Dobierając rozwiązania do danego pomieszczenia, trzeba szukać takich zestawień, które pozwolą uzyskać zbliżoną chłonność akustyczną we wszystkich pasmach częstotliwości.
W dniu 1 stycznia weszła w życie nowelizacja warunków technicznych wprowadzając na listę norm przywołanych tzw. normę pogłosową[1]. W celu spełnienia jej wymagań należy zapewnić wielu typom pomieszczeń w budynkach użyteczności publicznej i zamieszkania zbiorowego odpowiednią chłonność akustyczną. W większości przypadków nie wystarczy chłonność akustyczna typowego umeblowania i wyposażenia – muszą być zastosowane dodatkowe materiały dźwiękochłonne na sufitach i ścianach.
Wymagania normy dotyczą różnych typów pomieszczeń: od klas lekcyjnych i konferencyjnych przez hale sportowe i basenowe po biura wielkoprzestrzenne czy korytarze w szkołach i szpitalach. W zasadzie w każdym budynku użyteczności publicznej znajdą się jakieś pomieszczenia, o których akustykę trzeba będzie zadbać. Celem jest ograniczenie zasięgu i poziomu hałasu oraz poprawienie zrozumiałości mowy. Wymaga to ograniczenia niekontrolowanych odbić fal dźwiękowych od powierzchni ograniczających pomieszczenia. Dodajmy, że chodzi tu o fale dźwiękowe wytwarzane przez źródła zlokalizowane w danym wnętrzu. Dla różnych rodzajów pomieszczeń norma określa bądź minimalną dopuszczalną chłonność akustyczną, bądź maksymalny dopuszczalny czas pogłosu. W celu osiągnięcia wymaganej chłonności akustycznej trzeba wprowadzić do wnętrza wystarczającą ilość materiałów dźwiękochłonnych. Jeśli jednak celem jest ograniczenie czasu pogłosu, to ważna jest nie tylko ich ilość, ale i rozmieszczenie.
Oczywiście pierwszym rozwiązaniem, które przychodzi do głowy, są sufity akustyczne, i tu często dochodzi do pierwszego nieporozumienia. Każdy rodzaj sufitu podwieszanego, okładziny sufitowej czy ściennej ma pewne właściwości akustyczne. W jakimś stopniu izoluje przed dźwiękiem przenikającym z sąsiednich pomieszczeń i w jakimś stopniu pochłania fale dźwiękowe wytwarzane w naszym pomieszczeniu. Mówimy wtedy o własnościach dźwiękoizolacyjnych i własnościach dźwiękochłonnych materiału. Trudno znaleźć materiały jednorodne, które charakteryzowałyby się jednocześnie dobrą dźwiękoizolacyjnością i dobrą dźwiękochłonnością. Dobierając więc sufity akustyczne – aby zwiększyć chłonność akustyczną pomieszczenia, ograniczyć pogłos oraz hałas wytwarzany w tym pomieszczeniu – musimy stosować materiały dźwiękochłonne o wysokich wartościach współczynnika pochłaniania dźwięku α.
Dla większości pomieszczeń wskazanych w normie PN-B-02151-04:2015-06 wymagania określone są przez podanie maksymalnych dopuszczalnych wartości czasu pogłosu. Czas pogłosu w pomieszczeniu zależy od wielu czynników, głównie od jego kubatury (im większa, tym czas pogłosu dłuższy) i chłonności akustycznej (im większa, tym czas pogłosu krótszy). Ale bardzo istotne jest także rozmieszczenie materiałów dźwiękochłonnych – powinny być one w miarę możliwości równomiernie rozłożone na suficie i ścianach pomieszczenia. Jeśli skoncentruje się je na jednej powierzchni, np. suficie, czas pogłosu może być przeszło dwa razy dłuższy (przy tej samej całkowitej chłonności akustycznej pomieszczenia).
Rys. 1 Dźwiękochłonne okładziny stropu grubości 40 mm wykonane z wełny szklanej. Na wykresie podano wartości praktycznego współczynnika pochłaniania dźwięku αp
Ten błąd jest przyczyną kolejnego nieporozumienia. Czas pogłosu często wyliczany jest tzw. metodą statystyczną, przy użyciu najprostszych wzorów (Sabine'a i Eyringa). Wzory te uwzględniają kubaturę pomieszczenia i jego chłonność akustyczną, jednak zupełnie nie biorą pod uwagę sposobu rozmieszczenia materiałów dźwiękochłonnych czy geometrii pomieszczenia. Otrzymane wyniki są bliskie rzeczywistości tylko wtedy, kiedy własności dźwiękochłonne wszystkich przegród ograniczających pomieszczenie są do siebie zbliżone lub kiedy ukształtowanie i wyposażenie pomieszczenia zapewnia idealne rozproszenie dźwięku. Jedno i drugie jest trudne do osiągnięcia w normalnych wnętrzach użytkowych. Na tych wzorach bazują dostępne w sieci kalkulatory czasu pogłosu, więc wyniki otrzymywane za ich pomocą są zwykle zaniżone i trzeba je skorygować odpowiednią poprawką.
Dlatego bardzo ważne jest również umieszczanie we wnętrzach dźwiękochłonnych paneli ściennych, nawet kosztem ograniczenia powierzchni materiałów dźwiękochłonnych na suficie. Problem dotyczy przede wszystkim pomieszczeń o dużym stosunku powierzchni ścian do powierzchni podłogi oraz o skromnym umeblowaniu (na przykład sal sportowych, a także klas lekcyjnych). Dźwiękochłonne panele ścienne nie są konieczne, jeśli umeblowanie i wyposażenie pomieszczenia (np. otwarte regały z książkami, zasłony, gazetki ścienne wykonane z miękkich materiałów) zapewniają wystarczające pochłanianie i rozproszenie dźwięku na ścianach.
Materiały wykończeniowe zwykle stosowane do wykończenia pomieszczeń mają zazwyczaj słabe własności dźwiękochłonne, widać to zwłaszcza, jeśli zestawi się je z typowymi materiałami dźwiękochłonnymi (patrz tab.). Z kolei własności dźwiękochłonne tych ostatnich mogą się zmieniać w zależności od sposobu montażu. Poniższe przykłady pokazują, jak to wygląda w przypadku paneli z wełny szklanej.
|
Tab. Wartości praktycznego współczynnika pochłaniania dźwięku αp dla wybranych materiałów
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pochłanianie dźwięku i chłonność akustyczna
Fala dźwiękowa docierająca do przeszkody może zostać przez nią pochłonięta lub odbita.
Stopień dźwiękochłonności danego materiału określają współczynniki pochłaniania dźwięku a, które przyjmują wartości z zakresu 0-1. Jeżeli dla danego materiału i dla danego pasma częstotliwości współczynnik a przyjmuje wartość 0,6, oznacza to, że materiał ten pochłania 60% energii padającej na niego fali dźwiękowej, a odbija 40%.
Znając własności dźwiękochłonne materiałów użytych we wnętrzu, można obliczyć chłonność akustyczną całego pomieszczenia:
Apom = S1 x α1 + S2 x α2 + S3 x α3 + …
gdzie: Sn – pole powierzchni poszczególnych elementów ograniczających wnętrze (ściany, okna, sufit itd.), αn – właściwy dla tego elementu współczynnik pochłaniania dźwięku.
Obliczając chłonność akustyczną pomieszczenia, można także uwzględnić chłonność akustyczną powietrza w nim zawartego oraz znajdujących się w nim obiektów (np. mebli). Dla tego samego pomieszczenia chłonność akustyczna w różnych pasmach częstotliwości może się znacznie różnić. Do opisu własności dźwiękochłonnych materiałów najczęściej się stosuje:
αs – pogłosowy współczynnik pochłaniania dźwięku, wyliczany na podstawie pomiarów laboratoryjnych dla 18 pasm tercjowych (100 Hz, 125 Hz, 160 Hz itd.);
αp – praktyczny współczynnik pochłaniania dźwięku, wyliczany dla 6 pasm oktawowych (125 Hz, 250 Hz, 500 Hz itd.) na podstawie wartości αs;
αw – ważony wskaźnik pochłaniania dźwięku, jednoliczbowy wskaźnik wyznaczany wg PN-EN ISO 11654.
Pogłos
Pogłos jest zjawiskiem stopniowego zanikania energii dźwięku w pomieszczeniu po wyłączeniu źródła dźwięku. Jest związany z występowaniem dużej liczby odbić fal dźwiękowych od powierzchni ograniczających to pomieszczenie oraz przedmiotów w nim się znajdujących. Jeżeli odstęp czasowy między kolejnymi odbiciami docierającymi do słuchacza jest mały (przyjmuje się zwykle, że mniejszy niż 50 ms), zlewają się one w jeden ciągły dźwięk. Ponieważ każde kolejne odbicie fali dźwiękowej i każdy metr pokonywanej przez nią przestrzeni oznacza pewną utratę energii (wskutek pochłaniania dźwięku przez powietrze oraz odbicia od kolejnych powierzchni), kolejne odbite dźwięki docierające do słuchacza są coraz cichsze. Z tego powodu każdy impuls dźwiękowy w pomieszczeniu nie urywa się nagle jak w przestrzeni otwartej, tylko stopniowo zanika. Tempo tego zaniku zależy od wielkości, ukształtowania i wykończenia pomieszczenia. Im mniejsza kubatura i im większa chłonność akustyczna pomieszczenia, tym pogłos jest słabszy. Słabszemu pogłosowi sprzyja także równomierne rozłożenie powierzchni dźwiękochłonnych w pomieszczeniu, a także obecność elementów rozpraszających dźwięk.
Pogłos mierzony jest wielkością zwaną czasem pogłosu T [s] – jest to czas potrzebny na zmniejszenie, po wywołaniu impulsu dźwiękowego, poziomu ciśnienia akustycznego we wnętrzu o 60 dB.
Wartości czasu pogłosu dla różnych pasm częstotliwości (dla tego samego pomieszczenia) mogą znacznie się od siebie różnić.
Jeżeli w pogłosowym pomieszczeniu zamiast dźwięku impulsowego (np. pojedynczego klaśnięcia) wytwarzany jest ciągły sygnał dźwiękowy (np. przemowa), mamy do czynienia ze stale utrzymującym się pogłosem, który zwiększa poziom dźwięku i niekorzystnie wpływa na zrozumiałość mowy. W pobliżu źródła dźwięku dominuje dźwięk bezpośredni, a w dalszych partiach pomieszczenia przeważają dźwięki odbite (mówimy wtedy o polu pogłosowym). O ile w pobliżu źródła zrozumiałość mowy i czytelność innych sygnałów dźwiękowych emitowanych przez źródło jest zwykle bardzo dobra, o tyle w polu pogłosowym gwałtownie się pogarsza. Odległość od źródła, w której zaczyna się pole pogłosowe, zależy od kubatury pomieszczenia i czasu pogłosu. Im dłuższy jest czas pogłosu, tym pole pogłosowe zaczyna się bliżej źródła.
Czas pogłosu jest parametrem najczęściej stosowanym do opisu akustyki wnętrz. Mimo że niedoskonały, mówi nam dużo o charakterze akustycznym pomieszczenia. Jeśli wnętrze charakteryzuje się relatywnie krótkim czasem pogłosu, to znaczy, że jest cichsze, panują w nim lepsze warunki do komunikacji słownej (naturalnej lub z użyciem nagłośnienia), a w odbiorze subiektywnym wydaje się bardziej przytulne.
Rys. 2 Podwieszany sufit dźwiękochłonny wypełniony płytami z wełny szklanej grubości 40 mm. Na wykresie podano wartości praktycznego współczynnika pochłaniania dźwięku αp (przy pustce 200 mm)
Dźwiękochłonne okładziny stropów
Płyty dźwiękochłonne grubości kilku centymetrów są montowane bezpośrednio do powierzchni stropu. Dzięki temu nie traci się dużo na wysokości pomieszczenia, a odpowiednio docinając płyty, można także dopasować się do istniejących opraw natynkowych. Jest to więc rozwiązanie wygodne w przypadku adaptacji akustycznej istniejących wnętrz. Niestety ma też wady. Ponieważ płyty są montowane bez pustki powietrznej, mają słabe własności dźwiękochłonne w niskich częstotliwościach. Im płyty cieńsze, tym gorsze własności w pasmach częstotliwości 125-250 Hz, bez istotnych zmian w pasmach 500-4000 Hz. Wada ta jest szczególnie odczuwalna w przypadku pomieszczeń przeznaczonych do komunikacji słownej, w których wymagane jest ograniczenie czasu pogłosu również w paśmie 125 Hz.
Rys. 3 Wolno wiszące panele z wełny szklanej grubości 40 mm. Na wykresie podano chłonność akustyczną pojedynczej płyty 1200/1200 mm przy różnych wysokościach podwieszenia (od dołu: 200, 400 i 1000 mm)
Dźwiękochłonne sufity podwieszane
Podwieszane sufity dźwiękochłonne są montowane na stalowym ruszcie instalowanym z zachowaniem pewnego dystansu od sufitu – zwykle 20-50 cm. Oczywiście powoduje to obniżenie wysokości pomieszczenia, ale daje możliwość ukrycia instalacji, wciąż łatwo dostępnych po demontażu paneli. Taki rodzaj instalacji daje też większe możliwości kształtowania własności dźwiękochłonnych sufitu. Obecność pustki powietrznej sprawia, że nawet cienkie płyty dźwiękochłonne montowane w sufitach podwieszanych mają znacznie lepsze pochłanianie w niskich częstotliwościach niż te montowane bezpośrednio do stropu (ciągła czerwona linia na wykresie poniżej). Co więcej, duża przestrzeń nad sufitem umożliwia ułożenie na nim dodatkowej warstwy płyt z wełny szklanej lub skalnej, co pozwala na dalszą poprawę skuteczności w pasmach 125-250 Hz.
Rys. 4 Baffle z wełny szklanej grubości 40 mm. Na wykresie podano wartości praktycznego współczynnika pochłaniania dźwięku αp dla różnych układów takich paneli (różne wymiary i rozstawy)
Układy wolno wiszących elementów dźwiękochłonnych
Płyty dźwiękochłonne mogą być także zawieszane pod stropem osobno, z zachowaniem odstępów. Taki sposób montażu daje najwięcej swobody przy projektowaniu pomieszczeń. Instalacje montowane pod stropem są widoczne w przerwach między panelami, panele zaś mogą pozostać czyste, wolne od nawiewów, opraw oświetleniowych, głośników, czujek itd. Jeżeli płyty dźwiękochłonne są zawieszone blisko siebie, z przerwami rzędu kilku centymetrów, cały układ ma podobne właściwości dźwiękochłonne jak pełny sufit podwieszony wypełniony tymi samymi panelami. Jeśli jednak odstępy między panelami rosną, to chłonność akustyczna całego układu spada, jednak nierównomiernie – następuje to dużo szybciej w niskich częstotliwościach (125-250 Hz). Jeśli instalacja wolno wiszących paneli dźwiękochłonnych ma być skuteczna (np. spełniać wymagania normy pogłosowej dla biur otwartych), to ich łączna powierzchnia w pomieszczeniu powinna być równa co najmniej 50% powierzchni sufitu.
Układy pionowo zwieszanych płyt dźwiękochłonnych
Rozwiązanie wywodzące się z hal przemysłowych coraz częściej znajdujące zastosowanie w budynkach użyteczności publicznej. Własności dźwiękochłonne układu pionowo wiszących paneli zależą od ich powierzchni i gęstości rozmieszczenia, a także odległości od stropu. Podobnie jak w przypadku wolno wiszących, poziomo instalowanych paneli dźwiękochłonnych ich skuteczność słabnie wraz ze spadkiem częstotliwości.
Rys. 5 Panele ścienne z wełny szklanej grubości 40 mm montowane bezpośrednio na ścianie. Na wykresie podano wartości praktycznego współczynnika pochłaniania dźwięku αp
Dźwiękochłonne panele ścienne
Dźwiękochłonne panele ścienne mogą pokrywać całą powierzchnię ścian, od podłogi do sufitu, częściej jednak są instalowane tylko na ich fragmentach, tam gdzie są najskuteczniejsze. Ze względów użytkowych preferowane są stosunkowo cienkie panele, o grubości 4-5 cm. Jednak takie ustroje mają słabe własności dźwiękochłonne w niskich częstotliwościach (podobnie jak okładziny stropów). Dlatego bywają instalowane na dodatkowym ruszcie wypełnionym płytami z wełny szklanej o grubości 40-50 mm. Takie pogrubienie ustroju ściennego z 40 do 80-90 mm pozwala nawet na czterokrotne zwiększenie pochłaniania dźwięku w paśmie 125 Hz. Dobierając rozwiązania do konkretnych pomieszczeń, trzeba pamiętać o podanych charakterystykach i starać się szukać takich zestawień, które pozwolą uzyskać zbliżoną chłonność akustyczną we wszystkich pasmach częstotliwości.
mgr inż. arch. Mikołaj Jarosz
Ecophon
[1] PN-B-02151-04:2015-06 Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w budynkach. Część 4: Wymagania dotyczące warunków pogłosowych i zrozumiałości mowy w pomieszczeniach oraz wytyczne prowadzenia badań.
