Multifunkční zasklení 4 – Ochrana proti hluku

 

Při šíření zvuku skleněnou výplní – obvodovým pláštěm nebo příčkou – je zapotřebí si nejprve vysvětlit, co se děje se zvukem při jeho dopadu na stavební konstrukce. Zvuková energie se od povrchu zasklení odráží, částečně je jím pohlcována a větší část se přenáší chvěním na druhou stranu. Kmitání způsobené dopadem zvukových vln na zasklenou výplň rozechvívá na obou jejích stranách vzduch a tento jev vnímáme jako hluk. Schopnost konstrukce přenášet tento zvuk, nebo spíše schopnost zabránit jeho šíření, lze vyjádřit zvukověizolačním parametrem – vzduchovou neprůzvučností. Vzduchová neprůzvučnost R [dB] je vlastnost konstrukce projevující se ztrátou akustického výkonu zvuku při přenosu vzduchem prostřednictvím konstrukce. Požadavek na vzduchovou neprůzvučnost se vyjadřuje váženou vzduchovou neprůzvučností R_w [dB]. Značky neprůzvučnosti a vážené neprůzvučnosti R a R_w znamenají, že hodnoty veličin jsou výsledkem měření na stavbě, nebo výsledkem výpočtů simulujících tyto výsledky. (R je naměřené, R_w je vypočtené?

Pro měření zvuku jsou používány dvě hodnoty:

● hodnota akustického tlaku v Pa nebo častěji používaná hladina akustického tlaku v dB,

● kmitočet neboli frekvence, který závisí na trvání celkové vibrace. Je stanoven jako počet vibrací za sekundu, jednotkou je s^–1 = Hz. Vyšší frekvence znamená vyšší tón.

 

Rozlišují se tři různá frekvenční pásma:

● nízké frekvence, pod 300 Hz,

● střední frekvence, od 300 do 1200 Hz,

● vysoké frekvence, nad 1200 Hz.

Je důležité uvědomit si, že rozdíl 3 dB u akustické izolace dvou výrobků je úměrný 50% snížení intenzity hluku; nedá se však říci, že to samé platí pro naše vnímání hluku:

● rozdíl 1 dB je prakticky sluchem nepostřehnutelný,

● rozdíl 3 dB je nepatrně slyšitelný, znatelný,

● rozdíl 5 dB je jasně slyšitelný,

● rozdíl 10 dB je úměrný 50% snížení vnímání intenzity zvuku,

● rozdíl 20 dB je úměrný 75% snížení vnímání intenzity zvuku.

Hluk, který slyšíme, není způsobován zvuky opakujících se frekvencí a stejných hladin akustického tlaku, ale je výsledkem sčítání zvuků různých hladin a frekvencí, což vytváří spojité spektrum všech slyšitelných frekvencí. Pro komplexní akustická posouzení je nutné vzít v úvahu frekvenční pásma, jak je ukázáno na obrázku 2.

 

Ve frekvenčním spektru odpovídajícím frekvencím v rozsahu zvukověizolační oblasti je možné zjistit některé detaily a zákonitosti akustických vlastností skel. Nicméně jednotlivá stavební skla mohou mít různou neprůzvučnost, a proto je nelze klasifikovat jednotně. Na základě výsledků akustických měření na vzorcích skel lze uvést určité klasifikace jednotlivých skleněných výrobků.

V několika zemích mají normy týkající se klasifikace zasklení z pohledu stavební akustiky. V nedávné době byly tyto klasifikace nahrazeny jednoduchým číselným kritériem R_w (C; C_tr) detailně popsaným v normě EN ISO 717-1.

Je důležité poznamenat, že hodnoty vážené vzduchové neprůzvučnosti jsou laboratorní, avšak v reálných podmínkách jsou hodnoty neprůzvučnosti nižší.

Hodnota R_w (C; C_tr) je jednočíselnou hodnotou, která vyjadřuje tři základní akustické vlastnosti:

● R_w je hodnota vážené vzduchové neprůzvučnosti,

● C je spektrum přizpůsobení, tzv. růžového šumu (zvuky vysokých frekvencí),

● C_tr je spektrum přizpůsobení hluku od městské dopravy (zvuky nízkých frekvencí).

 

V tabulce č. 1 jsou uvedeny základní rozdíly, kdy je nutné uvažovat se spektry přizpůsobení v závislosti na zdroji hluku. Příklad:

zasklení, jehož R_w (C; C_tr) je 38 (–2;–5) představuje tyto hodnoty neprůzvučnosti:

● pro hluk nízkých frekvencí R_w + C_tr = 38 – 5 = 33 dB,

● pro hluk vysokých frekvencí R_w + C = 38 – 5 = 36 dB.

 

Při navrhování zasklení je nutné brát v úvahu, že požadovaná hladina hluku pro akustickou pohodu v budově závisí na venkovním prostředí, ve kterém se posuzovaná budova nachází. Hluk procházející přes zasklení bude působit rušivěji v budově situované v klidné obytné zóně než v budově v rušném centru města. Čím větší je rozdíl mezi hlukem od určitých rozpoznatelných zdrojů, např. od projíždějícího motocyklu, a hluku z neidentifikovatelného zdroje (hluk v centru města), tím více ho vnímáme jako rušivý.

 

Jakékoliv sklo uložené určitým způsobem do rámu tlumí hluk. Ovšem některé druhy speciálních skel, jako jsou například skla vrstvená pomocí pryskyřice nebo PVB fólie, mají vyšší zvukově-izolační schopnosti.

Z pohledu stavební akustiky se k samostatné tabuli skla chováme jako k příčce a využíváme fyzikálních vlastností jejího materiálu – frekvence a plošné hmotnosti.

Z fyzikálního pohledu na frekvence platí, že u tenkých příček jakékoliv velikosti (plochy) se zvuková izolace zvyšuje o 6 dB zdvojením průměrné frekvence. Ve skutečnosti dochází k rozdělení celého spektra zvuku na tři frekvenční zóny:

● v první zóně v mnoha případech platí uvedené frekvenční pravidlo a izolace se zvyšuje s frekvencí, ačkoliv příčky určitých rozměrů vykazují nižší zvukověizolační vlastnosti. To znamená, že při dvojnásobném zvýšení průměrné frekvence dochází ke zvýšení neprůzvučnosti při-bližně o 4 až 5 dB, to platí do frekvence kolem 800 Hz;

● ve druhé zóně se neprůzvučnost snižuje vlivem existence tzv. kritické frekvence, při které je rychlost šíření zvukové vlny ve vzduchu i v samotné příčce stejná. To znamená, že je to frekvence, při které tabule skla samovolně kmitá vlivem postupující zvukové vlny. Tento stav se nazývá koincidenční efekt. Při běžné okolní teplotě se kritická frekvence dá vyjádřit následujícím vztahem

               12 800

                   e

kde e je tloušťka skleněné tabule v mm.

Rozsah této druhé zóny závisí na pružnosti materiálu. Čím je materiál tužší, tím nižší kritické frekvence se dosahuje při koincidenčním efektu;

● ve třetí zóně se zdvojením frekvence zvuková neprůzvučnost příčky výrazně zvyšuje, teoreticky o 9 dB, ale v praxi je zvýšení nižší.

Pravidlo plošné hmotnosti teoreticky uvádí, že pokud se zdvojnásobí hmotnost příčky, vzduchová neprůzvučnost se při konstantní frekvenci zvyšuje o 6 dB. V praxi se tohoto pravidla velmi často využívá až do koincidenční zóny. Zvětšení tloušťky jednoduché skleněné tabule vyvolá snížení kritické frekvence do nižších frekvencí.

V tabulce č. 2 jsou uvedeny kritické frekvence jednoduché skleněné tabule v závislosti na její tloušťce.

Platí, že:

● každý stavební materiál má lepší zvukověizolační vlastnosti pro vyšší frekvence než pro frekvence nižší. Avšak hluk, proti jehož šíření se stavební konstrukce izolují, bývá většinou ve frekvenčním pásmu nižších frekvencí;

● zvětšením tloušťky skleněné tabule se sice zvyšuje neprůzvučnost, ale má to i nevýhodu v tom, že se posouvá kritická frekvence do oblasti nižších frekvencí;

● jednoduchá skleněná tabule o tl. 4 mm má váženou neprůzvučnost R_w přibližně 29 dB a pro tl. 12 mm až 35 dB.

 

Z hlediska zvukové izolace se klasifikují dva druhy vrstvených skel:

● skla s PVB fóliemi (polyvinylbutyral). Hlavní využití tohoto typu skla spočívá v oblasti bezpečnostního zasklení se zvýšenou vzduchovou neprůzvučností (např. Stratobel, Conex^®);

● skla s akustickými PVB fóliemi (tyto fólie jsou mnohem pružnější než běžné PVB fólie). Fólie byly vyvinuty z důvodu zajištění vyšší neprůzvučnosti vrstveného skla (např. Stratophone). Kromě akustické funkce plní tato vrstvená skla i funkci bezpečností jako předchozí typ skel.

Větší pružnost fólie umožňuje vrstvenému sklu oproti sklu monolitickému zvýšit neprůzvučnost, tzn. posunout kritické frekvence do oblasti vyšších frekvencí. V grafu 1 je uvedena ukázka frekvenčního spektra skla float, vrstvených skel s PVB a akustickými PVB fóliemi, všechna skla mají stejnou tloušťku.

Pro vrstvená skla stejné hmotnosti se zvyšuje neprůzvučnost v oblasti kritické frekvence, kritické frekvence se posouvají do oblasti vyšších frekvencí, celkový efekt je zřetelný hlavně u vážené neprůzvučnosti R_w + C, méně pro R_w + C_tr. Vrstvená skla mají hodnoty vážené neprůzvučnosti R_w přibližně 33 dB pro skla typu Stratobel 33.2 (2x sklo tl. 3 mm + 2 fólie) a do 39 dB pro skla typu Stratobel 88.2 (2x sklo tl. 8 mm + 2 fólie). Vrstvené sklo s akustickými PVB fóliemi mají váženou neprůzvučnost přibližně 35 dB pro skla typu Stratophone 33.2 (2x sklo tl. 3 mm + 2 fó-lie) a do 41 dB pro skla typu Stratophone 88.2 (2x sklo tl. 8 mm + 2 fólie). Nesymetrická vrstvená skla nemají vyšší neprůzvučnost.

Neprůzvučnost dvojskla se dvěma skly stejné tloušťky je obvykle nižší, než je neprůzvučnost jednoduché tabule skla s tloušťkou rovnající se tloušťce obou skel.

Na obr. 8 je uvedena ukázka neprůzvučnosti dvojskla 4–15–4 v porovnání se skly jednoduchými o tloušťkách 4 a 8 mm.

Z grafu je patrné:

● zákonité snížení neprůzvučnosti u frekvencí přibližně 3200 Hz pro dvojsklo adekvátně ke kritické frekvenci 4mm skleněné tabule;

● v porovnání s jednoduchým sklem dochází u dvojskla ke snížení neprůzvučnosti při nižších frekvencích. Tento efekt lze vysvětlit tím, že izolační dvojsklo působí v modelu jako systém hmota–pružina–hmota, tento systém má rezonanční frekvenci posunutou do oblasti nižších frekvencí přibližně 200 až 300 Hz v závislosti na tloušťce, v této zóně se značně snižuje neprůzvučnost;

● teoreticky se neprůzvučnost dvojskla zvyšuje o 18 dB se zdvojením frekvence.

 

Návrh a realizace budovy s efektivní zvukovou izolací vyžaduje zajištění rezonančních frekvencí u systémů hmota–pružina–hmota pod frekvenci 100 Hz. Tuto podmínku nelze dodržet u dvojskla, které má dvě skleněné tabule stejné tloušťky a vzduchovou dutinu tloušťky od 12 do 15 mm. Neprůzvučnost dvojskla pro nízké a střední frekvence je omezená.

V systému hmota–pružina–hmota se proto musí vzduchová dutina mezi tabulemi skla rozšířit tak, aby „pružina“ tvořená vzduchem byla mnohem flexibilnější (pružnější – aby způsobovala vyšší útlum hluku). Toto řešení však vede k dvojsklům s příliš velikou tloušťkou, která k osazení vyžadují široké okenní rámy, a zvyšuje se tak i celková hmotnost dvojskla. Zvětšování tloušťky dutiny mezi skly má také za následek snižování tepelněizolačních vlastností dvojskla, a proto se typ dvojskel s rozšířenou dutinou v praxi příliš neprosadil.

Neprůzvučnost symetrických dvojskel je omezená. Tento závěr by však mohl vést k mylné představě, že modernizace budov a nahrazení jednoduchých zasklení izolačními dvojskly není to nejlepší řešení, což není pravda ze dvou hlavních důvodů:

1. Výměna jednoduchého skla za dvojsklo znamená také výměnu okenního rámu, který bude mít určitě lepší zvukověizolační vlastnosti, a zvukověizolační vlastnosti celého nového okna správně zabudovaného ve stavbě budou jistě vyšší než původní jednoduché zasklení;

2. Z hlediska požadavků na tepelnou ochranu budov představuje dvojsklo jediné možné řešení, jak dosáhnout vyšších tepelněizolačních účinků zasklením.

Vyšší neprůzvučnosti u dvojskel lze dosáhnout sestavou nesymetrických dvojskel se skly různých tlouštěk nebo pomocí akustických vrstvených skel s PVB fóliemi.

 

Možný způsob, jak zvýšit zvukovou neprůzvučnost izolačních dvojskel, je navrhnout jejich nesymetrické uspořádání, tedy sestavu dvou skel o nestejné tloušťce. Nestejná tloušťka skel, která mají jiné kritické frekvence, umožní omezení koincidenčního efektu a zvýšení neprůzvučnosti. Kritická frekvence 3200 Hz, vyskytující se u symetrického dvojskla, úplně vymizí. Zvětšením tloušťky skla se dosáhne zvýšení neprůzvučnosti v nižších frekvencích.

Použitím dvou skel různých tlouštěk v dvojskle se dosáhne vyšší neprůzvučnosti v porovnání s podobným, ale symetrickým dvojsklem. Nesymetrická dvojskla mají váženou neprůzvučnost R_w přibližně 34 dB pro dvojsklo 6–15–4 a do 38 dB pro dvojsklo 10–15–6.

 

S příchodem nových norem a vzrůstajícím povědomím o bezpečnostních a akustických pravidlech při navrhování staveb se čím dál více používají vrstvená skla. Obrázek 10 ukazuje zvýšení neprůzvučnosti dvojskla při použití vrstvených skel. Zvukověizolační efekt je jasně patrný především u vyšších frekvencí, kde mají akustické PVB fólie schopnost vykrývat kritické kmitočty.

Umístění vrstveného skla v izolačním dvojskle není ze zvukověizolačního hlediska rozhodující, většinou se vrstvená skla umísťují na venkovní straně, pokud plní také bezpečnostní funkci jako ochrana před vloupáním, a naopak na vnitřní straně, jestliže chrání před propadnutím osob nebo jejich poraněním.

Pokud neprůzvučnost nesymetrického dvojskla není vyhovující, lze nahradit jedno nebo i obě obyčejná skla skly vrstveným s PVB fóliemi (např. Stratobel) nebo s akustickými PVB fóliemi (např. Stratophone). Zvýšení neprůzvučnosti u dvojskla s vrstvenými skly je patrné především u vyšších frekvencí, tedy pro váženou neprůzvučnost R_w + C. Dvojskla s vrstvenými skly mají váženou neprůzvučnost R_w přibližně 36 dB pro skladbu 6–15–44.2 a až do 41 dB pro 10–12–66.2.

Dvojskla s vrstvenými skly s akustickými PVB fóliemi dosahují vážené neprůzvučnosti R_w přibližně 40 dB pro skladbu 6–12–44.2, až do 44 dB pro dvojskla 10–15–66.2 a 50 dB pro dvojsklo 44.2–20–66.2.

Trojskla jsou z akustického hlediska nevýhodná, protože u nich dochází k rezonanci.

 

Faktory, které ovlivňují neprůzvučnost zasklení, lze shrnout takto:

● zvětšení tloušťky skla přináší mírné zvýšení neprůzvučnosti,

● u jednoduchého vrstveného skla nebo vrstveného skla s akustickými PVB fóliemi dochází k výraznému zvýšení neprůzvučnosti.

● vždy je nutné navrhovat nesymetrická dvojskla,

● je vhodné navrhovat dvojskla s dostatečně širokou vzduchovou dutinou,

● je vhodné navrhovat větší tloušťky skel,

● je vhodné používat vrstvená skla místo skel obyčejných,

● je vhodné používat vrstvená skla s akustickými PVB fóliemi v případě vysokých nároků na zvukověizolační vlastnosti zasklení.

 

Naopak, na zvýšení neprůzvučnosti zasklení nemají vliv tyto faktory:

● pořadí skel ve dvojskle,

● použití skel s povlaky,

● tvrzená skla,

● použití argonu jako izolačního plynu v dutině dvojskla.

 

 

Vážené neprůzvučnosti zasklení se stanovují laboratorně testováním vzorků skel o rozměrech 1,23x1,48 m podle EN ISO 140-3. V reálných provozních podmínkách mohou stavební neprůzvučnost skel ovlivňovat tyto parametry:

● rozměry vlastního skla a rámu,

● způsob zabudování,

● vzduchotěsnost okna, způsob těsnění,

● akustické prostředí, zdroje hluku, umístění a způsob zabudování okna vzhledem ke zdrojům hluku,

● zvukověizolační vlastnosti jednotlivých prvků oken nebo prosklených fasád a jejich zabudování do stavební konstrukce.

Při vyhodnocení stavební neprůzvučnosti je nutné zvážit všechny uvedené parametry pro výběr vhodného druhu zasklení. V některých případech je užitečné konzultovat návrh zasklení se specialisty na stavební akustiku, popřípadě provést kontrolní akustická měření.

 

Stavební neprůzvučnost oken a prosklených fasád

Stavební neprůzvučnost oken a prosklených fasád nezávisí pouze na zasklení samotném ale také na zasklívacím rámu a jeho zabudování v daných provozních hlukových podmínkách.

Výsledky hodnocení stavebních neprůzvučností laboratorních testů oken a prosklených fasád jsou zpracovány podle laboratorních postupů hlavních evropských laboratoří. Testovaný vzorek má rozměry 1,23x1,48 m podle EN ISO 140-3. Dá se předpokládat, že u větších prosklených ploch (5–6 m2) se tato neprůzvučnost sníží o 2 až 3 dB. To je nutné mít na paměti při výběru vhodného druhu zasklení spolu s následujícími pravidly:

● Okna a prosklené fasády zajišťují pro zvuky nízkých frekvencí lepší vzduchovou neprůzvučnost než kročejovou neprůzvučnost (v angličtině tzv. impact sound insulation).

● Okenní rám nesmí mít otevřené mezery a dutiny, musí být dokonale utěsněn dvojitým těsněním proti pronikání vlhkosti a z důvodu snížení infiltrace. Kvalitní vzduchotěsný okenní rám zvyšuje neprůzvučnost až o 2 dB v porovnání s neprůzvučností samotného zasklení. Naopak nekvalitní rám se špatným těsněním způsobí snížení neprůzvučnosti samotného zasklení až o 10 dB.

● Okna s okenicemi na venkovní straně musí být izolována pomocí zvukově pohltivého materiálu (např. izolace z minerálních vláken).

● Je také nutné věnovat pozornost osazení okenního rámu – mezi zdivem a okenním rámem nesmí zůstat mezera, tato část musí být vzduchotěsně uzavřena. Konečná úprava na venkovní straně rámu při osazení do zdiva musí být pružná a vzduchotěsná, rozhodně tedy není vhodné tuto spáru vyplnit cementovou maltou.

● Ventilační mřížky nebo štěrbiny ve fasádách a u oken mohou výrazně snížit neprůzvučnost.

● Stavební vzduchovou neprůzvučnost oken ovlivňuje venkovní hluk, jeho zdroj a směr působení.

● Pro dosažení požadovaných zvukověizolačních vlastností oken a prosklených fasád je nutné navrhovat sestavu zasklení včetně rámů a osazení s vyšší neprůzvučností, než jaká je požadována ve skutečnosti.

● Správná vážená vzduchová neprůzvučnost zaskleníR_w + C nebo R_w + C_tr se navrhuje s ohledem na druh předpokládaného hlukového zatížení.

 

MIROSLAV SÁZOVSKÝ