О ЗВУКОИЗОЛЯЦИОННЫХ СВОЙСТВАХ ОСТЕКЛЕНИЙ ОКОН

Известно, что звукоизоляционные свойства окон зависят от многих факторов, основными из которых являются:

• толщина и число слоев остекления;
• величины промежутков между стеклами;
• герметичность притворов, мест установки стекол в фальцах переплетов и мест установки коробок;
• внутренние и конструктивные потери;
• газовое заполнение стеклопакетов;
• косвенная передача звука по конструкциям переплетов и коробок и др. ("ОД", №4(13), 1998 г., "ОД", №10(I9), 1998 г.).

Шумозащитные свойства определяются и регламентируются в соответствии с Московскими городскими строительными нормами МГСН 2.04-97 [1].

В связи с тем, что звукоизолирующая способность (собственная звукоизоляция) R (дБ) любой ограждающей конструкции изменяется с изменением частоты f (Гц), наиболее полной характеристикой звукоизоляции является частотная характеристика R (т.е. значения R в функции f). Транспортный шум, "облучающий" фасад здания и проникающий через окно в помещение, также изменяется с частотой, т.е. уровни звукового давления L (дБ) являются функцией f, называемой спектром шума.

Для упрощения оценки шумозащитных свойств окон в нормах [1] и в рекомендациях №717 Международной организации по стандартизации (ИСО) применен эталонный спектр транспортного шума. Вычитая из спектральных значений эталонного спектра определенные в 1/3 октавных полосах частот соответствующие значения R окна и суммируя полученные значения, энергетически получается величина звукоизоляции окна RАтран (дБА), т.е. величина, характеризующая шумозащитные свойства конструкции окна.

Проникающий в помещение транспортный шум увеличивается с увеличением площади окна и уменьшается с увеличением звукопоглощения в помещении. Однако, для обычных жилых помещений эти изменения статистически оценены, что позволяет применять следующее соотношение:

LАок = (RАтран + 5) дБА,

где LАок - снижение транспортного шума в жилом меблированном помещении по сравнению с уровнем транспортного шума LАэкв в 2-х метрах от фасада здания. Таким образом, проникающий в жилую комнату шум может быть определен по формуле: LАжк = LАэкв - LАок, дБА.

По нормам [1] уровень звука транспортного шума, проникающего в жилые комнаты зданий категорий А (высококомфортные условия), Б и В (комфортные и предельно-допустимые условия), не должны превышать 40 и 45 дБА в дневное время и 30 и 35 дБА в ночное время. Например, для жилых комнат домов категории А окна должны обеспечить снижение шума LАок > LАэкв - 40 дБА в часы пик дневного времени.

Для самых напряженных участков Садового кольца в Москве, где у фасадов ближайших зданий LАэкв - 80 дБА, снижение шума окном должно быть не менее LАок > (80 - 40) дБА = 40 дБА, а звукоизоляция окна RАтран > (LАок - 5) = 35 дБА.

При этом необходимо иметь ввиду, что полученные величины RАтран или LАок должны обеспечиваться при нормативном воздухообмене в помещении.

Далее мы рассмотрим подробнее некоторые зависимости звукоизоляции от параметров конструкции закрытых окон, предполагая, что вентиляционные устройства не снижают шумозащитных свойств наружных ограждений (например, централизованная система приточно-вытяжной вентиляции).

Важнейшим параметром конструкции окна является формула остекления, т.е. количество и толщины стекол и величины промежутков между ними. Для простоты описания формулы остекления нами принято обозначать ее последовательностью цифр, соответствующей толщинам стекол и промежутков в мм, разделенных знаком +. Так, остекление из 3-х стекол толщиной по 3 мм с промежутками 57 и 46 мм имеет формулу: 3+57+3+46+3 мм (раздельно-спаренная конструкция по ГОСТ 16289-86). При этом последовательность толщин стекол и промежутков записывается в направлении теплового потока (из помещения к улице). В случае использования стеклопакетов часть формулы, соответствующая стеклопакету, берется в круглые скобки. Так, остекление окна фирмы "Барановичидрев" со стеклопакетом и стеклом в одинарном переплете записывается как: (3+12+3)+44+3 мм, а двухкамерный стеклопакет окна как: (4+12+4+12+4) мм.

Для выявления зависимости звукоизоляции от параметров остеклений (толщин стекол и промежутков между ними) в чистом виде, исключив влияние других конструктивных элементов окна, необходимо определить звукоизоляцию остеклений (различных стекол с различными промежутками), установленных в проем массивного ограждения (например, кирпичной стены).

Лабораторией акустики МНИИТЭП в звукомерных камерах проводились такие измерения звукоизолирующей способности R однослойных, двойных и тройных остеклений из стекол размером 1000х1490 мм.

Результаты измерений, выполненных по стандартной методике, представлены на рис. 1 и 2.

Из рис.1 видно, что увеличение толщины одинарного стекла с 3 до 6 мм приводит к увеличению звукоизолирующей способности R на низких и средних частотах от 5 дБ (125-250 Гц) до 2 дБ (1000 Гц). На высоких частотах, выше 1000 Гц, где сказывается влияние волнового совпадения следа воздушной звуковой волны с изгибными волнами в слое стекла (волновой резонанс), происходит снижение звукоизоляции. Граничная частота этого резонанса для стекол толщиной 3 мм составляет 4116 Гц, для стекол толщиной 6 мм - 2058 Гц.

• 1. Из стекла толщиной 3 мм - Rw = 26 дБ; RАтран = 23 дБА;
• 2. Из стекла толщиной 6 мм - Rw = 28 дБ; RАтран = 27 дБА;
• 3. Из 2-х стекол по 3 мм (3+57+3 мм) - Rw = 34 дБ; RАтран = 27 дБА;
• 4. Из 2-х стекол по 3 мм (3+90+3 мм) - Rw = 40 дБ; RАтран = 34 дБА.

Рис.1. Частотные характеристики звукоизолирующей способности остеклений R, дБ

Рассчитанные для этих стекол, по нормам [1], значения индексов изоляции воздушного шума Rw, дБ и звукоизоляции от транспортного шума RАтран, дБА составляют:

• для стекла 3 мм - Rw = 26 дБ; RАтран = 23 дБА;
• для стекла 6 мм - Rw = 28 дБ; RАтран = 27 дБА.
• Двойные остекления из 2-х стекол по 3 мм имеют следующие значения Rw и RАтран:
• при воздушном промежутке 57 мм - Rw = 34 дБ, RАтран = 27 дБА;
• при воздушном промежутке 90 мм - Rw = 40 дБ, RАтран = 34 дБА.

Таким образом, прирост значений индексов изоляции воздушного шума, по сравнению с одинарным стеклом суммарной толщины (6 мм), составляет:

• при промежутке 57 мм - Rw = 6 дБ, RАтран = 0 дБА;
• при промежутке 90 мм еще 6 дБ и 7 дБА соответственно.

Из данных испытаний и расчетов следует:

• 1) оценки звукоизоляции остеклений и окон по индексам Rw и RАтран существенно отличаются друг от друга;
• 2) двойные остекления более эффективны, чем одинарные с толщиной стекол, равной сумме толщин двойного остекления;

• 1. Из 2-х стекол толщиной по 3 мм (3+57+3 мм) - Rw = 34 дБ; RАтран = 27 дБА;
• 2. Из стекол толщиной 6 и 4 мм (6+57+4 мм) - Rw = 42 дБ; RАтран = 36 дБА;
• 3. Из стекол толщиной 6 и 4 мм (6+90+4 мм) - Rw = 44 дБ; RАтран = 39 дБА;
• 4. Окно со спаренными створками по ГОСТ 11214-86 с остеклением (3+57+3 мм) - Rw = 26 дБ; RАтран = 22 дБА.

Рис.2. Частотные характеристики звукоизолирующей способности остеклений R, дБ

3) увеличение воздушного промежутка между стеклами может значительно повысить звукоизоляцию остеклений (например, при увеличении промежутка с 57 мм до 90 мм звукоизоляция RАтран исследованного остекления повысилась на 7 дБА).

На рис.2 представлены частотные характеристики R двойных остеклений из стекол различной толщины. Видно, что увеличение толщины стекол с 3 мм до 6 и 4 мм, при сохранении воздушного промежутка 57 мм, (кривые 1 и 2) значительно повышает звукоизоляцию остекления (с Rw = 34 дБ и RАтран = 27 дБА до Rw = 42 дБА и RАтран = 36 дБA). Расчет для такого увеличения суммарной толщины стекол дает [2] увеличение R на 7,5 дБ.

Следует указать, что существующие методы расчета звукоизоляции в остеклении, и тем более окон, носят приближенный характер, поэтому окончательная оценка их шумозащитных качеств может быть дана только по результатам испытаний.

Увеличение воздушного промежутка с 57 до 90 мм в остеклении из стекол 6 и 4 мм повышает индекс Rw на 2 дБ и звукоизоляцию RАтран на 3 дБА (расчет по [2] дает увеличение R на 2 дБ). Весь прирост в первом и втором случаях (ср. кривые 1 с кривыми 2 и 3) происходит в области низких и средних частот до 1250 Гц. Выше этой частоты сказывается влияние резонанса волнового совпадения, понижающего значения R всех испытанных остеклений.

ВЫВОДЫ

Проведенные экспериментальные исследования звукоизоляции глухих герметичных однослойных и двойных остеклений со стеклами различной толщины (З, 4, 6 мм) и с различными промежутками (57 и 90 мм) показали:

• 1. Увеличение толщины и поверхностной плотности однослойного остекления вдвое (с 3 до 6 мм) не дает ожидаемого по закону масс увеличения звукоизоляции на 6 дБ. Фактический рост звукоизоляции, в связи с волновым резонансом, при этом составляет 2 дБ по индексу Rw и 4 дБА по RАтран.
• 2. Значительный рост звукоизоляции в области средних и высоких частот дает устройство двойного остекления по сравнению с однослойным той же поверхностной плотности. Применение 2-х стекол по 3 мм с воздушным промежутком 57 мм вместо одного толщиной 6 мм дает увеличение индекса Rw с 28 до 34 дБ, однако звукоизоляция транспортного шума, из-за резонанса такого двойного остекления на низких частотах, остается неизменной - RАтран = 27 дБА.
• 3. Увеличение воздушного промежутка двойного остекления из стекол по 3 мм с 37 до 90 мм повышает индекс изоляции Rw с 34 до 40 дБ, а звукоизоляцию транспортного шума RАтран c 27 до 34 дБА.
• 4. Увеличение толщин стекол двойного остекления существенно повышает звукоизоляцию. При применении стекол толщиной 6 и 4 мм вместо 2х стекол по 3 мм индекс Rw повышается с 34 до 42 дБ, а звукоизоляция RАтран с 27 до 36 дБА. При увеличении промежутка в остеклении из стекол 6 и 4 мм с 57 до 90 мм Rw повышается с 42 до 44 дБ, RАтран c 36 до 39 дБА.
• 5. Звукоизоляция глухих герметичных двойных остеклений значительно выше, чем у окон с аналогичным остеклением, из-за отрицательного влияния ряда конструктивных факторов (отсутствие герметичности, конструкционная связь слоев и др.).

ЛИТЕРАТУРА

• [1] "Допустимые уровни шума, вибрации и требования к звукоизоляции в жилых и общественных зданиях". МГСН 2.04-97. Московские городские строительные нормы. М., 1997.
• [2] Пособие к МГСН 2.04-97. Проектирование звукоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий. Правительство Москвы. Моcкомархитектура, 1998.

Лаборатория акустики МНИИТЭП (тел.213-8685) проводит определение звукоизоляционных свойств (контроль качества выпускаемой продукции) стеклопакетов, окон, вентиляционных клапанов-глушителей, дверей, стен, перегородок, перекрытий и других ограждающих конструкций.