Основные понятия, связанные со звуком

Звук, который воспринимает человек, представляет собой быстрое чередование давления воздуха. Диапазон давлений, которые человек воспринимает как звук, очень широк (от 10 МПа до 100 Па, учитывая, что статическое давление воздуха составляет примерно 10-5 Па). Для измерения силы звука стали использовать логарифмическую шкалу, где в качестве стандартного нулевого уровня выбрано значение 2*10 Па. В этом случае в качестве единицы, выражающей громкость звука, используется децибел (дБ). Человек воспринимает соответствующую область в диапазоне от 0 до 140 дБ.

Скорость распространения звука в воздухе составляет 340 м/с (при 20°C), независимо от частоты. В твёрдой среде скорость звука варьируется в зависимости от материала: от 3400 м/с до 54 м/с. В случае конструкций из плит скорость звука зависит от его частоты. Ниже представлены скорости распространения звука (м/с) в некоторых материалах:

• стекло:  5500-6000 м/с
• алюминий, сталь: 5100 м/с
• дерево: 3400-4500 м/с
• бетон: 4000 м/с
• кирпич: 3600 м/с
• лёд: 3100 м/с
• вода: 1500 м/с
• пробка: 500 м/с
• воздух: 340 м/с
• минеральная вата-изоляция: 180 м/с

Человек различает также амплитуду звуковых колебаний, т.е. высоту звука. Частотный диапазон, который воспринимает ухо человека, составляет от 10 до 16000 Гц (=l/s). Звук частотой ниже 16 Гц воспринимается как вибрация, если он достаточно громкий. Длина звуковой волны, воспринимаемой человеком, варьируется в диапазоне от 20 м до 2 см, поэтому все части строительного сооружения (стены, потолки, окна, двери и т.д.) в зависимости от частоты звука оказываются либо большими (для высокой частоты), либо маленькими (для низкой частоты), при этом звукоизолирующая способность всех частей также зависит от частоты колебаний звука.

Слух человека наиболее чувствителен к звукам, частота которых находится в диапазоне от 1 до 4 кГц, в отношении более низких звуковых частот человеческий слух остаётся весьма нечувствительным. Для имитации слухового восприятия созданы различные корректирующие фильтры – "A", "B" и "C". "А"-коррекцию первоначально использовали при звуковом давлении от 0 до 55 дБ. Скорректированный фильтром "А" уровень звукового давления (шкала "А") обозначается, например, 50 дБ(А). В настоящее время укоренилось использование шкалы "А", вне зависимости от уровней звукового давления.

Под воздушным шумом понимается звук, который распространяется по воздуху (в отличие от звука, передаваемого на конструкцию [ударного шума]). Структурный шум – это звук, который распространяется через конструкции или поверхности. Ударный шум является одним из видов структурного шума. Типичным воздушным шумом, встречающимся в здании, являются человеческая речь, голоса домашних животных и т.д. Пианино создаёт в помещении воздушный шум, а шаги при ходьбе по полу создают ударный шум.

Способность изолировать воздушный шум показывает, в какой степени конструкция изолирует звук, проходящий через конструкцию. Способность конструкции изолировать воздушный шум представляет собой отношение энергии звука, воздействующего на конструкцию, к энергии звука, прошедшей через конструкцию, и измеряется в децибелах. Если звукоизолирующая способность конструкции составляет 50 дБ, то через конструкцию проходит только одна сотая энергии звука, воздействовавшего на конструкцию.

Звукоизолирующая способность конструкции зависит, прежде всего, от массы конструкции и частоты звука. В случае простых массивных конструкций их звукоизолирующая способность определяется на основании т.н. закона массы:

R=20*log(m*f)-49 (дБ), где

R – звукоизолирующая способность (дБ)

m – масса на квадратный метр (кг/м²)

f – частота (Гц).

При удвоении массы или частоты звука звукоизолирующая способность увеличивается на 6 дБ. Согласно закону массы, с помощью более тяжёлой конструкции достигается более высокая звукоизолируемость. Таким образом, конструкции с большой массой акустически являются особенно пригодными для использования. Когда стремятся достигнуть по возможности хорошей звукоизоляции, используют бетонные конструкции. Изоляции звуков низкой частоты возможно достигнуть только с помощью тяжёлых конструкций.

В жилых домах звук распространяется из других квартир в виде воздушного шума и структурного шума (ударного шума), дополнительно к этому звуки создаёт работающее в зданиях техническое оборудование. Доносящийся снаружи шум дорожного движения, а в некоторых местах также и рельсового транспорта или самолётов, либо даже все эти звуки вместе создают общий шум в квартире. В разделе "С1" сборника строительных правил Финляндии RakMK приведены требования к изоляции от воздушного шума и уровню ударного шума в квартирах, а также к допустимому уровню шума от технического оборудования внутри и снаружи здания.  Уровень наружного шума, обусловленный окружающей средой, зависит от места, и требования к звукоизоляции наружных ограждающих конструкций здания представлены в виде графика.

Нижеследующая таблица отражает субъективно различные нормы звукоизоляции R'w (дБ) в конструкции перегородок:

R'w (дБ). Субъективное воздействие в соседнем помещении

• 62 Работающее на максимальной громкости радио не слышно
• 57 Работающее на нормальной громкости радио не слышно, на максимальной громкости уже слышно
• 52 Слышно радио, работающее на нормальной громкости
• 47 Громкие звуки понятны, а мелодии узнаваемы
• 42 Возможно понять нормальную речь
• 37 Нормальная речь полностью понятна
• 32 Как будто тихий радиоголос в приёмном помещении

• Для достижения звукоизоляции конструкции должны быть совершенно плотными.
• Трещина или дыра всегда ухудшают звукоизоляцию.
• В вентиляционных каналах между квартирами необходимы шумоглушители.
• В системе отопления между радиаторами квартир необходимо устанавливать эластичные детали труб или эластичные вентили радиаторов, чтобы звуки не переносились через радиаторы из одного помещения в другое.
• Акустическое проектирование требует целостного планирования, а для его реализации необходима тщательность.