raste 6 dB sa dupliranjem prosečne frekvencije. U praksi zakon nije uvek odgovarajući i postoje tri frekventne zone unutar zvučnog spektra. U prvoj zoni zakon frekvencije je odgovarajući u najviše slučajeva i izolacija raste sa frekvencijom. Međutim, pregrade su specifične dimenzije i imaju nedostatak, koji znači da dobici izolacije se ostvaruju samo 4 i 5 dB najviše, kada se prosečna frekvencija duplira, npr aproksimativno 800 Hz. U drugoj zoni nivo zvučne izolacije pada zbog kritične frekvencije staklenog panela. Kritična frekvencija tankog panela stakla je frekvencija pri kojoj brzina slobodne trake na pregradi i brzina vazduha su jednake, npr. frekvencije pri kojoj stakleni panel spontano vibrira kao talas. Na ambijentalnoj temperaturi, kritična frekvencija se određuje prema sledećem izrazu: fcr = 12800/e, gde je e debljina staklenog panela predstavljena u mm. Položaj ove zone zavisi od elastičnosti materijala. Veće je podudaranje u zoni sa niskom frekvencijom. U trećoj zoni, prateći podudaranje izolacija raste rapidno sa duplirajućom frekvencijom, u teoriji sa 9 dB ali u praksi taj porast je manji. Na slici 6 je prikazan zakon frekvencije u teoriji i praksi.
Slika 6 Zakon frekvencije u teoriji i praksi
Slika 6 Zakon frekvencije u teoriji i praksi
Zakon mase koji je utvrđen u teoriji, pokazuje da ukoliko je masa pregrade duplirana tada se osigurava porast zvučne izolacije od 6 dB pri konstantnoj frekvenciji. U praksi ovaj zakon se odnosi na najviše slučajeva, osim u podudarnoj zoni. Porast debljine jednostrukog panela ostakljen takođe gura kritičnu frekvenciju u niže frekventne površine (cf– kritična frekvencija, zakon frekvencija). Na slici 7 je dat zakon masa u teoriji i praksi.
Slika 7 Zakon mase u teoriji i praksi
Slika 7 Zakon mase u teoriji i praksi

U tabeli 4 je pokazana kritična frekvencija jednostrukog panel ostakljenja u funkciji debljine.

Tabela 4 Kritična frekvencija jednostrukog panel ostakljenja u funkciji debljine
Tabela 4 Kritična frekvencija jednostrukog panel ostakljenja u funkciji debljine

Zaključci

  • U svetlu zakona frekvencije, svi materijali prirodno osiguravaju bolju zvučnu izolaciju na višim frekvencijama nego na nižim. Buka kojoj su izložene zgrade često sadrži niske frekvencije
  • Porast debljine jednostrukog panelnog ostakljenja koje u teoriji povećava tzv. zvučnu izolaciju stakla ima nedostatak premeštanja kritične frekvencije preko talasa ka nižim frekvencijama i zbog toga slabljenje izolacije na nižim pikovima zvuka, na nižim frekvencijama. Međutim, porast debljine stakla može poboljšati karakteristike
  • Jednostruko panel ostakljenje osigurava nivo izolacije (Rw) aproksimativno 29 dB debljine 4 mm do 35 dB debljine 12 mm

POVEZANE OBJAVEVIŠE OD AUTORA