5. Akustický útlum oken

Na téma hlukového útlumu oken bylo napsáno už docela hodně článků, jenže 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 zvukově izolační okna kupujeme." Jenže pokud nám prodejce oken řekne, že nám může nabídnout okna s útlumem Rw = 30 dB a za příplatek můžeme mít i 40dB - jak z toho poznáme, jestli kvůli vlaku, co okolo nás projíždí ve vzdálenosti 150m přes most, který duní, budeme potřebovat ta příplatková okna, nebo nám budou stačit ta obyčejná?

Akustika je komplikovaná. Pokusím se ji zde maximálně zjednodušit, abych se vyhnul složitým vzorcům a přesto vysvětlil jak funguje. Ale omáčce se nevyhnu.

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 (běžný dětský pláč až vyděšený pištivý jekot). Tyto zvuky vnímáme i velmi tiché (od 30dB) - 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 8mi válec, vrnící při 100 Hz, vnímáme jako velmi tichý, i když jeho akustický tlak přesahuje v tu chvíli 65dB. A pokud by jeho hlasitost klesla na 55 dB, už jej neuslyšíme vůbec.

A s tímto faktem rozdílného vnímání zvuků budu teď pracovat při hledání optimálního akustického útlumu u oken.

Pokud mám srovnat 2 okna s útlumy 30dB a 40dB z hlediska dunění vlaku, potřebuji vědět, co to ten hlukový útlum Rw vlastně vyjadřuje.

Nejprve vysvětlím rozdíl v akustických tlacích (dB).

Vpravo je tabulka, která mi pomůže se rychle zorientovat, abych věděl, kolikrát se sníží hluk při určitých dB

Při útlumu Rw= +3dB je hluk poloviční, ale uchem vnímáme tuto změnu jako nepatrnou.

Rw= +6dB říká, že hluk je 4x menší - tedy jakoby přicházel z √4x => z 2x větší vzdálenosti (intenzita hluku klesá se čtvercem vzdálenosti, proto druhá odmocnina). Pro člověka není tento pokles hluku nijak výrazný, je ale již dobře patrný. Jako poloviční hluk vnímá naše ucho až pokles o 10dB. Stačí to takto pro orientaci?

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 mám tento útlum promítnout do ostatních frekvencí, budu potřebovat pomůcku.

Pro stanovení akustického útlumu v rozličných frekvencích se používají tzv. váhové křivky zvuku.

Na grafu níže jsou tyto křivky znázorněny písmeny A až D.

Pokud není 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 5kHz tlumí nejvíce, ale nižší nebo vyšší frekvence tlumí hůře.

Zkusím najít, pomocí křivky A, jak Rw=30dB tlumí hluk od projíždějícího vlaku, který může oscilovat okolo 80 Hz.

Vytvořm si vodorovnou čáru, která bude přesně o 30dB níže než hodnota u frekvence 1000 Hz. 

U 80 Hz zjistím, že útlum je jen 6dB - tedy jako by vlak jel ve 2x větší vzdálenosti, tedy 300m - a to je stále hodně hlasité.

Zvolím-li ale lepší okna s Rw=40dB, bude útlum při 80dB už celých 16dB, což znamená, že se sníží asi 40x - tedy jako by projížděl (√40 x 150m =) 950m daleko od našeho domu - tedy, že s těmito okny jej uslyším už jen velice slabě.

Lze vůbec naladit okna, pokud nás trápí letadla či vlaky, aby co nejvíce tlumily 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 vyšší nad 1kHz 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 horší (o 1 a 4 dB).

Jak je zvuk vlastně tlumen?

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.

Nejprve proberu 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 projde, se zčásti pohltí a z části projde druhou stranou ven, a to podle rychlosti šíření v tomto materiálu (ve skle se zvuk šíří 8x 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, tímjsou 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 těžký plyn SF6 s velmi malou rychlostí šíření zvuku, ale díky faktu, že pro globální oteplování je 22000x horší než CO2, byl tento plyn dán na seznam škodlivých látek a dnes se už nepoužívá.

Ještě mnohem větší útlum je, pokud je jedno sklo tlustší, než to druhé. Vibrace mají pak odlišnou frekvenci a jejich vlny se navzájem dobře ruší.

Největší útlum způsobují folie 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, tak při nárazu na protější sklo se část energie odrazí zpět a ve folii se obě vlny setkají proti sobě. A protože měkčí folie má zcela jinou vibraci než skla, dochází k vzájemnému vyrušení vln proti sobě.

Tuto funkci zvukového absorbéru plní folie zlaminovaná mezi dvěma skly stejnou, jako napnutá uprostřed komory.

U folie, napnuté uprostřed komory, hraje plusovou roli i okolní prostor s plynem (lepší útlum nízkých tónů), laminovací folie může být i měkká čímž lépe tlumí naopak vyšší frekvence.

Níže jsou různé příklady zasklení, seřazené podle akustického útlumu od nejmenšího, ze kterých je patrné, co ovlivňuje akustický útlum nejvíce:

Maximální útlum lze tedy dosáhnout kombinací různých tlouštěk skel, dostatečně velkými komorami a nejvíce pomocí kombinace skel a folií.

A pokud chci ladit na větší útlum nízkých frekvencí, je třeba mít ve skle alespoň jednu tlustou sklovinu a folii uprostřed komory. Pro vyšší frekvence pak laminované sklo se speciální měkkou (akustickou) folií.

I s 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 zlepšuje i tepelně izolační parametry rámů a potlačuje vliv možných 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 a vůbec nejlepší je, pokud jsou skla do rámů vlepena, protože tmel po obvodu zabraňuje šíření zvuku okolo hrany skla. Navíc mají tato okna i lepší tepelně izolační parametry, protože křídla nepotřebují ocelové výztuhy, které tvoří významný tepelný most.
  
• Členitá a co nejužší funkční spára mezi otvíravou a fixní částí rámu tlumí hluk lépe než velká komora.
  

Nejvíce problematická je ale předsazená montáž do EPS nebo do ostění z XPS.

Pokud ji projektant navrhuje i v exponovaných lokalitách, měl by vždy vyřešit přerušení zvukového mostu, které oba materiály způsobují (např. silnostěnná omítka na vnitřním ostění a nebo lépe - namísto PS dát okolo okna vlnu) protože polystyren je velmi dobrý přenašeč hluku a generelně tvoří hlukový most. Proto si také lidé stěžují, že po zateplení domu polystyrenem slyší projíždět auto i když je ještě za rohem.  

Předchozí díl: Ochrana před letním přehříváním                              Další díl: Problémy zasklení