Izolacyjność akustyczna jest jednym z głównych kryteriów wyboru produktu z podwójną szybą zespoloną (DGU). Znormalizowane pomiary akustyczne są wykonywane w laboratoriach zgodnie z EN ISO 10140 w celu określenia izolacyjności akustycznej szyby.

Rys. 1. Zmierzone wartości STL dla szyby 4/16AIR/4

Niemniej jednak pomiary danej konfiguracji szyby DGU w różnych laboratoriach zgodnie z EN ISO 10140 nie prowadzą do takich samych wartości izolacyjności akustycznej. Powstaje zatem pytanie: czy ta różnica wynika z niedokładności (uncertainty) produktu – szyby zespolonej o danej konfiguracji i/lub z nieprecyzyjności laboratorium?

Celem niniejszego opracowania jest ilościowe określenie względnego wpływu produktu i laboratorium na niedokładność pomiaru izolacyjności akustycznej. Przeprowadzono kilka kampanii badawczych w dwóch różnych laboratoriach, które doprowadziły do następujących wniosków. Nie stwierdzono znaczącego wpływu linii produkcyjnej lub miejsca wytwarzania na zróżnicowanie (niedokładności) wyników pomiarów izolacyjności akustycznej.

Ponadto elementy szyby zespolonej DGU, takie jak standardowe ramki dystansowe (spacers), standardowe folie laminujące PVB (interlayers) itp. dostarczane przez różnych dostawców nie wpływają na rozbieżności w pomiarach izolacyjności akustycznej. Głównym źródłem niepewności są rozbieżności między laboratoriami akustycznymi.

W związku z tym, że niektóre laboratoria pokazują wyższą izolacyjność akustyczną dla tej samej konfiguracji szyby zespolonej, prowadzi to do przewagi konkurencyjnej zarówno tego laboratorium akustycznego, jak i danego producenta szyby zespolonej, który zleca tej właśnie jednostce wykonanie pomiarów akustycznych.

Najnowsze modyfikacje w normie EN ISO 10140 mają na celu zmniejszenie rozbieżności w wartościach izolacyjności akustycznej szyb badanych w różnych laboratoriach.

Izolacyjność akustyczna
szyb zespolonych
Izolacyjność akustyczna szyby zespolonej musi zostać zbadana w specjalistycznym laboratorium akustycznym. Szyba zespolona DGU jest określona przez grubość dwóch tafli szkła i szerokości odstępu/przestrzeni między nimi wypełnionej powietrzem lub gazami szlachetnymi.

Na przykład szyba zespolona o konfiguracji 4/16/4 oznacza dwie tafle szklane o grubości 4 mm i 16 mm szerokości przestrzeni między nimi (tzw. pustki powietrznej). Laboratoria akustyczne uwzględnione w niniejszym opracowaniu są certyfikowane zgodnie z normą ISO 17025 [1], a pomiary wykonywane są zgodnie z normą EN 10140 [2].

Wymiary przeszklenia to 1480 mm x 1230 mm. Zmierzona izolacyjność akustyczna przeszklenia jest określana ilościowo jako Strata Transmisji (Przenoszenia) Dźwięku STL (Sound Transmission Loss) w decybelach (dB) dla każdej częstotliwości pasma trzeciej oktawy (third-octaveband frequency) w zakresie częstotliwości [100 Hz – 5 kHz].

Dla przypomnienia, zakres częstotliwości słyszalnych dla ucha ludzkiego wynosi [20 Hz– 20 kHz], ruch drogowy jest źródłem hałasu o niskiej częstotliwości około 200 Hz, natomiast głos płaczącego dziecka jest źródłem hałasu o wysokiej częstotliwości około 2 kHz. Przykładowe wartości STL zmierzone dla szyby zespolonej 4/16/4 pokazano na rysunku 1. Im wyższa wartość STL, tym lepsza izolacyjność akustyczna szyby.

Widmo STL szyby DGU pokazane na rysunku 1 można podzielić na trzy części zgodnie z teorią izolacyjności akustycznej materiałów warstwowych opisaną w [3-5]:
- STL przy niskich częstotliwościach, około 200 Hz wykazuje spadek. To osłabienie izolacji, klasycznie nazywane „efektem masa/sprężyna/masa”, jest spowodowane sprzężeniem pomiędzy dwiema taflami szklanymi i przestrzenią między nimi wypełnioną powietrzem, tzw. pustką powietrzną.
- STL przy średnich częstotliwościach [300 Hz - 2 kHz], wzrost izolacyjności akustycznej może być rozumiany jako prawo masy. Im cięższy jest system, tym lepsza jest jego izolacyjność akustyczna.

- spadek STL przy częstotliwości około 3 kHz.Za zjawisko to odpowiada „efekt koincydencji”, dla którego prędkości dźwięku w powietrzu i szkle są identyczne.

Transfer energii pomiędzy szkłem a powietrzem jest wtedy optymalny, co prowadzi do znacznego osłabienia izolacyjności akustycznej. Ten opis można uogólnić na widmo STL dowolnej szyby zespolonej DGU.

Ze szczegółowego widma STL wyprowadza się trzy główne wskaźniki RW, RA i RA,tr wyrażone w dB w celu uzyskania ujednoliconych wartości izolacyjności akustycznej dla danego produktu. Metodykę tych obliczeń w zakresie częstotliwości [100 Hz – 3150 Hz] opisano w EN ISO 717-1 [6].

Każdy z tych wskaźników określa wyniki ważenia widma STL w różnych zakresach częstotliwości. Wskaźnik RW jest najczęstszą metodą oceny izolacyjności akustycznej budynków i elementów budowlanych. Wskaźnik RA,tr powinien być stosowany, gdy źródłem hałasu jest ruch drogowy. W przypadku zewnętrznego szumu tła lepiej jest użyć wskaźnika RA. Wskaźniki RA i RA,tr są wyrażane na podstawie wskaźnika RW, przez dodanie do niego odpowiednich ujemnych współczynników korekcyjnych C i Ctr.

Wskaźnik RW jest liczbą całkowitą, natomiast RA i RA,tr można wyrazić liczbą z jednym miejscem po przecinku. Ostateczna izolacyjność akustyczna szyby DGU jest wyrażona następująco: RW(C,Ctr). Przykładowo, RW(C,Ctr)=30(-1,0,-3,0) dB dla szyby 4/16/4 oznacza RW=30 dB, RA=29,0 dB i RA,tr=27,0 dB.

Konfiguracje szyb DGU można łatwo uszeregować, dzięki tym trzem wskaźnikom akustycznym. Na przykład szyba 4/16AIR/10 wykazująca RW(C,Ctr)=36(-1,0,-4,0) dB bardziej izoluje akustycznie niż szyba 4/16AIR/4 z RW(C,Ctr)=30(- 1,0,-3,0) dB.

Jednak pomiar akustyczny próbki takiej samej szyby w różnych laboratoriach nie prowadzi do takich samych wartości wskaźnika izolacyjności akustycznej. Rozbieżność ta może osiągać wartość 5 dB w różnicach/odchyleniach RA,tr dla danej szyby DGU [7].

Celem niniejszego opracowania jest określenie źródła tych rozbieżności, które mogą wynikać z jednej strony – z niekontrolowanych zmian elementów szyby DGU i różnic w procesie produkcyjnym danej szyby DGU, a z drugiej – z niedokładności wyników z różnych laboratoriów akustycznych.

Różnice w izolacyjności akustycznej ze względu na skład szyb DGU
W pierwszej kolejności badany jest wpływ parametrów szyby DGU, takich jak właściwości zależne od miejsca produkcji szkła (powtarzalność linii produkcyjnych, rodzaj standardowych ramek dystansowych, źródła dostaw standardowej folii laminującej PVB).

Wyniki badań szyb DGU przedstawiono w Tabeli 1. Wszystkie pomiary wykonywane są w tym samym laboratorium akustycznym wykonującym badania zgodnie z ISO 10140. Każdy analizowany parametr jest zmieniany niezależnie dla trzech następujących konfiguracji szyb DGU 4/16/4, 4/10/10 i 44.2/16/4.

Tabela 1. Badane szyby DGU

Wartości ΔRW, ΔRA i ΔRA,tr oznaczają maksymalną różnicę wartości wskaźników akustycznych – między szybami badanymi przy zmianach (dla określenia zmienności) danego parametru.

Uzyskane wyniki przedstawiono szczegółowo w Tabeli 2. W analizie skupiono się na zmienności wskaźnika akustycznego RA,tr. Zmienność izolacyjności akustycznej szyby 4/16/4 pochodzącej z trzech różnych linii produkcyjnych firmy Saint-Gobain wynosi ΔRA,tr =1,2 dB. Dostawca standardowej ramki dystansowej ma również znikomy wpływ na izolacyjność akustyczną 4/16/4 z różnicą ΔRA,tr=0,4 dB dla 4/16/4. Różnica wyników ΔRA,tr=0,2 dB pomiędzy próbkami wykonanymi na tej samej linii produkcyjnej świadczy o prawie idealnej powtarzalności procesu.

Tabela 2. Wpływ parametrów szyby DGU na wskaźniki izolacyjności akustycznej. Pomiary zostały wykonane w tym samym laboratorium akustycznym

W przypadku szyby z panelem laminowanym analizowany jest wpływ różnych dostawców standardowej folii PVB oraz różnych partii produkcyjnych folii PVB. Zarówno w przypadku folii PVB ochronnej (PRO), jak i akustycznej (SIL), nie stwierdzono wpływu różnych dostawców standardowej folii PVB oraz różnych partii folii PVB pochodzącej od tego samego dostawcy – na różnice w pomiarach izolacyjności akustycznej szyby. Na podstawie przeprowadzonej analizy można stwierdzić, że niedokładności wyników pomiarów izolacyjności akustycznej nie zależą od procesu produkcyjnego i rodzaju elementów wyrobu.

Tabela 3. Zmienność wskaźników izolacyjności akustycznej uzyskanych dla takich samych szyb DGU zmierzonych w dwóch różnych laboratoriach akustycznych

Różnice w izolacyjności akustycznej w zależności od badań w różnych laboratoriach akustycznych
Taki same szyby DGU zostały przebadane w innym laboratorium akustycznym zgodnie z EN ISO 10140. W drugim laboratorium akustycznym także nie zaobserwowano żadnych różnic/odchyleń (niedokładności) w wartościach izolacyjności akustycznej wynikających z różnic w produktach.

Jednak różnice we wskaźnikach izolacyjności akustycznej wynikających z wykonania badań w różnych dwóch laboratoriach przedstawiono w Tabeli 3. Maksymalną wartość różnicy ΔRA,tr = 2,6 dB uzyskano dla szyby 44,2SIL/16/4.

Rys. 2. Wartości STL uzyskana dla takiej samej szyby DGU zmierzone w dwóch różnych laboratoriach akustycznych. Główne różnice występują przy niskiej częstotliwości (poniżej 300 Hz).

Dla konfiguracji szyby 4/16/4 różnica w pomiarach wynosi ΔRA,tr=2,4 dB. Różnica ΔRA,tr jest wyższa niż ΔRA i ΔRW, co pozwala sądzić, że główna różnica jest zlokalizowana głównie w zakresie niskich częstotliwości. Zostało to potwierdzone na rysunku 2.

Te różnice przy niskich częstotliwościach mogą być interpretowane jako wynik różnych wielkości pomieszczeń badawczych w obu laboratoriach. Ta różnica w wielkości pomieszczenia oznacza, że modele akustyczne występujące w pomieszczeniu przy częstotliwościach niższych niż tak zwana „częstotliwość Schroedera”, szacowana na około 300 Hz, będą miały wpływ na wartości pomiarowe. Istotnie, główne różnice pomiędzy obydwoma laboratoriami występują poniżej 300 Hz, co widać na rysunku 2.

Nowe aktualizacje normy ISO 10140
Aktualizacja normy ISO 10140 została opublikowana w listopadzie 2016 roku [2] w celu dalszego zmniejszania różnic w wynikach badań między laboratoriami. Oba laboratoria akustyczne analizowane w tym badaniu zgadzają się ulepszyć swój sprzęt, aby zachować zgodność z tą aktualizacją.

Zgodnie z tą aktualizacją, wartości STL dla dwóch referencyjnych szyb DGU o konfiguracji 6/16/6 i 44.2/16/10, muszą znajdować się w określonym zakresie dla każdego pasma częstotliwości trzeciej oktawy, aby laboratorium mogło uzyskać certyfikat zgodności z ISO 10140.

Wnioski
Nie stwierdzono istotnego wpływu sposobu/miejsca wykonania, typu standardowej ramki dystansowej oraz źródła dostawy standardowej folii PVB na rozbieżności w izolacyjności akustycznej szyby DGU. Głównym źródłem różnic jest laboratorium akustyczne. Nowa wersja normy EN ISO 10140 ma na celu zmniejszenie tych różnic. 

Podziękowanie
Wykonanie tych badań nie byłoby możliwe bez udziału i pomocy Gillesa Battigelli, Fabiena Bouilleta, Christophe Cina, Laurenta Courtina, Cécile Dalle-Ferrier, Marca Michau i Nicolasa Nadauda.

Artykuł został oparty na wykładzie zaprezentowanym na Konferencji GLASS PERFORMANCE DAYS 2019, która odbyła się w dniach 26-28 czerwca 2019 r. w Tampere w Finlandii

Fabien Dalzin, Saint-Gobain

Bibliografia
[1] ISO/IEC 17025 Ogólne wymagania dotyczące kompetencji laboratoriów badawczych i wzorcujących
[2] EN ISO 10140-1 Akustyka – Pomiar laboratoryjny izolacyjności akustycznej elementów budowlanych – Część 1: Zasady stosowania dla określonych wyrobów
EN ISO 10140-2 Akustyka – Pomiar laboratoryjny izolacyjności akustycznej elementów budowlanych – Część 2: Pomiar izolacyjności od dźwięków powietrznych
EN ISO 10140-3 Akustyka – Pomiar laboratoryjny izolacyjności akustycznej elementów budowlanych – Część 3: Pomiar izolacyjności od dźwięków uderzeniowych
EN ISO 10140-4 Akustyka – Pomiar laboratoryjny izolacyjności akustycznej elementów budowlanych – Część 4: Procedury pomiarowe i wymagania
EN ISO 10140-5 Akustyka – Pomiar laboratoryjny izolacyjności akustycznej elementów budowlanych – Część 5: Wymagania dotyczące laboratoryjnych stanowisk badawczych i wyposażenia
[3] A. J. Tadeu et D. M. Mateus, Przenikanie dźwięku przez szyby pojedyncze, podwójne i potrójne. Ocena eksperymentalna (Sound transmission through single, double and triple glazing. Experimental evaluation) Applied acoustics, n°162, pp. 307-325, 2001.
[4] C. Lesueur, Oddiaływanie akustyczne na budynki (Rayonnement acoustique des structures), Eyrolles, 1988.
[5] F. Fahy, Podstawy akustyki inżynierskiej (Foundations of Engineering Acoustics), Academic press, 2001.
[6] EN ISO 717-1 Akustyka – Ocena izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych – Część 1: Izolacyjność od dźwięków powietrznych
[7] Analiza i wnioski z Round Robin w sprawie przeszkleń zorganizowanego przez komisję (Analysis and conclusions of a Round Robin on glazings organized by joint) WG CEN TC 126 129

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 

Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji:  Świat Szkła 12/2020