عایق صدا در صنعت ساختمان به تدریج در طول سالهای اخیر توسعه چشمگیری یافته است. معرفی فناوری‌های جدید ساختمانی، معرفی منابع صوتی قدرتمند جدید در خانه‌ها و افزایش آگاهی جامعه نسبت به صدا، همگی به توسعه طراحی عایق صوتی کمک کرده‌اند. یکی از بخش‌های مهم این توسعه، توصیفات نظری و راه‌حل‌های مشکلات مختلف در عایق صدا مانند اثر تصادفی، انتقال جانبی، کف‌های شناور یا تأثیر زاویه برخورد بر عایق صوتی پنجره‌ها است. بخش مهم دیگری از توسعه، درک چگونگی واکنش افراد به سر و صدای همسایگان است، و اینکه چگونه عایق صوتی یک ساختمان با میزان رضایت ساکنان مرتبط است.
در سال های اخیر این امر منجر به افزایش حداقل الزامات عایق صدا در بسیاری از کشورها شده است و ایده سیستم طبقه بندی صدا گسترده تر شده است. در همان زمان، پروژه‌های زیادی با خانه‌های آزمایشی انجام شده است که مسیرهای جدیدی را برای فناوری ساختمانهای آینده با عایق صوتی بهتر نشان داده‌اند. در آینده می توان در این راستا کارهای بیشتری انجام داد، اما مشکل اصلی امروز ممکن است داشتن یک پذیرش عمومی در بین معماران و در صنعت ساختمان باشد که عایق صدا یک پارامتر طراحی است که باید جدی گرفته شود.
هدف نهایی تحقیق و توسعه در زمینه آکوستیک ساختمان این است که خانه ها باید به گونه ای ساخته شوند که شرایط صوتی رضایت بخشی را برای افراد استفاده کننده از منازل فراهم کنند. اگرچه این موضوع در بسیاری از ساختمانها مانند مدارس، ساختمانهای اداری، بیمارستان‌ها تا حد بیشتری صادق است، اما عایق صدا به‌ویژه در ساختمان‌هایی که برای زندگی مردم در نظر گرفته شده‌اند، اهمیت دارد. خانه ای که باید چارچوبی برای یک خانواده فراهم کند، شامل تمام فعالیت های خانگی مانند بازی، آشپزی، غذا خوردن، زندگی اجتماعی، خواب و تفریح. بنابراین، محققان در این زمینه باید در نظر داشته باشند که اگر معماران، تصمیم‌گیرندگان و سایر شرکا در یک پروژه ساختمانی از این موضوع استفاده نکنند، توسعه مدل‌های نظری دقیق انتقال صدا یا توسعه سیستم‌های ساختمانی جدید با عایق صوتی بهبود یافته کافی نیست. بنابراین خواسته های صوتی به اندازه کافی جدی است.
بزرگترین مشکلی که آکوستیک ساختمان با آن مواجه است، فقدان مدل‌های نظری خوب، روش‌های اندازه‌گیری کارآمد، روش‌های ارزیابی پیچیده‌ای است که برای تعیین الزامات عایق صوتی استفاده می‌شود، یا نبود نمونه‌هایی از سازه‌های ساختمانی با عایق صوتی بالا. بزرگترین مشکل این است که به آکوستیک همان وزنی داده نمی شود که به عنوان مثال به استحکام سازه، ایمنی در برابر آتش، عایق حرارتی، مصرف انرژی، نور روز، زیبایی بصری در فرآیند طراحی ساختمان و غیره داده می شود.
گاهی اوقات آکوستیک تقریباً نادیده گرفته شده است یا به عنوان یک چیز ثانویه در نظر گرفته می شود که می تواند بعداً در پروژه مانند رنگ سطوح تنظیم شود. اما در واقع اساس عایق صوتی خوب از انتخاب اصل سازه های ساختمان (دیوارهای جداکننده سنگین، سبک، تک یا دو جداره، ستون ها، تیرها، صفحات) شروع می شود و تا جزئیات اتصالات بین ساختمان ادامه می یابد.
در زمان های گذشته - صد سال پیش و قبل از آن - عایق صدا در خانه های چند طبقه بسته به کیفیت کلی خانه می توانست متفاوت باشد. خانه های افراد ثروتمند نسبت به خانه های کارگران و افراد فقیر دارای اتاق های بیشتر، اتاق های بزرگتر، سقف بلندتر و کف و دیوارهای ضخیم تر بودند. بنابراین، به دلیل وزن و ضخامت سازه ها، عایق صدا در برخی از خانه ها به طور کلی بسیار بهتر از خانه های دیگر بود. نمونه‌ای از یک ساختمان معمولی تیرهای چوبی یک کف چوبی در بالا و سقفی با گچ بر روی تیغه زیر را حمل می‌کنند. در این بین یک لایه با خاک رس حدود 50 میلی متر قرار دارد که باعث سنگینی و هوابندی ساختمان شده است که این دو اصل اساسی عایق صوتی است.
از اواسط قرن بیستم، تکنولوژی ساختمان تغییر کرد در بسیاری از کشورها؛ فناوری صنعتی ساختمان و استفاده گسترده از بتن، فولاد و شیشه منجر به ساختمان هایی یکنواخت و نسبتاً ارزان شد، اما برای ساکنان رضایت بخش نیست. در همان زمان بسیاری از کشورها قوانین ساختمانی را با حداقل الزامات برای عایق صدا معرفی کرده بودند. در ترکیب با شرایط اقتصادی ساخت خانه، بیشتر سرمایه گذاری پولی و پایین نگه داشتن هزینه های ساختمان، نسبت به ساخت مکانی برای سکونت مردم، نتیجه این شد که عایق صوتی بهتر از حداقل نیاز در نظر گرفته شد. پول این منجر به خانه‌هایی با عایق صوتی شد که در آن روزها قابل قبول تلقی می‌شد، اما امروزه، حدود پنجاه سال بعد، کمتر قابل قبول است.
اصول اولیه عایق صدا بسیار ساده است. موضوع ساخت و سازهای به اندازه کافی سنگین بدون هیچ گونه نشتی است. در سال 1910 قانون انبوهی برای عایق صوتی سازه های منفرد توسط برگر تدوین شد.
در نتیجه قانون دوم نیوتن - (نیرو = جرم * شتاب) - تلفات انتقال به ازای دو برابر شدن فرکانس و به ازای دو برابر شدن جرم در واحد سطح 6 دسی بل افزایش می یابد
این برای یک پانل نازک است که در آن می توان از سفتی چشم پوشی کرد. در سال 1942 کرمر مقاله ای را منتشر کرد که اثر سفتی خمشی را توضیح داد و مفهوم مهم تصادف و فرکانس بحرانی یک پانل را معرفی کرد. این منجر به تصویر پیچیده‌تری می‌شود که در آن زاویه فرود نیز مهم است. بالاتر از فرکانس بحرانی، دو امپدانس به دلیل جرم و سفتی خمشی تمایل دارند یکدیگر را در فرکانسی که به زاویه بستگی دارد خنثی کنند. بروز، که به معنای کاهش قابل توجهی در تلفات انتقال است.
با این حال، مدل‌های نظری با فرض دیوارهای بی‌نهایت برای پیش‌بینی عایق صوتی در سازه‌های واقعی ساختمان کافی نیستند. در شکل زیر نمونه ای از تجسم انتقال صدا از طریق پانل هایی با اندازه های مختلف دیده می شود.
صدای فرود، یک موج سطحی با زاویه تابش معین است. در مورد یک پانل بسیار کوچک، صدای ارسالی در تمام جهات تقریباً مانند یک تک قطبی تابش می شود. اما با یک پانل بزرگتر، صدای ارسالی در دو پرتو تابش می شود که یکی از آنها تقریباً در همان جهت صدای فرودی است. پرتو دیگر تابش متقارن نسبت به نرمال پانل است، و این انتقال تشدید است که می تواند با یک الگوی موج ایستاده در پانل توضیح داده شود. (به هر حال این تابش از امواج ایستاده به دو طرف پانل می رود). بنابراین، اندازه محدود پدیده های پراش و همچنین سهم تشدید از حالت های عادی پانل را معرفی می کند.
با این حال، از آنجایی که سازه های ساختمان را نمی توان همیشه با صفحات نازک تقریب زد، برخی تغییرات در هنگام اعمال بر سازه های ضخیم مانند کف بتنی و دیوارهای آجری ضروری است. امواج خمشی معمولاً در مدل‌های نظری برای عایق صدا در نظر گرفته می‌شوند، اما در بسیاری از ساختمانهای معمولی این درست نیست. هنگامی که سرعت فاز امواج عرضی به عنوان تابعی از فرکانس اندازه‌گیری می‌شود، از منحنی پراکندگی به نظر می‌رسد، انتقالی از امواج خمشی در فرکانس‌های پایین به امواج برشی در فرکانس‌های بالاتر وجود دارد. در حالی که امواج برشی سرعت ثابتی دارند، برای امواج خمشی مشخص است که سرعت متناسب با جذر فرکانس افزایش می یابد. یک مثال در شکل زیر نشان داده شده است. برای این دیوار بتنی 100 میلی متری (تراکم 1690 کیلوگرم بر متر مکعب) فرکانس متقاطع را می توان در حدود 2760 هرتز شناسایی کرد.
عایق صدای ضربه مهم ترین ویژگی صوتی است که برای طراحی سازه های کف باید در نظر گرفته شود، یعنی عایق صوتی هوا معمولاً در صورتی که الزامات عایق صدای ضربه برآورده شده باشد کافی است. سازه های کف اغلب بسیار پیچیده تر از ساخت و سازهای دیواری هستند و انواع مختلف پوشش های کف و راه حل های کف شناور، توسعه مدل های پیش بینی قابل اعتماد را بسیار دشوار می کند.
عایق صوتی بین اتاق ها در یک ساختمان به شدت تحت تأثیر سازه های کناری و اتصالات بین سازه ها قرار می گیرد. در ساختمان‌هایی که سازه‌های سنگین سنتی از بتن یا بنایی دارند، تقریباً 50 درصد از انتقال صدا انتقال طرفین و بین اتاق‌ها مربوط به دیوارهای مشترک بین دو واحد است. معمولا تعداد مسیرهای انتقالی لوله و کانال های هوا نیز بین این قسمت ها وجود دارد که عبور صدا را به راحتی میسر می کند بنابراین باید به این نکته توجه شود که در طراحی واحدهای مشترک و پارتیشن بندی اتاق ها حداقل میزان مسیرها در نظر گرفته شود.
محدوده فرکانس در آکوستیک ساختمان به طور سنتی 100 هرتز - 3150 هرتز بوده است. با این حال، نیاز روزافزون به گنجاندن عایق صوتی با فرکانس پایین در ساختمان ها تشخیص داده شده است. گرایش به ساخت ساختمانهای سبک وزن مشکلات فرکانس پایین صدا را افزایش داده است، به عنوان مثال. از موسیقی و پایکوبی همسایه گرفته تا صدای رادیو و صحبت کردن معمولی افراد با یکیدگر به راحتی بین واحدها و اتاق ها شنیده می شود. در نتیجه استانداردهای تجدید نظر شده برای اعمال عایق کاری در برخی از ساختمانها در نظر گرفته می شود.
بررسی مشابهی برای صدای ضربه انجام شد، فقط از منابع های انتقال عمودی صدا استفاده شد و سازه ها را می توان به سه گروه به نام های سنگین، متوسط و سبک تقسیم کرد.
سازه های سنگین شامل بتن و بتن توخالی است. سازه های با وزن متوسط شامل لکا-بتن، EW-slab (ترکیبی از بتن و چوب) است. سازه های سبک از چوب، تخته سخت و تخته گچی هستند. مقادیر متوسط تفاوت حدود 6 دسی بل بین دسته های سنگین و سبک را نشان می دهد. با این حال، گسترش بسیار بزرگ است، از -11 دسی بل تا +13 دسی بل. به عنوان مثال، الزامات ذکر شده در بالا باید توسط یک سازه سنگین در محدوده 57-69 dB، یا توسط یک ساختار سبک دارای در محدوده 45-60 dB برآورده شود.
راحتی صوتی مفهومی است که می‌توان آن را با نبود صدای ناخواسته و فرصت‌هایی برای فعالیت‌های صوتی بدون آزار دیگران مشخص کرد. برای دستیابی به راحتی صوتی در یک ساختمان، الزامات خاصی باید در مورد عایق صوتی در هوا، عایق صوتی ضربه و سطح صدای ناشی از ترافیک و خدمات ساختمان برآورده شود.
توجه به این نکته مهم است که راحتی آکوستیک برای یک فرد هم به عنوان یک دریافت به شخص مربوط می شود. قرار گرفتن در معرض سر و صدای همسایه‌ها می‌تواند آزاردهنده باشد، اما به همان اندازه آزاردهنده است که بدانید فعالیت‌های شما توسط افراد دیگر شنیده می‌شود و ممکن است باعث آزار شما شود. عایق صوتی ضعیف بین خانه ها می تواند عاملی برای محدودیت فعالیت ها و علت درگیری های اجتماعی باشد. اگر همسایه‌ها در برابر سر و صدای فعالیت‌های طبیعی کودکان واکنش نشان دهند، خانواده‌های دارای فرزندان کوچک ممکن است دچار مشکلات جدی شوند. این می تواند منجر به ناامیدی و درگیری شود و گاهی اوقات تنها راه حل این است که به خانه دیگری بروید.
بسیاری از کشورها دارای مدارس موسیقی برای کودکان هستند و یادگیری نواختن یک ساز برای رشد کودکان مهم و محرک تلقی می شود. با این حال، اگر خانواده در خانه ای چند طبقه با عایق صوتی ضعیف زندگی می کنند، اجازه دادن به کودکان برای تمرین ساز خود در خانه می تواند مشکل ساز باشد و تمرین روزانه موسیقی ضروری است. بنابراین، بسیاری از کودکان به دلیل عایق صوتی ناکافی در خانه، نمی توانند از یادگیری نواختن ساز سود ببرند.
در سال 1995 تحقیقاتی توسط Wibe در سوئد انجام شد تا مشخص شود چه سطحی از عایق صوتی باید در خانه های جدید اعمال شود. برای تجزیه و تحلیل از 2322 پرسشنامه استفاده شد. 65 درصد افراد شرکت کننده در خانه های چندخانواری، 20 درصد در خانه های مجردی، 10 درصد در خانه های ردیفی و 5 درصد در خانه های دیگر زندگی می کردند. یکی از سؤالات اصلی در مورد تمایل به پرداخت اجاره بالاتر در صورت بهبود قابل توجه عایق صوتی مسکن بود. میانگین پاسخ حدود 2500 کرون در سال بود. وقتی این رقم برای کل جمعیت سوئد تصحیح شود، به این معنی است که کل تمایل به پرداخت برای یک خانه ساکت 7500 میلیون کرون در سال است. بنابراین می توان گفت که عایق صوتی ناکافی موجود سالانه حدود 7500 میلیون کرون برای جامعه سوئد هزینه دارد.
به طور خلاصه می توان نتیجه گرفت که اگر بتوان عایق صوتی خانه را بهبود بخشید، حدود 60٪ از جمعیت (تقریباً همان درصدی که در خانه های چند خانواری زندگی می کنند) مایل بودند به طور متوسط 10٪ اجاره بیشتری بپردازند. نتیجه مشابهی از یک سوال در مورد تمایل به کاهش مساحت خانه در صورت بهبود عایق صدا به دست آمد.
به نظر می رسد که در اکثر کشورها الزامات عایق صدا در اصل بر اساس عملکرد واقعی ساخت و سازهای سنتی ساختمان است که سطح کافی از عایق صوتی را ارائه می دهند. اتریش یک استثنا است، جایی که مقررات ساختمانی مستقیماً بر اساس یک بررسی بزرگ در سال 1974 بود. و این احتمالاً سخت ترین الزامات آکوستیک در جهان است.
در سالهای اخیر بسیاری از کشورها حداقل الزامات عایق صوتی را افزایش داده‌اند و استفاده متداول‌تر از ساختمانهای سبک وزن نیاز به گنجاندن محدوده فرکانس پایین 50-100 هرتز را در ارزیابی عایق صدا نشان داده است. بنابراین، برای بسیاری از سیستم‌های طبقه‌بندی صدا، که اخیراً در چندین کشور معرفی شده‌اند، محدوده فرکانس گسترده نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
مشکل عایق صوتی با فرکانس پایین راه حل ویژه ای در آخرین مقررات ساختمانی انگلستان پیدا کرده است. به جای استفاده از اصطلاح سازگاری طیف نویز صورتی در محدوده فرکانس توسعه یافته C50-3150، اصطلاح سازگاری طیف نویز ترافیکی Ctr در محدوده فرکانس معمولی 100-3150 هرتز برای ارزیابی دیوارهای جداکننده و کف استفاده می شود. استدلال پشت درز این است که طیف نویز ترافیک وزن بیشتری را در فرکانس‌های پایین‌تر در مقایسه با طیف نویز صورتی ایجاد می‌کند و می‌توان مقداری محافظت در برابر عایق صوتی ضعیف فرکانس پایین بدون اندازه‌گیری زیر 100 هرتز به دست آورد.
در میان معماران و سایر شرکت‌کنندگان در پروژه‌های ساختمانی، مفاهیم و روش‌های آکوستیک اغلب به سختی درک و پیچیده بودن متهم می‌شوند. آخرین مثال بالا اشاره به توسعه روش‌هایی دارد که حتی پیچیده‌تر هستند، یعنی حذف آن دشوار است. آیا می دانید چرا یک طیف صدای ترافیک معمولی باید بهترین انتخاب برای ارزیابی عایق صوتی بین اتاق های یک ساختمان باشد؟
به جای توسعه فعلی با اقدامات مختلف صوتی در هر کشور، نیاز به هماهنگ سازی و ساده سازی مفاهیم برای عایق صوتی وجود دارد. در غیر این صورت، متقاعد کردن سایر شرکای طراحی ساختمان که ویژگی‌های صوتی باید در آینده جدی‌تر گرفته شوند، می‌تواند بسیار دشوار باشد. این کافی نیست که آکوستیست ها بتوانند یکدیگر را درک کنند، به همان اندازه مهم است که آکوستیک ها بتوانند در مورد ویژگی های عایق صدا با سایر شرکا در یک پروژه ساختمانی ارتباط برقرار کنند.
بسیاری از خانه‌های آزمایشی در طول دهه‌های گذشته به منظور آزمایش ساخت‌وسازهای جدید ساختمانی و روش‌هایی ساخته شده‌اند که ممکن است عایق صوتی را بهبود بخشد. یکی از موفق ترین خانه های آزمایشی در استکهلم به دنبال ایده لیونگرن برای استفاده از دال های بتنی بسیار بزرگ و ضخیم در ترکیب با ستون های باربر و دیوارها و نماهای سبک ساخته شد. دال های بتنی 260 میلی متر ضخامت دارند و در محل با مساحت تقریبی 320 متر مربع ریخته می شوند. به این ترتیب تضعیف اتصال در دیوارها ناچیز است، یعنی انرژی ارتعاشی ایجاد شده در کف از منابع هوایی یا ضربه ای می تواند آزادانه در دال بزرگ پخش شود. به این ترتیب انرژی ارتعاش در واحد سطح تقریباً کاهش می یابد.
از بررسی‌های گزارش شده قبلی در مورد بررسی‌های صدای همسایگان، می‌توان روابط تقریبی بین عملکرد صوتی ساختمان و درصد مورد انتظار افرادی که شرایط را خوب یا رضایت‌بخش می‌بینند، به دست آورد.
پس از دهه ها با وضعیت بسیار پایدار در آکوستیک ساختمان، اکنون در بسیاری از کشورها تغییراتی در این زمینه ایجاد شده است و به نظر می رسد توسعه به سمتی می رود که شرایط آکوستیک به عنوان یک معیار طراحی مرتبط و مهم برای ساختمان های مدرن جدی تر گرفته شود. بنابراین، امید به آینده این است که فناوری ساختمان به گونه ای تغییر کند که خانه ها بهتر بتوانند شرایط صوتی رضایت بخشی را برای افرادی که برای آنها ساخته شده اند فراهم کنند.
