Zasada działania sufitów, wysp i paneli akustycznych w budynkach komercyjnych

Dbałość o komfort akustyczny użytkowników budynków komercyjnych w Polsce do tej pory dotyczyła przede wszystkim zagadnień związanych z ochroną przeciwdźwiękową. Zgodnie z obowiązującymi w tym zakresie normami, w szczególności skupiano się na zachowaniu dopuszczalnych poziomów dźwięku w pomieszczeniu o danym przeznaczeniu oraz na uzyskaniu wymaganej, minimalnej izolacyjności akustycznej przegród zewnętrznych budynku oraz przegród pomiędzy wybranymi pomieszczeniami.

Artykuł ukazał się w "Akustyce" - numerze specjalnym "Informatora Budowlanego-murator".

Kwestia akustyki pomieszczeń w budynkach komercyjnych była dotychczas traktowana wyłącznie jako dobra praktyka projektowa. Pojęcie chłonności akustycznej pomieszczenia jest oczywiście elementem branym pod uwagę w obliczeniach dotyczących zagadnień ochrony przeciwdźwiękowej, ale do tej pory nie było w Polsce przedmiotem odrębnej normy. Obecnie zagadnienia właściwej (dla pomieszczenia o danym przeznaczeniu) wartości czasu pogłosu oraz zrozumiałości mowy są uregulowane prawnie.
W dziale IX ujednoliconego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2002 nr 75, poz. 690) umieszczono zapis mówiący o tym, że pomieszczenia w obiektach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej należy chronić przed hałasem:

• zewnętrznym, przenikającym do pomieszczenia spoza budynku,
• pochodzącym od instalacji i urządzeń stanowiących techniczne wyposażenie obiektu,
• powietrznym i uderzeniowym, wytwarzanym przez użytkowników innych mieszkań, lokali użytkowych lub pomieszczeń o różnych wymaganiach użytkowych,
• pogłosowym, powstającym w wyniku odbić fal dźwiękowych od przegród ograniczających dane pomieszczenie.

Zapis odnośnie hałasu pogłosowego został dodany w 2009 roku. Instytut Techniki Budowlanej przygotował publikację, która mogła być pomocna w procesie projektowym, ale do tej pory nie było w Polsce normy, która wskazywałaby na wymagania, dotyczące warunków pogłosowych w pomieszczeniach o danym przeznaczeniu.
W roku 2015, w serii norm odnoszących się do akustyki, została opublikowana nowa – PN-B-02151-4 „Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w budynkach. Część 4: Wymagania dotyczące warunków pogłosowych i zrozumiałości mowy w pomieszczeniach oraz wytyczne prowadzenia badań”. Określono w niej warunki pogłosowe we wnętrzach budynków zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej oraz wymagania odnoszące się do zrozumiałości mowy w pomieszczeniach przeznaczonych do komunikacji słownej.

Zapewnienie odpowiednich warunków pogłosowych we wnętrzu oraz uzyskanie minimalnych, wymaganych wskaźników zrozumiałości mowy związane jest z przemyślanym wykończeniem pomieszczenia materiałami o znanych właściwościach akustycznych. W celu skrócenia czasu pogłosu w pomieszczeniu, a tym samym zwiększenia chłonności akustycznej oraz zrozumiałości mowy, wykorzystuje się materiały dźwiękochłonne. Takie materiały stosowane są m.in. w konstrukcjach sufitów akustycznych, które najczęściej mają właściwości dźwiękochłonne. Materiały dźwiękochłonne można oczywiście stosować na każdej innej powierzchni w pomieszczeniu, ale zwykle we wnętrzach komercyjnych to właśnie sufit okazuje się najbardziej efektywną, atrakcyjną, a przede wszystkim dostępną powierzchnią. Stosowanie dźwiękochłonnych wykładzin dywanowych najczęściej się wyklucza z uwagi na ich właściwości użytkowe. Adaptowanie akustyczne ścian jest utrudnione z powodu konieczności montażu tablic, ustawienia mebli, lokalizację otworów okiennych i drzwiowych.
Ze względu na wymagania normatywne sufity o właściwościach dźwiękochłonnych będą coraz częściej występowały w obiektach komercyjnych. Z tego powodu warto zapoznać się z zasadą ich działania, właściwościami, rodzajami oraz wymiernymi korzyściami, jakie niosą dla inwestorów oraz przyszłych użytkowników obiektów, w których zostały zastosowane.

Zasada działania sufitów, wysp i paneli akustycznych

Materiały, z jakich wykonane są wyroby dźwiękochłonne, czyli m.in. sufity, wyspy i panele akustyczne, mają najczęściej budowę porowatą, złożoną z wypełnionych powietrzem licznych, niewielkich, połączonych porów o głębokim przenikaniu, lub włóknistą. Taka struktura pozwala na łatwe docieranie fal dźwiękowych w głąb tych materiałów. Część energii dźwięku padającej na materiał fali akustycznej, wskutek tarcia, lepkości powietrza wewnątrz porów oraz wibracji włókien, zamieniana jest na energię cieplną. W ten sposób dźwięk jest częściowo pochłaniany przez materiał, na który pada fala dźwiękowa. Podstawowym parametrem charakteryzującym właściwości dźwiękochłonne materiałów wykończeniowych stosowanych w budownictwie jest pogłosowy współczynnik pochłaniania dźwięku a, który przyjmuje wartości z przedziału od 0 do 1. Wartość równa 1 oznacza, że dźwięk został zaabsorbowany w 100%, natomiast 0, że nastąpiło całkowite odbicie dźwięku od danej powierzchni.

Aktualne trendy w architekturze obiektów komercyjnych popularyzują stosowanie we wnętrzach dużej ilości materiałów wykończeniowych odbijających dźwięk, takich jak beton, szkło, gres itp. Współczynnik pochłaniania dźwięku tych materiałów jest bliski zeru. Ich zbyt duże nagromadzenie we wnętrzu powoduje długi czas pogłosu, złą zrozumiałość mowy oraz sprzyja powstawaniu hałasu pogłosowego. Czynniki te wpływają negatywnie na klimat akustyczny wnętrz komercyjnych. Dlatego tak ważne jest stosowanie także materiałów lub ustrojów o właściwościach dźwiękochłonnych. Należy jednak podkreślić, że kluczem do osiągnięcia dobrego klimatu akustycznego jest odpowiednie łączenie – zarówno materiałów dźwiękochłonnych, jak i odbijających dźwięk oraz wykorzystywanie ich na właściwych powierzchniach w odpowiednich proporcjach.

Producenci akustycznych sufitów podwieszanych deklarują właściwości pochłaniania dźwięku jednoliczbowym wskaźnikiem pochłaniania dźwięku aw, który otrzymywany jest zgodnie z normą PN-EN ISO 11654:1999 „Akustyka. Wyroby dźwiękochłonne używane w budownictwie. Wskaźnik pochłaniania dźwięku” na podstawie wyników pomiarów. Sam wskaźnik pochłaniania dźwięku aw nie wystarczy jednak, aby sprawdzić, czy wymagania normatywne dotyczące dopuszczalnej wartości czasu pogłosu oraz minimalnej wartości chłonności akustycznej zostaną spełnione. Z tego względu bardzo ważne jest, aby jako materiały wykończeniowe wybierać produkty, dla których producenci udostępniają wartości współczynnika pochłaniania dźwięku podane w pasmach oktawowych częstotliwości, co umożliwi obliczenie wartości czasu pogłosu w pasmach oktawowych i weryfikację wymagań zawartych w normie.
Własności pochłaniania dźwięków dla wyrobów dźwiękochłonnych przestrzennych, takich jak wyspy sufitowe i elementy pionowe, tzw. baffle, określane są przez równoważną powierzchnię pochłaniającą A_eq, wyrażoną w m² na pojedynczy element. Wyznacza ona wielkość powierzchni chłonnej o stuprocentowej zdolności pochłaniania dźwięku, która absorbuje dokładnie tę samą ilość dźwięku, co zbadany element (wyspa lub baffle).
W przypadku doboru rozwiązań projektowych, zgodnie z wymaganiami normy PN-B-02151-4, dla większości rodzajów pomieszczeń należy wykonać obliczenia czasu pogłosu, korzystając z dostępnych współczynników pochłaniania dźwięku dla danych typów materiałów. Są jednak przestrzenie, dla których wystarczy znać chłonność akustyczną pomieszczenia. Wówczas informacja od producentów na temat chłonności akustycznej, jaką wprowadza do pomieszczenia dany materiał, jest bardzo pomocna. Rozwiązanie to stosuje się w przypadku, gdy element jest podwieszony pod sufitem w znacznej odległości i nie zasłania powierzchni stropu znajdującego się nad nim. Znajomość chłonności akustycznej wprowadzanej przez dany element dźwiękochłonny rozwiązuje problem, jaki współczynnik pochłaniania dźwięku należy przyjąć podczas obliczeń czasu pogłosu dla powierzchni podwieszonej wyspy, znajdującej się od strony sufitu. Weryfikacja wymagań przedstawionych w normie oraz wykonanie potrzebnych obliczeń wymaga wiedzy z zakresu akustyki wnętrz i ochrony przeciwdźwiękowej. W celu sprawdzenia, czy dane pomieszczenia spełniają wymagania zawarte w normie, najlepiej zwrócić się po pomoc do specjalisty z dziedziny akustyki, który wykona potrzebne obliczenia oraz zaproponuje stosowne materiały i rozwiązania lub też zweryfikuje propozycje projektanta wnętrz bądź wykonawcy.
Montaż dźwiękochłonnych sufitów podwieszanych najlepiej wykonać zgodnie z zaleceniami producenta. Jest to spowodowane dużą wrażliwością na zmiany współczynnika pochłaniania dźwięku w zakresie małych i średnich częstotliwości, w zależności od zastosowanego sposobu montażu. Producent, deklarując współczynniki pochłaniania dźwięku w pasmach oktawowych częstotliwości, powinien podać także warunki oraz sposób montażu, dla których pomiar tych współczynników został przeprowadzony. Przykładowo, zwiększanie odległości sufitu podwieszanego od stropu w pewnym stopniu zazwyczaj prowadzi do wzrostu chłonności w zakresie małych częstotliwości.

Rodzaje stosowanych materiałów do wykonania sufitów podwieszanych oraz możliwe do osiągnięcia parametry akustyczne

Moduły, pochłaniacze przestrzenne, wyspy sufitowe
Do najbardziej popularnych rozwiązań wykorzystywanych w budynkach komercyjnych należą sufity podwieszane wykonane z prasowanej wełny mineralnej, pokrytej specjalnym materiałem, np. produkty firm Ecophon, Rockfon, Armstrong. Sufity tego typu mogą występować w formie modularnej, monolitycznej lub jako pochłaniacze przestrzenne i wyspy sufitowe. Są to rozwiązania bardzo estetyczne i nadają się praktycznie do każdego wnętrza. Ich zastosowanie, zależy głównie od wizji architektonicznej, pomysłu na dane wnętrze oraz od ograniczeń technicznych pomieszczenia.
Producenci oferują także specjalne rozwiązania, które spełniają wysokie wymagania technologiczne różnych typów pomieszczeń, (np. higieniczne w obiektach służby zdrowia) i łączą w sobie łatwość czyszczenia i dezynfekcji z estetycznym wyglądem. Producenci podają również klasy bakteriologiczne spełniane przez ich wyroby. Można także wyróżnić produkty do zastosowań specjalnych, w których wymagana jest podwyższona odporność na uszkodzenia mechaniczne. Są one wykorzystywane m.in. w halach sportowych. W ich kartach katalogowych podawana jest odporność np. na uderzenia piłką. Dostępne są też rozwiązania przeznaczone do hal przemysłowych, które mają mniejszy walor estetyczny, ale charakteryzują się wyższym współczynnikiem pochłaniania dźwięku oraz niskim współczynnikiem przewodzenia ciepła. Z tego powodu często wykorzystywane są jako elementy poprawiające zarówno komfort akustyczny, jak i cieplny pomieszczenia. Zgodnie z międzynarodową normą ISO 11654 „Akustyka. Wyroby dźwiękochłonne używane w budownictwie. Wskaźnik pochłaniania dźwięku” absorpcję dźwięku można opisać za pomocą pięciu klas, oznaczonych symbolami od A do E. Ich zestawienie wraz z odpowiadającymi im wartościami wskaźników pochłaniania dźwięku a_w określa efektywność absorpcji dźwięku przez materiał. Zazwyczaj najlepiej wybierać produkty o klasie A lub B. Wówczas do uzyskania odpowiedniej wartości czasu pogłosu w pomieszczeniu będzie wymagana ich mniejsza powierzchnia całkowita. Klasy pochłaniania dźwięku oraz odpowiadające im przedziały współczynników pochłaniania dźwięku przedstawiono w tab. 1.

Do czynników wpływających na właściwości dźwiękochłonne konkretnego materiału należą przede wszystkim:

• jego grubość,
• sposób montażu,
• wykończenie zewnętrzne.

Materiały stosowane do produkcji wyrobów dźwiękochłonnych dla budynków użyteczności publicznej charakteryzują się zwykle bardzo wysokim współczynnikiem pochłaniania dźwięku dla dużych częstotliwości. Pomiędzy produktami różnych producentów zazwyczaj nie ma różnicy we współczynnikach pochłaniania dźwięku dla poszczególnych oktaw (począwszy od częstotliwości środkowej 1000 Hz). W tym przypadku nieistotny jest także sposób montażu ani grubość materiału.
Te dwa czynniki mają wpływ na wartość współczynnika pochłaniania dźwięku, gdy istotne jest wyrównanie charakterystyki czasu pogłosu w szerokim zakresie częstotliwości. Wówczas zwiększenie grubości materiału, a także całkowitej wysokości konstrukcji ma ogromne znaczenie. Wpływa bowiem na możliwość uzyskania wyższego współczynnika pochłaniania dźwięku w zakresie małych częstotliwości. W budynkach użyteczności publicznej odpowiednie właściwości dźwiękochłonne sufitów, o całkowitej wysokości równej ok. 200 mm, można osiągnąć przy zastosowaniu do ich konstrukcji materiałów o grubości ok. 40 mm i niskiej gęstości (40–60 kg/m³). Przykładowe, możliwe do uzyskania wartości współczynników pochłaniania dźwięku dla sufitów dźwiękochłonnych z wełny mineralnej podano w tab. 2. i 3.

Rozwiązania modularne i baffle
Kolejnym rodzajem sufitów dźwiękochłonnych są konstrukcje z wełny drzewnej wiązanej magnezytem. Wśród nich wyróżniamy rozwiązania modularne oraz typu baffle. W porównaniu z sufitami wykonanymi z wykorzystaniem wełny mineralnej mają one bardziej charakterystyczną strukturę powierzchni. W przypadku płyt z wełny drzewnej najczęściej jest ona włóknista o różnej szerokości włókien lub porowata. Jej wybór powinien zależeć od wymaganych parametrów akustycznych. Dostępne są także rozwiązania, w których wykorzystuje się dodatkowe powłoki sprawiające, że wygląd płyt jest zbliżony do tych wykonanych z wełny mineralnej. Należy jednak pamiętać, że jeśli element jest zainstalowany na niewielkiej wysokości, różnica w strukturze może być nadal widoczna, w zależności od szczegółowego rozwiązania. Parametry, jakie można osiągnąć dzięki tego rodzaju sufitom, są bardzo zbliżone do tych, które można uzyskać, stosując sufity dźwiękochłonne z wełny mineralnej.
Warto podkreślić, że istnieje mnóstwo rozwiązań indywidualnych, które może zaprojektować specjalista z dziedziny akustyki. Są one potrzebne np. w miejscach, w których występują pewne ograniczenia. Przykładowo, gdy w pomieszczeniu istotne jest zachowanie konkretnej wysokości i nie ma możliwości podwieszenia 20-centymetrowej konstrukcji, można zastosować np. wełnę mineralną grubości 10 cm z welonem szklanym, gęstości do 80 kg/m³, mocowaną bezpośrednio do sufitu i pokrytą materiałem o niskiej gramaturze (≤100 g/m²), który zabezpieczy ją przed pyleniem i uszkodzeniami mechanicznymi. Pozwoli to uzyskać jeszcze wyższe współczynniki pochłaniania dźwięku niż w przypadku standardowego sufitu dźwiękochłonnego o 20-centymetrowej, całkowitej wysokości konstrukcji. Takie rozwiązanie ma oczywiście swoje wady, np. trudniejszy montaż oraz większy nakład pracy w celu uzyskania satysfakcjonującego efektu wizualnego. Z tego powodu nie będzie cieszyło się takim zainteresowaniem, jak podwieszane sufity dźwiękochłonne. W wyjątkowych sytuacjach może się jednak okazać, że jest to metoda najlepsza z możliwych. Czołowi producenci sufitów podwieszanych także przewidują rozwiązania z bezpośrednim montażem do istniejącej powierzchni. Służą do tego specjalnie przygotowane systemy. Wśród wyrobów różnych producentów widoczne są jednak znaczne dysproporcje pomiędzy osiąganymi współczynnikami pochłaniania dźwięku dla małych i średnich częstotliwości. Związane jest to m.in. z grubością oferowanych płyt, ich gęstością oraz różnicami we właściwościach materiałów zabezpieczających płyty. Przy założeniu podobnej gęstości płyty, im jest ona grubsza, tym wyższe współczynniki pochłaniania dźwięku są osiągane. Dokonując wyboru produktu, należy porównać wyniki pomiarów współczynnika pochłaniania dźwięku udostępniane przez producenta. Istotne jest, aby dokładnie zapoznać się z warunkami, dla jakich zostały przeprowadzone. Najczęściej informacje te są zapisane obok wyników pomiarów, ale nie zawsze zwraca się na to uwagę. Dany produkt może występować w różnych grubościach, a także być przystosowany do użycia przy odmiennych, całkowitych wysokościach konstrukcji.

Sufity perforowane
Innym typem sufitów o właściwościach dźwiękochłonnych są sufity perforowane. Tego typu ustroje składają się z płyty perforowanej, umieszczonej w pewnej odległości od powierzchni odbijającej. Przestrzeń pomiędzy płytą a stropem może pozostać pusta lub być wypełniona materiałem dźwiękochłonnym. Czynnikami, które decydują o charakterystyce pochłaniania dźwięku ustroju perforowanego, są: jego powierzchnia, grubość i gęstość płyty, średnica, typ i procent perforacji (odległość pomiędzy otworami), głębokość ustroju, stopień wypełnienia materiałem dźwiękochłonnym oraz właściwości tego materiału. Takie ustroje najczęściej stosowane są w pomieszczeniach o akustyce kwalifikowanej i w tym wypadku powinny być specjalnie opracowane przez projektanta akustyki. We wnętrzach komercyjnych można stosować prefabrykowane ustroje akustyczne o jak najbardziej szerokopasmowej charakterystyce pochłaniania dźwięku, które są dostępne u niektórych producentów, np. firm Siniat (Nida Sonic), Rigips, Knauf. Warto także skonsultować się np. z doradcą technicznym, aby pomógł w doborze rozwiązania. Należy podkreślić, że nie jest to prosta decyzja i najlepiej powierzyć ją fachowcowi. Wówczas spełnienie wymagań zawartych w normie będzie możliwe i potwierdzone stosownymi obliczeniami.

„Akustyka" - numer specjalny „Informatora Budowlanego-murator" ukazał się przy współpracy: