อาคารโครงสร้างเหล็กต้องเผชิญกับปัญหาเสียงรบกวนสองประการหลัก ประการแรกคือ เสียงที่แพร่ผ่านอากาศ เช่น เสียงพูดหรือเสียงจากรถยนต์ที่เคลื่อนผ่านอากาศ และอีกประการคือ เสียงที่เกิดจากการสั่นสะเทือนผ่านโครงสร้าง เช่น เสียงจากการเดินหรือแรงสั่นสะเทือนที่เดินทางผ่านโครงสร้างของอาคาร ตามการวิจัยที่เผยแพร่เมื่อปีที่แล้วโดยคณะกรรมการนวัตกรรมการก่อสร้าง สถาปนิกเกือบสามในสี่ระบุว่าจำเป็นต้องติดตั้งมาตรการเพิ่มเติมในอาคารโครงสร้างเหล็ก เพื่อรับมือกับปัญหาการสั่นสะเทือนความถี่ต่ำที่น่ารำคาญ ซึ่งโครงสร้างไม้หรือคอนกรีตสามารถดูดซับได้ดีกว่าตามธรรมชาติ สาเหตุคือ เหล็กนำเสียงเหล่านี้ได้เร็วกว่าประมาณ 40% เพราะมีความแข็งแรงสูง ทำให้เสียงกระแทกสะท้อนดังมากขึ้นในอาคารที่สูง ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมอาคารสำนักงานสมัยใหม่หลายแห่งจึงประสบปัญหาเรื่องเสียงรบกวน แม้จะมีการใช้ฉนวนกันเสียงอย่างเต็มที่แล้วก็ตาม
การเคลื่อนที่ของเสียงผ่านเหล็กนั้นโดยพื้นฐานจะเป็นไปตามหลักการที่เรียกว่ากฎมวล (mass law principle) ซึ่งวัสดุที่หนาขึ้นมักจะสามารถกันเสียงความถี่สูงได้มีประสิทธิภาพมากกว่า แต่ประเด็นสำคัญคือ เหล็กมีความหนาแน่นค่อนข้างสูงอยู่ที่ประมาณ 7,850 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร แต่ยังคงมีปัญหาในการหยุดยั้งเสียงความถี่ต่ำที่ต่ำกว่า 500 Hz ไม่ให้ลอดผ่านวิธีฉนวนกันเสียงมาตรฐานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตามผลการทดสอบทางด้านเสียงสะท้อนต่างๆ เสียงสามารถเดินทางผ่านคานเหล็กได้เร็วกว่าโครงสร้างไม้ประมาณสิบสองเท่า ซึ่งทำให้เกิดเส้นทางรั่วของเสียง (flanking paths) ที่ทำให้เสียงรบกวนแอบแทรกผ่านพื้นผิวที่เชื่อมต่อกันต่างๆ ได้ เมื่อพิจารณาจากการศึกษาล่าสุดเกี่ยวกับการจัดการเสียงในโครงสร้างเหล็ก นักวิจัยพบสิ่งที่น่าสนใจ นั่นคือ เสียงรบกวนที่รั่วไหลออกมาโดยไม่ต้องการนั้นประมาณสองในสามของทั้งหมด เกิดขึ้นโดยเฉพาะที่จุดต่อระหว่างพื้นกับผนังในการก่อสร้างอาคาร
จุดตรวจสอบที่สำคัญ ได้แก่:
หลังการระบาดใหญ่ ผู้เช่าสำนักงาน 81% ตอนนี้ให้ความสำคัญกับความเป็นส่วนตัวด้านเสียงในสัญญาเช่า (JLL, 2023) ในขณะที่ผู้พัฒนาที่อยู่อาศัยรายงานราคาสูงขึ้น 35% สำหรับยูนิตโครงสร้างเหล็กที่ทำการตลาดว่า "เหมาะสมกับเสียง" การเปลี่ยนแปลงนี้ผลักดันการนำระบบผนังคอมโพสิตที่รวมเหล็กกับแผ่นยิปซั่มผสมเซลลูโลส มาใช้ ซึ่งสามารถบรรลุค่า STC 55+ สูงกว่าชุดผนังยิปซั่มทั่วไป 22%
ฉนวนใยหินและไฟเบอร์กลาสยังคงเป็นตัวเลือกหลักในการลดเสียงรบกวนในอาคารเหล็ก เนื่องจากความหนาแน่นของวัสดุและความสามารถในการดักจับเสียง หลักการทำงานของวัสดุเหล่านี้ค่อนข้างเรียบง่าย นั่นคือ การดูดซับเสียงที่เกิดจากการเคลื่อนที่ในอากาศแล้วเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อน การทดสอบแสดงให้เห็นว่าในสภาพแวดล้อมห้องปฏิบัติการ กระบวนการนี้สามารถลดเสียงความถี่ปานกลางถึงสูงได้ประมาณ 70% สิ่งที่ทำให้วัสดุเหล่านี้โดดเด่นคือความสามารถในการเข้ากันได้ดีกับโครงสร้างเหล็ก นั่นจึงเป็นเหตุผลที่ผู้รับเหมามักติดตั้งวัสดุเหล่านี้ไว้ภายในผนังและเพดาน ในบริเวณที่ช่องว่างระหว่างแผ่นมักจะทำให้เสียงรอดผ่านได้ง่าย คนที่ทำงานในโครงการก่อสร้างโครงสร้างเหล็กทุกคนรู้ดีว่าการควบคุมเส้นทางการแพร่กระจายของเสียงนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการสร้างพื้นที่ที่เงียบสงบ
โครงการที่คำนึงถึงสิ่งแวดล้อมมักใช้เซลลูโลสความหนาแน่นสูง (มีส่วนประกอบรีไซเคิล 85-90%) และฉนวนผ้าเดนิมรีไซเคิล เพื่อให้ได้สมดุลระหว่างประสิทธิภาพการกันเสียงและความยั่งยืน ทั้งสองวัสดุมีค่าสัมประสิทธิ์การลดเสียง (NRC) อยู่ที่ 0.8-1.0 เทียบเท่ากับฉนวนไฟเบอร์กลาสแบบดั้งเดิม เส้นใยที่ถูกอัดแน่นช่วยกักเก็บการสั่นสะเทือนความถี่ต่ำ ซึ่งพบได้บ่อยในพื้นที่อุตสาหกรรมโครงสร้างเหล็ก ในขณะที่องค์ประกอบที่ไม่มีฟอร์มาลดีไฮด์ยังช่วยสนับสนุนมาตรฐานคุณภาพอากาศภายในอาคาร
ไวนิลที่มีน้ำหนักเพิ่มหรือ MLV ทำงานได้ดีมากในการป้องกันเสียงรบกวนที่เดินทางผ่านโครงสร้างในอาคารเหล็ก โดยจะเพิ่มน้ำหนักประมาณหนึ่งถึงสองปอนด์ต่อตารางฟุต โดยไม่ทำให้ผนังหนาขึ้น เมื่อรวมวัสดุนี้กับสารลดการสั่นสะเทือน (damping compounds) แล้ว สามารถลดเสียงจากการกระทบกระเทือนจากพื้นโครงเหล็กได้ประมาณ 15 ถึง 20 เดซิเบล วัสดุนี้แสดงผลได้ดีเป็นพิเศษในสถานที่เช่น ห้องเครื่องกล และอาคารเหล็กสูง ที่ระบบปรับอากาศมักสร้างเสียงคำรามความถี่ต่ำต่างๆ ซึ่งทำให้คนรู้สึกหงุดหงิด
วัสดุ | การปรับปรุงค่า STC | การใช้งานที่เหมาะสมที่สุด | ข้อจำกัด |
---|---|---|---|
ขนแร่ | 8-12 คะแนน | ช่องภายในผนัง, ช่องใต้ฝ้าเพดาน | มีประสิทธิภาพต่ำกว่าที่ความถี่ต่ำกว่า 125Hz |
ผ้าเดนิมรีไซเคิล | 6-10 คะแนน | ผนังกั้นห้อง, พื้นที่สำนักงาน | ต้องใช้ชั้นวัสดุที่หนาขึ้น |
ไวนิลที่มีน้ำหนักมาก | 10-15 คะแนน | ชุดพื้น การห่อท่อลม | ต้นทุนวัสดุสูงกว่า |
เมทริกซ์ประสิทธิภาพนี้ช่วยให้อาจารย์ออกแบบสามารถจัดลำดับความสำคัญของวัสดุตามเป้าหมายความถี่และความจำกัดของโครงสร้างที่มีอยู่ในโครงการก่อสร้างเหล็ก
เมื่อเราพูดถึงการลดการสั่นสะเทือนในระบบโครงสร้างเหล็ก แท้จริงแล้วเรากำลังพิจารณาถึงวิธีที่ช่วยป้องกันไม่ให้เสียงแพร่ผ่านโครงสร้างต่างๆ เทคนิคนี้มีประสิทธิภาพทั้งในการต้านทานเสียงรบกวนที่เกิดจากการแพร่ของคลื่นเสียงในอากาศ และการสั่นสะเทือนที่เดินทางผ่านวัสดุแข็ง โดยพื้นฐานแล้ว มันจะสร้างจุดหยุดหรือรอยตัดในเส้นทางปกติที่เสียงมักจะเคลื่อนผ่านในส่วนต่างๆ ของอาคาร ยกตัวอย่างเช่น การติดตั้งแผ่นยิปซัม เมื่อช่างก่อสร้างเว้นช่องว่างเล็กๆ ระหว่างแผ่นยิปซัมกับเสาเหล็กแทนที่จะยึดติดกันโดยตรง ช่องว่างง่ายๆ นี้สามารถลดการถ่ายโอนการสั่นสะเทือนได้ประมาณ 40 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับการยึดแบบแข็งตามวิธีดั้งเดิม ซึ่งข้อมูลนี้อ้างอิงจากงานวิจัยที่เผยแพร่โดยสมาคมอะคูสติกส์แห่งอเมริกา (Acoustical Society of America) ในปี 2023
การใช้ช่องทางยืดหยุ่น (resilient channels) ถือเป็นหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพและคุ้มค่าต้นทุนสำหรับการแยกโครงสร้างเสียงในผนัง เมื่อนำช่องทางเหล่านี้มาติดตั้งระหว่างเสาเหล็กกับแผ่นยิปซัม จะช่วยเพิ่มค่า STC ขององค์ประกอบผนังได้ตั้งแต่ 12 ถึง 15 เดซิเบล สำหรับผลลัพธ์ที่ดียิ่งขึ้น อุปกรณ์กันสะเทือน (sound isolation clips) มีข้อดีพิเศษเพิ่มเติม โดยอุปกรณ์เหล่านี้ช่วยให้ผู้สร้างสามารถปรับแต่งความลึกของช่องว่างได้อย่างแม่นยำ เพื่อจัดการกับความถี่เฉพาะที่มักก่อให้เกิดปัญหาด้านเสียง ข่าวดีคือ ทั้งสองวิธีไม่ส่งผลต่อมาตรฐานความปลอดภัย เพราะยังคงผ่านข้อกำหนดด้านความต้านทานไฟไหม้ทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับอาคารเชิงพาณิชย์ที่สร้างด้วยโครงเหล็ก ทำให้วิธีเหล่านี้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับโครงการที่ต้องให้ความสำคัญทั้งการควบคุมเสียงและข้อกำหนดตามกฎหมายอาคาร
วัสดุดูดซับการสั่นสะเทือน เช่น อีลาสโตเมอร์ความหนาแน่นสูง ใช้แยกอุปกรณ์เครื่องจักรออกจากโครงสร้างเหล็ก เคาน์เตอร์ยืดหยุ่นที่ติดตั้งใต้อุปกรณ์ปรับอากาศช่วยลดเสียงรบกวนที่ถ่ายทอดผ่านโครงสร้างได้ 18 เดซิเบล (A) ในขณะที่ตัวกันสั่นสะเทือนสำหรับงานแผ่นดินไหวสามารถตอบสนองทั้งข้อกำหนดด้านเสียงและด้านความปลอดภัยในอาคารหลายชั้นได้พร้อมกัน
ตามผลสำรวจอุตสาหกรรมล่าสุดในปี 2023 ผู้รับเหมาก่อสร้างประมาณ 62 เปอร์เซ็นต์ยังคงเลือกใช้วิธียึดติดโดยตรงเมื่อก่อสร้างผนังเหล็กที่รับน้ำหนัก แม้ว่าวิธีนี้จะทำให้ค่าการจัดอันดับการถ่ายทอดเสียง (STC) ลดลงประมาณ 8 ถึง 10 เดซิเบล บางคนในวงการกังวลว่าการใช้ช่องยืดหยุ่น (resilient channels) อาจทำให้โครงสร้างอ่อนแอลง โดยชี้ให้เห็นว่าความสามารถของผนังต้านแรงเฉือนลดลงประมาณ 14% บ้างมากบ้างน้อย แต่ขณะนี้มีแนวทางแบบผสมผสาน (hybrid approaches) ที่น่าสนใจ ซึ่งรวมเอาตัวยึดแยกสัญญาณ (isolation clips) เข้ากับตัวยึดที่แข็งแรงกว่า ชุดรวมนี้ดูเหมือนจะมีความทนทานค่อนข้างดี ใกล้เคียงกับ 95% ของความแข็งแรงที่การยึดแบบแข็ง (rigid connections) มอบไว้ พร้อมทั้งช่วยลดระดับเสียงได้ประมาณ 9 เดซิเบล จากการทดสอบในสนาม
การควบคุมเสียงรบกวนอย่างมีประสิทธิภาพในโครงสร้างเหล็กต้องใช้วิธีการอย่างเป็นระบบ ซึ่งครอบคลุมทั้งเสียงที่เดินทางผ่านอากาศและเสียงจากการกระทบ โดยมีสามวิธีที่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นที่นิยมในทางปฏิบัติด้านวิศวกรรมเสียงสมัยใหม่ ด้วยการนำหลักการของวิทยาศาสตร์วัสดุและการออกแบบเชิงโครงสร้างมาประยุกต์ใช้
เมื่อช่างติดตั้งแผ่นยิปซัมสองชั้นโดยมีวัสดุดูดซับการสั่นสะเทือนพิเศษอยู่ระหว่างกลาง ค่าการประเมินประสิทธิภาพการกันเสียง (STC) มักจะเพิ่มขึ้นประมาณ 12 ถึง 15 คะแนน เมื่อเทียบกับระบบแผ่นเดี่ยวทั่วไป น้ำหนักที่เพิ่มขึ้นมีส่วนช่วยในการลดเสียงรบกวน ในขณะที่สารดูดซับการสั่นสะเทือนจะช่วยทำลายความถี่รีโซแนนซ์ที่ก่อให้เกิดเสียงรบกวน ซึ่งเป็นปัญหาที่พบได้บ่อยในโครงสร้างหลายๆ แบบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งอาคารโครงสร้างเหล็ก เนื่องจากโครงโลหะทำหน้าที่คล้ายลำโพงขนาดใหญ่ ทำให้เสียงแพร่กระจายได้ไกลกว่าที่ตั้งใจไว้ การทดสอบในห้องปฏิบัติการบางครั้งพบว่า เมื่อวางแผ่นยิปซัมแบบสลับแนว โดยเว้นระยะห่าง 50 มม. ระหว่างชั้น ค่า STC จะอยู่ที่ประมาณ 48 แต่หากผู้รับเหมาลงทุนเพิ่มเติมด้วยการใช้ระบบแยกโครงสร้าง (decoupled systems) และติดตั้งช่องรองรับแบบยืดหยุ่น (resilient channels) ค่า STC อาจสูงเกิน 52 ซึ่งส่งผลให้การควบคุมเสียงดีขึ้นอย่างชัดเจนสำหรับผู้ใช้งานส่วนใหญ่
การจัดวางช่องว่างอากาศอย่างเป็นกลยุทธ์ระหว่างชั้นโครงสร้างจะสร้างจุดตัดทางเสียงที่ช่วยลดคลื่นเสียงผ่านความไม่สอดคล้องกันของความต้านทานคลื่นเสียง การศึกษาล่าสุดแสดงให้เห็นว่า:
รูปแบบช่องว่าง | การลดสัญญาณรบกวน (เดซิเบล) |
---|---|
ไม่มีช่องว่างอากาศ | 22 |
ช่องว่าง 40 มม. ไม่เติมวัสดุ | 34 |
ช่องว่าง 75 มม. พร้อมฉนวนกันเสียงใยแร่ | 41 |
แนวทางการออกแบบห้องภายในห้อง (room-within-a-room) จะยิ่งเพิ่มประสิทธิภาพนี้ โดยการสร้างโครงสร้างย่อยที่แยกจากกัน เพื่อป้องกันการเชื่อมต่อทางกลโดยตรง ซึ่งมีประสิทธิภาพโดยเฉพาะในห้องบันทึกเสียงและหอประชุมที่สร้างด้วยโครงเหล็ก
การวิเคราะห์อุตสาหกรรมในปี 2023 เปิดเผยว่า 38% ของปัญหาประสิทธิภาพการกันเสียงที่ต่ำกว่ามาตรฐานเกิดจากช่องเปิดที่ไม่ได้ปิดผนึกในเปลือกอาคารโครงสร้างเหล็ก แนวทางแก้ไขที่มีประสิทธิภาพสูงรวมถึง:
การติดตั้งเทคนิคการปิดผนึกอย่างถูกต้องสามารถลดการส่งผ่านเสียงความถี่กลางได้ 15-20 เดซิเบล ตามแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดทางวิศวกรรมเสียง การวัดค่าในพื้นที่จริงแสดงให้เห็นว่าการปิดผนึกอากาศอย่างครบถ้วนช่วยเพิ่มค่า STC ของระบบผนังได้ 5-8 คะแนน ในอาคารที่ใช้โครงเหล็ก
ค่าดัชนีการลดเสียงผ่าน (Sound Transmission Class หรือ STC) โดยพื้นฐานแล้วบ่งบอกถึงประสิทธิภาพของระบบผนังในการกั้นเสียงรบกวน สำนักงานทั่วไปมักต้องการผนังที่มีค่า STC ประมาณ 50 ขึ้นไป เพื่อควบคุมไม่ให้เสียงรั่วออกไปได้ ตามมาตรฐานอุตสาหกรรม ค่า STC ไม่ได้ขึ้นอยู่กับเพียงแค่อนุภาคเดียว แต่ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เช่น ความหนาของเหล็กที่ใช้ ประเภทของฉนวนกันความร้อนที่ใส่เข้าไปภายใน รวมถึงระยะห่างของการยึดสกรูด้วย ยกตัวอย่างเช่น เหล็กที่มีน้ำหนักมากกว่า แม้จะช่วยเสริมความแข็งแรงของผนังในแง่โครงสร้าง แต่หากไม่มีเทคนิคพิเศษ เช่น การเพิ่มช่องยืดหยุ่น (resilient channels) ระหว่างชั้นวัสดุ เหล็กหนักนี้กลับทำให้ค่า STC ลดลงประมาณ 4 ถึง 6 คะแนน นั่นจึงเป็นเหตุผลว่าทำไมผู้เชี่ยวชาญด้านเสียงส่วนใหญ่จึงให้ความสำคัญกับการจัดเรียงวัสดุร่วมกันมากกว่าการเลือกซื้อวัสดุชิ้นเดียวที่ดีที่สุด การศึกษาล่าสุดพบว่าประมาณสองในสามของวิศวกรด้านเสียงเน้นรายละเอียดของการจัดวางองค์ประกอบต่าง ๆ มากกว่าการพิจารณาเฉพาะข้อมูลจำเพาะของวัสดุเมื่อออกแบบพื้นที่กันเสียง
การปรับปรุงอาคารสูงในชิคาโกในปี 2022 สามารถลดการถ่ายโอนเสียงได้ 32% (จาก STC 42 เป็น 56) โดยใช้ฉนวนขนแร่และตัวยึดแยกระหว่างโครงเสาเหล็ก โครงการนี้เน้นย้ำขั้นตอนสำคัญสองประการ:
โครงการก่อสร้างสมัยใหม่เริ่มมีการผสานวัสดุดูดซับเสียงเข้าไปในระบบพื้นเหล็กตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบแล้วในปัจจุบัน ตามรายงานอุตสาหกรรมล่าสุดปี 2024 พบว่าเกือบ 57 เปอร์เซ็นต์ของสถาปนิกมีการระบุใช้วัสดุแผ่นเซลลูโลสหรือแผ่นยีนส์รีไซเคิลเมื่อเริ่มวาดแบบอาคาร ซึ่งเพิ่มขึ้นอย่างมากจากเพียง 29 เปอร์เซ็นต์ในปี 2020 การติดตั้งโซลูชันด้านเสียงเหล่านี้ตั้งแต่วันแรกช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายในระยะยาว เพราะไม่จำเป็นต้องปรับปรุงเพิ่มเติมที่มีราคาแพงในภายหลัง นอกจากนี้ยังช่วยให้อาคารสามารถบรรลุเป้าหมายด้านการก่อสร้างสีเขียวตามมาตรฐาน LEED ได้ เนื่องจากวัสดุเหล่านี้มาจากแหล่งที่ยั่งยืน สำหรับพื้นที่ที่ต้องการความเงียบเป็นพิเศษ เช่น ห้องผ่าตัดในโรงพยาบาล หรือสตูดิโอเพลงระดับมืออาชีพ ผู้รับเหมาก่อสร้างบางรายกำลังผสมโครงสร้างเหล็กแบบดั้งเดิมกับสารซีลกันเสียงพิเศษที่สามารถกันเสียงได้อย่างมีประสิทธิภาพ สิ่งติดตั้งแบบผสมผสานเหล่านี้สามารถทำคะแนน STC ได้สูงกว่า 60 ซึ่งถือว่าผ่านข้อกำหนดที่เข้มงวดของสถานพยาบาลและผู้เชี่ยวชาญด้านเสียง
โครงสร้างเหล็กต้องเผชิญกับเสียงรบกวนสองประเภทหลัก ได้แก่ เสียงที่แพร่ผ่านอากาศ เช่น เสียงพูดและเสียงจราจร และเสียงที่แพร่ผ่านโครงสร้างซึ่งเกิดจากแรงสั่นสะเทือนและการกระทบ เช่น เสียงฝีเท้า
เสียงเดินทางเร็วขึ้นในโครงสร้างเหล็กเพราะเหล็กมีความหนาแน่นและแข็งแรง ทำให้เสียงเคลื่อนที่ผ่านได้เร็วกว่ามาก ประมาณ 12 เท่าของไม้
วัสดุที่มีประสิทธิภาพในการกันเสียงในโครงสร้างเหล็กรวมถึงขนแร่ ไฟเบอร์กลาส เซลลูโลสความหนาแน่นสูง เดนิมรีไซเคิล และไวนิลชนิดหนัก
สามารถปรับปรุงการส่งผ่านเสียงได้โดยการระบุเส้นทางหลักที่เสียงเดินทาง การใช้วัสดุที่มีค่า STC สูง และการใช้เทคนิคการลดการสั่นสะเทือนและการแยกโครงสร้าง
ช่องว่างอากาศเชิงกลยุทธ์สามารถลดการถ่ายโอนเสียงได้อย่างมาก โดยการสร้างจุดตัดทางเสียงผ่านความไม่สอดคล้องกันของค่าอิมพีแดนซ์ โดยเฉพาะเมื่อเติมด้วยวัสดุเช่น ขนแร่
ลิขสิทธิ์ © 2025 โดย Bao-Wu(Tianjin) Import & Export Co.,Ltd. - นโยบายความเป็นส่วนตัว