Wskaźnik jednoliczbowy izolacyjności akustycznej - czego nie pokazuje

Michał Czech
8 godzin temu
4 minut(y) czytania

Dwie ściany 8 cm w niedawno zakończonym projekcie.

Identyczny projektowy wskaźnik RA,1,R = 43 dB.

Wykresy charakterystyk pokazują dwie różne przegrody.

Izolacyjność akustyczna · pasma tercjowe

Sytuacja projektowa

W zestawieniu materiałowym do operatu akustycznego budynku mieszkalnego wielorodzinnego dwa warianty ściany działowej wewnątrz mieszkań. Obie grubości 8 cm. Obie z tynkiem gipsowym 1,5 cm po obu stronach. Pierwszy wariant: pustak ceramiczny drążony 8 cm. Drugi wariant: pustak silikatowy 8 cm. Obie z symulacji INSUL otrzymały ten sam projektowy wskaźnik oceny przybliżonej izolacyjności akustycznej właściwej: RA,1,R = 43 dB.

Z punktu widzenia tabeli zbiorczej - wymienne. Z punktu widzenia charakterystyki w pasmach tercjowych - to dwie różne przegrody, każda z innym profilem ryzyka akustycznego.

Ten artykuł pokazuje, co konkretnie różni te dwie ściany, dlaczego wskaźnik jednoliczbowy tych różnic nie rejestruje i jakie ma to konsekwencje dla decyzji projektowej.

Charakterystyki w pasmach tercjowych

Pustak ceramiczny drążony 8 cm. Masa powierzchniowa m' = 111 kg/m². Rw = 45 dB, C = 0 dB, Ctr = -4 dB. Charakterystyka izolacyjności akustycznej w pasmach tercjowych rośnie monotonnie od ok. 32 dB przy 63 Hz, przez 38 dB przy 500 Hz, do 65 dB przy 4000 Hz. Częstotliwość rezonansowa układu wyznaczona przez symulację: 371 Hz. W okolicach tej częstotliwości pojawia się lokalne obniżenie izolacyjności o ok. 2 dB względem krzywej trendu. Częstotliwość rezonansowa leży w obszarze mowy ludzkiej (300 - 3400 Hz), ale dołek jest płytki.

Pustak silikatowy drążony 8 cm. Masa powierzchniowa m' = 154 kg/m². Rw = 43 dB, C = -1 dB, Ctr = -3 dB. Masa o 39% wyższa niż w ścianie ceramicznej. Przy założeniu, że izolacyjność rośnie z masą zgodnie z prawem masy, można by oczekiwać wyższej charakterystyki w całym paśmie. Rzeczywistość jest bardziej złożona.

W zakresie 100 - 215 Hz silikat faktycznie prowadzi nad ceramiką - krzywa biegnie wyraźnie wyżej, izolacyjność w tym paśmie wynosi 36 - 39 dB wobec 34 - 36 dB dla ceramiki. To jest obszar, w którym prawo masy się sprawdza: cięższa przegroda lepiej izoluje od niskich częstotliwości. Powyżej 250 Hz charakterystyka silikatu zaczyna jednak hamować i przy 500 Hz załamuje się do 33 dB. Po przejściu przez ten dołek krzywa odbija i wraca do trendu rosnącego, ale w paśmie 500 - 800 Hz silikat ma istotnie niższą izolacyjność niż ceramika.

To zjawisko nosi nazwę koincydencji.

Mechanizm koincydencji

Koincydencja to zjawisko falowe związane z elastycznością przegrody. W każdej przegrodzie istnieje pewna częstotliwość krytyczna, przy której długość fali dźwiękowej padającej na ścianę (w powietrzu) zrównuje się z długością fali giętnej w samej przegrodzie. W tej częstotliwości przegroda zaczyna efektywnie współrezonować z falą padającą - energia akustyczna przechodzi przez ścianę z dużo mniejszymi stratami niż przy częstotliwościach sąsiednich.

Częstotliwość koincydencji zależy od masy powierzchniowej, sztywności i grubości elementu. Dla większości materiałów budowlanych mieści się w zakresie 100 - 4000 Hz, czyli akurat w obszarze, który norma PN-EN ISO 717-1 uwzględnia przy obliczaniu wskaźnika jednoliczbowego.

W przypadku omawianego pustaka silikatowego 8 cm koincydencja występuje przy 500 Hz. To jest dokładnie środek pasma mowy ludzkiej, a dokładniej to obszar, w którym znajduje się najwięcej energii samogłosek. Mowa ludzka koncentruje energię w paśmie 250 - 2500 Hz, ze szczególnym nasyceniem między 500 a 1000 Hz. Dołek izolacyjności przegrody w 500 Hz oznacza, że ściana selektywnie przepuszcza dokładnie te częstotliwości, na których słuch ludzki rozpoznaje treść mowy.

W przypadku pustaka ceramicznego 8 cm koincydencja występuje również w paśmie mowy, ale jej amplituda jest dużo mniejsza, co wynika z geometrii drążeń i sztywności efektywnej elementu.

Dlaczego wskaźnik jednoliczbowy daje obu ścianom 43 dB

Wskaźnik RA,1,R nie jest średnią arytmetyczną wartości pasmowych. Jest wynikiem procedury określonej w normie PN-EN ISO 717-1: krzywa odniesienia (oktawowa lub tercjowa) jest przesuwana w pionie względem zmierzonej charakterystyki przegrody w taki sposób, aby suma niekorzystnych odchyłek (punktów, w których przegroda izoluje gorzej niż krzywa odniesienia). Pozycja krzywej odniesienia po dopasowaniu wyznacza wskaźnik Rw, do którego dodaje się widmowe wskaźniki adaptacyjne C lub Ctr i koryguje o poprawkę projektową -2 dB.

Procedura ta jest niewrażliwa na kształt charakterystyki. Dwie różne krzywe, jedna płaska o mniejszej wartości średniej, druga z wyraźnym dołkiem ale wyższa w pozostałych pasmach, mogą dać identyczny wskaźnik, jeśli ich relacja do krzywej odniesienia jest symetrycznie odwrotna. To dokładnie ten przypadek. Silikat odrabia w 100 - 215 Hz i w 1000 - 2000 Hz to, co traci w 500 Hz. Ceramika ma równiejszą charakterystykę, ale niższą ogólnie. Procedura normowa daje obu wynik na wyjściu: RA,1,R = 43 dB.

Wskaźnik jednoliczbowy jest narzędziem służącym do porównywania przegród z wymaganiem normowym (które również jest jednoliczbowe). Nie jest narzędziem służącym do porównywania dwóch przegród między sobą, jeśli mają one różne kształty charakterystyk.

Konsekwencje dla decyzji projektowej

Wybór między ceramiką a silikatem 8 cm w sytuacji, gdy oba materiały dają ten sam projektowy wskaźnik, powinien być podjęty w oparciu o funkcję ściany w budynku, nie w oparciu o liczbę z tabeli.

Ściana silikatowa 8 cm lepiej izoluje od niskich częstotliwości. To predestynuje ją do obudowy szachtów instalacyjnych, w których dominują dźwięki niskoczęstotliwościowe: szum przepływu wody, uderzenia hydrauliczne, pomruk pracy pomp obiegowych. W tym kontekście dołek koincydencji przy 500 Hz nie ma znaczenia praktycznego, bo źródła emitujące w tym paśmie są w szachcie rzadkie.

Ściana ceramiczna 8 cm ma równiejszą charakterystykę bez wyraźnego załamania w paśmie mowy. To czyni ją lepszym wyborem do ścian działowych między pokojami w mieszkaniu, gdzie dominującym źródłem hałasu jest mowa ludzka. Niższa izolacyjność w niskich częstotliwościach jest tu mniej istotna ponieważ w obrębie mieszkania rzadko występują źródła niskoczęstotliwościowe wymagające separacji.

Decyzja, która wydaje się równoważna na poziomie zestawienia materiałowego, na poziomie funkcji akustycznej jest decyzją o przeciwnym znaku. Silikat 8 cm zastosowany jako ściana działowa między sypialnią a salonem da gorszy rezultat akustyczny niż ceramika 8 cm w tym samym miejscu, mimo że tabela twierdzi, że są wymienne. Ceramika 8 cm zastosowana jako obudowa pionu instalacyjnego da gorszy rezultat niż silikat w tym samym miejscu, mimo tej samej tabeli.

Wniosek operacyjny

Przy porównywaniu kart technicznych dwóch przegród o zbliżonym wskaźniku Rw lub RA,1 warto poprosić dostawcę o:

pełną charakterystykę izolacyjności w pasmach tercjowych (50 - 5000 Hz);
wskazanie częstotliwości rezonansowej elementu;
wskazanie ewentualnej koincydencji (lokalizacja i głębokość dołka);
wartości widmowych wskaźników adaptacyjnych C i Ctr.

Te informacje pozwalają ocenić, czy wskaźnik jednoliczbowy adekwatnie opisuje przegrodę w konkretnej funkcji w budynku, czy też kryje za sobą lokalne odstępstwa istotne dla użytkownika końcowego.

Wskaźnik jednoliczbowy to punkt startu analizy akustycznej. Nie punkt końcowy.