„Komšije iz pakla“ ili samo još jedan akustički fenomen u zgradama

U zgradama višeporodičnog stanovanja povremeno se mogu čuti žalbe stanara na zvučnu izolaciju prema stanu iznad i na „komšije iz pakla“, koji baš tu žive i zbog kojih nemaju svoj mir.

Zanimljivo je da se te žalbe javljaju na pozicijama u zgradama gde se ne može prepoznati neki opšti sistemski loš koncept građevinske strukture. Kada se te žalbe malo analiziraju, uočava se da one dominantno opisuju samo jednu zvučnu pojavu, a to je zvuk hodanja koji se čuje iz stana iznad. Najčešće su to sitni koraci dece koja trče po stanu.

Drugih primedbi na zvučnu izolaciju uglavnom nema. Da stvar bude gora, sve se to dešava u novim, relativno luksuznim stambenim zgradama. Jedan od razloga žalbi nesumnjivo je i to što su u takvim stanovima očekivanja stanara u domenu zvučnog komfora veća. Ali to svakako ne može biti i jedino objašnjenje.

Kritike stanara zbog ugroženosti zvučnog komfora idu u raznim pravcima. Primarno su usmerene ka komšijama koji stilom života ne dozvoljavaju da se ispod njih mirno živi. Kasnije se kritike neumitno šire na graditelje i njihove izvođačke greške, koje su mogući uzrok nedovoljne zvučne izolacije.

Na kraju dođu na metu kritike i projektanti, jer su možda njihove greške uzrok takvog stanja.

U nekim slučajevima to nezadovoljstvo eskalira, pa se na zahtev investitora u tek završenim zgradama projektuje sanacija zvučne izolacije sa dodatnim izolacionim merama. To je uvek spasavanje onoga što se spasti može (i koliko se može), jer je naknadna sanacija uvek delikatan zahvat, u kome se lako podbaci ili pretera. Takve mere su delikatne i zbog toga što se za intervencije na dodatnoj izolaciji mora oteti deo postojećeg prostora sobe.

Zanimljivo je da na uobičajenoj proveri zvučne izolacije merenjem nakon završetka izgradnje izolacija tih tavanica bude ocenjena kao dobra, često i izuzetno dobra. Tačnije, testiranje izolacije od zvuka udara prema ISO standardima davalo je dobar rezultat, u skladu s kriterijumima za tu vrstu zgrada.

Dakle, sudeći po papirima, greška u projektovanju i izgradnji ne postoji. A stanari su ipak nezadovoljni. Ostaje pitanje da li su u pitanju „komšije iz pakla“, razmaženi kupci skupih kvadrata, ili je nešto treće?

Kako „radi“ plivajući pod?

Savremena gradnja zgrada obavezno predviđa plivajući pod postavljen na betonskoj tavanici. Osnovna svrha toga je da se obezbedi izolacija od zvuka udara u pod, kao što su koraci, ispadanje predmeta, povlačenje stolica i slično. Plivajući pod umanjuje čujnost takvih zvukova na spratu ispod. Od vazdušne buke zaštitu obezbeđuje masivna betonska ploča međuspratne konstrukcije, i eventualno spušteni plafon kao dodatak s njene donje strane.

Standardni plivajući pod vrlo malo doprinosi izolaciji od vazdušnog zvuka. Za vazdušni zvuk to je samo jedna mala dodatna masa u odnosu na veliku masu betonske tavanice. Tek specijalne konstrukcije podova s posebnim elastičnim oslanjanjem i kompleksnog izvođenja obezbeđuju respektivni doprinos izolaciji tavanice od vazdušne buke. Ali pod je osnovno sredstvo za izolaciju od zvuka udara.

Ideja plivajućeg poda dobro je poznata. To je tvrda cementna ploča, takozvana košuljica, koja „pliva“ na sloju od par santimetara nečeg mekanog i ne dodiruje bočne zidove. Uobičajena struktura plivajućeg poda prikazana je na slici 1. Na tržištu postoji široka gama raznovrsnih elastičnih materijala namenjenih funkciji mekanog sloja koji se postavlja ispod košuljice poda.

Svi oni imaju jednu zajedničku osobinu, a to je izvesna elastičnost, usled koje se takvi materijali malo ugnu pod težinom košuljice poda. Materijali koji su tvrdi i nimalo se ne ugibaju nisu prikladni za tu svrhu. Pojednostavljena predstava fizičkog mehanizma plivajućeg poda, kakva se uobičajeno demonstrira u udžbenicima, prikazana je na slici 2. Masa košuljice i elastičnost sloja ispod nje čine mehanički sistem obično označavan u žargonu kao „masa-opruga“. On ima svoju rezonantnu frekvenciju na kojoj osciluje kada se masa pobudi na kretanje nekom udarnom silom (na slici značena sa F1).

Smisao takve konstrukcije je da se dejstvo sile koja deluje na malu masu cementne košuljice umanji pri prenosu na veliku masu betonske ploče tavanice (na slici označena sa F2). Međutim, elastično oslonjeni plivajući pod obavlja tu funkciju samo iznad svoje mehaničke rezonantne frekvencije. Slabljenje sile udara pri prenosu na betonsku tavanicu raste s porastom frekvencije i udaljavanjem od rezonance.

Rezultati atestiranja koje daju proizvođači pokazuju da plivajući podovi s njihovim mekanim materijalima i cementnim košuljicama uobičajene debljine 4–8 cm imaju rezonantne frekvencije u nekom širem intervalu oko 100 Hz.

Zbog takvog ponašanja, u čujnom opsegu će pod unositi veće slabljenje zvukova udara što mu je ta rezonantna frekvencija niža. Prevedeno na fizičke osobine poda, to znači prostu zakonitost: što su debljina i elastičnost mekanog sloja veći, i što je masa košuljice veća, veće je i slabljenje intenziteta zvuka udara.

Naravno, zbog raznih praktičnih ograničenja ti parametri mogu varirati samo u nekim granicama, pa je i realno moguće slabljenje zvuka udara tako ograničeno. To je izolacija koja ne eliminiše apsolutno zvučnu pojavu udara, već samo unosi izvesno njeno smanjenje. Koliko će to smanjenje biti, pitanje je odluke prilikom definisanja fizičkih osobina plivajućeg poda i njegove rezonantne frekvencije.

Kako se proverava izolacija od zvuka udara?

Jedan od standardnih postupaka pri testiranju akustičkog kvaliteta građevinskih objekata je merenje izolacije tavanica od zvuka udara prema standardu SRPS ISO 16283-2.

Rezultat takvog merenja je veličina koja se naziva nivo zvuka udara Ln. Za razliku od merenja izolacije od vazdušnog zvuka, kada se meri nivo zvuka na strani pobude i na strani prijema i na osnovu njihove razlike dobija podatak o stanju zvučne izolacije, u postupku merenja izolacije od zvuka udara strana na kojoj je zvučna pobuda je nedostupna.

Ona se nalazi u materijalu međuspratne konstrukcije na koju deluju razni udarci. To je zahtevalo da se za takvo merenje na neki način standardizuje način pobude, i zatim na isti način primenjuje u svim merenjima, ma ko i ma gde da ih radi.

U tom kontekstu davno je definisan standardni izvor zvuka udara, poznat kao „taping mašina“ (tapping machine) ili u žargonu kratko „tapkalica“. Naziv potiče od činjenice da ta mašina „tapka po podu“.

Sa tako standardizovanom pobudom meri se samo nivo zvuka na prijemnoj strani i na osnovu toga procenjuje stanje izolacije. Izvor zvuka udara definisan je u standardu koji propisuje proceduru merenja te vrste izolacije.

To je mašina koja proizvodi udarce malih tegova o pod u pravilnom ritmu od deset puta u sekundi. Tegovi su teški 0,5 kg i slobodno padaju na pod sa visine od 4 cm. Takvih tegova u mašini ima pet, i stvaraju udare u pod svakih 0,1 s, što čini deset udarnih impulsa u sekundi.

Sila udara određena je masom tegova, visinom s koje se puštaju u slobodan pad i gravitacijom zemlje.

Zanimljivo je da se u aneksu standarda koji definiše proceduru merenja zvučne izolacije, pored standardnog izvora zvuka udara („tapkalice“) kao mogući izvor pobude pominje i nešto što je nazvano „standardna gumena lopta“. To je lopta prečnika 180 mm, izrađuje se od silikonske gume i težina joj je 2,5 kg. Predviđeno je da se pušta u slobodan pad na pod sa visine 1 m.

Silu njenog udara o pod definišu visina s koje se lopta pušta da pada, njena masa i gravitacija.

Fizičke karakteristike lopte, konkretno elastičnost njenog zida, određuju dinamiku kontakta sa podlogom, a time i spektar zvuka udarca koji se generiše u ispitivanoj tavanici.

Kakvi sve mogu biti udari u pod?

Osnovna razlika između lopte i standardnog izvora zvuka udara je u trajanju kontakta sa podlogom prilikom udara. Tvrdi čelični čekići standardnog izvora pri padu na tvrdi pod proizvode udare koji traju manje od 1 ms. Tako kratko trajanje udara čini da zvuk koji pri tome nastaje ima spektar zvuka na višim frekvencijama.

Takođe, elastičnost gume od koje je napravljena lopta čini da impuls pri njenom udaru o pod traje znatno duže, oko 20 ms. Ta razvučenost u vremenu čini da je maksimum spektra zvuka udarca lopte pomeren ka nižim frekvencijama, što znači da zvuči dublje.

Veza između trajanja udara i njegovog spektra diktirana je fizičkim zakonima. Da bi se bolje razumeo značaj trajanja udara o podlogu za zvuk koji pri tome nastaje može se napraviti paralela sa zvukom, svima dobro poznatih, petardi. Male petarde zvuče praskavo, sa dominantno višim frekvencijama, dok velike petarde i druge veče eksplozivne naprave korišćene za veselja stvaraju duboki zvuk pucanja, ili narodski rečeno, „imaju bas“.

Po analogiji, merenje standardnim izvorom zvuka udara čiji čelični čekići udaraju o pod dobro oslikavaju izolaciju od zvuka koji proizvodi udaranje tvrdih predmeta kao što su pad pribora za jelo i sličnih predmeta, hod štiklama i uopšte hod u obući sa tvrdim đonovima. Oni zbog kratkog udara proizvode zvuk dominantno na višim frekvencijama.

Rezultat merenja dobijen po ISO standardu takvim izvorom udara može pokazati da tavanica ima odličnu izolaciju jer je slabljenje plivajućeg poda na višim frekvencijama veliko. To će za stanare ispod imati odraza za slučaj udara takvih „tvrdih“ predmeta. Ali, hodanje i trčanje bosim nogama ne spada u tu kategoriju.

Da bi se ilustrovala razlika u vrstama udara, na slici 3 je prikazan rezultat merenja vibracija površine poda koje nastaju u slučaju različitih pobuda. Snimljene su vibracije nastale hodanjem bosom nogom, udarcem gumenom loptom opisanom u standardu za merenje, padanjem metalnog noža sa stola i hodanjem sa obućom koja ima tvrdi đon.

Rezultat je prikazan dijagramom. Udarac bose noge u pod traje duže u vremenu, pa je i zvuk koji pri tome nastaje dublji, sa maksimumom na niskim frekvencijama. Udarac o pod tvrdim predmetima kao što su nož ili tvrdi đon cipele, na niskim frekvencijama ima malu zvučnu energiju jer njihov kontakt sa podlogom kratko traje. Na slici se prepoznaje trend porasta njihove energije ka višim frekvencijama.

Slabljenje sile udara pri prenosu sa košuljice na betonsku tavanicu raste s porastom frekvencije i udaljavanjem od rezonance. Zbog toga će u čujnom opsegu pod unositi veće slabljenje što mu je ta rezonantna frekvencija niža.

Prevedeno na fizičke osobine poda, to znači sledeće: što su debljina i elastičnost mekanog sloja veći, i što je masa košuljice veća, veće je i slabljenje zvuka udara. Naravno, zbog raznih praktičnih ograničenja ti parametri mogu varirati samo u nekim realnim granicama, pa je i izolacija plivajućim podom ipak ograničena. Koliko će biti to smanjenje, pitanje je odluke prilikom definisanja fizičkih osobina poda i njegove rezonantne frekvencije.

Uobičajeni plivajući pod više frekvencije uspešno će oslabiti. Zato padanje predmeta sa stola i hod u tvrdoj obući može biti nečujan događaj u sobi ispod. Ali, plivajući pod neće oslabiti niske frekvencije koje pravi udar bose noge, i koje su ispod frekvencije njegove rezonance. One prolaze do betonske ploče tavanice neoslabljeno.

Jedan stanar je to ilustrovao ovako: „Ne čujem kad se u sobi iznad mene hoda na štiklama, ali odlično čujem kada trče bosi“. Zvuči kao paradoks, ali očigledno ima svoje fizičko objašnjenje.

Dijagram sa slike 2 pokazuje jednu zanimljivu pojavu. Sve vrste udaraca u zoni oko frekvencije 40 Hz pokazuju maksimum vibracija cementne košuljice poda na kome je vršeno merenje. Vidi se da u toj oblasti frekvencija postoji manje ili više pojačan odziv pri svim vrstama udara, a izuzetno pojačan pri udaru bose noge. To pokazuje da postoje vibracije košuljice poda koja leži na mekanoj podlozi i zato može da osciluje kada se nečim udari.

Rezultat takođe pokazuje da na testiranoj tavanici do izražaja dolazi jedna rezonanca ploče poda koja je u ovom slučaju pojačala vibracije na frekvenciji oko 40 Hz. Očigledno je da se radi o njenoj sopstvenoj mehaničkoj rezonanci. Drugim rečima, ploča plivajućeg poda svojom rezonancom pojačala je efekat udara oko jedne frekvencije i samim tim će pojačati prenos zvuka udara na betonsku ploču ispod nje.

Prema tome, u ovom slučaju plivajući pod ne samo da ne slabi udarnu pobudu u zoni niskih frekvencija, kao što je to hod bosom nogom, već u izvesnoj meri i pojačava taj efekat.

Pojava rezonance same ploče poda pokazuje da fizički model plivajućeg poda sa slike 1, uobičajeno prikazivan u školskoj literaturi, ne objašnjava sve aspekte takve konstrukcije.

Interesantna je uloga gumene lopte kao sredstva za ispitivanje međuspratnih konstrukcija. Vidi se da su pobuda poda gumenom loptom i koracima bosim nogama vrlo slične po intenzitetu i spektralnom sadržaju.

To znači da se lopta opisana u standardu može koristiti za predikciju ponašanja tavanice u uznemirujućim okolnostima koje, nažalost, mogu stvoriti komšije sa sprata. Prema raznim navodima iz literature, lopta iz standarda je i zamišljena zbog takvih namena, a pre svega za testiranje drvenih konstrukcija.

One su posebno kritične u domenu zvučne izolacije na niskim frekvencijama. Na kraju, može se zaključiti da čujno „tabananje“ komšija u stanu iznad nije „došlo iz pakla“, već je to objašnjiv akustički fenomen.

Rešenje za takvu vrstu ugrožavanja zvučnog komfora u stambenim zgradama ostaje otvorena tema.

To je izazov za građevinare koji se bave plivajućim podovima, to jeste strukturom materijala za cementne košuljice i materijalima za mekane slojeve ispod njih. Specijalna rešenja koja se koriste u jako zahtevnim prostorijama nisu prihvatljiva u običnim stambenim zgradama zbog cene i složenosti u izvođenju.

Tako običan plivajući pod kao jedan rutinski, jednostavan građevinski detalj u zgradama pokazuje svoju skrivenu kompleksnost i čini temu za neke buduće inovacije koje bi minimizirale prepoznate probleme.

Autor teksta: prof. dr Miomir Mijić i prof. dr Dragana Šumarac Pavlović