عایق صوتی

با افزایش هرچه بیستری جمعیت در مناطق شهری و افزایش نیاز به مسکن ، آلودگی صوتی در مناطق شهری رو به افزایش است زیرا به دلیل افزایش تراکم نیاز به آپارتمان سازی و افزایش واحد های مجاور در مناطق مسکونی سبب گردیده که الزام استفاده از مصالح عایق بیش از پیش رعایت گردد. بر اساس آزمون های بین المللی انجام شده بر روی پانل های دیواری اکوتک و همچنین آزمون های داخلی این شرکت پانل 100 میلیمتری اکوتک دارای مشخصات فنی عایق صوتی زیر می باشد.

برای بررسی هرچه بهتر خاصیت عایق صوتی پانل های دیواری اکوتک بسیار بهتر است که با مبحث هجدهم مقررات ملی (عایق بندی و تنظیم صدا) را به صورت مختصر برای دیوارهای داخلی و پیرامونی ساختمانی بیان کنیم تا بتوانیم به صورت تخصصی تر و قابل درک تر عایق بودن این محصول را بررسی کنیم و همچنین کمکی باشد به ترویج علمی و تجربی در جامعه مهندسی کشورمان به منظور بهینه سازی صنعت ساختمان که عالی ترین هدف مجموعه ایستا سازه است. ابتدا لازم است تا صوت را بشناسیم

صدا چیست؟

صدا یک موج مکانیکی است یا بهتر بگوییم یک انتقال انرژی مکانیکی است. یا ساده تر بگوییم جا به جایی منظم ملوکول های یک ماده (می تواند هوا(گاز) ، مایع یا جامد باشد ) است.. به همین دلیل امواج صوتی در فضا یا خلا قادر به حرکت نمی باشد ولی امواج الکترومغناطیسی به راحتی قادر به حرکت می باشند. لذا صوت برای انتقال نیاز به ماده دارد. پس از تعریف صوت چند تعریف دیگر که بسیار مهم می باشند را بیان می کنیم

تعاریف

(noise نوفه ) نوفه به معنای هرگونه صدای نخواسته است
امواج صوتی هوا برد امواج صوتی است که محیط انتشار ان در هواست
نوفه زمینه نوفه زمینه به نوفه (صدای ناخواسته ای) در فضای مورد نظر اطلاق می شود ؛ منشاء آن می تواند داخلی مانند صدای تاسیسات و یا خارجی مانند صدای وسایل نقلیه باشد..
تراگسیل پدیده انتقال انرژی در یک محیط یا از درون یک جدا کننده را تراگسیل می گوید

حال اگر یک جدا کننده توسط امواج صوتی که در هوا بود مرتعش شود آن را تراگسیل هوابرد می نامیم و اگر جسم جدا کننده که توسط یک جسم مرتعش به ارتعاش در آمده است انرژی را منتقل کند آن را تراگسیل پیکری می گویند.

اکنون که درباره چیستی امواج صوتی و چند تعریف پایه ای در این باره آشنا شدیم میتوانیم با اهداف و نحوه سنجش و مقایسه جدا کننده ها و رابطه انها در بحث عایق های صوتی بپردازیم. در ابتدا هدف اصلی از مبحث هجدهم مقررات ملی ساختمان ایران به حداقل رساندن صدای نوفه (صدای ناخواسته) در ساختمانها است تا ضمن تامین سلامت و آسایش ساکنان ، شرایط مناسب شنیداری فراهم گردد.

همانطورکه گفتیم امواج صوتی یک موج از جنس انرژی مکانیکی است لذا واحد سنجش قدرت موج صوتی از جنس وات (یا همان ژول بر ثانیه) می باشد یا به عبارتی دیگر صوت یک انرژی می باشد که با فرمول کار همخوانی دارد و لذا واحد آن مانند کار وات است. حال با محاسبه نسبت انرژی صوتی وارد شده به یک جداره (دیوار ، درب ، پنجره و یا سقف ) به انرژی خارج شده از آن سطح می توان ضریب کاهش یافته آن جداره گفت و از آنجا که اعداد در مبحث صوت لوگاریتمی می باشند از این نسبت لگاریتم گرفته می شود. (چراکه اعداد بسیار کوچک هستند.) و به عدد بدست آمده ضریب تراگسیل یک جداکننده گفته می شود. این عدد مهمترین عدد برای سنجش قدرت عایق صوتی بودن یک جداره یا دیوار می باشد

حال اگر در همین رابطه نسبت شدت صوت وارد شده به جداکننده را به شدت صوت جذب شده توسط جداکننده بسنجیم ضریب جذب یک جدا کننده بدست آمده است

واحد سنجش صدا دسی بل می باشد که آن نیز خود یک نسبت است ، ده برابر لگاریتم شدت صدا در نقطه 1 نسبت به نقطه 2 ؛ که برای سادگی و داشتن یک مرجع قابل مقایسه در سراسر دنیا شدت صوت مبنا (نقطه 2) را با مقدار 10 به توان 12- وات بر مترمربع قرارداد نموده اند. لذا همانطور که مشاهده نمودید سه رابطه بالا در واقع شکل های مختلفی از یک نسبت بودند که هر سه بر نسبی بودن و جنس انرژی بودن صوت تاکید داشتند

در تصویر پیوست فرمول های ضریب تراگسیل جدا کننده ، ضریب جذب یک جداکننده و سنجش تراز صدا ارائه شده است

در قسمت اول به چیستگی و چگونگی انتقال صدا در طبیعت پرداختیم و در قسمت دوم ، از آن چیستی برای بدست آوردن روابط سنجش صوت که همگی نسبی بودند استفاده کردیم و توانستیم معیاری برای سنجش میزان عایق صوتی بودن جداره های مختلف پیدا کنیم

در این قسمت ابتدا به دامنه فرکانسی قابل شنیدن توسط انسان و محدود شنوایی انسان در دامنه 20 تا 20000 هرتز پرداخته و سپس دلیل تعیین نمودار های استاندارد وزنی و نمودار استاندارد A را بیان خواهیم کرد

ابتدا باید به تعریف فرکانس بپردازیم ، همانطور که در قسمت اول نیز بیان شد ، صوت یک موج انرژی است که مانند دیگر امواج می تواند دارای تکرار در هر بازه زمانی باشد. در واقع تکرار یک موج در ثانیه را بسامد می گویند که آن موج با واحد هرتز Hz به افتخار هاینریش هرتز فیزیک دان آلمانی نامیده شده است.

بسامد قابل شنیدن توسط انسان با شنوایی سالم از 20 تا 20 هزار هرتز می باشد. که بسامد های زیر 20 هرتز را فروصوت (infra sound ) و بالای 20 هزار هرتز را فرا صوت(ultra sound ) می نامند.

البته در این بازه وسیع نیز انسان قادر به شنیدن تمامی اصوات نمی باشد و در هر بسامد یک حد حداقل و حداکثر برای شدت صوتی (که در قسمت اول تعریف شد) وجود دارد. لذا برای ساده سازی این محدوده در خط افقی نمودار که همان بسامدهاست ناحیه 20 تا 20 هزار را به کانال های (بازه های) مختلفی تقسیم بندی می کنند. در منابع مختلف از 6 کانال تا 32 کانال تعیین شده اما از آنجا که تمرکز این مقاله بر مبحث هجدهم مقررات ملی ساختمان ایران می باشد در این مبحث 10 کانال تعریف شده است. که از کانال 16 تا 31.5 هرتز آغاز و تا کانال 16 هزار هرتز تا 20 هزار هرتز ادامه دارد و سپس برای هر کانال مقدار عددی تعیین گریده که آن را مطابق جدول که در تصویر نیز آمده تعیین کرده اند. باید توجه نمود که این اعداد کاملاً تجربی است و لذا پایه محاسباتی ندارند.

در پیوست تصویر نمودار و جدول کانال های صوتی در بازه بسامد شنوایی انسان آورده شده است. در قسمت های بعدی نحوه استفاده و محاسبه برای سنجش عدد تخصیص یافته کاهش صدا در جداره ها را بیان خواهیم کرد

بهترین واحد برای سنجش میزان انتقال صوت و برآورد میزان عایق بودن یک جداره در برابر انتقال صوت ضریب تراگسیل یک جدار است که از فرمول زیر قابل محاسبه است :

که در آن :

•  شدت موج صوتی تراگسیل یافته از طرف طرف دیگر جداکننده به وات بر متر مربع: I_τ
• : شدت موج صوت فرود آمده به یک طرف جداکننده به وات بر متر مربع   Ii
•  : ضریب تراگسیل جدا کننده است τ

ضریب جذب یک جدا کننده که بر اساس رابطه زیر تعریف میگردد :

که در آن aضریب جذب جدا کننده است

• : شدت موج صوتی جذب شده به یک طرف جداکننده به وات بر متر مربع I_a
• شدت موج صوتی فرود آمده به یک طرف جداکننده به وات بر متر مربع : I_i

پس از به دست آوردن موارد فوق برای یک جداره میتوانیم آر یا همان ضریب کاهش صدا را به دست بیاوریم که از فرمول زیر محاسبه میگردد:

• که در آن   توان صوت فرود آمده به نمونه مورد آزمایش به وات است
• : توان صوتی تراگسیل شده از نمونه مورد آزمایش به وات است
•   R يا TL: شاخص کاهش صدا یا افت تراگسیل به دسی بل است
•    : ضریب تراگسیل جدا کننده

در آزمایشگاه های صدا بندی برای محاسبه شاخص کاهش صدا برای یک جداکننده از رابطه زیر استفاده میکنند

که در فرمول فوق :

• L_1 تراز صدا در اتاق منبع به دسی بل
•  L_2تراز صدا در اتاق دریافت به دسی بل
• T: زمان واخنش اتاق دریافت به ثانیه
• S: سطح جدار مورد مورد آزمایش به متر مربع
• زمان واخنش : مدت زمانی که پس از قطع منبع صدا ، تراز فشار صدا ، 60 دسی بل افت کند.

شرکت ایستا سازه آتر ضریب تراگسیل برای دیوار های بتنی با ضخامت 7.5 سانتی متر ساخته شده از سبکدانه لیکا را بر طبق آزمایش های انجام شده توسط شرکت LGAI تولید کننده اسپانیایی قطعات پیش ساخته اکوتک ( درپیوست این مقاله میتوانید تمامی صفحات سند آزمایش اکوستیک انجام شده توسط این شرکت در مادرید اسپانیا را مشاهده نمایید و همچنین ترجمه کامل این آزمایش نیز به زبان فارسی برای شما قرار گرفته است) برگرفته است و بر اساس فرمول های فوق میتوان میزان عددی شاخص پانل های دیواری اکوتک با ضخامت 7.5 را برابر با R_(W =36 db ) به دست آورده است

و بر طبق آزمایش صورت گرفته توسط این شرکت و دستور العمل اجرایی آزمایش های صورت گرفته بر روی ضخامت 100 میلیمتری این پانل نشان دهنده کاهش صوت به میزان 46 دسی بل می باشد. : l_1 برابر

پس از به دست آوردن موارد فوق باید به بررسی لایه ها ی حائل برای محاسبه میزان کاهش صدا برای یک جداکننده باشیم پس ابتدا با تعریف لایه و جداکننده ساده و مرکب بپردازیم :

لایه : لایه به ساختاری گفته میشود که چگالی حجمی آن در جهات مختلف یکسان باشد مانند اندود گچ
جدا کننده ساده : به جداکننده ای گفته میشود که در مقطع ، از یک یا چند تشکیل شده است لذا چگالی سطحی (وزن واحد سطح ) آن در نقاط مختلف یکسان است. مانند دیوار ، در ، دیوار اجری با اندود گچ و خاک
جداکننده مرکب : جداکننده مرکب جداکننده ای است که سطح آن از چند جداکننده ساده تشکیل شده است مثل دیواری با درب و پنجره

اکنون که با تعاریف اصلی و پایه ای برای بررسی میزان عایق بودن یک جداکننده آشنا شدیم میتوانیم بر طبق مبحث 18 مقررات ملی ساختمان به موضوع مقررات آکوستیکی ساختمان های مسکونی بپردازیم ( با توجه به استفاده بیشتر از پانل های دیواری بتنی اکوتک در ساختمان های مسکونی در این مقاله تمرکز بررسی بر روی ساختمان های مسکونی است اما در صورت نیاز به بررسی برای انواع دیگری از ساختمان ها دفتر فنی این مجموعه آماده همکاری با مهندسان گرامی است )

مقادیر تعیین شده در جدول حداقل شاخص کاهش صدای وزن یافته (R_w) مورد نیاز برای جداکننده های قسمت های مختلف یک ساختمان مسکونی به شرح ذیل است توجه نمایید که جداکننده هایی در مناطقی با صدای نوفه مساوی یا کمتر از 70 دسی بل است
حداکثر تراز نوفه مجاز در فضاهای داخلی یک ساختمان مسکونی به شرح ذیل میباشد:

و همچنین حداثر میانگین زمان واخنش در بسامد های 500 ، 1000 ، 2000 هرتز برای راه پله ها و فضاهای عمومی یک ساختمان مسکونی 5/1 ثانیه تعیین گردیده است. در جدول زیر میتوانید حداقل های مورد نیاز برای شاخص کاهش صدای وزن یافته در جداره های مختلف یک ساختمان مسکونی را مشاهده نمایید

در پیوست این صفحه میتوانید فایل نوشتاری مبحث 18 مقررات ملی ساختمان را دانلود نمایی و به جداول مربوط به حداقل شاخص صدا وزن یافته برای جداکننده ها در سایر ساختمان ها نظیر : هتل ها ، بیمارستان ها ، مدارس و... دسترسی یابید
با توجه به متن فوق و آزمایش های صورت گرفته بر روی پانل های دیواری اکوتک این محصول پوشش دهنده تمامی ضرایب بالا است ، به استثنا جداکننده دو واحد مجاور و مستقل (حداقل شاخص کاهش صدا وزن یافته بر حسب دسی بل برای این تیغه برابر 50 دسی بل می باشد ) که پیشنهاد این شرکت برای اجرای این تیغه دو لایه متشکل از یک لایه با ضخامت 100 میلیمتر و یک لایه با ضخامت 75 میلیمتر میباشد که هر کدام از لایه ها به ترتیب دارای ضریب شاخص کاهش صدای وزن یافته به میزان 36 و 32 دسی بل می باشند که سبب پوشش کامل مبحث 18 مقررات ملی ساختمان میگردد.
در پیوست این مقاله میتوانید گزارش آزمون های بین المللی صوت بر روی ضخامت های متفاوت پانل دیواری اکوتک ( اسپانیا ، سنگاپور ) و ترجمه آنها را مشاهده فرمایید.