Izolacyjność akustyczna, pochłanianie dźwięku, czas pogłosu...Czy znasz podstawowe pojęcia z dziedziny akustyki budowlanej?

Projektowanie akustyki pomieszczeń jest zagadnieniem niezwykle skomplikowanym. Zależy bowiem od wielu czynników, m.in. kubatury pomieszczenia czy rodzaju materiałów wykończeniowych. Akustyka znacząco wpływa na komfort użytkowania pomieszczeń, samopoczucie, zdrowie. Warto poznać podstawowe pojęcia dotyczące charakterystyki akustycznej pomieszczeń. 

Akustyka w teorii

Izolacyjność akustyczna wzdłużna (dźwiękoizolacyjność) D_nfw – określa poziom redukcji dźwięku przenoszonego pomiędzy sąsiadującymi pomieszczeniami. Zależy od grubości i gęstości elementów, z których wykonane są przegrody oraz zastosowanych rozwiązań konstrukcyjnych. Im bardziej gęsta i gruba jest przegroda oddzielająca pomieszczenia, tym lepsza będzie jej izolacyjność akustyczna. Na transmisję dźwięków pomiędzy pomieszczeniami ma również wpływ szczelność połączeń i jakość elementów zabudowy (brak szpar lub pęknięć). Wartość tego wskaźnika jest mierzona w warunkach laboratoryjnych dla sufitu wspólnego ponad dwoma pomieszczeniami rozdzielonymi przegrodą. Im wartość D_nfw przegrody jest wyższa, tym lepiej izoluje ona pomieszczenia od dźwięków. Odpowiedni poziom izolacyjności należy dobrać w zależności od wymaganej dyskrecji rozmów prowadzonych w pomieszczeniu, jak również zminimalizowania wpływu hałasów zewnętrznych.

Izolacyjność akustyczna wzdłużna wyrażana jest za pomocą wskaźnika D_nfw.

D_nfw (ważona znormalizowana wzdłużna różnica poziomów) – wg definicji to ważona różnica uśrednionego w czasie i przestrzeni poziomu ciśnienia akustycznego wytwarzanego w dwóch komorach co najmniej przez jedno źródło dźwięku znajdujące się w jednej z nich, jeśli przenoszenie odbywa się tylko określoną drogą boczną. Wyznaczany jest zgodnie z normą EN ISO 717-1 na podstawie wyników pomiarów wykonanych wg normy  EN-ISO 10848-2 dla pasma szerokości 1/3 oktawy w zakresie częstotliwości od 100 do 3150 Hz.

Redukcja dźwięku (izolacyjność akustyczna) to ograniczenie przenoszenia dźwięku dochodzącego do danego wnętrza z pomieszczeń lub przestrzeni znajdujących się ponad zamontowanym sufitem podwieszanym. Redukcja dźwięku wyrażana jest za pomocą wskaźnika R_w.

R_w (ważony wskaźnik izolacyjności akustycznej) – wyrażony przy pomocy jednej liczby, wynikający z pomiarów laboratoryjnych wskaźnik obniżenia poziomu ciśnienia akustycznego po przejściu przez przegrodę. Określany normą EN ISO 717-1 i wyznaczany na podstawie wyników pomiarów wykonanych zgodnie z normą EN ISO 10140-2 dla pasma szerokości 1/3 oktawy w zakresie częstotliwości od 100 do 3150 Hz.

arch. Anna Baczkowska – menadżer techniczny na Polskę, kraje bałtyckie i Skandynawię w Armstrong Building Products

Jakimi cechami wyróżnia się idealne pod kątem komfortu akustycznego wnętrze?

Akustyka to zagadnienie skomplikowane i wielowymiarowe. Jeśli weźmiemy pod uwagę budynki użyteczności publicznej jak biura, urzędy, szpitale, galerie handlowe, szkoły (a nie specjalistyczne, o tzw. akustyce kwalifikowanej, jak np. sale koncertowe, kinowe, teatry – które mają zupełnie inne wymagania akustyczne), to jako idealne lub bliskie ideału, nazwać możemy pomieszczenie, w którym użytkownik dobrze się czuje i efektywnie funkcjonuje.

Praca nad osiągnięciem przyjaznej akustyki zaczyna się od oceny warunków zewnętrznych: jak duże są okna, jakie hałasy dobiegają z okolicy (tzw. tło akustyczne), oraz wewnętrznych: jak m.in. wielkości pomieszczenia, jego funkcji, ilości osób, które będą przebywać we wnętrzu oraz sposobu ich pracy i zachowania (czy będą się zachowywać aktywnie, głośno), a także właściwości akustycznych wszystkich materiałów użytych do budowy i aranżacji. W opracowaniu pomagają akustycy, wytyczne normy pogłosowej, a także producenci materiałów, którzy nie tylko dostarczają rozwiązania, ale często są też profesjonalnym doradcą (np. symulacje akustyczne przeprowadzane są za pomocą specjalistycznego kalkulatora akustycznego opracowanego wspólnie z naukowcami).

Pochłanianie dźwięku (chłonność akustyczna) to zmiana energii fal dźwiękowych w cieplną (w wyniku tarcia) podczas przechodzenia przez ośrodek lub zderzenia się z nim lub też w wyniku wprawienia powietrza w rezonans. Każdy dźwięk generowany w pomieszczeniu wytwarza fale dźwiękowe o określonej energii. Fale te rozchodzą się od źródła dźwięku w kierunku: sufitu, ścian, podłogi i wszystkich przedmiotów znajdujących się we wnętrzu. Część tej energii jest w mniejszym lub większym stopniu pochłaniana przez te elementy, pozostała jej część podlega odbiciom. Jeśli pomieszczenie jest małe, a przy każdym odbiciu pochłaniana jest duża ilość dźwięku, sprawi to, że uzyskamy cichsze środowisko, charakteryzujące się krótszym czasem pogłosu. Z drugiej strony, jeśli pomieszczenie jest przestronne, a przy każdym odbiciu dźwięku pochłaniana jest jego niewielka ilość, powstaje głośniejsze środowisko o dłuższym czasie pogłosu. Pochłanianie dźwięku jest więc ograniczeniem odbić dźwięku wewnątrz pomieszczenia dzięki zastosowaniu w nim np. chłonnego sufitu podwieszanego.

Pochłanianie dźwięku dla danego materiału wyrażane jest za pomocą wskaźnika α_w.

Alfa _w - α_w (ważony wskaźnik pochłaniania dźwięku) – wyrażony przy pomocy jednej liczby wskaźnik opisujący pochłanianie fal dźwiękowych padających na powierzchnię w sposób przypadkowy, wyznaczony zgodnie z normą EN ISO 11654. W metodzie tej dla wartości zmierzonych zgodnie z normą EN ISO 354 i EN 16487 oblicza się pochłanianie dla pasma szerokości oktawy dla częstotliwości 250, 500, 1000, 2000 i 4000 Hz, które zapisuje się w postaci wykresu. Na wykres zostaje następnie nanoszona krzywa wzorcowa, która jest stopniowo przybliżana do krzywej wynikającej z pomiarów, aż do uzyskania „najlepszego dopasowania”. Otrzymana wartość alfa w będzie się zawierać w przedziale od 0,00 do 1,00 i zawsze będzie wielokrotnością 0,05. Alfa _w może na przykład wynieść 0,65.

Pogłos – dźwięk wybrzmiewający w zamkniętym pomieszczeniu po ustaniu emisji pierwotnego źródła dźwięku, na skutek wielokrotnych odbić fal dźwiękowych od powierzchni (ścian, sufitu, podłogi itd.). Pogłos ma istotny wpływ na jakość i poziom dźwięku w zamkniętym pomieszczeniu.

Czas pogłosu – czas mierzony w sekundach, w którym dźwięk podlegający odbiciom w zamkniętym pomieszczeniu osłabnie do jednej milionowej (o 60 dB) swej pierwotnej mocy po ustaniu emisji dźwięku. Czas pogłosu zależy od częstotliwości emitowanych fal dźwiękowych i na ogół mierzony jest dla pasma szerokości 1/3 lub 1 oktawy. To czas utrzymywania się dźwięku w pomieszczeniu po ustaniu jego emisji. Dla każdego pomieszczenia, w zależności od jego powierzchni oraz przeznaczenia jest optymalna rozpiętość czasów pogłosu. Np., na potrzeby mowy czas pogłosu nie może być zbyt długi (0,8 sek. to odpowiednia górna granica), w innym przypadku następujące po sobie dźwięki mowy będą się na siebie nakładać, skutkiem czego będzie brak zrozumienia. Jeśli jednak czas pogłosu będzie zbyt krótki (poniżej 0,4 sek.), to pomieszczenie wydawać się będzie „martwe”, ze względu na brak wzmocnienia dźwięku ze strony przestrzeni. To z kolei sprawi, że rozmowa w takim pomieszczeniu będzie utrudniona, zwłaszcza w przypadku mówienia do grupy osób z pewnej odległości, jak ma to miejsce w przypadku klas szkolnych bądź sal konferencyjnych. Z kolei w przypadku muzyki dłuższy czas pogłosu jest korzystniejszy – kolejne nuty zlewają się ze sobą, co daje wrażenie pełności dźwięku. Gdy czas pogłosu jest zbyt długi, dźwięk docierający do słuchacza traci przejrzystość i wydaje się „rozmyty”. Z kolei dźwięk zbyt krótki odbierany jest jako „suchy”, muzycy wydają się być za daleko od słuchacza, dźwiękom brakuje „ciepła” i „powietrza”. Tak więc dla każdego z pomieszczeń, bez względu na jego przeznaczenie czas pogłosu powinien być zoptymalizowany. Zbyt duża i zbyt mała wartość wskaźników pochłaniania dźwięku dla materiałów zastosowanych w pomieszczeniu, o ile nie są one równe wielkościom oczekiwanym, nie są do zaakceptowania.

Częstotliwość – wyrażona w hercach (Hz) liczba określająca, ile razy na sekundę powtarzają się cykliczne zmiany w fali dźwiękowej generowanej przez źródło dźwięku.

Herc (Hz) – jednostka miary częstotliwości. Jeden cykl na sekundę to jeden herc.

Akustyka w praktyce

Rozumienie mowy – odnosi się do konieczności rozumienia komunikacji werbalnej, występującej zarówno w postaci bezpośredniej rozmowy, jak i mowy emitowanej przez system głośników, na danej przestrzeni. Miary rozumienia mowy zależne są od norm i przepisów, które mogą być różne dla różnych krajów i segmentów rynku, jednakże dla określenia poziomu rozumienia mowy powszechnie używany jest współczynnik sygnał-szum. Wyraża on różnicę w decybelach pomiędzy poziomem mowy a poziomem hałasu dochodzącego z otoczenia (wielkość wyznaczona w miejscu, w którym znajduje się słuchacz). Dla zapewnienia jak najlepszego rozumienia mowy zaleca się, aby różnica ta wynosiła nie mniej niż 10 – 15 dB dla osób o dobrym słuchu, a 20 – 30 dB dla osób o słuchu upośledzonym, oraz dla użytkowników aparatów słuchowych (wielkość wyznaczona w miejscu, gdzie znajduje się słuchacz).

Poufność rozmów jest miarą określającą stopień w jakim nie można usłyszeć treści danej rozmowy. Dla zapewnienia dyskrecji pomiędzy przylegającymi do siebie pomieszczeniami konieczne jest skoncentrowanie się zarówno na izolacyjności akustycznej pomiędzy pomieszczeniami, jak i na poziomie hałasu dochodzącego z otoczenia. Na otwartych przestrzeniach biurowych brak przeszkód fizycznych oraz bliskość stref roboczych prowadzi do zmniejszenia poufności rozmów. Problemu tego nie da się rozwiązać jedynie przez zastosowanie tradycyjnych metod stosowanych w budownictwie: należy się skupić na  minimalizacji hałasu dochodzącego z otoczenia. Dla mierzenia stopnia dyskrecji rozmów zaczęto stosować normy i wytyczne ASTM (stosowane w USA), a także współczynnik sygnał - szum. Dla zapewnienia dobrej poufności rozmów zaleca się, aby współczynnik ten wynosił -5 dB lub mniej dla osób obdarzonych normalnym słuchem.