К главной странице

Многие явления, связанные с высокой громкостью звука от соседей в новых панельных квартирах вызывают вопросы , которые трудно объяснить. Это связано с необходимостью учета проекта здания , с трудностью перехода от теоретических знаний к прикладной физики и с пренебрежительным отношением к горожанам так называемой “большой науки”.
Мы постарались для вас объяснить физику процессов повышенной слышимости в панельных домах.

Если вы считаете, что публикация полезна и работу следует продолжить , то перечислите 100 руб на номер 8-901-546-63-75 , так мы узнаем что есть потребность в дальнейших исследованиях.

Физика нашей квартиры - Звук

Сидельников А.И.

Почему в новостройке всегда высокая слышимость ?

Причин высокой слышимости в новостройке по сравнению с обжитой квартирой две:
Для выполнения работ по уменьшению шума в квартире (акустическому благоустройству помещения) необходимо понять физику распространения волн звуковой частоты в помещение. Поэтому приступим.

Ваша квартира и архитектурная акустика

Почему в квартире "под ключ" высокая слышимость ?
Основатель архитектурной акустики Уоэллес Клемент Сэбин еще 1895 частично ответил что причина этому реверберация (многократное отражение звука ).
Что-бы понять размерность этого явления приведём расчет для бетонной коробки с размером между стенами 6 метров. Время прохождения звуком этого расстояния составит 0,02 сек. Тогда для импульса звука продолжительностью 1 сек звук будет усилен 25 раз!!!!!!
На рисунке 1 показан механизм этого усиления.
реверберация
Рис 1 (Реверберация)
Открытие Сэбина было настолько значительным, что до конца 60-x годов произведение коэффициент звукопоглощения на площадь поверхности измерялось в Сабинах.
После ввода международной системы единиц СИ эта величина стала относительной величиной. В дальнейшем в расчетах примем, что хозяева квартиры не ”минималисты” и используют для комнаты 1 ковер , 1 диван, 1 кресло , линолеум.
Что дает уменьшение громкости шума на 2 дБ из-за снижения уровня реверберации по сравнению с бетонной коробкой новостройки.
ПАРАДОКСАЛЬНО НО СНИЖЕНИЕ УРОВНЯ ЗВУКА ДАЖЕ НА 2 ДЕЦИБЕЛА ЧЕЛОВЕК ВОСПРИНЕМАЕТ КАК КОМФОРТНОЕ. (это к вопросу о том децибел это много или мало для слышимости звука )

Почему металлическая дверь снижает шум ?

Как изменится звук, если я установлю металлическую дверь вместо деревянной ?
В акустике в отличие от оптики[2] под коэффициентом прохождения для гармонической волны имеют ввиду отношение амплитуд давления [3]. Что-бы не было путаницы будем конкретизировать, какой коэффициент прохождения, какой величины мы рассматриваем. При нормальном падение звуковой волны на поверхность двери коэффициент прохождения по давлению равен:
W= Pпр/ Pпад =2 Zдв / (Zдв + Zвоз ) (1)
где Zдв, Zвоз –удельное акустическое сопротивление для двери и воздуха.
Так как интенсивность звуковой волны равна квадрату амплитуды звукового давления, деленному на удвоенное акустическое сопротивление
I=P2 /2*Z (2)
где P – амплитуда звукового давления;
Z – удельное акустическое сопротивление;
Тогда коэффициент прохождения звука по интенсивности (Iпр/Iпод) через поверхность равен:
Ki = W2*Zвоз/ Zдв (3)
То что мы определили в акустике носит название КОЭФФИЦИЕНТ ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЯ - который характеризует ослабление звука при каждом отражении. Численно равен отношению суммы прошедшей и рассеянной звуковой энергии к подведенной энергии для кв.м. КОЭФФИЦИЕНТ ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЯ связан только с материалом а не с конструкцией поэтому он не зависит от толщины конструкции из этого материала.
Для наших дверей и воздуха удельные акустические сопротивления равны:
Тогда отношение прошедших интенсивностей звука через дверь для дерева и стали равно Kiдер / Kiсталь = Zст/ Zдер =14 что соответствует примерно 11 Дб
То есть замена только деревянной двери на металлическую без относительно толщины двери дает снижение звука от источника шума на 11дБ
Использование только коэффициента звукопоглощения для оценки звукоизоляционных свойств материалов при изоляции источника шума не корректно.
Так как возможно, что демпфирование звука в слое дерева выше чем в слое стали и деревянная конструкция двери обычно толще чем полотно металлической двери.
Для полной оценки интенсивности звука прошедшего через препятствие с учетом ее толщины используют КОЭФФИЦИЕНТ ПРОНИЦАЕМОСТИ. Численно КОЭФФИЦИЕНТ ПРОНИЦАЕМОСТИ равен отношению звуковой энергии после преграды к подведенной для кв. м. То есть коэффициент проницаемости учитывает демпфирующие свойства материала и толщину конструкции.

ВСЕГДА КОЭФФИЦИЕНТ ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЯ ЗВУКА >= КОЭФФИЦИЕНТ ПРОНИЦАЕМОСТИ ЗВУКА

Но вряд ли вы найдете значение коэффициента проницаемости для дверей ведь эта величина будет зависеть от их толщины ( поэтому некоторые недобросовестные производители указывают только коэффициент звукопоглощения , например для пластин минеральной ваты)
Воспользуемся знаниями из материаловедения согласно которым относительное рассеивание энергии в материале за период колебаний равно двойному значению логарифмического декремента затухания . Для продольных колебаний логарифмический декремент затухания в дереве (сосна) равен 0,02 о.е. для стали примем 0,005 о.е.
Тогда потеря энергии волны при прохождение препятствия шириной L будет равна:
ΔW=L/Vф*2*σ*f (4)
где
L - толщина препятствия;
Vф - фазовая скорость;
σ - логарифмического декремента затухания ;
f - частота;

Важным практическим выводом формулы 4 является тот факт что демпирующие свойства двери можно услышать , так как затухание зависит от частоты то чем четче вы слышите разговор за дверью чем хуже демпфирующие свойства двери.
Для одной и той-же частоты отношение потерь звука при прохождение через разные по толщине и материалу полотна двери:
I1/I2=(L1/L2)*V2/V1*σ1/σ2 (5)
где
I1-иненсивность после прохождения L1 в первом материале;
I2- интенсивность после прохождения L2 во втором материале;
σ1 и σ2 - логарифмического декремента затухания в первом и втором материале;
V1 и V2 - фазовые скорости в материале;
Используя выше приведенные данные получаем Парадоксальный результат что трехкратная толщина цельной деревянной двери по сравнению со стальной дает такое же значение звукоизоляции как металлическая дверь.
Таким образом , факт улучшения звукоизоляции при замене деревянной двери на цельнометаллическую в новостройке может объясняться только не цельностью деревянной двери и выступами металлического листа со звукоизоляционными прокладками.
Очевидно, что металлическая дверь со звукопоглощающим покрытием имеет более низкий коэффициент проницаемости.

Громкие соседи

Почему я слышу крики соседей ?
Иногда в зале или спальне в панельных новостройках слышны крики ( уровень громкости с которой сосед кричит 85 дБ ( кстати 75 Дб это уровень громкости пылесоса). В этом случае мы имеем дело с двукратной трансформацией колебаний звуковых волн из воздушных волн в материальные и обратно в воздушные. При этом происходит трансформация воздушных колебаний в материальные колебания сжатия и растяжения.
Как это ни парадоксально, но ПО ПРОЕКТУ ВЫ ДОЛЖНЫ СЛЫШАТЬ РУГАНЬ И КРИКИ СОСЕДЕЙ .
Проектная звукоизоляция для шума через перекрытие для панельных домов не менее 52 дБ. Тогда при стандартном звукопоглощение ( см 1 пункт ) в квартире от крика соседей на детей имеем 85 дБ -52 дБ- 2 дБ = 31 дБ . То есть если у вас правильно ругаются соседи то по проекту вы должны их ругань слышать выше чем шепот (20 дБ) и примерно как ход настенных часов 30 дБ. Пылесос вы по проекту тоже должны услышать с силой 21 Дб как шепот.

Дети-Слоны

С какой частотой я слышу грохот с верхнего этажа ?
При ударе предмета о пол в полу возникает волна сдвига, которая не является гармонической волной , частота с которой мы слышим эту волну это доминирующая частота присутствующая в этой волне [20-300 Гц]. И эта частота в отличие от тонких пластин не должна завесить от габаритов пола.

Почему я слышу грохот с верхнего этажа ?
Если у вас сверху живут маленькие дети, то наверняка вы периодически слышите грохот от ног ребенка. Почему вы слышите звук от ног ребенка и тише слышите шаги его 120 килограммовой мамы слона ?. Ответ прост при беге в отличие от ходьбы есть промежутки, когда обе ноги в воздухе, и вы слышите падение 25 кг с высоты 5 сантиметров ( энергия удара примерно 13 Дж). В строительных нормах этот тип шума для плит перекрытия для слышимости снизу нормируется значением не больше 60 дБ (индекс приведённого ударного шума). При этом измерительный стенд “топательная машина” имитирует ходьбу взрослого человека (энергия удара 2 Дж ) площадь молотка вероятно 19,6 см2 , так как при ходьбе человек опирается только на часть ступни. При испытаниях частота принимается равной 10 Гц. С учетом среднего поглощения получим уровень “топота от ходьбы” 60-2=58 дБ для бетонной плиты ( что не соответствует тихой комнате 40 дБ ). Соседи обязательно должны сделать напольное покрытие (лучше толстый линолеум ) или “ опускать ноги медленнее это шутка“ иначе вы обречены отчетливо слышать шаги соседей выше средней громкости 58 дБ (50 дБ это разговор средней громкости).
Громкость шагов которые вы слышите от соседей помимо энергии зависит от времени перехода энергии удара (или скорости удара) в потенциальную энергию перекрытия . Вспомните формулу для плотности потока энергии [1]
j=dW/dS* dt (5)

Интенсивность это среднее значение плотности потока энергии.
Поэтому , основание линолеум-бетон будет медленнее гасить энергию удара , поэтому при прочих равных амплитуда материальных колебаний плиты перекрытия будет меньше и вибрационные волны будут ниже (вспоминаем что интенсивность потока энергии переносимой волной I=1/2 ρ A2 ω 2 Vф) . Аналогично снижает уровень ударных шумов и ковер на полу.
Сделав допущение что время удара от детей слонов сравнимо с временем удара взрослого, и форма сдвиговой волны подобна , тогда уровень шума при беге детей будет на 8 децибел выше чем от взрослых , то есть если вы тихо слышите шаги соседей (например с уровнем громкости в 30 дБ, что равно громкости настенных часов).
БЕГ ДЕТЕЙ СОСЕДЕЙ ВЫ БУДЕТЕ СЛЫШАТЬ ГРОМЧЕ, ЧЕМ ШАГИ ВЗРОСЛОГО ЧЕЛОВЕКА.
То есть это уровень 38 дБ, а это уже хорошо слышно. Но осторожней если ваши соседи “бестолковые бегемоты” и вы слышите их шаги громче, чем звук настенных часов, тем более громко будете слышать и детей бегемотов
Интересно, что если сосед с верху уронит камень в новостройке весом 80 кг с высоты 2 метра энергия составит 1600 Дж это дополнительно 29 дБ то при подобном раскладе этот грохот вас не убьет, а составит 89ДБ (85 дБ— очень шумно — громкий крик, мотоцикл с глушителем).

Почему я слышу грохот с нижнего этажа ?
Парадоксально, но топот детей в панельных домах слышат не только соседи снизу, но и соседи сверху.
При строительстве панельных домов плиты несущих стен лежат на плитах перекрытия. То есть мы имеем структуру, согласно которой волна изгиба от плиты перекрытия переходит в продольную волну сжатия несущей стены всего дома , двигающуюся в верх и низ с затуханием. Если волна сжатия / растяжения обладает достаточной энергией она может привести к смещению <-> следующих плит перекрытий , с расстоянием волна гасится и какие либо перемещения верхних плит перекрытия на интервале всего времени наблюдения отсутствуют. Парадоксально, но топот по ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ плите перекрытия этажом ниже вы слышите через ГОРИЗОНТАЛЬНУЮ плиту вашего пола, а не через ваши вертикальные стены.

Почему я слышу скрип дверных петель этажом ниже ?
Скрип представляет колебание частиц двух оснований (скольжение отрыв –скольжение) при их ударе между собой. Эти колебания переходят в поперечные волны стен (так-же работает и система дрель-стены). Далее вы их слышите через вертикальные стены. Для железобетона логарифмический декремент затухания примем 0,15 о.е , хотя для железо- бетона он принадлежит диапазону 0,08 – 0,21[4].
Тогда потеря энергии на метр составит 1/Vф*2σf . Если принять частоту скрипа 1200Гц и скорость поперечных волн в железобетоне 0,5*Vпрод , то потери составят 0,18 о.е/метр.
Другими словами для уменьшения звучания поперечных волн в стенах в два раза нам понадобится 3 метра. Или 3 дБ на этаж. На самом деле потери будут выше, так как между стенами есть плита перекрытия.
Используя выше приведенную оценку для дрели можно получить завышенную оценку для слышимости дрели, что расстояние слышимости дрели в панельном доме составит (80-40) / 3 =13 этажей.

Музыкальный негодяй.

Почему весь подъезд слышит музыкальный гул соседа
При вселение в новостройку часты случаи, когда кто-то, из соседей наслужившись недоразвитых продавцов, приобретает классную мощную звуковую систему для залов и ставит ее в квартире.
НИ В КОЕМ СЛУЧАЕ НЕЛЬЗЯ ПОКУПАТЬ МОЩЬНУЮ АУДИОСИСТЕМУ ДЛЯ ПАНЕЛЬНОЙ КВАРТИРЫ. Ведь хорошие концертные залы имеют большой объем , звукопоглотители , поперечную и продольную звукоизоляцию. Рассмотрим физику объясняющую процесс слышимости звука музыкального негодяя соседями. В отличие от “громких соседей” в этом случае основной переход воздушных колебаний в материальные происходит в форме колебаний изгиба. Стены , пол , потолок начинают вибрировать c тоном кратным собственной частоте (f=v/2L). Стены пол потолок становятся вторичными источниками звука.
В литературе по акустике этот процесс поучил название акустический резонанс.
Эти-же колебания накладываются на звуковые волны в помещение музыкального негодяя, так как он их не различает в спектре музыки, то вы легко можете сделать вывод, что музыкальный негодяй лишён не только ума, но и музыкального слуха.
Если вы сосед музыкального негодяя, то вы будете слышать не только звук от волн изгиба, но и волны сжатия растяжения, для которых сейчас уже не применимы строительные нормы затухания звука так как стена колеблется. И вы слышите колебания плохого качества “ акустической колонки “ размером со стену !!!!!!!! Ни каждому повезло слышать ЭТО !!!!!!!!
Как мы уже показывали выше примем потери 3дБ на этаж и звук от музыкального негодяя при слышимости у вас как у соседа в 60 дБ (норма для контор) будет отчетливо слышен, по крайней мере на (60-40)/ 3дБ = 3 этажа вверх и три этажа вниз. При этом возможно, что звук будет слышен на большем числе этажей так как в этом случае в колебании участвуют как боковые стены, так и перекрытие.
Для акустического резонанса, и значит нарушения норм тишины , характерна слышимость через стены коридора. То есть если музыка соседа слышна в коридоре, то это повод к началу мероприятий как это принято в акустике к “ заглушению в источнике”.

Ах этот загадочный шум из вент. блока.

Почему в туалете я слышу через стену разговоры соседей этажом ниже ?
Вентиляционный блок с позиции звука можно представить как комбинацию волноводов. При этом движением теплого воздуха для расчета звука можно пренебречь. Нетрудно подсчитать, что для бетона критический угол преломления составляет 5 градусов (вспомним закон Снеллиуса). Все звуковые волны, которые будут падать на бетон с углом более 5 градусов к нормали будут отражаться.
Фронт звуковой волны при выходе из канала спутника ( если это горизонтальный выход ) при отсутствие препятствия, представляет сферу (вспомним дифракцию). При встрече звуковой волны из канала спутника со стенкой основного канала та часть волны, для которой угол нормали к участку поверхности волны меньше 5 градусов будет частично преломлен с последующим выходом в ваше помещение. Поэтому при переходе от канала спутника в общий канал вы слышите в туалете разговоры соседей на кухне через стену вашего вент. короба. Кстати отражение в этом случае тоже имеют место быть поэтому создается иллюзия, что между соединениями вентиляционных блоков есть щель , но это не так.

Почему я не слышу разговоры соседей этажом выше, но слышу разговор через этаж выше ?
Иногда особенно в новых домах основной канал вентиляционной шахты еще не запылился и обладает малым звукопоглощением. Так как ваша соседка достаточно далеко от вас, то для наблюдения данного эффекта она должна иметь “музыкальный ” и громкий голос. Другими словами она должна определенное время со строго определенной частотой вести громкий разговор. Эта частота должна вызывать поперечный резонанс в месте спряжения волноводов. Примем, что ширина основного канала вентиляции 0,3 метра тогда частота резонанса должна быть 340/2*0,3 =566 Гц . Этот же эффект может приводить к редкому возникновению повышенной слышимости речи при разговорах гостей соседей с нижнего этажа.

Почему я слышу соседей этажом выше ?
Во первых при выходе звука из каналов спутника соседей выше часть звуковых лучей устремится в вниз (даже если выход каналов спутников под углом ) и далее в отверстие вашего канала спутника.
Во вторых для герметизации промежутков межу вентиляционным блоком и плитой перекрытия используются герниты (черные полимерные упругие трубки), везде в зоне досягаемости они штукатурятся или цементируются. Но для отражения воздушного шума масса штукатурки должна быть достаточна при недостаточной массе (прочности) возможно увеличение звукопроницаемости в местах спряжения вентиляционного блока и плиты перекрытия. Особенно со стороны сантехнической кабины.
В третьих звуконепроницаемость стен вентиляционного блока, где залегают ваши каналы спутники со стороны соседей должна быть достаточной.

Если вы считаете, что публикация полезна и работу следует продолжить , то перечислите 100 руб на номер 8-901-546-63-75 , так мы узнаем востребованность дальнейших исследований.

Список литературы:
  1. Савельев И. В. Курс общей физики: Учеб. пособие. В 3-х т. Т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. — 3-е изд., испр. — М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. — 496 с.
  2. Курс физики. т.1. Механика. Молекулярная физика. Савельев И.В.М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989
  3. Общая акустика. М. А. Исакович. Учебное пособие. Издательство «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, М., 1973 г.
  4. Я.И. Швидко Я.И. Расчёты железобетонных конструкций в эксплуатационной стадии . Часть 2 Перемещение железобетонных элементов. Реконструкция и усиление. Учебное пособие - М. МИИТ 1999 г.