بهسازی صوتی ساختمان
مقدمه
انسان هميشه خواهان شنيدن صداهاي در محدوده آسايش شنوايي خود بوده و از صداهاي خارج از اين محدوده گريزان است. زندگي ماشيني در شهرهاي بزرگ موجب آلودگي صوتي شده و در فضاي خانه و محيط کار انواع صداهاي آزاردهنده وجود دارد؛ صدايي که از اتاق هاي مجاور به گوش مي رسد، صداي تردد اتومبيل در طبقه پارکينگ، صداي فعاليت همسايه ها، صداي تردد وسائل نقليه و فعاليت عمومي در کوچه و خيابان و ... .
طبق آيين نامه ها و مقررات ساختماني، حدود قابل قبولي براي صداي محيط وجود دارد که در صورت تجاوز از آن، آسايش و سلامتي ساکنين به خطر مي افتد.
در حال حاضر به واسطه هدايت بخش قابل توجهي از بازار ساخت و ساز توسط افراد سودجوي فاقد تخصص کافي، وضعيت صدابندي در ساختمان ها، خصوصاً در واحد هاي مسکوني، آرامش ساکنين را مختل کرده است، که با توجه به جايگاه مسکن در خانواده ايراني و برخي ملاحظات فرهنگي و ديني، اهميت اين موضوع دو چندان مي‌گردد. از اين رو، بهسازي صوتي ساختما نها امري ضروري به نظر مي رسد.
مفاهيم
بسامد (فرکانس)
بنا به تعريف، بسامد عبارت است از تعداد نوسان هاي امواج صوتي در مدت يک ثانيه که با واحد هرتز (HZ) بيان مي شود. به طور مثال موجي با بسامد 50 هرتز، در هر ثانيه 50 بار نوسان مي کند. فرکانس يک موج، نشان دهنده زير يا بم بودن آن صوت است.
شدت صوت، صداي مبنا و تراز شدت صوت
بنا به تعريف، شدت صوت عبارت است از مقدار انرژي که در واحد زمان از واحد سطح عمود بر راستاي انتشار امواج مي‌گذرد که با واحد وات بر مترمربع (W/m2) بيان مي شود. هرچه شدت صوت بيشتر باشد، مقدار انرژيي که گوش دريافت م يکند بيشتر است و انسان صدا را بلندتر احساس مي‌کند.
حداقل شدت صوتي که گوش انسان قادر به شنيدن آن است، صداي مبنا گفته مي شود.
در عمل براي سنجش شدت يک صوت، از نسبت آن با صداي مبنا استفاده مي‌کنند؛ کميت به دست آمده تراز شدت صوت ناميده مي شود و با واحد دسيبل (Db )بيان مي شود. تراز شدت صوت بيانگر ميزان بلندي صدا مي باشد.
تراز شدت صوت کميتي لگاريتمي است، نه خطي. بنابراين بلندي صوتي با تراز 120 دسيبل، دو برابر صوتي با تراز 60 دسيبل نبوده، بلکه به ميزان قابل توجهي بيشتر است.
صدا
امواج صوتي بر اساس بسامد و تراز شدت طبق هبندي م يشوند. در نمودار 1 محدوده شنوايي انسان بر روي دو محور بسامد و تراز شدت صوت نمايش داده شده است. با بررسي اين نمودار مي‌توان به چگونگي احساس شنوايي انسان پي برد.
صدا به امواج صوتي گفته مي شود که حس شنوايي انسان قادر به تشخيص آن مي باشد.
راه هاي انتشار صوت
امواج به دو دسته تقسيم مي شوند؛ يکي امواج الکترومغناطيسي )مانند نور که براي انتشار به محيط مادي نياز ندارند( و ديگري امواج مکانيکي )مانند صوت که براي انتشار نياز به محيط مادي دارد(. امواج صوتی در موقع انتشار، هواي مجاور خود را متراکم کرده و چگالي و فشار آن را نسبت به قبل افزايش مي‌دهد و اين لايه متراکم نيز به نوبه خود لايه مجاور خود را متراکم مي‌کند. بنابراين هنگام انتشار امواج صوتي، ذره هاي محيط منتقل نمي‌شوند بلکه حول نقطه تعادل خود حرکات نوساني انجام مي‌دهند. امواج صوتي به دو طريق در فضا منتشر شده و به گوش انسان مي رسند:
صدای هوابرد: در اين حالت صوت از طريق گاز )هوا( منتشر و به گوش مي رسد. صداي تردد وسائل نقليه و فعاليت عمومي در خيابان از اين نوع مي باشند.
صدای کوبه ای (پیکره ای): در اين حالت صوت از طريق مايع يا جامد منتشر و پس از تبديل به صوت هوابرد، قابل شنيدن مي شود. ارتعاش ديوار، تحت تاثير ضربه چکش و صداي دويدن بر روي کف ها از اين نوع مي باشند.
هرگاه به ارتعاش درآمدن جدارهاي ساختمان (ديوارها و سقف ها)، تحت تاثير صداي هوابرد باشد آن را تراگسيل صداي هوابرد و چنانچه به ارتعاش درآمدن جدارها تحت تاثير ضربه باشد آن را تراگسيل صداي کوب هاي مي گويند.
انعکاس صدا و زمان واخنش Reverberation
صداهايي که در يک فضاي بسته توليد مي شود، به صورت پي د رپي از سطوح مختلف منعکس شده و به گوش مي رسد. پس از دريافت صداي مستقيم (که در کوتاه ترين زمان ممکن به گوش مي رسد)، گوش قطاري از انعکاس هاي آن را نيز دريافت مي‌کند.
بنابراين چيزي که در عمل شنيده مي شود، متشکل از صداي اصلي به علاوه صداهاي دنباله داری است که در اثر اين انعکاس هاي پي درپي به وجود مي آيد.
اگر يک جفت از صداهاي پي د رپي را در نظر بگيريم، واضح است که اين دو صدا با تاخير زماني خاصي به گوش شنونده مي‌رسند. چنانچه اختلاف زماني مذکور از مقدار مشخصي کمتر باشد، اين دو صداي همگون به صورت متصل و اگر از مقدار مشخصي تجاوز کند به صورت منفصل شنيده خواهند شد. از سوي ديگر، شدت انعکا س ها به تدريج کاهش مي‌یابد؛ زيرا در هر انعکاس، مقداري از انرژي موج بر اثر جذب صوت توسط سطوح منعکس کننده، مستهلک و در نتيجه دنباله اي ضعيف تر به صداي اصلي اضافه مي شود. انعکاس صدا بنا به تعريف، زمان واخنش مدت زماني است که طول مي کشد تا شدت صدا به ميزان 60dB افت پیدا کند. مقدار واخنش در يک فضا (که توسط زمان واخنش سنجيده مي شود) بايد از مقدار بهينه اي برخوردار باشد؛ چراکه مدت زياد آن باعث تداخل امواج صوتي و در نتيجه عدم وضوح صدا و مدت بسيار کم آن باعث بي روح يا خشک شدن صدا مي شود. شرايط هندسي فضا و قابليت جذب صوت مصالح، در زمان واخنش تعيين کننده بوده و براي تنظيم اين پديده، بايد در هنگام طراحي آکوستيکي، اين دو عامل مورد توجه قرار گيرند. ليکن ملاحظات معماري غالباً محدودي تهايي را در تامين شرايط هندسي يک فضا ايجاد مي نمايند؛ بنابراين استفاده از مصالح جاذب صوت راهگشا خواهد بود.
جذب صوت
علاوه بر استفاده از سطوح جذبي براي تنظيم زمان واخنش و بهبود کيفيت و وضوح صدا، از اين سطوح براي کاهش تراز صداهای مزاحم ناشي از انعکاس صدا نيز استفاده مي شود. استفاده از سطوح جذبي براي کاهش صداي همهمه افراد در فضاهايي مانند ادارات، بانک ها، فروشگاه ها، رستوران ها و اماکن پر ازدحام ديگر بسيار مؤثر می باشد.
تقريباً تمامي مصالح دارای قدرت جذب صوت می باشند؛ ليکن قدرت جذب صوت در آن ها متفاوت است. ضريب جذب صوت را نسبت انرژي جذب شده به انرژي صوتي اوليه تعريف م يکنند. ضريب جذب صوت در مصالح، معکوس ضريب انعکاس آ نهاست؛ بنابراين هرچه ضريب جذب بالاتر باشد، ضريب انعکاس کمتر خواهد بود. بازه اين کميت براي مواد مختلف، بين صفر تا يک می‌باشد. هر چه اين مقدار بيشتر باشد، قدرت جذب صوت آن ماده بيشتر خواهد بود. حداقل ضريب جذب صوت قابل قبول براي مصالح آکوستيک 0.6 است.
نوفه Noise
به هر گونه صداي ناخواسته و آزار دهنده، نوفه گفته مي شود. نوفه موجود در يک فضا مي تواند به دو صورت براي انسان مشکل به وجود آورد؛ عمومي ترين اثر آن ايجاد مزاحمت و يا ناراحتي رواني است و چنانچه از حد مشخصي فراتر رود، منجر به اختلالات رواني شده و يا به حس شنوايي انسان صدمه وارد نمايد.
منشاء نوفه مي تواند خارجي يا داخلي باشد. چنانچه منبع نوفه خارج از فضاي مورد نظر باشد )مانند صداي تردد وسائل نقليه در خيابان(، در اين صورت سعي مي شود تا با استفاده از روش هاي عايق کاري صوتی، از نفوذ بيش از حد آن به داخل فضا جلوگيري شود؛ و اگر منبعي داخلي داشته باشد (مانند صداي همهمه افراد در يک رستوران يا سالن اداري)، در آن صورت با استفاده از مصالح جاذب صوت و تنظيم ساير شرايط آکوستيکي (مانند هندسه فضا) مي توان مقدار آن را کاهش داد.
بهسازي صوتي
وجود هر گونه صداي ناخواسته (نوفه هوابرد، نوفه کوبه اي و يا انعکاس صدا) در محيط، آزاردهنده بوده و بايد از نفوذ و يا به وجود آمدن چنين صداهايي تا حد امکان جلوگيري نمود.
بهسازي صوتي بر دو اصل استوار است:
- کاهش انتقال صداهاي هوابرد و کوبه اي از خارج ساختمان به داخل و نيز در داخل ساختمان از يک فضا به فضاي ديگر، از طريق عايق کاري صوتي ديوارها، سقف ها، کف ها و ساير اجزاء ساختماني.
- کاهش انعکاس صدا در داخل فضاها، با استفاده از مصالح جاذب صوت (ايجاد سطوح جذبي).
با استفاده از ساختارهاي کناف ، مي‌توان هر دو مورد ذکر شده را، چه در مرحله ساخت و چه در مرحله بهره‌برداري، برآورده نمود.
رو شهای بهسازی صوتی ساختما ن ها با استفاده از ساختارهای ساخت و ساز خشک
1 - روش هاي بهسازي صداهاي هوابرد
وقتي امواج صوتي روي جداري فرود مي آيد، انرژي آن به سه قسمت تقسيم مي شود؛ بخشي از انرژي منعکس، بخش ديگري جذب و بقيه آن عبور مي‌کند. هر چه مقدار انرژي جذب شده بيشتر باشد، صداي کمتري عبور مي نمايد. براي اين منظور، بايد جداره های ساختمان عايق کاري شوند که راهکارهاي زير ارائه می‌گردد:
1 - 1 - ديوارهاي پوششي
با استفاده از ديوار پوششي، مي توان مشخصات صوتي ديوارهاي موجود را تا رسيدن به حد مطلوب بهبود بخشيد. همچنين، براي ديوارهاي جداکننده بنايي در حال اجرا، مي توان بدون افزايش زياد ضخامت (و کاهش سطح مفيد بنا)، به عايق صوتي مطلوب دست يافت.
در اين ساختار، صفحات روکشدار گچي بر روي زيرسازي فلزي پيچ شده (اين زيرسازي مي تواند به صورت متصل يا مستقل از ديوار زمينه اجرا شود) و لايه عايق در فاصله آزاد ميان صفحه روکش دار گچي و ديوار زمينه قرار داده مي‌شود. وجود فاصله آزاد، علاوه بر ايجاد فضاي مناسب جهت نصب لايه عايق، راه حل مناسبي جهت غلبه بر مشکلات اجرايي ديوار زمينه، مانند ناشاقول بودن ديوار و حذف شيارزني جهت عبور تأسيسات الکتريکي و مکانيکي، محسوب مي شود.
قرارگیری تاسیسات در فضای خالی دیوار و دفن نشدن آن در داخل دیوار، علاوه بر رفع مسئله خوردگی و کاهش هزینه تعمیرات، دسترسی به تاسیسات و تعمیرات و نگهداری را در مرحله بهر هبرداری آسان می‌کند.
در نتيجه، بهسازي صوتي با استفاده از ديوارهاي پوششي عايق دار، در کاهش مصرف مصالح، کاهش وزن ديوارها و افزايش سطح مفيد بنا مؤثر مي باشد.
مزيت هاي اصلي ديوار پوششي، شامل سهولت و سرعت در اجرا، قابليت رنگ آميزي بلافاصله پس از نصب و دور ريز کم مصالح مي باشد. از مزاياي ديگر اين ساختار، امکان اجرا بر ديوارهاي با شرايط زمينه متفاوت و اجراي پوشش هاي با ارتفاع تا 10 متر مي باشد.
علاوه بر عايق کاری صوتی، ديوارهاي پوششي جهت بهسازي حرارتي ساختمان ها، بازسازي ديوارهاي بنايي قديمي، پوشش ديوارهاي بنايي جديد (نازک کاري)، ايجاد فضاي تأسيساتي در ساختمان ها، ايجاد پوشش‌هاي با کد حريق و عايق کاري ديوارها در برابر رطوبت و بخار نيز به کار مي‌روند.
ديوارهاي جدا کننده داخلي و خارجي
ديوارهاي جداکننده داخلي، ديوارهاي غير باربري هستند که براي تقسيم فضاهاي داخلي استفاده مي شوند. اين ساختار شامل قاب هاي فولادي سبک بوده که صفحات روکشدار گچي (در يک يا چند لايه) به وسيله پيچ مخصوص بر روي آنها نصب مي شوند. فضاي خالي داخل ديوار، امکان استفاده از انواع عايق حرارتي و صوتي را فراهم نموده و همچنين عبور و دسترسي آسان به تأسيسات الکتريکي و مکانيکي را ميسر مي سازد.
ديوار جداکننده خارجي، ساختار بسيار مناسبي جهت ساخت جداره هاي ساختمان هاي در حال احداث مي‌باشد. اين ساختار متشکل از قاب هاي فولادي سبک (به عنوان زيرسازي)، صفحات روکشدار گچي (به عنوان پوشش داخلي)، صفحات مسلح سيماني (به عنوان پوشش خارجي) و لايه الیاف معدني (به عنوان عايق) مي باشد.
روش هاي بهسازي صداهاي کوبه اي
يکي از مهم ترين عوامل بروز مزاحمت هاي صوتي کوبه اي در ساختما نها، صداي ناشي از تردد افراد مي باشد.
حداکثر تراز صداي کوبه اي تراگسيل شدة مجاز، مطابق با مقررات ملي ايران، 50 دسيبل تعيين شده است؛ براي افزايش صدابندي سقف ها در مقابل صداهاي کوبه اي، راهکارهاي زير ارائه می‌گردد:
کف سازی با لايه اليافي
در اين روش، صدابندي توسط مفروش کردن کف با يک لايه اليافي )مانند موکت و فرش( حاصل مي شود. آزمايشات نشان می‌دهد که ميزان کاهش مزاحمت های صوتی با استفاده از اين نوع پوشش ها )بسته به چگالي و ضخامت لايه( بين 13 تا 29 دسيبل مي باشد.
کف هاي شناور
در اين روش صدابندي، کف سازی هر طبقه، از سقف سازه ای زيرين خود، با قرار دادن يک لايه اليافي (يا کشسان) و يا به وسيله پوکه ريزي (با استفاده از مواد معدني)، جدا مي شود. شکل زیر کف شناور را نشان می‌دهد. با استفاده از اين ساختار، مزاحمت های صوتی به ميزان 29 دس يبل کاهش مييابد. در صورت حذف لايه پرليت(نوعی پوکه معدني)، بهبود عملکرد صوتي به ميزان 21 دسيبل خواهد بود.
سقف هاي کاذب
اجراي سقف کاذب در زير سقف اصلي باعث کاهش تراگسيل صداهاي کوبه اي مي شود، که در صورت استفاده از لایه عایق در فضای خالی ميان سقف کاذب و سقف اصلي، ميزان اين کاهش بيشتر خواهد شد. سقف هاي کاذب خشک شامل سقف هاي يکپارچه )ثابت( و سقف هاي مشبک می باشد.
سقف کاذب يکپارچه، شامل يک زيرسازي فلزي است (متصل به سقف سازه ای) که صفحات روکش دار گچي به وسيله پيچ مخصوص به آن متصل مي شوند.
سقف کاذب مشبک، از شبکه سازه هاي سپري شکل و تايل هاي گچي تشکيل مي شود. شبکه مذکور به وسيله آويزهاي قابل تنظيم، به سقف اصلي متصل گرديده و سپس تايل هاي گچي درون اين شبکه قرار مي‌گيرند.
علاوه بر خواص عايق کاری صوتی؛ اجراي سريع و آسان، عبور و دسترسی آسان تاسيسات مکانيکي و الکتريکي، انعطاف معماري بالا، خواص عايق کاری حرارتی و مقاومت در برابر حريق، از ويژگي هاي سقف کاذب مي باشند.
روش هاي بهسازي انعکاس صدا
همان طور که قبلاً گفته شد، سطوح انعکاسي در اطراف يک منبع صوت، با انعکاس مکرر صداها، از يک سو باعث از بين رفتن کيفيت و وضوح صدا و از سوی ديگر موجب افزايش تراز نوفه و ايجاد همهمه می‌شود. ميزان اين آثار به گستردگی و مشخصات سطوح انعکاسي بستگي دارد. در اين حالت، استفاده از سطوح جاذب صوت مي تواند در تنظيم و بهبود شرايط آکوستيکی محيط موثر باشد.
سقف هاي کاذب جاذب صوت
استفاده از سقف هاي کاذب مشبک با تايل هاي جاذب صوت (آکوستيک) را ه حل مناسبي براي تنظيم و بهبود شرايط آکوستيکی فضاها به شمار م یرود. به کارگيری اين ساختارها در فضاهايي مانند سينماها و سالن های اجتماعات (که تنظيم زمان واخنش و ارتقاء کيفيت و وضوح صدا اهميت دارد) و يا در اماکن پر ازدحام مانند دفاتر کار، ادارات، بانک ها، فروشگاه های بزرگ و رستورا نها (که کاهش تراز نوفه و همهمه مطرح است)، بسيار مؤثر خواهد بود.
تايل هاي آکوستيک این شرکت، در سه نوع گچي و معدني و پشم چوب توليد می شوند. اشکال زير، منحني های جذب صوت دو نوع از تايل های معدنی و پشم چوب را نشان می‌دهد.
مقررات آکوستیک ساختمان ها
در این بخش سعی شده است اشاره ای هرچند مختصر به مقررات ملی ساختمان در خصوص بحث عایق بندی صدا شود. ساختمان هایی با کاربری های متفاوت از آنچه در این کاتالوگ گفته شد وجود دارند (مانند فضاهای آموزشی، هتلها، ترابری و ...) که برای آگاهی کامل از الزامات آ نها می توان به مبحث 18 مقررات ملی مراجعه نمود. جداکننده های تعریف شده در سیستم های ساخت و ساز خشک متنوع می باشند. با تغییر نوع ساختارها، و حتی در یک ساختار با تغییر نوع صفحات روک شدار گچی، ضخامت آن و نوع عایق استفاده شده در فضای خالی دیوار، می توان با حداقل ضخامت، به حداکثر عایق بندی صدا در فضاهای مختلف دست یافت.
مقررات عمومی
برای ارائه مقررات آکوستیکی در انواع ساختمان ها با کاربری مسکونی، هتل ها، ساختمان های آموزشی، بیمارستان ها و مراکز بهداشتی درمانی، ساختمان های اداری و تجاری، مراکز فرهنگی، مراکز تفریحی و ورزشی و مراکز ترابری، تراز نوفه محیطی در مناطق مختلف در جدول زیر تقسیم بندی می شود:
W111
این دیوار شامل یک ردیف زیرسازی فلزی و یک لایه پنل گچی معمولی در هر سمت آن می باشد. با اجرای این دیوار بدون استفاده از عایق الیاف معدنی، می توان به افت تراز شدت صوت 39 دسیبل دست یافت.
ضخامت دیوار: 9.5cm نوع سازه: C70 نوع پنل: RG 12.5 mm
W115
این دیوار شامل دو ردیف زیرسازی فلزی، دو لایه پنل گچی معمولی در هر سمت آن و دو ردیف عایق الیاف معدنی به ضخامت 4 سانتیمتر می باشد. با اجرای این دیوار می توان به افت تراز شدت صوت 59 دسیبل دست یافت.
ضخامت دیوار: 15cm نوع سازه: C50 نوع پنل: RG 12.5 mm
دیوار خارجی
این دیوار شامل یک ردیف زیرسازی فلزی، دو لایه پنل گچی معمولی در سمت داخل، یک لایه پنل سیمانی در سمت خارج )نما( و یک لایه عایق الیاف معدنی به ضخامت 8 سانتیمتر می باشد. با اجرای این دیوار می‌توان به افت تراز شدت صوت 51 دسیبل دست یافت.
ضخامت دیوار: 13.75 cm نوع سازه: CW100 نوع پنل: RG12.5 mm + پنل مسلح سیمانی خارجی12.5 mm
W112
این دیوار شامل یک ردیف زیرسازی فلزی و دو لایه پنل گچی معمولی در هر سمت آن می باشد. با اجرای این دیوار بدون استفاده از عایق الیاف معدنی، می‌توان به افت تراز شدت صوت 47 دسیبل دست یافت.
ضخامت دیوار: 12 cm نوع سازه: C70 نوع پنل: RG 12.5mm
W111
این دیوار شامل یک ردیف زیرسازی فلزی، یک لایه پنل گچی مقاوم در برابر ضربه در هر سمت آن و 6 سانتیمتر عایق الیاف معدنی می‌باشد. با اجرای این دیوار می‌توان به افت تراز شدت صوت 54 دسیبل دست یافت.
ضخامت دیوار: 10.5 cm نوع سازه: CW75 نوع پنل: 15 mm
W112
این دیوار شامل یک ردیف زیرسازی فلزی و دو لایه پنل گچی معمولی در هر سمت آن می باشد. با اجرای این دیوار می توان به افت تراز شدت صوت 53 دسیبل دست یافت.
ضخامت دیوار: 12.5 cm نوع سازه: CW75 نوع پنل: RG12.5 mm
W384-1
این دیوار شامل یک ردیف زیرسازی فلزی، یک لایه پنل گچی و یک لایه پنل سیمانی در هر سمت آن و یک لایه عایق الیاف معدنی به ضخامت 8 سانتیمتر می باشد. با اجرای این دیوار می توان به افت تراز شدت صوت 51 دسیبل دست یافت.
ضخامت دیوار: 15cm نوع سازه: CW100 نوع پنل: پنل مسلح سیمانی داخلی MR12.5 mm + 12.5 mm
W115
این دیوار شامل دو ردیف زیرسازی فلزی، دو لایه پنل گچی معمولی در هر سمت آن و دو لایه عایق الیاف معدنی به ضخامت 8 سانتیمتر می باشد. با اجرای این دیوار می توان به افت تراز شدت صوت 63 دسیبل دست یافت.
ضخامت دیوار: 25cm نوع سازه: C100 نوع پنل: RG12.5 mm
دیوار خارجی
این دیوار شامل یک ردیف زیرسازی فلزی، دو لایه پنل گچی معمولی در سمت داخل، یک لایه پنل سیمانی در سمت خارج (نما)و یک لایه عایق الیاف معدنی به ضخامت 6 سانتیمتر می باشد. با اجرای این دیوار می‌توان به افت تراز شدت صوت 50 دسیبل دست یافت.
ضخامت دیوار: 11.25 cm نوع سازه: CW75 نوع پنل: پنل مسلح سیمانی خارجی RG 12.5 mm +12.5 mm
