Akustyka pomieszczeń szkolnych – problemy i wymagania

Jednym z „głośniejszych” problemów (również w dosłownym znaczeniu) i coraz częściej poruszanym na konferencjach związanych z hałasem jest temat akustyki szkół. W Polsce w ostatnim czasie szczególnie istotny, ponieważ od 2018 r. obowiązkowe stało się stosowanie „nowej” normy PN-B-02151-4, potocznie zwanej pogłosową, dotyczącej warunków pogłosowych i transmisji mowy. W efekcie projektant jest zobligowany do stosowania w pomieszczeniach odpowiednio dobranych materiałów pochłaniających dźwięk w celu poprawienia warunków akustycznych wewnątrz pomieszczenia. Wbrew pozorom jednak nie korzystają na tym jedynie sprzedawcy wspomnianych rozwiązań. To głównie dzieci i pracujący z nimi nauczyciele są prawdziwymi beneficjentami, którym odpowiednia akustyka pomieszczeń zapewnia nie tylko dobre warunki do nauki i pracy, ale także zabezpiecza przed negatywnym działaniem hałasu wpływającym na zdrowie i samopoczucie.

Zobacz też: Hałas w szkole – jak sobie z nim poradzić

Fot. stock.adobe / Kzenon

Akustyka pomieszczeń – wymagania

Między innymi w celu ochrony przed zagrożeniem powodowanym niechcianymi dźwiękami w ustawie – Prawo budowlane jednym z siedmiu podstawowych wymagań, jakie powinien spełniać budynek, jest ochrona przed hałasem. Dokładniejsze informacje na ten temat zawiera rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, wraz ze zmianami (Dz.U. z 2015 r. poz. 1422), które obliguje, aby budynek był chroniony przed hałasem:

• zewnętrznym przenikającym do pomieszczeń;
• 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.

Rozszerzenie poszczególnych zapisów oraz szczegółowe wytyczne można znaleźć w normach z serii PN-B-02151, dotyczących akustyki budowlanej.

Należy podkreślić, że część 2 (dotycząca dopuszczalnych poziomów dźwięku w pomieszczeniu) [1], część 3 (dotycząca izolacyjności akustycznej przegród) [2] oraz część 4 (dotycząca warunków pogłosowych oraz zrozumiałości mowy) [3] wspomnianej wcześniej serii norm zostały przywołane w rozporządzeniu. W efekcie należy je traktować jako obowiązkowe i ich wymagania/warunki muszą zostać spełnione. Czyli zgodnie z prawem objęte zakresem każdego z powyższych dokumentów budynki edukacyjne są chronione ze względu na każdy rodzaj hałasu.
Z punktu widzenia akustyki pomieszczeń w szkołach niezwykle istotny jest nie tylko sam poziom hałasu, ale także warunki pogłosowe w danym pomieszczeniu. Wpływają one bezpośrednio na zrozumiałość mowy, a to właśnie ona decyduje o efektach przekazywanej wiedzy i ostatecznie o skuteczności edukacji. Według niektórych akustyków czynnik ten jest nawet istotniejszy niż dobór odpowiednich przegród czy instalacji wyposażenia technicznego budynku [4]. W związku z tym w niniejszym artykule skupimy się na zagadnieniach związanych z ochroną przed hałasem pogłosowym, który objęty jest normą [3]. Dokument ten stawia wymagania w zakresie trzech parametrów:

• maksymalnego czasu pogłosu, T [s];
• minimalnej chłonności akustycznej, A [m²];
• minimalnej wartości wskaźnika transmisji mowy, STI.

Konkretne wartości dopuszczalne (dla czasu pogłosu), minimalne (dla parametru STI oraz chłonności akustycznej) zależą od kubatury oraz funkcji (sposobu użytkowania) danego pomieszczenia. Co więcej, w przypadku czasu pogłosu wymagania odnoszą się do każdego pasma oktawowego o częstotliwości środkowej 125-8000 Hz, gdzie dla pasma 125 Hz zwiększony jest zakres tolerancji odchylenia o 30%. W pomieszczeniach, gdzie mowa nie jest tak istotna (np. stołówka szkolna), zakres najniższego pasma jest pomijany. Analizę chłonności akustycznej należy przeprowadzić dla trzech pasm oktawowych o częstotliwościach środkowych 500, 1000 oraz 2000 Hz.
Tab. Zestawienie wymagań normowych określonych w PN-B-02515-4:2015-06 w zakresie obiektów szkolnych

Hałas w szkole. Akustyka pomieszczeń szkolnych

Znając ogólny zarys wymagań, sprawdźmy, przed czym chce chronić nas prawo, i przyjrzyjmy się dokładnie problemowi hałasu w szkole i skutkom, jaki powoduje. Źródeł hałasu w szkole możemy zlokalizować kilka. Pierwszy z nich jest związany z hałasem zewnętrznym, czyli pochodzącym od sąsiadującego ruchu komunikacyjnego (np. samochody, tramwaje, pociągi), lotniczego czy urządzeń lub działalności zlokalizowanych w okolicy. Kolejnymi źródłami są elementy wyposażenia budynku, czyli instalacje wentylacji bytowej, urządzenia klimatyzacji, elementy wspomagające nauczanie (np. wentylator przy projektorze) itp. Trzecim źródłem hałasu, tym na którym głównie się skupimy, jest tzw. hałas pogłosowy, czyli spowodowany przez pracę szkoły (np. rozmowy dzieci, prowadzenie zajęć przez nauczycieli) i spotęgowany przez odbicia fal akustycznych od przegród. Należy podkreślić, że hałas pogłosowy jest charakterystyczny jedynie dla przestrzeni ograniczonych przegrodami. Wyniki badań akustycznych przeprowadzone w szkołach pokazują, jak duży jest to problem, i potwierdzają, że nie należy go bagatelizować.

Równoważny poziom dźwięku w klasie w czasie trwania lekcji może wynosić nawet LA,eq,T = 76 dB [4]. Średnio przy standardowych zajęciach poziom ten waha się między 64 a 74 dB [5, 6], przy czym zależny jest od rodzaju szkoły i zajęć, sposobu wykończenia oraz kubatury pomieszczeń. Co ciekawe, w badaniach można zaobserwować, że często duże poziomy spowodowane są głośną mową nauczyciela [7]. Znacznie gorzej wygląda to w przypadku korytarzy czy sal gimnastycznych. W przypadku tych pierwszych w czasie przerwy poziom równoważny może dochodzić nawet do 88 dBA [5], a poziom maksymalny blisko 100 dBA [6]. Dla porównania, w czasie lekcji, gdy korytarze są puste, poziom równoważny jest mniejszy niż 60 dB. Komunikacja, czyli korytarze i klatki schodowe, to w szkole zdecydowanie najgłośniejsze przestrzenie. W czasie zajęć wychowania fizycznego w salach sportowych sytuacja jest niewiele lepsza – równoważny poziom dźwięku wynosi około 80 dBA [6]. Równie wysokie wartości zmierzono w stołówkach szkolnych podczas przerw między zajęciami. Pytając o subiektywne odczucia zarówno nauczycieli, jak i uczniów, w większości przypadków przestrzenie szkolne oceniają oni jako głośne lub bardzo głośne [8]. Porównując poziomy, jakie zmierzono w klasach pustych oraz pełnych (w czasie zajęć), można wyciągnąć wniosek, że dominującą składową hałasu jest głównie ten wytwarzany przez uczniów i nauczycieli, a pozostałe czynniki (hałas komunikacyjny, hałas instalacyjny) nie mają decydującego wpływu na wartość wypadkową podczas obecności dzieci i dorosłych w szkole.
Polecamy też: Systemy dźwiękochłonne do kształtowania akustyki

Akustyka pomieszczeń – problem pogłosowości i zrozumiałości mowy

Bezpośredni wpływ na hałas w salach szkolnych ma czas pogłosu, czyli czas spadku poziomu dźwięku o 60 dB po wyłączeniu źródła dźwięku. Zjawisko pogłosu jest bezpośrednim efektem odbić dźwięku od powierzchni ograniczających dane pomieszczenie.
W efekcie im dłuższy jest czas pogłosu w danym pomieszczeniu, tym bardziej dokuczliwy jest powstający w nim hałas, a generowany sygnał (np. mowa) bardziej „zniekształcony”, co jest skutkiem późno docierających do słuchacza odbić o dużym poziomie dźwięku. W konsekwencji mniejsza jest zrozumiałość mowy w trakcie komunikacji, co w sposób obiektywny odzwierciedlają małe wartości wskaźnika transmisji mowy STI. Biorąc to pod uwagę oraz wcześniej przytoczone dane, hałas w pomieszczeniach szkolnych w bardzo dużym stopniu zależy od sposobu wykończenia tych pomieszczeń.
Na podstawie badań przeprowadzonych w 110 klasach pięciu warszawskich szkół wykazano, że w klasach szkolnych, w których nie zwrócono uwagi na warunki pogłosowe w pomieszczeniach i nie zastosowano odpowiednio dobranych materiałów pochłaniających dźwięk, średni czas pogłosu mieści głównie w zakresie T_w,f = 0,45 do 1,85 s (T_w,f – średni czas pogłosu z pasm oktawowych o częstotliwościach środkowych 250-4000 Hz) w salach bez obecności uczniów [7]. Najwięcej klas charakteryzuje się wartościami w zakresie T_w,f = 0,85-1,45 s. Analizując dokładniej wyniki pomiarów, można zauważyć, że w zakresie małych częstotliwości (pasma oktawowe o częstotliwości środkowej 125 i 250 Hz) czas pogłosu może sięgać nawet T = 2,5 s [9, 10, 11]. Dla porównania podam, że są to wartości, które występują w dużych salach koncertowych.
Co ciekawe, w przypadku klas 0-3 czas pogłosu jest niższy, mniej więcej o 0,2 s, w porównaniu z klasami wyższymi [12]. Wynika to głównie ze sposobu umeblowania i wyposażenia wnętrz. W salach dla najmłodszych dzieci często na podłodze znajdują się dywany, a przy ścianach zlokalizowanych jest sporo mebli z zabawkami i przedmiotami wspomagającymi edukację. Biorąc pod uwagę kubaturę analizowanych pomieszczeń i wcześniej przywołane wymagania, czas pogłosu w tych salach nie powinien przekraczać wartości 0,6 s. Oznacza to, że w większości pomieszczeń szkolnych przekroczenie czasu pogłosu wynosi ponad 100%. Podobnie jak w przypadku równoważnych poziomów dźwięku znacznie gorzej wygląda sprawa sal gimnastycznych. Zgodnie z wymaganiami normy w skrajnym przypadku (przy kubaturze przekraczającej 5000 m³) dopuszczalny czas pogłosu wynosi T ≤ 1,8 s. Badania przeprowadzone w jednej z warszawskich szkół podstawowych pokazują ponad 300-procentowe przekroczenie tej wartości [9].
Czas pogłosu ma bezpośredni wpływ nie tylko na hałas w pomieszczeniu [7], ale także inny parametr objęty wymaganiami normy PN-B-02151-4 – wskaźnik transmisji mowy, STI. Można go interpretować jako obiektywne odzwierciedlenie zrozumiałości mowy. Zgodnie z wymaganiami normy wartość tego parametru w salach lekcyjnych musi spełniać warunek STI > 0,6. Badania wskazują, że w klasach szkolnych, w których adaptacja akustyczna nie występuje, wartości parametru mieszczą się w zakresie 0,4-0,7 [9, 11, 12]. Zgodnie z rozkładem statystycznym w większości pomieszczeń parametr ten przyjmuje wartości 0,55-0,65. Podobnie jak w przypadku pogłosu lepsze wyniki można zaobserwować w klasach 0-3, co jest związane z krótszym czasem pogłosu w tych pomieszczeniach i mimo nienajlepszych warunków pogłosowych ponad 60% klas spełnia wymagania pod kątem STI. W pozostałych klasach w ponad 50% sal wskaźnik transmisji mowy ma wartość mniejszą niż wymagana według normy [13]. Biorąc pod uwagę fakt, że dzieci uczą się tam nowych słów, poprawnej dykcji, języków obcych czy rozumienia ze słuchu, stwierdzić należy, że jest to bardzo zły wynik. Zauważalna jest także tendencja, że im miejsce jest dalej zlokalizowane od stołu nauczyciela, tym wskaźnik ma mniejszą wartość [11].

Rafał Zaremba

Bibliografia

1. PN-87-B-02151/02 Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w pomieszczeniach. Dopuszczalne wartości poziomu dźwięku w pomieszczeniach.
2. PN-B-02151-3:2015-10 Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w budynkach. Część 3: Wymagania dotyczące izolacyjności akustycznej przegród w budynkach i elementów budowlanych.
3. PN-B-02151-4:2015-06 Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w budynkach. Część 4: Wymagania dotyczące warunków pogłosowych i zrozumiałości mowy w pomieszczeniach oraz wytyczne prowadzenia badań.
4. M. Klatte, J. Hellbruck, Effects of classroom acoustics on performace and wellbeing in elementary school children: A field study, „Environment and Behavior”, wrzesień 2010.
5. D. Augustyńska i J. Radosz, Hałas w szkołach (1) – przegląd badań, „Bezpieczeństwo Pracy” nr 9/2009.
6. S. Kolawa i D. Hadryś, Hałas jako czynnik środowiska pracy nauczyciela, Zeszyty naukowe Wyższej Szkoły Zarządzania Ochroną Pracy w Katowicach nr 1/2016.
7. D. Augustyńska, A. Kaczmarska, W. Mikulski, J. Radosz, Assessment of teachers’ exposure to noise in selected primary schools, „Archives of Acoustics”, 35, 4, 2010.
8. J. Radosz, Wpływ właściwości akustycznych sal lekcyjnych na poziom ciśnienia akustycznego mowy nauczycieli, „Medycyna Pracy” nr 63(4)/2012.
9. B. Kotus, J. Kostek, Investigation of noise threats and their impact on hearing in selected schools – a pilot study, „Archives of Acoustics”, 31,4, 2006.
10. A.K. Kłosak, From measurements, through computer modelling, design and construction, back to measurements: acoustical modernization of 800 pupils primary school in warsaw, Poland, w 26th Internation Congress on Sound and Vibration, Montreal 2019.
11. L. Alves, B. Araujo, Classroom acoustics in large universities: the replicatio of standardized desing and poor acoustical quality, w Inter Noise, Madryt 2019.
12. D. Wróblewska, K. Leo, Influence of acoustical adaptation on classroom’s acoustical enviroment, „Acta Physica Polonica”, 121, styczeń 2012.
13. W. Mikulski, J. Radosz, Acoustics of Classrooms in Primary Schools – Results of the Reverberation Time and the Speech Transmission Index Assessments in Selected Buildings, „Archives of Acoustics”, 36,4, 2011.

Przeczytaj także: Akustyka domów jednorodzinnych o zabudowie szeregowej