Okna z hledisku úniku tepla, akustiky, prostupu světla či bezpečnosti 6 – akustický útlum

Na téma hlukového útlumu bylo už napsáno mnoho článků. Všechny říkají zhruba toto: Zvuková izolace oken a dveří se vyjadřuje indexem vzduchové neprůzvučnosti Rw. Obecně platí, že čím je uváděná hodnota Rw vyšší, tím lépe zvukověizolační okna kupujeme.

Ale pokud nám prodejce oken řekne, že nám může nabídnout okna s útlumem Rw = 30 dB a za příplatek můžeme mít i 40 dB, jak z toho poznáme, jestli kvůli vlaku, co okolo nás projíždí ve vzdálenosti 150 m přes most, který duní, budeme potřebovat ta příplatková okna nebo nám budou stačit ta obyčejná?

Akustika je komplikovaná. Pokusíme se ji zde maximálně zjednodušit, abychom se vyhnuli složitým vzorcům, a přesto vysvětlili, jak funguje.

Zvuk je vlnění. Čím vyšší mají zvukové vlny amplitudu, tím vnímáme hluk jako hlasitější. Hlasitosti říkáme také akustický tlak a udáváme ho v dB. Ve velmi hlučném prostředí může být naše vnímání spojené až s bolestí, kterou vnímáme jako tlakovou.

   

Hluk dále charakterizuje i jeho frekvence. Čím je frekvence (počet střídání amplitud za 1 sek = Hz) vyšší, tím vnímáme zvuk jako vyšší tóny.

Ale asi nejdůležitější pro naše vnímání hluku je fakt, že nevnímáme různé frekvence stejně silně. Pro většinu lidí platí, že nejlépe slyší zvuky od 1 kHz do 5 kHz (dětský pláč až vyděšený pištivý jekot). Tyto zvuky vnímáme i velmi tiché (od 30 dB) – tedy i z velké dálky. A od úrovně 55 dB nám připadají jako velmi intenzivní, mnohdy až nepříjemně hlasité.

Jiné frekvence slyšíme o poznání hůře. Nastartovaný osmiválec, vrnící při 100 Hz, vnímáme jako velmi tichý, i když jeho akustický tlak přesahuje v tu chvíli 65 dB. A pokud by jeho hlasitost klesla na 55 dB, už jej neuslyšíme vůbec.

A s tímto faktem rozdílného vnímání zvuků budeme teď pracovat při hledání optimálního akustického útlumu u oken. Pokud máme srovnat dvě okna s útlumy 30 dB a 40 dB z hlediska dunění vlaku, potřebujeme vědět, co to hlukový útlum Rw vlastně vyjadřuje. Nejprve si představíme rozdíl v akustických tlacích [dB]. Obr. 3 nám pomůže se rychle zorientovat, abychom věděli, kolikrát se sníží hluk při určitých dB.

Při útlumu Rw = 3 dB je hluk poloviční, ale uchem vnímáme tuto změnu jako nepatrnou. Rw = 6 dB znamená, že hluk je 4x menší, tedy jako by přicházel z √4x => z 2x větší vzdálenosti (intenzita hluku klesá se čtvercem vzdálenosti, proto druhá odmocnina), ale pro člověka není tento pokles hluku nijak výrazný, pouze dobře patrný.

         

Jako poloviční hluk vnímá naše ucho až pokles o 10 dB. Ale ani toto srovnání bohužel není použitelné pro náš případ s vlakem. Je to složitější právě proto, že vnímáme nízké frekvence tak výrazně jinak než ty vyšší.

Totiž útlum definovaný hodnotou Rw, se týká přesně pouze jedné jediné frekvence: 1000 Hz. A pokud máme tento útlum promítnout do ostatních frekvencí, budeme potřebovat pomůcku.

Pro stanovení akustického útlumu v rozličných frekvencích se používají tzv. váhové křivky zvuku. Na obr. 4 jsou tyto křivky znázorněny písmeny A až D. Pokud není jednoznačně určeno, k jaké váhové křivce je útlum hluku vztažen, platí, že pro křivku A. Křivka A kopíruje schopnost lidského ucha vnímat zvuk. Tedy že frekvence od 1 kHz do 5 kHz tlumí nejvíce, ale nižší nebo vyšší frekvence tlumí hůře. Zkusme najít, pomocí křivky A, jak Rw = 30 dB tlumí hluk od projíždějícího vlaku, který může oscilovat okolo 80 Hz.

Vytvořme si v obr. 4 vodorovnou čáru, která bude přesně o 30 dB níže než hodnota u frekvence 1000 Hz. U 80 Hz zjistíme, že útlum je jen 6 dB – tedy jako by vlak jel ve 2krát větší vzdálenosti, tedy 300 m – a to je stále hodně hlasité.

Zvolíme-li ale lepší okna s Rw = 40 dB, bude útlum vlaku už celých 16 dB, což znamená, že se sníží asi 40x – tedy jako by projížděl (√40 x 150 m) = 950 m daleko od našeho domu. S těmito okny jej tedy uslyšíme už jen velice slabě.

Lze vůbec naladit okna, pokud nás trápí letadla či vlaky, aby co nejvíce tlumila hluk především v nízkých frekvencích? A nebo naopak při vyšších frekvencích, které lidem způsobují bolesti hlavy?

Někdy lze nalézt i zápis akustického útlumu v podobě Rw (C, Ctr) = 40 (–1, –4), kdy C a Ctr představují korekce hlukového útlumu: C se soustředí na frekvence nad 1 kHz a Ctr na nižší frekvence – pod 1 kHz. Přesné hodnoty těchto korekcí jsou získávány z laboratorních měření. Při záporných hodnotách v závorce zápis říká, že akustický útlum ve vysokých i nízkých frekvencích je lepší (o 1 a 4 dB). Tím tedy jen říkáme, že i norma počítá s naladěním oken na potřeby uživatele.

Jak je tedy zvuk vlastně tlumen, abychom si mohli pohrát i s jeho naladěním?

Každá přepážka reaguje se zvukovou vlnou jinak. Podle toho, z jakého je materiálu, jaký má povrch a vnitřní strukturu a také podle toho, jaký zvuk (frekvence) do ní narazí. Část vln se od ní odrazí, část se pohltí a část projde dál (viz obr. 5).

Nejprve proberme skla, která mají na akustiku větší vliv než rámy. Sklo je těžký materiál, s ideálně rovným povrchem. Proto zvuk velmi dobře odráží. Pokud je ale sklo tenké, dokáže ho akustická vlna rozkmitat. Tedy platí, že čím tlustší sklo, tím více zvuku se od něj odrazí a méně projde.

Energie, která do skla narazí, je z části pohlcena a z části projde druhou stranou ven, a to podle rychlosti šíření v tomto materiálu (ve skle se zvuk šíří 8krát rychleji než ve vzduchu), takže větší část energie, která do skla vnikla, také sklem vyjde.

Vystupující energie se dostává do prostředí s výrazně jinou rychlostí šíření zvuku. U běžných zasklení, kde se používají dvě tabule skla a mezi nimi plyn, se energie zvuku vstupem do plynu výrazně zpomalí, což se projeví na vibraci skla. Čím je sklovina tlustší, tím je vibrace logicky menší.

Protože je ale komora hermeticky uzavřená, přenášejí se vibrace z jednoho skla na druhé velmi dobře tlakem plynu, který nemá kam jinam tlačit než do protějšího skla. Čím je ale komora širší, tím jsou vibrace obou skel méně synchronizované (vnitřní je proti vnějšímu více zpožděné) a zvuk je lépe utlumen, než když je komora malá a obě tabule vibrují stejně.

Dříve se používal pro zlepšení akustiky i speciální plyn SF6 s velmi malou rychlostí šíření zvuku, ale díky faktu, že pro globální oteplování je 22 000krát horší než CO2, byl tento plyn dán na seznam škodlivých látek a dnes se už nepoužívá.

Ještě mnohem většího útlumu se dosáhne, pokud je jedno sklo tlustší než druhé. Vibrace mají pak odlišnou frekvenci a jejich vlny se navzájem dobře ruší.

Největší útlum způsobují fólie mezi skly. Samotné by příliš netlumily (mají nízkou hmotnost), ale vložené mezi dvě skla způsobují, že i když jimi zvuková vlna z větší části projde, při nárazu na protější sklo se část energie odrazí zpět a ve fólii se obě vlny setkají proti sobě. A protože měkčí fólie má zcela jinou vibraci než skla, dochází ke vzájemnému vyrušení vln proti sobě. Tuto funkci absorbéru plní fólie zlaminovaná mezi dvěma skly, stejně jako fólie napnutá uprostřed komory. U fólie uprostřed komory hraje plusovou roli okolní prostor s plynem (lepší útlum nízkých tónů), laminovací fólie může být i měkká, čímž lépe tlumí naopak vyšší frekvence.

   

Na obr. 6 jsou různé příklady zasklení, seřazené podle akustického útlumu od nejmenšího, kde je patrné, co ovlivňuje akustický útlum nejvíce. Maximální útlum lze tedy dosáhnout kombinací různých tlouštěk skel, dostatečně velkými komorami a hlavně pomocí fólií. A pokud chceme ladit na větší útlum nízkých frekvencí, je třeba mít ve skle alespoň jednu tlustou sklovinu, pro vyšší frekvence pak laminované sklo se speciální měkkou (akustickou) fólií.

I s okenními rámy lze z hlediska akustiky pracovat. Obecně platí, že čím je rám těžší, tím lépe tlumí hluk a velkou roli hraje i jeho tloušťka (útlum kastlových/špaletových rámů nelze vyvážit žádným jiným rámem), ale stále to není to nejdůležitější:
– Nejvíce pomáhá hlukovému útlumu, pokud jsou okna perfektně těsná. Platí to jak pro těsnost otvíravých křídel ke zbytku rámu, tak i celého okna ke stavebnímu otvoru.
– Důležité je i pružné ukotvení rámu do otvoru, protože přenáší méně vibrací (nejlépe na kotvy, bez pěny, s použitím utěsňovacích komprimačních pásek).
– Překrytí rámu vhodnou (měkkou) fasádní izolací – bezrámové provedení – má na hlukový útlum další velmi významný vliv a současně potlačuje vliv horších rámů nebo chyb při montáži.
– Rozdílné materiály (sendviče) tlumí hluk lépe než homogenní (např. kombinace různých dřev nebo výplň dutin plastového rámu tepelnou izolací).
– Hluboké uložení skla do rámu také citelně přispívá k lepšímu hlukovému útlumu.
– Členitá a co nejužší funkční spára mezi otvíravou a fixní částí rámu tlumí hluk lépe než velká komora.