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: 340 345 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
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
L A = log Σ L i + K Ai Poziom hałasu: 0-30 db można porozumieć się szeptem 35-55 db można porozumieć się normalnym głosem 60-75 db głosem podniesionym 80-95 db rozmowa b. utrudniona 95-0 db można porozumieć się tylko krzykiem >0 db porozumiewanie się niemożliwe http://www.hifi.pl/slownik/krzywa-korekcyjna-a.php 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
Źródło: M.Kokorniak Ocena parametrów akustycznych sal wykładowych w kontekście wymagań normowych HAŁAS Danielewski J., Dom i mieszkanie komfort akustyczny, Fabryka Ciszy, Poznań 2007. 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-02151-2:1987 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 1 2 3 4 5 6 7 8 1 Klasy i pracownie szkolne (z wyjątkiem zajęć technicznych), sale wykładowe, audytoria 40-35 - 40-1/ 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 1 8.15 8.30 37,4 2 zajęć 8.45 8.55 38,8 3 9.29 9.39 37,5 poranny 4 8.04 8.14 40,9 5 8.57 9.07 40,8 6 9.07 9.17 39,1 7 11.25 11.35 40,5 8 zajęć 11.35 11.45 39,1 9 11.45 11.55 39,2 w południe 11.06 11.16 42,7 11 11.58 12.08 45,9 12 12.08 12.18 42,5 13 15.16 15.26 39,6 14 zajęć 15.30 15.40 38,8 15 15.45 15.55 42,3 popołudniowy 16 15.05 15.15 42,3 17 15.56 16.06 42,4 18 16.06 16.16 42,6 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
Rodzaj Wyniki pomiarów poziomu dźwięku w sali 301 Pora Godzina L Aeq 1 8.28 8.38 36,6 2 zajęć 8.40 8.50 38,4 3 9.19 9.29 39,7 poranny 4 8.05 8.15 43,1 5 8.57 9.07 40,5 6 9.07 9.17 41,9 7 11.21 11.31 40,4 8 zajęć 11.31 11.41 39,1 9 11.43 11.53 39,7 w południe 11.08 11.18 45,5 11 11.57 12.07 46,2 12 12.07 12.17 48,9 13 15.18 15.28 38,2 14 zajęć 15.29 15.39 34,4 15 15.39 15.49 39,4 popołudniowy 16 15.05 15.15 44,4 17 15.57 16.07 48,1 18 16.07 16.17 44,7 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 1 8.20 8.30 39,7 2 zajęć 8.41 8.51 39,2 3 9.18 9.28 41,9 poranny 4 8.07 8.17 42,5 5 8.57 9.07 43,3 6 9.07 9.17 42,2 7 12.37 12.47 39,9 8 zajęć 12.47 12.57 41,6 9 13.22 13.32 41,2 w południe 12.07 12.17 44,1 11 12.58 13.08 44,4 12 13.08 13.18 43,7 13 15.19 15.29 44,0 14 zajęć 16.34 16.44 35,9 15 16.46 16.56 36,9 popołudniowy 16 15.05 15.15 40,2 17 15.57 16.07 42,0 18 16.07 16.17 40,4 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 1 8.19 8.29 43,9 2 zajęć 8.30 8.40 44,0 3 9.18 9.28 44,2 poranny 4 8.07 8.17 44,5 5 8.57 9.07 45,0 6 9.07 9.17 44,4 7 12.15 12.25 45,3 8 zajęć 12.26 12.36 44,5 9 13.35 13.45 44,9 w południe 12.02 12.12 52,5 11 12.57 13.07 47,2 12 13.07 13.17 50,7 13 16.17 16.27 43,5 14 zajęć 16.27 16.37 43,0 15 16.48 16.58 44,9 popołudniowy 16 16.06 16.16 46,3 17 15.56 16.06 44,9 18 16.57 17.07 43,3 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-02151-03:1999 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
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
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
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-12354-6:2005: Chłonność akustyczna wnętrza: MATERIAŁ / USTRÓJ DZWIĘKOCHŁONNY Pogłosowy współczynnik pochłaniania dźwięku α dla częstotliwości f w Hz 125 250 500 00 2000 4000 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
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 0,035-61 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 0,075 64 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 3 - - 0,11 - - - Wymagania dotyczące optymalnego czasu pogłosu w pomieszczeniach budynków użyteczności publicznej (założenia do PN-B-02151-4) Pomieszczenie 1 Klasy szkolne (z wyjątkiem klas do zajęć muzycznych), sale do posiedzeń, sale konferencyjne, sale do prezentacji słownych i audiowizualnych V = 30 00 m 3 2 Sale wykładowe, sale nagrań, zebrań, sale sądowe V = 30 5000 m 3 Optymalny czas pogłosu T optymalny [s] Zakres tolerancji wartości optymalnego czasu pogłosu w pomieszczeniach w pasmach oktawowych w przedziale 125 4000 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-02151-4) [21] Środkowa częstotliwość pasma oktawowego [Hz] 125 250 500 00 2000 4000 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 2013 9
Poziom ciśnieniea akustycznego Poziom ciśnienia akustycznego 00 Hz 120 1 0 y = -92,204x + 111,05 90 R² = 0,9646 80 70 60 50 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 czas [s] 00 Hz 120 1 y = -46,2x + 117,62 R² = 0,9698 0 90 80 70 60 50 40 0 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 0,4 125 250 500 00 2000 4000 Częstotliwość f [Hz] 125 250 500 00 2000 4000 Częstotliwość [Hz] 125 250 500 00 2000 4000 Częstotliwość [Hz] T [s] 2,4 1,9 1,4 0,9 0,4 125 250 500 00 2000 4000 Częstotliwość [Hz] Sala 121 Sala 422 Sala 440 125Hz 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