Connect with us
Gra─Ĺevina

Zanimljive zablude o zvu─Źnoj izolaciji

Centralna tema u re┼íavanju problema zvu─Źne izolacije u zgradama svodi se na pitanje kako zaustaviti zvuk. Akustika je razvila teoriju o zvuku kojom se obja┼ínjava njegovo prostiranje kroz gra─Ĺevinske pregrade i metode predikcije, ali i pored toga oko te teme su vremenom nastale razne zablude. One se me─Ĺu arhitektama izgleda prenose usmenim predanjem.

Me─Ĺu njima najrasprostranjenije je mi┼íljenje da postoje materijali koji, sami po sebi, predstavljaju izolator za zvuk. To je verovatno indukovano ─Źinjenicom da za sve druge vrste izolacija u gra─Ĺevinarstvu (vlage, toplote i sli─Źno) postoje neki materijali sa takvim svojstvima.

Naj┼íire je poznata upotreba raznih termoizolacionih materijala radi zadovoljavanja energetske efikasnosti i arhitekte su familijarni s njihovom upotrebom. Takvi materijali se postavljaju u, ili na gra─Ĺevinske pregrade i s njima se posti┼że tra┼żena izolacija.

Koncept da postoje materijali sa izra┼żenim izolacionim svojstvima intuitivno se preneo i na oblast zvu─Źne za┼ítite, pa se govori i o pregradama na koje se postavlja neka ÔÇ×zvu─Źna izolacijaÔÇť.

Mineralna vuna kao zvu─Źni izolator

Vremenom se ustalilo mi┼íljenje da je mineralna vuna zvu─Źni izolator ─Źijim se stavljanjem u pregradu re┼íava problem zvu─Źne izolacije. Da bi se razmotrila takva tvrdnja mo┼że se primeniti metodologija dokazivanja onoga ┼íto je nesumnjivo, a to je da je vuna dobar toplotni izolator. Toplotna izolaciona svojstva lako se mogu pokazati na primeru zami┼íljene pregrade od mineralne vune kao ┼íto je ona prikazana na slici 1.

Slika 1 – Gradijent temperature i gradijent nivoa zvu─Źnog pritiska na pregradi od mineralne vune:
levo – temperaturni gradjent kada je s jedne strane pregrade temperatura -40┬║, a s druge sobna temperatura 20o;
desno – gradijent nivoa zvu─Źnog pritiska ako s jedne strane pregrade deluje zvuk nivoa 100 dB.

Za ilustraciju je uzeta tabla od staklene vune debljine 10 cm i gustine oko 30 kg/m3. Ako se pretpostavi da je s jedne njene strane temperatura -40╦Ü, a sa druge strane 20╦Ü, prora─Źun pokazuje da ─çe s jedne strane na povr┼íini vune biti temperatura 17╦Ü, a s druge -39╦Ü (autori ovog teksta se u pitanje toplotne izolacije ne razumeju; sve navedene vrednosti dobijene su od kolega koji se bave energetskom efikasno┼í─çu, pa im se ovim putem zahvaljujemo na usluzi).

Veliki gradijent temperature unutar pregrade evidentan je dokaz da je posmatrana mineralna vuna izolator toplote.

Istom metodologijom se mo┼że proveriti da li se takav sloj vune mo┼że smatrati zvu─Źnim izolatorom. U tom smislu organizovan je mali eksperiment u kome je jedna strana iste vunene pregrade izlo┼żena zvu─Źnom polju nivoa 100 dB. Eksperimentalna provera u laboratorijskim uslovima pokazala je da nivo zvu─Źnog pritiska s druge strane pregrade dosti┼że oko 88 dB. Ovaj gradijent je prikazan na desnoj strani slike 1. Dakle, prikazana pregrada od vune umanjuje nivo zvu─Źnog pritiska za samo 12 dB!

Prevedeno na obi─Źan jezik to zna─Źi da ─çe se kroz posmatrani zid od vune sve ─Źuti, ┼íto je na neki na─Źin i intuitivno jasno. Njena izolaciona svojstva zna─Źajno su manja od svake obi─Źne pregrade koja se sre─çe u zgradama. ─îak ─çe i pregrada od ┼íperplo─Źe ostvari─çe bolji rezultat, ┼íto demantuje op┼íte mi┼íljenje koje postoji o mineralnoj vuni kao zvu─Źnom izolatoru. Zaklju─Źak ovog eksperimenta je da se mineralna vuna, sama za sebe, ne mo┼że smatrati zvu─Źnim izolatorom u smislu u kome se defini┼íu duge vrste izolacije.

Analiziraju─çi dalje pona┼íanje mineralne vune u zvu─Źnoj izolaciji mo┼że se umesto pregrade sa slike 1 posmatrati jedan standardni suvomonta┼żni zid ukupne ┼íirine 15 cm, ┼íto zna─Źi da ima po dve gipsane plo─Źe debljine 1,25 cm sa svake strane postavljene na limenoj potkonstrukciji ┼íirine 10 cm.

Slika 2. Neki primeri pregrada sa i bez mineralne vune i gradijent nivoa zvu─Źnog pritiska u njima

Ovakav zid je prikazan na slici 2. Kada se jedna njegova strana izlo┼żi zvuku nivoa 100 dB, kao ┼íto je to bilo u eksperimentu sa vunom, mo┼że se odrediti nivo koji ─çe biti na drugoj strani. Na osnovu podataka koje daju proizvo─Ĺa─Źi ovakvih konstrukcija izra─Źunato je da ─çe taj nivo biti oko 61 dB.

Prema tome, razlika nivoa zvu─Źnog pritiska s dve strane takvog zida je 39 dB. Kada se uporedi rezultat koji posti┼że takav suvomonta┼żni zid sa rezultatom koji je dobijen zidom od mineralne vune sa slike 1, vidi se da je pregrada sa gipsanim plo─Źama neuporedivo bolji zvu─Źni izolator (39 dB naspram samo 12 dB).

Ako se sad u me─Ĺuprostor posmatranog suvomonta┼żnog zida postavi ona ista prethodno analizirana vuna i istom metodom, koriste─çi ateste proizvo─Ĺa─Źa, odredi gradijent nivoa zvu─Źnog pritiska dobija se da ─çe s njegove druge strane biti 43 dB. Ovaj slu─Źaj je tako─Ĺe prikazan na slici 2. Dakle, stavljanje vune u unutra┼ínjost suvomonta┼żnog zida donelo je ozbiljno pobolj┼íanje njegovih izolacionih svojstava za ─Źak 18 dB. To je ve─çi izolacioni dobitak nego ┼íto je postignut samom vunom. Za one koji smatraju da je mineralna vuna zvu─Źni izolator ova dva slu─Źaja njene uloge mogu delovati zbunjuju─çe, ali samo ako se ne poznaje fizika prostiranja zvuka.

Da bi se dalje analiziralo pona┼íanje vune u zvu─Źnoj izolaciji mo┼że se pogledati ┼íta se de┼íava kada se ona dodaje drugim vrstama pregrada. Ako je ona zvu─Źni izolator, kako to sugeri┼íe rezultat merenja izolacije suvomonta┼żnog zida sa gipsanim plo─Źama, njen doprinos izolaciji pregrada morao bi uvek da postoji bez obzira gde je stavljena. Za proveru se mo┼że uzeti betonski zid debljine 20 cm, prikazan na slici 2.

Kada se izvede eksperiment kao u prethodnim primerima i jedna strana takve pregrade izlo┼żi nivoa zvu─Źnog pritiska 100 dB, s druge strane ─çe nivo zvuka biti samo 39 dB. Razlika je ─Źak 61 dB. To je u skladu sa dobro poznatom ─Źinjenicom da je beton najbolji zvu─Źni izolator jer ima najve─çu gustinu. Kada se na takav zid postavi sloj mineralne vune njegova izolaciona svojstva se ni malo ne menjaju, ┼íto je tako─Ĺe prikazano na slici 2.

Nivo zvuka s druge strane takvog zida ostaje isti i pored prisustva vune, ili preciznije, koli─Źina zvu─Źne energije koja prolazi kroz takav zid bi─çe ista sa ili bez vune. Da ne bude neke zabune, prisustvo vune u prostoriji s druge strane takvog zida promeni─çe akusti─Źke uslove u njoj, pa bi se u njoj postigla neka promena u onome ┼íto se ─Źuje kroz zid, ali sasvim drugim mehanizmima koji nemaju veze sa izolacionim svojstvima zida. No, to je druga pri─Źa.

Rezimiraju─çi ove primere dolazi se do slede─çe slike stanja vune kao ÔÇ×zvu─Źnog izolatoraÔÇť:
ÔÇó pregrada na─Źinjena od same mineralne vune (10 cm) posti┼że izolaciju od oko 12 dB,
ÔÇó kada se ista vuna stavi u me─Ĺuprostor gipsanog zida njen doprinos izolaciji je ─Źak 18 dB,
ÔÇó kada se postavi na povr┼íinu betonske pregrade debljine 20 cm vuna njen doprinos je 0 dB.

Iz ovoga je jasno da se pri kori┼í─çenju vune u zvu─Źnoj izolaciji odvijaju neki fizi─Źki procesi koji se ne mogu intuitivno razumeti. Obja┼ínjenje je u mehanizmu prenosa zvu─Źne energije kroz gra─Ĺevinske pregrade koji je bitno druga─Źiji od mehanizma prenosa toplote ili vlage kroz njih. Sve je to posledica ─Źinjenice da je zvuk po svojoj prirodi mehani─Źka pojava, mada nevidljiva. A najva┼żnije iz ovog je evidentna ─Źinjenica da se zvu─Źna izolacija ne posti┼że jednostavnim stavljanjem nekog materijala na zid, kao ┼íto se to radi u ostalim vrstama izolacija u gra─Ĺevinarstvu, ve─ç na malo slo┼żeniji na─Źin.

Neobi─Źno pona┼íanja mineralne vune u zvu─Źnoj izolaciji mo┼że se razumeti samo ako se po─Ĺe od fizi─Źke su┼ítine zvuka, a to zna─Źi od njegove definicije. Definicija zvuka glasi: zvuk je svaka vremenski promenljiva mehani─Źka deformacija u elasti─Źnoj sredini. Deo definicije koji ka┼że da su u pitanju vremenski promenljive deformacije zna─Źi da se radi o vibracijama u materiji, ali najva┼żniji deo ove definicije je onaj koji govori da je zvuk mehani─Źka pojava. Zvu─Źna energija koja putuje kroz prostor u svojoj su┼ítini je mehani─Źka energija.

Ona postoji u kineti─Źkom obliku kao oscilatorno kretanje molekula i u potencijalnom obliku deformacijom elasti─Źnih veza me─Ĺu njima. Zadatak zvu─Źne izolacije je da ┼íirenje takve specifi─Źne pojave zaustavi u meri koja se zahteva.

Sve zablude o zvuku, a posebno o zvu─Źnoj izolaciji u zgradama, posledica su nepoznavanja ─Źinjenice da je to u potpunosti mehani─Źki fenomen. Da bi se razumela logika zvu─Źne za┼ítite mora se po─çi od zakona mehanike. Jedna zanimljiva analogija koja poma┼że razumevanju mo┼że biti svima poznata trambulina za skakanje prikazana na slici 3.

Slika 3. Trambulina kao ilustracija problema zvu─Źne izolacije  / www.pexels.com

Slika 3. Trambulina kao ilustracija problema zvu─Źne izolacije / www.pexels.com

Ako na njoj neko ska─Źe, na primer u ta─Źki A, ─Źitava njena povr┼íina vibrira i pravi neke oscilacije. U svim ta─Źkama njene povr┼íine javljaju se pomeraji koji mogu da budu vrlo veliki, ┼íto zavisi od intenziteta skokova. Ono ┼íto se de┼íava sa povr┼íinom trambuline tako─Ĺe predstavlja zvuk jer su to vremenski promenljive mehani─Źke deformacije elasti─Źne sredine. Razlika je samo u tome ┼íto su na trambulini promene u kretanju relativno spore, poput nekog ogromnog bubnja koji stvara vrlo niske frekvencije, ispod doma┼íaja ─Źula sluha.

┼áematska predstava trambuline sa ozna─Źenim ta─Źkama Ai B prikazana je na slici 4. Re┼íavanje zvu─Źne izolacije u zgradama u svemu je analogno re┼íavanju hipoteti─Źkog zadatka koji se mo┼że postaviti na trambulini sa slike: ako neko po njoj ska─Źe u ta─Źki A, u ta─Źki B treba obezbediti da pomeraj povr┼íine bude dovoljno mali, na primer, 1 cm (vrednost je uzeta krajnje proizvoljno).

Analogija ovakvog zahteva sa zahtevima zvu─Źne izolacije u zgradama je potpuna, jer pojava buke u nekoj prostoriji podrazumeva da u njoj postoje veliki mehani─Źki pomeraji molekula vazduha. Zvu─Źna izolacija mora obezbediti da mehani─Źki pomeraji molekula vazduha u susednoj prostoriji budu manji od neke unapred zadate vrednosti. Razlika je samo u tome ┼íto se u slu─Źaju zvuka kao pokazatelj stanja ne posmatraju pomeraji molekula, jer se ne mogu jednostavno meriti, ve─ç se za to koriste neke druge veli─Źine izra┼żavane u decibelima.

Razmi┼íljanje kako umanjiti kretanje trambuline u ta─Źki B su┼ítinski je analogno s razmi┼íljanjima kako posti─çi dovoljno veliku zvu─Źnu izolaciju izme─Ĺu prostorija. Trivijalno re┼íenje tog zadatka bilo bi ograni─Źenje intenziteta skokova na meru koja obezbe─Ĺuje zadovoljenje postavljenog uslova u ta─Źki B. To je u domenu buke ekvivalentno zadavanju maksimalno dozvoljene vrednosti nivoa zvuka u prostorijama zgrade, ┼íto se obezbe─Ĺuje zakonskim odredbama i ku─çnim redom.

Ako se ipak ne┼íto mora uraditi za smanjenje kretanja u ta─Źki B, jedna ad hoc ideja mo┼że biti da se povr┼íina po kojoj se ska─Źe prese─Źe na dva dela.

Dodavanjem nekih elemenata u metalnom kosturu dobijaju se dve nezavisne povr┼íine, ┼íto verovatno mo┼że zadovoljiti postavljeni uslov. Mogu─çe je i potpuno razdvojiti konstrukcije tako da se dobiju dve trambuline. Na slici 4 ┼íematski su prikazane ovakve intervencije. Sa prikazanim re┼íenjem realno je da ─çe zadovoljiti postavljeni uslov.

Me─Ĺutim, za ta─Źku B mo┼że se postaviti stro┼żiji uslov da pomeraji moraju biti manji od, na primer, 1 mm ili ─Źak manje. U slu─Źaju razdvajanja konstrukcija i pravljenja dve trambuline osta─çe i dalje nekakva slaba mehani─Źka veza izme─Ĺu njih. Ona postoji preko podloge na kojoj obe trambuline stoje, ako je to na primer neki drveni pod, ili preko strujanja vazduha nastalog pokretima velike povr┼íine na kojoj je ta─Źka A. To zna─Źi da se uprkos razdvajanju trambulina mo┼że o─Źekivati neko malo kretanje povr┼íine na mestu ta─Źke B koje zavisi od okru┼żenja, pa se mo┼że desiti da stro┼żiji uslov ne bude zadovoljen.

Da bi se to nekako re┼íilo potrebno je prekinuti i preostale slabe mehani─Źke veze izme─Ĺu sve trambuline. To se mo┼że posti─çi, na primer, betoniranjem podloge na kojoj stoje trambuline ili razdvajanje njihovih podloga na neki na─Źin kao ┼íto je simboli─Źki ozna─Źeno na slici 4.

Moderno opremanje stana

Moderno opremanje stana / foto: unsplash.com

Tako─Ĺe je mogu─çe izme─Ĺu dve trambuline umetnuti tvrdu barijeru da se spre─Źi me─Ĺusobni mehani─Źki uticaj kretanjem vazduha. I ova mera je ┼íematski prikazane na toj slici. Sve su to neophodne intervencije u slu─Źaju da se postavlja vrlo strog kriterijum mirovanja povr┼íine u ta─Źki B.

Prikazani primer sa trambulinom kao ne─Źim ┼íto svako mo┼że sebi iskustveno do─Źarati pokazuje dve va┼żne ─Źinjenice koje se odnose na zvuk.

  1. Zvuk je fizi─Źki fenomen koga ─Źine mehani─Źke oscilacije molekula medija na mikro nivou. Zbog toga se zvu─Źna izolacija mo┼że posti─çi samo sredstvima koja mogu delovati na zaustavljanje ┼íirenja mehani─Źke (zvu─Źne) energije.
  2. Zaustavljanje zvu─Źne energije re┼íava se raznim oblicima mehani─Źkih razdvajanja koja na─Źelno posti┼żu fizi─Źkim diskontinuitetima.

Neupu─çenost u ove ─Źinjenice vodi ka zabludama koje nastaju kroz poku┼íaje da se intuitivno objasne zvu─Źni fenomeni, pa su tako nastali i materijali nazvani ÔÇ×zvu─Źna izolacijaÔÇť.

Primeri sa vunom u zidovima i sa trambulinom razja┼ínjavaju dve va┼żne zablude.

  • Prvo, mineralna vuna sama po sebi ne mo┼że se nazvati zvu─Źnim izolatorom, ali jeste odli─Źan aditiv u pregradnim konstrukcijama od kojih se zahteva ve─ça zvu─Źna izolacija. To je isto tako va┼żna uloga u zaustavljanju zvuka i ne umanjuje njenu akusti─Źku vrednost.
  • Drugo, zvuk se svodi na jednostavnu mehani─Źku pojavu, i nije neki nejasan fenomen. Radi se o vibriranju molekula koji tu svoju energiju prenose od jednog do drugog. Zbog toga se zvu─Źna izolacija re┼íava pravljenjem fizi─Źkih prekida (diskontinuiteta) u mediju kroz koji se prostire mehani─Źka energija zvu─Źnog talasa.

Analogija sa trambulinom je pokazala jo┼í i da u slu─Źaju visokih zahteva za zvu─Źnom izolacijom postaju va┼żne ─Źak i sitnice kao ┼íto su neke obilazne putanje zvu─Źne energije. U slu─Źaju trambuline to su bile putanje preko poda ili strujanjem vazduha a u zgradama to su bo─Źni zidovi, otvori, bo─Źne prostorije i sli─Źno. Kako da se svi ovi principi prakti─Źno primene u zgradama predstavlja posebnu temu.

Autori teksta: Prof. dr Miomir Mijić, Prof. dr Dragana Šumarac Pavlović