Stosowane rozwiązania materiałowo-konstrukcyjne przegród budowlanych często nie zapewniają ochrony przed niepożądanymi dźwiękami.
Wraz z rozwojem motoryzacji i upowszechnieniem się w budownictwie lekkich konstrukcji szkieletowych i prefabrykowanych zaczęto poświęcać problemowi hałasu dużo więcej uwagi. Najnowsze badania wykazały, że przeciętny mieszkaniec Europy spędza 90% swojego czasu w zamkniętych pomieszczeniach. Ukazuje to, jak ważne jest uzyskanie odpowiedniego komfortu wewnątrz budynku, w tym m.in. niskiego poziomu dźwięku panującego w pomieszczeniu, który istotnie wpływa na nasze dobre samopoczucie. Problem z hałasem aż do drugiej wojny światowej odgrywał raczej drugoplanową rolę, jednakże wraz z rozwojem motoryzacji i upowszechnieniem się w budownictwie lekkich konstrukcji szkieletowych i prefabrykowanych zaczęto poświęcać mu dużo więcej uwagi. Liczne badania naukowe ukierunkowano na opracowywanie rozwiązań konstrukcyjno-materiałowych, które wyeliminują albo zmniejszą hałas powstający w pomieszczeniu lub przenikający z zewnątrz. Wprowadzono odpowiednie przepisy prawne obligujące projektantów i wykonawców do zapewnienia właściwej ochrony budynków przed hałasem i drganiami [1,2].
Jednakże mimo tych wszystkich działań problem hałasu jest nadal aktualny, a stosowane rozwiązania materiałowo- konstrukcyjne przegród budowlanych często nie zapewniają ochrony przed niepożądanymi dźwiękami.
Na przykładzie stropów zostanie przedstawiony problem przenoszenia dźwięku przez przegrody budowlane ze wskazaniem na typowe rozwiązania konstrukcyjne i materiałowe, zapewniające skuteczną redukcję hałasu między kondygnacjami, oraz na błędy popełniane podczas projektowania i wykonywania stropów.
Izolacyjność akustyczna stropów
Analizując dźwięki, z jakimi mamy styczność w akustyce budowlanej, możemy dokonać ich ogólnego podziału na rozchodzące się w powietrzu lub w materiale (w gruncie, konstrukcji budynku itp.). Podział ten nie jest ścisły, gdyż dźwięki powietrzne mogą pobudzać konstrukcję do drgań, powodując występowanie dźwięków materiałowych, te natomiast mogą być przyczyną pojawienia się dźwięków powietrznych w pobudzonym ośrodku gazowym (rys. 1).
Przejście dźwięku z pomieszczenia, w którym znajduje się źródło, do innego pomieszczenia określa się jako transmisję dźwięku. Miarą skuteczności przegrody w ograniczaniu przepływu dźwięku jest jej izolacyjność akustyczna, a jednostką miary – decybel (dB). Poprawność rozwiązania projektowego dotyczącego właściwości akustycznych stropu określają izolacyjność akustyczna od dźwięków powietrznych oraz poziom uderzeniowy.
Rys. 1 Drogi transmisji dźwięków powietrznych i materiałowych w konstrukcji budynku
Izolacyjność od dźwięków powietrznych
Izolacyjność akustyczna stropu od dźwięków powietrznych odpowiada różnicy poziomu ciśnienia akustycznego po jego obu stronach. Ta sama definicja dotyczy też innych rodzajów przegród budowlanych i elementów zaopatrzenia otworów. Procedura pomiaru izolacyjności akustycznej zarówno w warunkach laboratoryjnych, jak i terenowych została opisana w odpowiednich normach [3, 4], na które powołuje się rozporządzenie [2], oraz w normie [5], która wprowadza dodatkowe sposoby uśredniania wyników pomiarowych i metodologię pomiaru poziomu dźwięku dla niskich częstotliwości, tj. do 80 Hz. Izolacyjność stropu jest funkcją częstotliwości dźwięku padającego na przegrodę, dlatego też dla uproszczenia do celów projektowych używa się jednocyfrowych wskaźników. Norma [6] przewiduje użycie dwóch rodzajów wskaźników, tj. RA1 i RA2, w zależności od charakteru źródła zakłóceń. Dodatkowo parametry te należy skorygować pod kątem przenoszenia bocznego dźwięków. Wielkość poprawki uzależniona jest od rodzaju przegród sąsiadujących ze sobą. Ostatecznie uzyskane jednocyfrowe wskaźniki izolacyjności akustycznej właściwej przybliżonej R'A1 i R'A2, są miarą odporności przegrody na przenikanie dźwięku powietrznego, a ich wysokie wartości odpowiadają dobrym właściwościom izolacyjnym przegrody. W normie [7] określono wymagane wartości tych wskaźników w zależności od funkcji budynku i pomieszczeń oddzielonych analizowanym stropem. Należy jednak podkreślić, że są to wartości minimalne i spełnienie tych wymagań wcale nie musi oznaczać, że w pomieszczeniu będziemy się czuć komfortowo. W niektórych krajach obowiązują przepisy określające klasy akustyczne budynków. Na tle takiej klasyfikacji budynki projektowane zgodnie z normą [7] znajdują się raczej w grupie obiektów o niskim komforcie akustycznym.
Obecnie trwają prace nad wprowadzeniem podobnych podziałów w Polsce, jednakże wybór wyższej klasy budynku i spełnienie jej wymagań nie będzie obligatoryjne, lecz uzależnione jedynie od woli inwestora. Obowiązkowe będzie nadal zapewnienie tylko minimalnych wartości parametrów określonych w normie [7].
Izolacyjność od dźwięków uderzeniowych
Kolejnym parametrem akustycznym charakteryzującym izolacyjność stropu jest poziom uderzeniowy, określany tylko dla tego typu przegrody. Zgodnie z normą [8] jest to poziom ciśnienia akustycznego w pomieszczeniu odbiorczym podczas pobudzania danego stropu znormalizowanym źródłem dźwięku uderzeniowego, czyli tzw. stukaczem. Dźwięki uderzeniowe rozprzestrzeniają się w budynku we wszystkich kierunkach (rys. 2), jednakże w większości występujących w praktyce przypadków dla danego budynku izolacyjność od dźwięków uderzeniowych w kierunku 1 jest mniejsza niż izolacyjność w pozostałych kierunkach. W takiej sytuacji wystarczające jest określenie wymagań tylko dla kierunku 1. Jeżeli jednak nie stosuje się wymagań izolacyjności od dźwięków uderzeniowych w kierunku 1, może wystąpić potrzeba określenia odpowiednich wymagań w pozostałych kierunkach.
Analogicznie jak w przypadku określania izolacyjności stropu od dźwięków powietrznych również izolacyjność stropu od dźwięków uderzeniowych należy sprowadzić do wartości jednocyfrowej zgodnie z normą [9] i skorygować pod kątem ewentualnego przenoszenia bocznego. Uzyskany wskaźnik poziomu uderzeniowego znormalizowanego przybliżonego L'nw określa odpowiednio poziom ciśnienia akustycznego w pomieszczeniu odbiorczym, a jego niska wartość świadczy o dobrej odporności przegrody na przenikanie dźwięków uderzeniowych. W normie [7] również dla tego wskaźnika określono wymagane wartości w zależności od funkcji budynku i pomieszczeń oddzielonych analizowanym stropem. Należy jednak zwrócić uwagę na fakt, że są to wartości maksymalne.
Rys. 2 Kierunki transmisji dźwięków uderzeniowych w konstrukcji budynku
Przenoszenie boczne
Boczne przenoszenie dźwięku jest formą transmisji energii akustycznej z pomieszczenia ze źródłem dźwięku do innych pomieszczeń budynku wszystkimi drogami poza bezpośrednią przegrodą dzielącą te wnętrza. Zwykle odbywa się to poprzez elementy konstrukcyjne budynku (rys. 3). Rozprzestrzeniające się w konstrukcji dźwięki materiałowe są wyjątkowo trudne do stłumienia, gdyż straty takiego przewodzenia są niewielkie. W przypadku belek drewnianych, ceglanych lub betonowych drgania podłużne są tłumione tylko o 2 dB na długości 30 m. To samo tłumienie w stali występuje na odcinku dwa razy dłuższym.
Oczywiście trudno jest wprowadzić w wibracje masywną konstrukcję za pomocą uderzającego w nią dźwięku powietrznego, ponieważ trudno przekazać energię z rozrzedzonego ośrodka, jakim jest powietrze, do gęstego ciała stałego. Jednak tej możliwości nie wolno pomijać przy przenoszeniu dźwięku np. przez lekkie przegrody działowe czy inne lekkie elementy konstrukcyjne połączone z masywnymi. Podczas projektowania przegród budowlanych istotne jest zatem analizowanie budynku jako całości, a nie oddzielne rozpatrywanie każdej pojedynczej przegrody.
Rys. 3 Drogi transmisji dźwięku między pomieszczeniami oddzielonymi stropem
Metody ograniczania transmisji dźwięku przez strop
Proces projektowania stropu ze względu na jego izolacyjność akustyczną od dźwięków powietrznych i uderzeniowych należy zawsze poprzedzić odpowiednio opracowanym projektem architektonicznym uwzględniającym podział budynku na strefy akustyczne, tj. zawierające źródła hałasu, izolujące obejmujące pomieszczenia chronione przed hałasem (rys. 4). Takie rozplanowanie pomieszczeń wpływa korzystnie na komfort użytkowania budynku oraz zmniejsza późniejsze nakłady finansowe na ochronę przed hałasem.
Kolejnym punktem w projekcie akustycznym jest dobór odpowiedniej przegrody. Izolacyjność akustyczna stropu zależy od wielu czynników zarówno materiałowych, jak i konstrukcyjnych. Wśród najistotniejszych wymienia się masę powierzchniową przegrody. Jej wysoka wartość świadczy o dobrej izolacyjności stropu. Aby zredukować transmisję dźwięków powietrznych do poziomów określonych przez normę [7], konieczne jest stosowanie stropów o masie powierzchniowej nie mniejszej niż 500-600 kg/m2, co w przypadku płyty żelbetowej odpowiada jej grubości minimum 20-25 cm. Z kolei w celu ograniczenia przenoszenia dźwięków uderzeniowych należy na stropach konstrukcyjnych wykonać podłogę pływającą. Jest to o tyle istotne, że zgodnie z [2] izolacja akustyczna stropów międzymieszkaniowych powinna zapewniać zachowanie przez te stropy właściwości akustycznych bez względu na rodzaj zastosowanej nawierzchni podłogowej.I tak na przykład rozłożenie wykładziny dywanowej na masywnym stropie mogłoby zredukować dźwięki uderzeniowe do poziomów określonych przez normę, jednakże właściciel mieszkania może zdecydować się na wykonanie posadzki z płytek ceramicznych, co znacząco pogorszy izolacyjność przegrody od dźwięków uderzeniowych.
Rys. 4 Przekrój przez budynek z przykładowym rozplanowaniem pomieszczeń zgodnie z zasadą podziału budynku na strefy akustyczne
Główną ideą podłogi pływającej jest układ masa-sprężyna. W konsekwencji im bardziej miękka jest sprężyna, tym lepsze jest tłumienie drgań. Analogicznie to samo dotyczy masy: im jest większa, tym lepiej. Jeśli strop międzykondygnacyjny nie jest ciężki, to podłoga pływająca nie będzie działała, gdyż zmieniony będzie układ masa-sprężyna. W praktyce strop międzykondygnacyjny powinien być przynajmniej pięć razy cięższy od podłogi pływającej. Zalecane uwarstwienie podłogi pływającej przedstawiono na rys. 5.
Fakt, że w pomieszczeniu została wykonana podłoga pływająca, nie świadczy jeszcze o wysokiej izolacyjności stropu na dźwięki uderzeniowe. Podczas projektowania i wykonywania tego typu ustrojów akustycznych często popełnianych jest mnóstwo błędów. Jednym z nich jest dobór niewłaściwego materiału na warstwę izolującą lub brak wytycznych w projekcie dotyczących jego parametrów akustycznych. Materiały stosowane na warstwę sprężystą podłogi pływającej muszą posiadać zadeklarowaną przez producenta wartość sztywności dynamicznej. Najlepszym rozwiązaniem jest wełna mineralna, gdyż nie tylko skutecznie redukuje dźwięki uderzeniowe, ale również poprawia izolacyjność stropu od dźwięków powietrznych. Dopuszczalnym rozwiązaniem jest również zastosowanie styropianu elastycznego o określonej sztywności dynamicznej poniżej 20 MN/m3. Niewłaściwe jest natomiast wykorzystywanie styropianów EPS i XPS na warstwę sprężystą podłogi pływającej. Styropian ekstrudowany (XPS) może być stosowany tylko jako warstwa dystansowa służąca do rozprowadzania instalacji, usytuowana bezpośrednio na stropie konstrukcyjnym pod podłogą pływającą.
Kolejnym zaniedbaniem pojawiającym się podczas projektowania lub wykonywania podłóg pływających jest brak zabezpieczenia układu przed powstaniem sztywnych mostków akustycznych w kontakcie ze ścianami bocznymi oraz z takimi elementami, jak mocowania lub rury instalacyjne. W konsekwencji, wskutek bocznego przenoszenia dźwięku, skuteczność podłogi pływającej może się okazać znikoma. Przede wszystkim należy zatem pamiętać o poprawnym wykonaniu izolacji obwodowej wokół warstwy dociskowej wylewki (rys. 5). Na tę izolację zaleca się stosować materiał o takich samych parametrach akustycznych jak warstwa sprężysta podłogi pływającej. Problem z bocznym przenoszeniem dźwięków pojawia się niestety również na etapie wykańczania mieszkań, w których podłoga pływająca została poprawnie oddylatowana od ścian i innych elementów konstrukcyjnych.
Rys. 5 Przekrój przez strop z poprawnie wykonanymi warstwami podłogi pływającej
I tak w przypadku sztywnego połączenia fugą płytek na posadzce z płytkami na ścianie lub sztywnego mocowania wanny do ściany dźwięki uderzeniowe przenoszą się z posadzki drogą materiałową do sąsiednich mieszkań. Izolacyjność stropu spada wówczas do poziomu gołego stropu konstrukcyjnego bez podłogi pływającej.
Równie często spotykanym błędem projektowym bądź wykonawczym jest niewłaściwe posadowienie lekkich ścian na podłodze pływającej. Ściany działowe oraz wypełniające należy sytuować bezpośrednio na stropie konstrukcyjnym oraz dodatkowo oddylatować je od wylewki. Dopuszcza się ewentualnie posadowienie ściany na podłodze pływającej pod warunkiem przerwania ciągłości w wylewce (rys. 6).
Rys. 6 Sposoby posadowienia lekkich ścian działowych na podłodze pływającej
Dużo wątpliwości i nieścisłości pojawia się podczas prób zwiększenia izolacyjności akustycznej stropu za pomocą sufitu podwieszanego. Rozwiązanie takie jest często sugerowane przez użytkowników lokali, gdy poziom dźwięku docierającego z mieszkania z sąsiedniej wyższej kondygnacji jest zbyt wysoki, a wspólne wypracowanie rozwiązania problemu z sąsiadem jest niemożliwe. Niestety w większości przypadków wykonanie sufitu podwieszanego nie zredukuje przenoszenia dźwięków uderzeniowych przez strop (rys. 7), gdyż ustrój taki nie zapewni redukcji dźwięków przenikających drogą boczną. Sufit podwieszany z wypełnieniem wełną mineralną skutecznie zredukuje wówczas tylko dźwięki powietrzne. Przed przystąpieniem zatem do montowania takiego układu należy doświadczalnie określić drogi transmisji dźwięku między mieszkaniami i tylko w przypadku stwierdzenia, że dźwięki uderzeniowe przenoszą się głównie przez strop, zastosowanie sufitu podwieszanego przyniesie pożądane efekty. Trzeba jednak pamiętać, aby do mocowania sufitu podwieszanego zastosować szkielet stalowy na wibroizolacji.
Rys. 7 Drogi transmisji dźwięku między mieszkaniami w sąsiednich kondygnacjach i rodzaje zabezpieczeń wibroakustycznych stropu (sufit podwieszany i podłoga pływająca)
Podsumowanie
Transmisja dźwięku przez strop jest zjawiskiem złożonym i zależy od wielu różnych czynników zarówno konstrukcyjnych, jak i materiałowych. Dlatego też projektowanie zabezpieczeń wibroakustycznych, w tym struktury stropu pod kątem jego izolacyjności od dźwięków powietrznych i uderzeniowych, powinno być przeprowadzane we współpracy z akustykiem. Pozwoli to uniknąć błędów podczas projektowania, a dodatkowa kontrola na etapie wykonawstwa zapewni poprawność proponowanego rozwiązania konstrukcyjnego.
dr inż. Agata Szeląg
Laboratorium Akustyki Technicznej AGH
Literatura
1. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. – Prawo budowlane (Dz.U. z 2013 r. poz. 1409) – art. 5 ust. 1.
2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie z późniejszymi zmianami (Dz.U. z 2002 r Nr 75, poz. 690; Dz.U. z 2009 r Nr 56, poz. 461; Dz.U. z 2010 r. Nr 239, poz. 1597).
3. PN-EN ISO 140-4:2000 Akustyka – Pomiar izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych – Pomiary terenowe izolacyjności od dźwięków powietrznych między pomieszczeniami.
4. PN-EN ISO 10140-2:2011 Akustyka – Pomiar laboratoryjny izolacyjności akustycznej elementów budowlanych – Część 2: Pomiar izolacyjności od dźwięków powietrznych.
5. PN-EN ISO 16283-1:2014-05 Akustyka – Pomiary terenowe izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych – Część 1: Izolacyjność od dźwięków powietrznych.
6. PN-EN ISO 717-1:2013-08 Akustyka – Ocena izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych – Część 1: Izolacyjność od dźwięków powietrznych.
7. PN-B-02151-3:1999 Akustyka budowlana – Ochrona przed hałasem w budynkach – Izolacyjność akustyczna przegród w budynkach oraz izolacyjność akustyczna elementów budowlanych – Wymagania.
8. PN-EN ISO 140-7:2000 Akustyka – Pomiar izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych – Pomiary terenowe izolacyjności od dźwięków uderzeniowych stropów.
9. PN-EN ISO 717-2:2013-08 Akustyka – Ocena izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych – Część 2: Izolacyjność od dźwięków uderzeniowych.
