Czym jest prawo masy
W akustyce „prawo masy” to najprostsza i wciąż niezwykle użyteczna reguła szacowania, jak dobrze przegroda (ściana, strop) tłumi dźwięk powietrzny. W skrócie: im większa masa powierzchniowa przegrody, tym lepsza jej izolacyjność
W praktyce działa to tak: podwojenie masy powierzchniowej (czyli wagi na każdy metr kwadratowy ściany) daje około 6 decybeli lepszą izolacyjność akustyczną. Dla ucha to zauważalna różnica — mniej więcej tak, jakby hałas stał się o połowę cichszy.
Dlaczego?
Dźwięk to drgania powietrza. Aby przedostać się przez ścianę, musi wprowadzić ją w drgania. Cięższa przegroda trudniej się porusza — a więc przepuszcza mniej hałasu na drugą stronę.
Szybkie przykłady
| Przegroda (pojedyncza, ~24 cm) | m′ [kg/m²] | TL @ 500 Hz [dB]* |
|---|---|---|
| Płyta g-k 12,5 mm | 9 | 26 |
| 2× płyta g-k 12,5 mm (sztywno razem) | 18 | 32 |
| Beton komórkowy (AAC, np. Ytong 600) | 144 | 44 |
| Mur silikatowy 24 cm | 432 | 60 |
| Beton gęsty 24 cm (~2400 kg/m³) | 576 | 62 |
m′ [kg/m²] – masa powierzchniowa
To waga ściany na 1 metr kwadratowy jej powierzchni.
Im większa ta wartość, tym cięższa jest ściana, a więc trudniej przepuszcza dźwięk (prawo masy).
Przykład:
Płyta g-k 12,5 mm: ok. 9 kg/m².
Mur silikatowy 24 cm: ok. 430 kg/m².
Beton 24 cm: ok. 576 kg/m².
TL @ 500 Hz [dB] – izolacyjność akustyczna przy 500 Hz
TL (Transmission Loss) to liczba decybeli, o jakie ściana tłumi dźwięk na danej częstotliwości (w tym przypadku przy 500 Hz, czyli w średnim paśmie, gdzie mieści się mowa i większość dźwięków domowych).
Większa liczba dB = lepsze tłumienie = ciszej po drugiej stronie.
Przykład:
26 dB – słychać praktycznie wszystko, tylko trochę ciszej.
60 dB – dobra izolacyjność, rozmowy za ścianą praktycznie niesłyszalne.
Uczciwe ograniczenia
Prawo masy działa najlepiej w przypadku pojedynczych, szczelnych przegród. Ostateczny efekt w budynku zależy również od:
Szczelności – nawet niewielka nieszczelność może znacząco obniżyć izolacyjność.
Połączeń konstrukcyjnych (tzw. flanki) – dźwięk może przenikać przez stropy lub sąsiednie ściany.
Okien i drzwi – to często najsłabszy punkt w całej przegrodzie.
W pomieszczeniach o bardzo wysokich wymaganiach akustycznych (np. kino domowe, studio nagrań, sypialnia przy salonie) jeszcze lepszy efekt można uzyskać, stosując układ podwójny – dwie niezależne warstwy ściany oddzielone szczeliną wypełnioną wełną akustyczną.
Wpływ rezonansu w bardzo małych częstotliwościach
Prawo masy najlepiej opisuje zachowanie przegrody w tzw. zakresie masowym – od kilkuset herców wzwyż. W bardzo niskich częstotliwościach (np. poniżej 100–150 Hz dla większości ścian) na izolacyjność zaczyna wpływać rezonans całej przegrody.
Rezonans to sytuacja, w której fala akustyczna w powietrzu pobudza przegrodę, powodując, że ta drga mocniej niż wynikałoby to z prawa masy.
W tym zakresie izolacyjność może spadać nawet o kilkanaście decybeli względem wartości przewidywanych przez wzór.
Dla przegrody masywnej rezonans jest zwykle poniżej zakresu słyszalności mowy, ale wciąż może wpływać np. na odczuwanie wibracji od ciężkich maszyn czy niskich dźwięków basowych.
W lekkich przegrodach rezonans wypada wyżej – przez co jest częściej problemem w codziennych warunkach (np. dźwięk subwoofera sąsiada).
Wpływ koincydencji (częstości krytycznej)
Można je w prosty sposób wytłumaczyć tak:
koincydencja pojawia się wtedy, gdy długość fali dźwięku w powietrzu jest zbliżona do wymiarów samej przegrody (np. jej grubości lub „długości fali drgań” w materiale).
W takiej sytuacji fala akustyczna łatwiej przenosi energię na ścianę, a ta zaczyna drgać i przepuszczać dźwięk bardziej niż zwykle. Efektem jest charakterystyczny „dołek” w izolacyjności akustycznej.
Częstotliwość, przy której to się dzieje, zależy głównie od grubości i sztywności przegrody:
Cienkie i sztywne płyty (np. płyta g-k 12,5 mm) – koincydencja często w zakresie 1–4 kHz, czyli w paśmie dobrze słyszalnym (mowa, muzyka).
Grube i ciężkie elementy (np. beton 24 cm) – koincydencja często poniżej 200 Hz, czyli poza pasmem mowy; spadek w izolacyjności jest wtedy mniej odczuwalny w codziennych warunkach.
W praktyce:
Jeśli koincydencja wypada w zakresie mowy lub muzyki, spadek izolacyjności może być bardzo słyszalny.
W konstrukcjach wielowarstwowych można przesunąć tę częstotliwość lub „spłaszczyć” efekt poprzez stosowanie różnych grubości warstw i materiałów tłumiących.
Najczęstsze błędy, które obniżają izolacyjność
Pozostawienie mikroszczelin na obwodzie ściany i przy przejściach instalacyjnych.
Wykonywanie sztywnych połączeń między warstwami ściany, które przenoszą drgania.
Montaż drzwi o niskiej izolacyjności w ścianie akustycznej.
