Ściany działowe a strop - jak zapobiec przenoszeniu dźwięków w budynkach?
Niepożądane dźwięki towarzyszą nam w pracy, na ulicy oraz, niestety, często również w domu. Coraz rzadziej mamy obecnie możliwość we własnym mieszkaniu – w ciszy – spędzić nasz wolny czas. Izolacyjność akustyczna w budynkach mieszkalnych ma obecnie coraz większe znaczenie.
Artykuł ukazał się w "Akustyce" - numerze specjalnym "Informatora Budowlanego-murator".
Akustyka pomieszczeń
Nie raz przed zakupem nowego mieszkania czy budową domu należy podjąć szereg decyzji, które będą miały wpływ na poziom ochrony obiektu przed hałasem oraz przyszły komfort akustyczny. Ze względu na sposób rozchodzenia się hałasów w budynkach rozróżniamy dwa rodzaje dźwięków: powietrzne i materiałowe. Pierwszy typ to odgłosy, które rozprzestrzeniają się jako fala akustyczna w powietrzu, np. hałasy docierające do wnętrza mieszkania przez otwarte okno, nawiewniki czy kanały wentylacyjne. Dźwięki materiałowe z kolei przemieszczają się w postaci drgań poprzez konstrukcję obiektu, tzn. ściany, stropy i inne przegrody budowlane. Co więcej, wiele dźwięków można zaliczyć jednocześnie do powietrznych i materiałowych. Podczas przejścia przez ścianę czy strop dźwięk w postaci fali akustycznej padającej na przegrodę jest zamieniany na drgania, które z kolei po jej drugiej stronie powodują emisję hałasów w postaci fali akustycznej, czyli dźwięków powietrznych. Jednocześnie drgania (np. ściany) mogą być przenoszone na inne przegrody (np. strop) i tą drogą materiałową przedostawać się do pozostałych pomieszczeń w budynku. Przykładowo, hałas w formie fali akustycznej padającej na fasadę obiektu, przedostaje się poprzez otwarte okno do jednego pokoju jako dźwięk powietrzny, natomiast w wyniku drgań przenoszonych ze ściany elewacyjnej na strop i dalej na przegrody działowe (np. w sąsiednim pokoju) – jako dźwięk materiałowy. Na ostatnim odcinku drogi rozchodzenia się hałasu dociera on do ucha człowieka zawsze drogą powietrzną jako fala akustyczna. W większości obiektów użyteczności publicznej oraz mieszkalnych hałasy rozchodzą się głównie drogą powietrzną. Natomiast w obiektach o zwiększonych wymaganiach akustycznych, np. w salach koncertowych, studiach nagrań dźwiękowych, laboratoriach badawczych, o wypadkowej ochronie przeciwhałasowej często decydują dźwięki przedostające się drogą materiałową. Odgłosy niepożądane rozchodzące się drogą powietrzną można stosunkowo łatwo ograniczyć, stosując przegrody budowlane o odpowiedniej konstrukcji. Minimalizacja hałasów materiałowych jest znacznie trudniejszym zagadnieniem. W tym celu wykorzystuje się przegrody budowlane o konkretnej budowie, przestrzega się właściwego połączenia ścian i stropów między sobą (tzw. złącza budowlane) oraz wykonuje się dylatacje w konstrukcji obiektu.
Izolacyjność akustyczna w budynku
Mówiąc o ochronie przeciwhałasowej budynku, często mamy na myśli izolacyjność akustyczną w kierunku poziomym i pionowym. O pierwszej z nich decydują głównie ściany nośne oraz działowe, a dźwięk na ogół przemieszcza się drogą powietrzną. Natomiast na ochronę przeciwhałasową w kierunku pionowym wpływ mają stropy budynku, a hałasy rozchodzą się zarówno drogą powietrzną, jak i materiałową. Co więcej, w tej sytuacji źródłem odgłosów niepożądanych bywają nie tylko dźwięki (rozmowa, radio), ale także drgania w stropie wywołane mechanicznie, np. uderzeniem piłki o podłogę czy twardymi częściami obuwia (tzw. hałas krokowy). Dlatego w przypadku ścian ich izolacyjność akustyczna jest wyznaczana tylko dla odgłosów powietrznych, natomiast jeśli chodzi o stropy, podawane są dwa parametry: jeden dla dźwięków powietrznych, drugi – dla materiałowych.
Bardzo często izolacyjność akustyczna jest określana za pomocą wskaźników, czyli pojedynczych liczb wyrażonych w dB. Do wyznaczania odporności przegrody na dźwięki powietrzne najczęściej używany jest tzw. wskaźnik oceny izolacyjności akustycznej właściwej RA (RA1 dla przegród wewnętrznych i RA2 – dla zewnętrznych), natomiast na dźwięki materiałowe – ważony wskaźnik poziomu uderzeniowego znormalizowanego Ln,w. Z definicji ww. wskaźników należy pamiętać, że ściana o dużej izolacyjności akustycznej ma wysokie wartości RA, zaś strop o znacznej odporności na dźwięki materiałowe – niski poziom Ln,w. Przykładowo, ściana nośna wymurowana z pustaków z ceramiki poryzowanej grubości 25 cm, może mieć izolacyjność akustyczą RA1 = 52 dB, dla ściany działowej z pustaka ceramicznego o grubości 12 cm RA1 = 47 dB, natomiast w przypadku stropu z pustaków ceramicznych ze standardową podłogą RA1 = 50 dB i Ln,w = 62 dB.
W tabeli 1. podano wartości wymienionych wskaźników dla przykładowych konstrukcji ścian i stropów oraz wybrane wymagania normowe. Warto także zwrócić uwagę, że parametry izolacyjności akustycznej przegród budowlanych, określone przez krajowe przepisy, nie zapewniają pełnego odgrodzenia mieszkania od hałasów pochodzących z zewnątrz budynku lub innych lokali. Podane wartości należy traktować jako minimalne, zapewniające dostateczny „komfort akustyczny” w pomieszczeniu oraz mieć na uwadze, że są dosyć dużym kompromisem pomiędzy dobrą akustyką a względami ekonomicznymi. W rozmaitych publikacjach prasowych lub materiałach informacyjnych często można spotkać się z pojęciem: „podwyższony komfort akustyczny”. Trzeba wyraźnie podkreślić, że w branży budowlanej hasło to nie ma formalnej definicji, a tym samym jest terminem uznaniowym. O podwyższonym komforcie akustycznym można mówić np. w przypadku, gdy izolacyjność przegród, a także innych parametrów przeciwhałasowych, jest co najmniej o 6 dB większa od wartości określonych w obecnie obowiązujących normach. Jest to jednak nadal kryterium uznaniowe.
Odporność przegród na dźwięki powietrzne i materiałowe zależy przede wszystkim od ciężaru oraz (w mniejszym stopniu) od ich konstrukcji. Im przegroda jest cięższa, tym większą ma izolacyjność akustyczną, dotyczącą zarówno dźwięków powietrznych, jak i uderzeniowych. Tylko w przypadku przegród lekkich, jak np. działowe ściany gipsowo-kartonowe, ich konstrukcja może mieć większy wpływ na izolacyjność niż masa. Co więcej, warto znać prostą zależność, w akustyce nazywaną prawem masy, która mówi, że przy podwojeniu masy przegrody jednorodnej jej izolacyjność akustyczna rośnie o 6 dB. W przypadku jednorodnych ścian lub stropów to podwojenie masy odpowiada podwojeniu ich grubości. Dlatego izolacyjność akustyczna przegrody działowej, np. z pustaków z ceramiki poryzowanej grubości 12 cm, jest o ok. 6 dB mniejsza niż ściany nośnej z pustaków grubości 24–25 cm (patrz tabela 1).
Izolacyjność akustyczna stropów
Z punktu widzenia właściwości akustycznych stropy dzielimy na ciężkie (w tym: pełne, kanałowe i pustakowe) oraz lekkie (np . drewniane). Odporność stropów ciężkich na dźwięki powietrzne zależy głównie od masy całej konstrukcji, jej budowa ma natomiast niewielkie znaczenie. Im strop jest masywniejszy, tym lepiej izoluje od hałasów. Jednocześnie ciężkie przegrody na ogół mają wysokie wartości wskaźnika poziomu uderzeniowego i nie zapewniają wystarczającej ochrony przed hałasem uderzeniowym. Z tej przyczyny na stropach tego rodzaju zawsze powinna być wykonana dodatkowa warstwa ochronna, którą może być wykładzina, panele podłogowe lub tzw. podłoga pływająca. Najskuteczniejsze jest zastosowanie tej ostatniej. W najprostszym przypadku tworzy ją jastrych (element masywny) ułożony na warstwie styropianu elastycznego lub wełny mineralnej skalnej/szklanej, np. Stropoterm Isover (część elastyczna podłogi pływającej). W poprawnie wykonanej podłodze tego typu, warstwa jastrychu powinna być zdylatowana od ścian (na całym swoim obwodzie) za pomocą elastycznego elementu, np. taśmy piankowej, opaski ze styropianu elastycznego lub wełny. Ten prosty szczegół konstrukcyjny może zadecydować o skuteczności izolacyjności akustycznej całego rozwiązania. Typowa podłoga pływająca praktycznie nie ma znaczącego wpływu na izolacyjność akustyczną stropów ciężkich związaną z dźwiękami powietrznymi, jednocześnie drastycznie zwiększa ich odporność na materiałowe. Ze względu na swoje właściwości – małą sztywność oraz zdolność do pochłaniania dźwięku – podłogi pływające, z zastosowaniem płyt z wełny mineralnej, gwarantują nieco lepszą izolacyjność akustyczną, niż te wykorzystujące styropian elastyczny. Różnica obejmuje jednak zazwyczaj kilka dB.
Innym sposobem ochrony jest położenie wykładziny dywanowej albo z tworzyw sztucznych. W przypadku stropów ciężkich rozwiązanie to jest dużo mniej skuteczne niż podłoga pływająca. Umieszczenie wykładziny na stropie obniża wyłącznie tzw. hałas krokowy, natomiast nie oddziaływuje na izolacyjność akustyczną związaną z dźwiękami powietrznymi czy materiałowymi.
Użycie paneli podłogowych na stropach ciężkich, podobnie jak w przypadku wykładzin, wpływa wyłącznie na poziom hałasu krokowego, za to nie ma znaczenia dla izolacyjności akustycznej. Kolejnym sposobem zwiększenia izolacyjności stropów ciężkich, wykorzystywanym na ogół w pomieszczeniach biurowych i technicznych, jest zastosowanie tzw. podłóg podniesionych.
Ich wpływ na parametry akustyczne stropu zależy od konstrukcji i powinien być określony na podstawie badań laboratoryjnych, a także podany przez producenta tego typu podłogi. Na ogół opisywane rozwiązanie zwiększa izolacyjność akustyczną stropu dotyczącą dźwięków powietrznych, natomiast nie oddziaływuje na ochronę przed materiałowymi.
Izolacyjność akustyczna stropów lekkich także zależy od ich masy, lecz duże znaczenie ma w tym przypadku również konstrukcja. Jeśli jest odpowiednia, np. jest podwójną przegrodą z pustką powietrzną, wypełnioną materiałem dźwiękochłonnym (np. Isover Super-Mata), można stosunkowo łatwo uzyskać dosyć dobrą odporność stropów na dźwięki powietrzne, natomiast o wiele trudniej spełnić wymagania dotyczące dźwięków materiałowych. Ponadto, nawet niestandardowe konstrukcje stropów lekkich nie dają takiej ochrony przed dźwiękami materiałowymi, jaką uzyskuje się, stosując przeciętny strop masywny z podłogą pływającą. Co więcej, efektywność takich podłóg na stropach lekkich jest znacznie mniejsza niż na ciężkich. W wielu przypadkach podłoga pływająca na stropie lekkim praktycznie nie wpływa ani na jego izolacyjność akustyczną związaną z dźwiękami powietrznymi, ani materiałowymi. W praktyce jedynym efektywnym rozwiązaniem, umożliwiającym zwiększenie odporności akustycznej stropów lekkich na dźwięki materiałowe, jest zastosowanie sufitów podwieszanych. Przy czym pożądany efekt przyniesie jedynie sufit konstrukcyjnie oddzielony od stropu, np. rozpięty pomiędzy ścianami i oddylatowany lub podwieszony za pomocą wieszaków elastycznych. Tanie, ale jednocześnie dosyć skuteczne wieszaki tego typu można znaleźć w systemach lekkich sufitów gipsowo-kartonowych wybranych producentów (np. wieszaki phonilight Lafarge Gips).
Stosowanie wykładzin podłogowych na stropach lekkich wpływa jedynie na tzw. hałas krokowy. Stopień jego obniżenia jest jednak znacznie mniejszy niż w przypadku użycia wykładziny na stropach ciężkich. Popularne panele podłogowe natomiast nieraz wręcz zmniejszają izolacyjność akustyczną stropów lekkich dotyczącą dźwięków materiałowych, szczególnie w zakresie niskich częstotliwości.
Izolacyjność akustyczna ścian działowych
Ze względu na ochronę przeciwhałasową ściany działowe w budynku dzielimy na ciężkie (powyżej 100 kg/m²) i lekkie. W przypadku pierwszych z nich, które w większości są pojedynczymi i jednorodnymi przegrodami, o ich izolacyjności akustycznej decyduje właściwie wyłącznie masa, określana jako przypadająca na m² ściany (masa powierzchniowa). Im przegroda masywniejsza, tym większa jest jej izolacyjność akustyczna związana z dźwiękami powietrznymi. W przypadku ścian lekkich w praktyce są stosowane dwie podstawowe konstrukcje: pojedyncza i podwójna. Przykładem rozwiązania pojedynczego jest przegroda działowa, np. grubości 12 cm wykonana z bloczków gazobetonowych. Pod względem izolacyjności akustycznej lekka pojedyncza ściana zachowuje się podobnie jak przegroda ciężka – w jej przypadku również ma zastosowanie prawo masy, lecz dźwiękoszczelność jest mniejsza. Przez ścianę podwójną rozumiemy przegrodę, której konstrukcja składa się z trzech elementów: pierwszej przegrody jednorodnej, dylatacji w postaci pustki powietrznej lub wypełnionej wełną mineralną oraz drugiej przegrody jednorodnej. Często pierwsza przegroda jest połączona profilami konstrukcyjnymi z drugą. Typowym przykładem ściany podwójnej jest przegroda działowa z płyt gipsowo-kartonowych na profilach stalowych CU i CW. Izolacyjność akustyczna ściany podwójnej jest silnie związana z jej konstrukcją, w tym głównie masą pierwszej i drugiej przegrody, głębokością pustki pomiędzy przegrodami oraz rodzajem i sposobem rozmieszczenia profili konstrukcyjnych. Na ogół dźwiękoszczelność ściany tego typu jest znacznie większa niż przegrody pojedynczej o masie równej masie całkowitej przegrody podwójnej (masa pierwszej przegrody + wypełnienia pustki + profili + drugiej przegrody). Niemniej jednak lekka ściana podwójna może mieć mniejszą izolacyjność akustyczną w zakresie małych i dużych częstotliwości niż przegroda pojedyncza. Z praktycznego punktu widzenia podwójne ściany z płyt gipsowo-kartonowych, nawet o najprostszej konstrukcji, mają wyższą dźwiękoszczelność niż lekkie przegrody pojedyncze, np. z gazobetonu. W przypadku ścian podwójnych ważnym elementem konstrukcji jest pustka pomiędzy pierwszą i drugą przegrodą. Zaleca się, aby została ona w co najmniej 60% wypełniona przez materiał pochłaniający dźwięk. Typowym rozwiązaniem jest użycie wełny skalnej lub szklanej o małej bądź średniej gęstości (np. Isover Aku-Płyta). Takie wypełnienie, oprócz poprawienia właściwości termoizolacyjnych, spowoduje wzrost izolacyjności akustycznej ściany nawet o 5–10 dB. Warto przypomnieć, że zgodnie z prawem masy wzrost izolacyjności akustycznej (np. przegrody jednorodnej) o 6 dB wymaga podwojenia jej grubości.
Boczne przenoszenie dźwięku
Gdy projektowana jest ochrona przeciwhałasowa budynku, oprócz poprawnego doboru masy/konstrukcji oraz rodzaju ścian czy stropów, należy także uwzględnić możliwość przenikania niepożądanych dźwięków drogą materiałową – nie tylko w kierunku pionowym, ale również poziomym. Takie przemieszczanie się hałasu w kierunku poziomym w postaci odgłosów materiałowych oceniane jest przy uwzględnieniu tzw. przenoszenia bocznego. Jeżeli rozpatrzymy stosunkowo prosty przypadek dwóch mieszkań rozgraniczonych ścianą nośną lub działową, to okazuje się, że hałas między nimi przedostaje się nie tylko drogą powietrzną, poprzez przegrodę wydzielającą, lecz także materiałową przez wspólny strop. Dzieje się tak, gdyż dźwięki powietrzne emitowane w jednym mieszkaniu wzbudzają drgania w stropie, poprzez który przenoszone są do sąsiedniego pomieszczenia i tam zamieniają się na falę akustyczną, czyli hałas. Dlatego oprócz drogi bezpośredniej, jaką stanowi ściana pomiędzy mieszkaniami, odgłosy niepożądane rozchodzą się drogą boczną w postaci drgań – w tym przykładzie poprzez strop. Drogi boczne przemieszczania się hałasu, w zależności od konstrukcji budynku, prowadzą głównie przez stropy, ale także przez ściany przylegające do przegrody bezpośrednio rozdzielającej lokale. Okazuje się, że przy nieumiejętnym zaprojektowaniu konstrukcji obiektu o wypadkowej izolacyjności akustycznej między mieszkaniami może zadecydować izolacyjność na drodze bocznej, a nie bezpośredniej. Co więcej, rzeczywista izolacyjność akustyczna w omawianym przypadku może być znacznie mniejsza niż dźwiękoszczelność określona przez przegrodę bezpośrednią (ścianę rozdzielającą mieszkania). Analiza przenoszenia hałasu drogami bocznymi jest stosunkowo trudnym zagadnieniem i na ogół przeprowadza się ją za pomocą specjalistycznych programów komputerowych. Na szczęście w typowych budynkach jedno- lub wielorodzinnych wystarczy przestrzegać jednej prostej zasady: konstrukcję stropów należy dobierać w taki sposób, aby ich izolacyjność akustyczna była co najmniej o kilka dB większa od dźwiękoszczelności ścian.
W budynkach wielomieszkaniowych, a w szczególności szeregowych i bliźniaczych, najprostszym sposobem zapobiegania rozchodzeniu się hałasów materiałowych pomiędzy poszczególnymi segmentami jest dylatowanie konstrukcji obiektów w linii ich łączenia. Warunkiem skuteczności tego rozwiązania jest jednak zastosowanie dylatacji zarówno na poziomie fundamentów, jak i ścian, przy czym jej szerokość powinna wynosić co najmniej 4 cm. Dylatacja może być wypełniona materiałem o małej sztywności, np. matami z wełny mineralnej. Użycie mat styropianowych jest znacznie gorszym rozwiązaniem. Warto wiedzieć, że dylatacja z wełny mineralnej zwiększa izolacyjność akustyczną pomiędzy sąsiednimi segmentami, mieszkaniami, chroniąc także przed dźwiękami powietrznymi. W przekonaniu autora niniejszego tekstu tego typu dylatacja powinna być standardem (a co najmniej dobrą praktyką) we wszystkich nowo wznoszonych budynkach szeregowych i bliźniaczych.
