Akustyka budowlana c f. Wprowadzenie. Wprowadzenie. Wprowadzenie. Wprowadzenie. Wprowadzenie. Zagadnienia Współczesnej Fizyki Budowli

Transkrypt

1 Akustyka budowlana Dźwięk jest zjawiskiem falowym wywołanym drganiami cząstek ośrodka. Sposoby wytwarzania fal akustycznych: przez drgania mechaniczne przez turbulencję Fala akustyczna rozprzestrzeniające się zaburzenie ośrodka sprężystego bez zmiany średniego położenia drgających cząstek. λ = c f = T c czas droga λ długość fali dźwiękowej [m] c prędkość dźwięku [m/s] f częstotliwość dźwięku [Hz] T okres drgań [s], T=1/f okres T długość fali λ czas =1 s częstotliwość = liczba okresów drgań Długość fali dźwiękowej λ odległość jaką przebywa fala akustyczna jednego okresu drgań. Częstotliwość fali f liczba okresów drgań w ciągu 1 s. Przedział między dowolną częstotliwością (częstotliwość dolna f d ) a częstotliwością dwa razy większą (częstotliwość górna f g ) nazywa się oktawą. Prędkość fali dźwiękowej c jest zależna od ośrodka, którym rozchodzi się fala oraz od rodzaju fali. Prędkość fali w powietrzu uzależniona jest m.in. od temperatury, ciśnienia atmosferycznego. Prędkość dźwięku w powietrzu przyjmuje się: m/s. Częstotliwość środkowa f o f 2 2 o = f d 2 = f g 2 Oktawa dzieli się na 3 części przedziały 1/3 oktawowe tercje. Tercja jest to pasmo częstotliwości, dla których stosunek między częstotliwością górną a dolną wynosi 3 2 1

2 Ze względu na częstotliwość i związaną z tym długość fali akustycznej dźwięki dzieli się na: Infradźwięki niesłyszalne dla człowieka f<16 Hz, λ>21 m Natężenie dźwięku I [W/m 2 ] ilość energii akustycznej przepływającej w jednostce czasu przez jednostkę powierzchni. Moc akustyczna źródła na jednostkę powierzchni prostopadłej do kierunku rozchodzenia się fali akustycznej. Dźwięki słyszalne 16 Hz<f<20 khz, 1,7 cm<λ<21 m Ultradźwięki niesłyszalne dla człowieka f>20 khz, λ<1,7 cm Dźwięki słyszalne oktaw o częstościach środkowych: 16 Hz; 31,5 Hz; 63 Hz; 125 Hz; 250 Hz; 500 Hz; 1 khz; 2 khz; 4 khz; 8 khz; 16 khz Moc akustyczna P [W] ilość energii jaką wysyła źródło dźwięku w jednostce czasu. -9 W.. 7 W Ciśnienie akustyczne p [Pa] w powietrzu różnica między chwilową wartością ciśnienia powstałego w danym punkcie pola pod działaniem fal akustycznych a wartością ciśnienia statycznego (atmosferycznego). Poziom mocy akustycznej L w P moc akustyczna źródła P o moc akustyczna odniesienia P o = -12 W Poziom natężenia dźwięku L I I natężenie dźwięku I o natężenie dźwięku odniesienia I o = -12 W/m 2 L L I w =log =log P P I I o o Poziom ciśnienia akustycznego L p p ciśnienie akustyczne p o ciśnienie akustyczne odniesienia, p o =2-5 Pa Znając poziomy ciśnienia akustycznego dla poszczególnych pasm częstotliwości L fi można obliczyć poziom dźwięku L A 2 p Lp = log p = log Σ 2 o L i + K Ai 2

3 L A = log Σ L i + K Ai Poziom hałasu: 0-30 db można porozumieć się szeptem db można porozumieć się normalnym głosem db głosem podniesionym db rozmowa b. utrudniona 95-0 db można porozumieć się tylko krzykiem >0 db porozumiewanie się niemożliwe Średni poziom dźwięku A (L Am ) oblicza się zgodnie ze wzorem (dla hałasu ustalonego): Równoważny poziom dźwięku A (L Aeq ) jest to natomiast uśredniony obserwacji poziom dźwięku A hałasu nieustalonego: 3

4 Źródło: M.Kokorniak Ocena parametrów akustycznych sal wykładowych w kontekście wymagań normowych HAŁAS Danielewski J., Dom i mieszkanie komfort akustyczny, Fabryka Ciszy, Poznań Wymagania prawne Rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie Pomieszczenia w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej należy chronić przed hałasem: Zewnętrznym przenikającym do pomieszczenia spoza budynku, Pochodzącym od instalacji i urządzeń stanowiących techniczne wyposażenie budynku, 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 (2009). PN-B :1987 Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem pomieszczeń w budynkach. Dopuszczalne poziomy dźwięku w pomieszczeniach. Dopuszczalny poziom dźwięku A w pomieszczeniach przeznaczonych do przebywania ludzi Przeznaczenie pomieszczenia Dopuszczalny równoważny poziom dźwięku A hałasu przenikającego do pomieszczenia od wszystkich źródeł hałasu łącznie L Aeq Dopuszczalny poziom dźwięku A hałasu przenikającego do pomieszczenia od wyposażenia technicznego budynku oraz od innych urządzeń w budynku i poza budynkiem średni poziom dźwięku A, (L Am) (przy hałasie ustalonym 1/ ) lub równoważny poziom dźwięku A, (L Aeq) (przy hałasie nieustalonym 2/ ) maksymalny poziom dźwięku A (L Amax), przy hałasie nieustalonym 2/ w dzień w nocy w dzień w nocy w dzień w nocy Klasy i pracownie szkolne (z wyjątkiem zajęć technicznych), sale wykładowe, audytoria / Na przykład, pochodzący z centralnego ogrzewania, wentylacji, stacji transformatorowych. 2/ Na przykład, pochodzący od urządzeń dźwigowych, od zsypów śmieci. Źródło: M.Kokorniak Ocena parametrów akustycznych sal wykładowych w kontekście wymagań normowych Rodzaj Wyniki pomiarów poziomu dźwięku w sali 258 Pora Godzina L Aeq ,4 2 zajęć , ,5 poranny , , , ,5 8 zajęć , ,2 w południe , , , ,6 14 zajęć , ,3 popołudniowy , , ,6 Średnia z 3 pomiarów 37,9 40,3 39,6 43,7 40,2 42,4 Źródło: M.Kokorniak Ocena parametrów akustycznych sal wykładowych w kontekście wymagań normowych 4

5 Rodzaj Wyniki pomiarów poziomu dźwięku w sali 301 Pora Godzina L Aeq ,6 2 zajęć , ,7 poranny , , , ,4 8 zajęć , ,7 w południe , , , ,2 14 zajęć , ,4 popołudniowy , , ,7 Średnia z 3 pomiarów 38,2 41,8 39,7 46,9 37,3 45,7 Rodzaj Wyniki pomiarów poziomu dźwięku w sali 440 Pora Godzina L Aeq ,7 2 zajęć , ,9 poranny , , , ,9 8 zajęć , ,2 w południe , , , ,0 14 zajęć , ,9 popołudniowy , , ,4 Średnia z 3 pomiarów 40,3 42,7 40,9 44,1 38,9 40,9 Źródło: M.Kokorniak Ocena parametrów akustycznych sal wykładowych w kontekście wymagań normowych Źródło: M.Kokorniak Ocena parametrów akustycznych sal wykładowych w kontekście wymagań normowych Rodzaj Wyniki pomiarów poziomu dźwięku w sali 306 Pora Godzina L Aeq ,9 2 zajęć , ,2 poranny , , , ,3 8 zajęć , ,9 w południe , , , ,5 14 zajęć , ,9 popołudniowy , , ,3 Średnia z 3 pomiarów 44,0 44,6 44,9 50,1 43,8 44,8 Izolacyjność akustyczna przegrody zależy od częstotliwości przenikającej ją fali akustycznej. Właściwości akustyczne przegrody powinny być określane przez krzywe izolacyjności akustycznej w funkcji częstotliwości. Oceny izolacyjności przegród budowlanych dokonuje się zgodnie z polską normą PN-B :1999 Źródło: M.Kokorniak Ocena parametrów akustycznych sal wykładowych w kontekście wymagań normowych Izolacyjność akustyczna związana z przenoszeniem dźwięków przez przegrodę jest determinowana głównie przez masę przegrody (gęstość objętościowa). Im jest większa gęstość objętościowa materiału, tym lepsze jest ograniczenie propagacji dźwięków. Dźwiękochłonność jest zjawiskiem fizycznym związanym z padaniem dźwięku na przegrodę. Nadmierny pogłos (potocznie zwany echem) wynika z odbicia bez strat dźwięku od przegrody architektonicznej ograniczającej przestrzeń. Materiałami i technologiami dźwiękochłonnymi nazywamy te, które nie powodują odbicia dźwięku od swojej płaszczyzny i powrotu do pomieszczenia. Materiały i ustroje dźwiękochłonne! 5

6 Izolacyjność od dźwięków powietrznych przegrody budowlanej (izolacyjność właściwa) oznacza zdolność tej przegrody do tłumienia przenikania przez nią dźwięków powietrznych, wyrażana w decybelach (db). W 1 moc padająca na przegrodę po stronie nadawczej, W; W 2 moc przeniesiona przez przegrodę na stronę odbiorczą, W. Izolacyjność od dźwięków powietrznych w przypadku pobudzania przegrody dźwiękami powietrznymi Izolacyjność od dźwięków uderzeniowych w przypadku pobudzenia przegrody w sposób mechaniczny np. chodzenie, przesuwanie, toczenie przedmiotów po stropie Przenoszenie dźwięków pomiędzy pomieszczeniami: drogą bezpośrednią drogą pośrednią Izolacyjność od dźwięków powietrznych przegrody w budynku oznacza zdolność tej przegrody do tłumienia przenikania dźwięków powietrznych przez tę przegrodę i wszystkimi innymi drogami pośredniego przenoszenia dźwięku między pomieszczeniami rozdzielonymi daną przegrodę. W 1 moc padająca na przegrodę po stronie nadawczej, W; W 2 moc przeniesiona przez przegrodę na stronę odbiorczą, W; W 3 moc akustyczna przenikająca między pomieszczeniami wszystkimi drogami pośrednimi. Źródło: Barbara Szudrowicz PRZENOSZENIE DŹWIĘKU POWIETRZNEGO MIĘDZY POMIESZCZENIAMI DROGAMI POŚREDNIMI Przybliżona izolacyjność akustyczna właściwa przegrody w budynku R, podobnie jak izolacyjność akustyczna właściwa przegrody budowlanej R jest zbiorem wartości w 1/3-oktawowych lub oktawowych pasmach częstotliwości i przedstawia się ją w postaci charakterystyki R (f), analogicznie R(f). Jednoliczbowewskaźniki izolacyjności od dźwięków powietrznych przegród budowlanych i izolacyjności w budynku: wskaźnik ważony izolacyjności akustycznej właściwej R w wskaźniki oceny izolacyjności akustycznej właściwej R A1 i R A2 Wartość ważonego wskaźnika izolacyjności akustycznej właściwej (lub pozostałych wielkości) nie jest bezpośrednio związana z wartością zmniejszenia poziomu dźwięku A przenikającego przegrodę. Zmniejszenie poziomu dźwięku zależy nie tylko od przebiegu charakterystyki izolacyjności akustycznej przegrody w funkcji częstotliwości, ale również od widma hałasu oddziałującego na przegrodę. 6

7 Kolory dźwięku Wzorcowe widma hałasu: widmo szumu różowego widmo szumu charakteryzującego się przewagą niskich częstotliwości wskaźnik oceny izolacyjności akustycznej właściwej RA1 suma ważonego wskaźnika izolacyjności akustycznej właściwej Rw i widmowego wskaźnika adaptacyjnego C RA1 = Rw + C, db Szum różowy wykorzystywany do wyznaczania wskaźnika adaptacyjnego C Szum z przewagą niskich częstotliwości wyznaczanie wskaźnika adaptacyjnego C tr wskaźnik oceny izolacyjności akustycznej właściwej RA2 suma ważonego wskaźnika izolacyjności akustycznej właściwej Rw i widmowego wskaźnika adaptacyjnego Ctr, RA2 = Rw + Ctr, db 7

8 Prawo masy Dźwięk pogłosowy powstaje w pomieszczeniu na skutek wielokrotnego odbijania się fal dźwiękowych od przegród, które ograniczają pomieszczenie wg Sabine a: wg PN-EN :2005: Chłonność akustyczna wnętrza: MATERIAŁ / USTRÓJ DZWIĘKOCHŁONNY Pogłosowy współczynnik pochłaniania dźwięku α dla częstotliwości f w Hz Ściany i stropy 1 beton surowy 0,01 0,012 0,016 0,019 0,023 0,035 2 beton malowany olejno 0,009 0,01 0,014 0,016 0,017 0,018 3 cegła niewyprawiona 0,024 0,025 0,031 0,042 0,049 0,07 4 ściana ceglana tynkowana 0,01 0,01 0,02 0,02 0,03 0,03 5 tynk na supremie 0,03 0,05 0,07 0,11 0,011 0,13 6 tynk chropowaty na drewnianym oszalowaniu 0,025 0,045 0,06 0,085 0,043 0,058 7 tynk porowaty 0,18 0,20 0,24 0,26 0,30 0,36 8

9 58 ława drewniana z oparciem, na każde 0,012 0,015 0,019 0,025 0,025 0,025 miejsce 59 krzesło gięte drewniane 0,014-0,016-0,19-60 krzesło składane (z podnoszonym siedzeniem) ze sklejki 0,018 0,018 0,022 0,036 0, krzesło składane całe wyściełane skórą 0,13-0,149-0,06-62 krzesło składane całe wyściełane 0,28-0,28-0,34,4 welurem 63 krzesło drewniane ciężkie 0,05 0,06 0,05 0,06 0,08 0, fotel 0,15 0,13 0,22 0,31 0,28 0,27 65 fotel z osobą 0,17 0,20 0,24 0,44 0,42 0,44 66 fortepian 0,20-0,60-0,52-67 rośliny pokojowe na 1m , Wymagania dotyczące optymalnego czasu pogłosu w pomieszczeniach budynków użyteczności publicznej (założenia do PN-B ) Pomieszczenie 1 Klasy szkolne (z wyjątkiem klas do zajęć muzycznych), sale do posiedzeń, sale konferencyjne, sale do prezentacji słownych i audiowizualnych V = m 3 2 Sale wykładowe, sale nagrań, zebrań, sale sądowe V = m 3 Optymalny czas pogłosu T optymalny [s] Zakres tolerancji wartości optymalnego czasu pogłosu w pomieszczeniach w pasmach oktawowych w przedziale Hz wg tabeli jw. Zakres tolerancji wartości czasu pogłosu pomieszczeń wg tabeli 4.4 wyrażony stosunkiem rzeczywistej lub prognozowanej wartości czasu pogłosu pomieszczenia do wartości optymalnej (założenia do PN-B ) [21] Środkowa częstotliwość pasma oktawowego [Hz] T/T optymalny 0,65 1,2 0,8 1,2 0,8 1,2 0,8 1,2 0,8 1,2 0,65 1,2 Źródło: K. Ratuszny Ocena czasu pogłosu w wybranych salach wykładowych budynku WBiA w Szczecinie PRACA DYPLOMOWA INŻYNIERSKA, Szczecin

10 Poziom ciśnieniea akustycznego Poziom ciśnienia akustycznego 00 Hz y = -92,204x + 111,05 90 R² = 0, ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 czas [s] 00 Hz y = -46,2x + 117,62 R² = 0, ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 czas [s] Krzywa zaniku Liniowy (Krzywa zaniku) Krzywa zaniku Liniowy (Krzywa zaniku) T [s] T [s] T [s] 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 1,9 1,4 0,9 0,4 3,4 2,4 1,4 0, Częstotliwość f [Hz] Częstotliwość [Hz] Częstotliwość [Hz] T [s] 2,4 1,9 1,4 0,9 0, Częstotliwość [Hz] Sala 121 Sala 422 Sala Hz 250Hz 500Hz 00Hz 2000Hz 4000Hz T 60 0,48 0,71 0,77 0,65 0,65 0,67 T 60 /T otymalny 0,61 0,90 0,99 0,83 0,82 0,85 zakres tolerancji T 60 /T otymalny 0,65-1,2 0,8-1,2 0,8-1,2 0,8-1,2 0,8-1,2 0,65-1,2 125Hz 250Hz 500Hz 00Hz 2000Hz 4000Hz T 60 1,76 1,44 1,36 1,30 1,09 0,99 T 60 /T otymalny 2,24 1,83 1,73 1,66 1,39 1,26 zakres tolerancji T 60 /T otymalny 0,65-1,2 0,8-1,2 0,8-1,2 0,8-1,2 0,8-1,2 0,65-1,2 125Hz 250Hz 500Hz 00Hz 2000Hz 4000Hz T 60 2,43 2,24 1,96 1,72 1,42 1,18 T 60 /T otymalny 3,09 2,86 2,50 2,19 1,81 1,50 zakres tolerancji T 60 /T otymalny 0,65-1,2 0,8-1,2 0,8-1,2 0,8-1,2 0,8-1,2 0,65-1,2