Akustyka w budownictwie Akustyka w budownictwie

Kompendium wiedzy
Interdyscyplinarna dziedzina nauki, jaką jest akustyka, nierozerwalnie wiąże się z budownictwem. Na etapie powstawania
budynku akustykę należy traktować jako branżę projektową,
która dzieli się na kilka głównych zagadnień: ochronę budynku i jego pomieszczeń przed hałasem i drganiami, kontrolę
emisji hałasu i drgań z budynku do otoczenia, akustykę wnętrz
▲ Model i wyniki symulacji akustycznej na
potrzeby prac projektowych dla Opery na
Zamku w Szczecinie – fot. P. Z. Kozłowski
dr inż. Piotr Z. Kozłowski
Politechnika Wrocławska
współautor:
mgr inż. Karolina Czajkowska-Kibler
i elektroakustykę.
Akustyka w obiektach
użyteczności publicznej
Obowiązek uwzględniania w procesie bu-
Izolacyjność akustyczna przegród w bu-
dowlanym zagadnień akustycznych wynika
dynkach oraz izolacyjność akustyczna
należy chronić przed drganiami i hałasem
w polskim prawie z:
elementów budowlanych. Wymagania
zewnętrznym (spoza budynku), drganiami
 ustawy z dn. 27.04.2001 r. – Prawo ochro-
P
N-B-02151-2:1987 Akustyka budowla-
i hałasem pochodzącymi od instalacji i urzą-
ny środowiska (Dz.U. z 2013 r. poz. 1232,
na. Ochrona przed hałasem pomieszczeń
dzeń stanowiących wyposażenie techniczne
z późn. zm.)
w budynkach – Dopuszczalne wartości
budynku, hałasem powietrznym i uderzenio-
poziomu dźwięku w pomieszczeniach
wym bytowym (z innych pomieszczeń bu-
 ustawy z dn. 7.07.1994 r. – Prawo budowlane (Dz.U. z 2010 r. Nr 243, poz. 1623,
z późn. zm.)
 rozporządzenia
Ministra
Infrastruktury
z dn. 12.04.2002 r. w sprawie warunków
technicznych, jakim powinny odpowiadać
P
N-B-02170:1985 Ocena szkodliwości
użyteczności publicznej i ich pomieszczenia
dynku) oraz hałasem pogłosowym.
drgań przekazywanych przez podłoże na
Przepisy prawne w zakresie akustyki sku-
budynki
piają się na bezpieczeństwie – ochronie
P
N-B-02171:1988 Ocena wpływu drgań
na ludzi w budynkach.
przed hałasem i drganiami – ze względu na
ich ewidentnie szkodliwy wpływ na zdrowie
budynki i ich usytuowanie (Dz.U. z 2002 r.
i samopoczucie ludzi oraz na konstrukcję
Rozporządzenie w sprawie warunków tech-
budynków.
 rozporządzenia Ministra Środowiska z dn.
nicznych, jakim powinny odpowiadać bu-
Długotrwała ekspozycja organizmu na nad-
14.06.2007 r. w sprawie dopuszczalnych
dynki i ich usytuowanie wskazuje, że budynki
mierny hałas skutkuje nie tylko osłabieniem
Nr 75, poz. 690, z późn. zm.)
poziomów hałasu w środowisku (Dz.U.
z 2014 r., poz. 112).
Dokumenty te mają w większości charakter
wymogów ogólnych skupiających się na
ochronie budynków i środowiska przed hałasem i drganiami.
Szczegółowe wymagania i wytyczne do
projektowania w szerszym zakresie branży
akustycznej zawierają normy. Dopóki nie
zostaną przywołane w ustawie lub rozporządzeniu, ich stosowanie jest jednakże
dobrowolne.
Do najistotniejszych norm obligatoryjnych,
z punktu widzenia projektowania akustycznego budynków, zaliczają się:
 PN-B-02151-3:1999 Akustyka budowlana.
Ochrona przed hałasem w budynkach –
▲ Wielka Sala Koncertowa NOSPR w Katowicach - zdjęcie z pomiarów akustycznych
– fot. P.Z. Kozłowski
edycja 2014
Akustyka w budownictwie
Vademecum
3
Kompendium wiedzy
Ochrona przed hałasem
i drganiami
słuchu. Wskutek narażenia na hałas o po-
Jednakże właściwości akustyczne wnętrz
ziomie uznanym za bezpieczny dla narządu
oraz parametry akustyczne systemów elek-
słuchu, może wystąpić wiele negatywnych
troakustycznych także oddziałują na sa-
skutków fizjologicznych, umysłowych i psy-
mopoczucie i stan zdrowia użytkowników
Projektowanie ochrony przeciwdźwiękowej
chicznych, m.in.:
budynków. Zła zrozumiałość mowy w po-
budynków jest zasadniczym powodem do
 r eakcja stresowa organizmu
mieszczeniach do pracy i nauki, brak przy-
pojawienia się w zespole projektowym spe-
p
obudzenie układu nerwowego (a po-
stosowania sal kinowych do odtwarzania
cjalisty ds. akustyki. Punktem wyjścia jest
przez niego oddziaływanie na inne narzą-
mowy i muzyki czy niezapewnienie choćby
identyfikacja potencjalnych źródeł i dróg
dy i ogólny stan zdrowia, np. podwyższe-
podstawowego
propagacji hałasu i drgań.
nie ciśnienia krwi)
w obiektach sportowych i handlowych,
Możliwe drogi propagacji hałasu zewnętrz-
o
słabienie motywacji
znacząco
nego do budynku oraz hałasu wewnętrzne-
d
yskomfort i rozdrażnienie
pomieszczeń.
go pomiędzy pomieszczeniami przedstawia
w
pływ na zachowania społeczne i zdro-
W ostatnich latach można zaobserwo-
rysunek nr 1.
wie psychiczne.
komfortu
obniżają
akustycznego
jakość
użytkowania
wać w zakresie problemów akustycznych
Przy połączonym oddziaływaniu hałasu
wzrost świadomości inwestorów, użytkow-
Zasadniczy mechanizm izolowania prze-
i wibracji (którego źródłem może być ruch
ników, projektantów i wykonawców obiek-
ciwdźwiękowego poszczególnych pomiesz-
pojazdów ciężkich) następuje nawarstwie-
tów budowlanych oraz ustawodawców –
czeń wynika z prawa masy, które wskazuje,
nie niekorzystnych efektów. Wówczas na-
przejawiający się choćby umieszczeniem
że izolacyjność akustyczna przegrody bu-
wet poziom równoważny dźwięku A wyno-
w rozporządzeniu w sprawie dopuszczal-
dowlanej rośnie wraz z jej masą. Stąd biorą
szący 70 dB może, wskutek długotrwałej
nych poziomów hałasu w środowisku za-
się standardowe problemy z hałasem prze-
ekspozycji, wywołać niewielkie upośledze-
pisu dotyczącego konieczności ochrony
chodzącym między pomieszczeniami, które
nia słuchu.
pomieszczeń przed hałasem pogłoso-
rozdzielone są przegrodami z materiałów
Z braku wymogów prawnych, projektowa-
wym (powstającym w wyniku odbić fal
lekkich. Niejednokrotnie jednak z uwagi na
nie budynków w zakresie akustyki wnętrz
dźwiękowych od przegród ograniczają-
uwarunkowania konstrukcyjne nie możemy
i systemów elektroakustycznych opiera się
cych pomieszczenie). Zapis ten stanowi
sobie pozwolić na bardzo masywne prze-
aktualnie na zasadach wiedzy technicz-
istotny krok ku określeniu wymagań dla
grody. W takich sytuacjach korzysta się
nej (z wyjątkiem dźwiękowych systemów
parametrów akustycznych wnętrz, które
z lekkich przegród warstwowych wykorzy-
ostrzegawczych, których wymóg stosowa-
wcześniej nie podlegały w Polsce żad-
stujących nieco inne mechanizmy wpływa-
nia w określonych kategoriach budynków
nym regulacjom prawnym. W przyszłości
jące na wypadkową izolacyjność przegrody.
jako elementu ochrony przeciwpożarowej
wyżej wymienione rozporządzenie praw-
Izolacyjność akustyczna takich przegród wy-
został zawarty w rozporządzeniu Ministra
dopodobnie przywoła do obligatoryjnego
nika m.in. z wielowarstwowości, zachowania
Spraw Wewnętrznych i Administracji z dn.
stosowania normę PN-B-02151-4 (Akusty-
odpowiednich proporcji pomiędzy grubo-
7.06.2010 r. w sprawie ochrony przeciw-
ka budowlana. Ochrona przed hałasem
ściami warstw płyt i pustek powietrznych
pożarowej budynków, innych obiektów bu-
w budynkach.
dotyczące
wypełnionych materiałem pochłaniającym
dowlanych i terenów, Dz.U. z 2010 r. Nr 109
czasu pogłosu), która zostanie wkrótce
oraz odpowiedniego dobrania konstrukcji
poz. 719).
opublikowana.
nośnych poszczególnych warstw.
Wymagania
◄ Rys. 1. Drogi przedostawania
się hałasu zewnętrznego do pomieszczenia w budynku i hałasu
wewnętrznego pomiędzy pomieszczeniami budynku
4
Vademecum
Akustyka w budownictwie
edycja 2014
Kompendium wiedzy
Izolacyjność samej przegrody oddzielającej dwa pomieszczenia ma ograniczony wpływ na całkowitą izolacyjność akustyczną pomiędzy tymi pomieszczeniami.
Dzieje się tak głównie z uwagi na zjawisko
przenikania bocznego, które powoduje, że
hałas generowany w jednym pomieszczeniu jest transmitowany do sąsiadujących
z nim pomieszczeń poprzez wszystkie
przegrody stykające się z przegrodami
ograniczającymi to pomieszczenie. Przekazywanie energii pomiędzy powiązanymi
stropami i ścianami jest na tyle skuteczne,
że transmisja hałasu odbywa się nie tylko
w przypadku pomieszczeń bezpośrednio
ze sobą sąsiadujących.
Zagadnienia ochrony przeciwdźwiękowej
wpływają na projektowanie i realizację in-
▲ Orlen Arena w Płocku - zdjęcie z pomiarów akustycznych – fot. P.Z. Kozłowski
stalacji budynku. Często zapominanym
elementem jest pośrednia transmisja ha-
gólne elementy budowlane – np. stolarka
procesu projektowego i budowlanego.
łasu pomiędzy pomieszczeniami. Efektem
okienna w celu weryfikacji zgodności para-
Projektowanie w tym zakresie rozpoczyna
standardowego błędu projektowego jest
metrów akustycznych z projektem.
się na etapie koncepcyjnym od określenia
transmitowanie hałasu pomiędzy dobrze
Pomiary powykonawcze pozwalają stwier-
kubatur pomieszczeń i ukształtowania ich
odizolowanymi
pomiesz-
dzić osiągnięcie zamierzonych parametrów
geometrii. Precyzyjne kształtowanie wła-
czeniami poprzez kanały wentylacyjne.
(parametrów izolacyjności akustycznej od
ściwości akustycznych wnętrza realizuje
Również niedostateczna izolacyjność aku-
dźwięków powietrznych i uderzeniowych
się na kolejnych etapach projektowania
styczna drzwi prowadzących z poszcze-
czy poziomu dźwięku w pomieszczeniach)
poprzez rozplanowanie przestrzenne ob-
gólnych pomieszczeń na wspólny korytarz
i zgodność wykonania z projektem.
szarów
konstrukcyjnie
funkcjonalnych
pomieszczenia,
dobór struktury przegród otaczających
może spowodować, że dźwięki pomiędzy
Kontrola emisji hałasu
do otoczenia
pomieszczenie i ich wykończenia, dobór
dzy pomieszczeniami są wszelkie nieszczel-
W przypadku obiektów użyteczności pu-
Z punktu widzenia akustyki operujemy
ności przegród – niedostatecznie uszczel-
blicznej głównym źródłem hałasu emitowa-
zasadniczo trzema rodzajami materiałów,
nione otwory do prowadzenia instalacji czy
nego do otoczenia są systemy wentylacyjne
zapewniającymi pochłanianie, odbijanie
szczeliny pod drzwiami.
i klimatyzacyjne.
lub rozpraszanie fali akustycznej. Nie ma
Objęcie projektowaniem akustycznym kon-
tu jednak sztywnego podziału – ten sam
W ramach projektowania ochrony przed
troli emisji hałasu może potencjalnie przy-
materiał może odbijać fale akustyczne
hałasem i drganiami wykonuje się szereg
nieść duże oszczędności finansowe wzglę-
w pewnym zakresie częstotliwości, pod-
różnorodnych pomiarów akustycznych.
dem konieczności ograniczenia nadmiernej
czas gdy w innym zakresie ma właściwości
Pomiary wstępne pozwalają określić założe-
emisji hałasu w już istniejącym budynku.
pochłaniające. Z uwagi na dużą rozpiętość
nia projektowe, np. rozwiązania konstrukcyj-
W ramach projektowania w tym zakresie
długości fal akustycznych nie istnieją uni-
ne budynku w zależności od poziomu drgań
tworzy się model przestrzeni urbanistycznej,
wersalne materiały działające jednakowo
gruntu w lokalizacji posadowienia budynku
umieszcza w nim modele źródeł akustycz-
dla pełnego pasma akustycznego. Obok
lub poziom hałasu w otoczeniu budynku.
nych projektowanego budynku i symuluje
wyboru materiału, na właściwości aku-
Takie pomiary są też istotne dla skalibrowa-
sytuację docelową. W przypadku przekro-
styczne danej okładziny ma wpływ sposób
nia akustycznego modelu obliczeniowego,
czenia dopuszczalnych poziomów hałasu
jej obróbki i montażu – odpowiednie perfo-
wykorzystywanego do prognozowania na-
pochodzącego z projektowanego budynku
rowanie powierzchni czy tworzenie pustych
rażenia elewacji projektowanego budynku
optymalizuje się lokalizacje istotnych źródeł
przestrzeni za okładziną.
na hałas.
akustycznych i dobiera zabezpieczenia prze-
Pomiary kontrolne jeszcze w czasie trwa-
ciwhałasowe, np. obudowy akustyczne.
pomieszczeniami będą przedostawać się
za pośrednictwem takiego korytarza.
Istotną drogą przechodzenia hałasu pomię-
i rozmieszczenie adaptacji akustycznej
oraz elementów wyposażenia.
Choć w kształtowaniu parametrów akustycznych wnętrz, szczególnie tych o pod-
nia budowy dają szansę na wprowadzenie
Akustyka wnętrz
wyższonych wymaganiach akustycznych jak
mentów budowlanych. Takim pomiarom
Docelowe parametry akustyczne wnętrza
stosuje się często rozwiązania dedykowa-
mogą również zostać poddane poszcze-
są wypadkową prac na wszystkich etapach
ne danemu pomieszczeniu (projektowane
ewentualnych zmian do zastosowanych
rozwiązań lub poprawienie wykonania ele-
edycja 2014
sale teatralne, widowiskowe czy audytoria,
Akustyka w budownictwie
Vademecum
5
Kompendium wiedzy
indywidualnie specjalistyczne ustroje akustyczne), podkreślić należy, że adaptacja
akustyczna to nie tylko używanie materiałów mających w swojej nazwie słowo
„akustyczny”. Akustykę wnętrza kształtują
wszystkie materiały znajdujące się w pomieszczeniu, a kreuje się ją przede wszystkim stosując klasyczne materiały budowlane i wykończeniowe.
Docelowe
parametry
akustyczne
po-
mieszczenia ustala się w zależności od
jego przeznaczenia – należy ustalić, czy
pomieszczenie jest przeznaczone do pracy i nauki, odbioru mowy czy muzyki, czy
przewidziano w nim zastosowanie systemu
elektroakustycznego.
Spektrum
parametrów
▲ Hala Widowiskowo-Sportowa w Kątach Wrocławskich - zdjęcie z pomiarów akustycznych
– fot. P.Z. Kozłowski
akustycznych,
n
agłośnieniowe – we wszelkiego rodzaju
których wartości określa się w projekcie
prowadzenia strojenia akustyki wnętrza,
i których osiągnięcie można weryfikować
czyli doboru ostatecznej konfiguracji ada-
pomieszczeniach
pomiarowo i/lub obliczeniowo, jest szero-
ptacji akustycznej.
dytoryjnych, konferencyjnych, kinowych,
ce w pomieszczeniu jest czas pogłosu
Systemy elektroakustyczne
odtwarzanie muzyki, mowy czy chociażby efektów dźwiękowych towarzyszących
(czy też w funkcji częstotliwości – charak-
Dziedzina akustyki obejmuje również sys-
terystyka czasu pogłosu). Tym parametrem
temy elektroakustyczne. W obiektach uży-
 telekomunikacyjne – w tym interkomowe
posługują się nawet najprostsze projekty
teczności publicznej realizuje się przede
 r ozgłoszeniowe – w tym DSO (dźwiękowe
akustyki wnętrz opracowywane dla po-
wszystkim systemy:
mowie/muzyce naturalnej
systemy ostrzegawcze).
mieszczeń, w których satysfakcjonujące
jest osiągnięcie zaledwie elementarnego
komfortu akustycznego.
Inne parametry, którymi posługuje się projektant akustyki w projektowaniu i ocenie właściwości pomieszczenia, to m.in.:
wskaźnik transmisji mowy (STI, STIPA, RASTI), wartość zrozumiałości według CIS,
czas wczesnego zaniku EDT, ITDG (opóźnienie pierwszego odbicia), siła dźwięku
G, wskaźnik udziału energii bocznej LEF,
wskaźniki przejrzystości C80 lub C50 i wyra-
zistości D50.
Wiele parametrów akustycznych pomieszczenia (w tym czas pogłosu) można określić na postawie pomiarów odpowiedzi impulsowej pomieszczenia.
Na potrzeby kreowania akustyki wnętrz
badania akustyczne wykonuje się nie tylko w celu weryfikacji parametrów wnętrza
w ramach prowadzenia nadzoru akustycznego. Realizuje się je również na innych
etapach procesu projektowo-budowlanego, np. przed rozpoczęciem prac projektowych dotyczących modernizacji istniejącego obiektu lub na zaawansowanym etapie
wykończenia pomieszczenia – w celu prze-
6
au-
w których planuje się elektroakustyczne
kie. Jednym z najważniejszych parametrów
określającym warunki akustyczne panują-
widowiskowych,
Vademecum
Akustyka w budownictwie
▲ Filharmonia Szczecińska - zdjęcie z pomiarów akustycznych z publicznością
– fot. P.Z. Kozłowski
edycja 2014
Kompendium wiedzy
Rys. 2. ►
Model pojęciowy systemu
elektroakustycznego
Rysunek nr 2 przedstawia model pojęciowy
Podczas gdy projekt akustyki budowlanej
sam system został dobrze zaprojektowa-
systemu elektroakustycznego.
jest często częścią projektów architektu-
ny. W przypadku kompleksowych, z punk-
Coraz więcej obiektów jest na stałe wypo-
ry, konstrukcji i instalacji, projekt systemu
tu widzenia akustyki, projektów do symu-
sażanych w pomieszczenia studyjne oraz
elektroakustycznego stanowi samodzielny
lacji komputerowych nagłośnienia, można
systemy umożliwiające rejestrację wielośla-
dokument branżowy.
wykorzystać te same modele akustyczne,
dową imprez.
Projekt systemu elektroakustycznego obej-
które powstają w ramach projektu akusty-
Systemy elektroakustyczne często funkcjo-
muje następujące elementy:
ki wnętrz.
nują w połączeniu z systemami prezentacji
o
kreślenie wymagań funkcjonalnych, ja-
obrazu, łącznie stanowiąc systemy audiowizualne lub multimedialne.
kościowych i strukturalnych systemu
Osiągnięcie założonych parametrów sys-
d
obór i rozmieszczenie zestawów i urzą-
temu elektroakustycznego weryfikuje się
dzeń głośnikowych – często w oparciu
na podstawie pomiarów akustycznych,
o symulacje komputerowe z wykorzy-
które można podzielić na pomiary na-
staniem trójwymiarowego modelu aku-
głośnienia (poziomu dźwięku, poziomu
stycznego
ciśnienia akustycznego, widma, równo-
o
pracowanie schematów blokowych ob-
mierności pokrycia, zrozumiałości mowy)
razujących wszystkie połączenia pomię-
oraz pomiary samej instalacji elektroaku-
dzy przyłączami sygnałowymi, szafami
stycznej (symetrii połączeń, tłumienności,
sprzętowymi i urządzeniami
skuteczności izolacji).
 r ozmieszczenia urządzeń, tras kablowych,
przyłączy
sprzętowych
sygnałowych,
pokazane
na
Pomiary są wykorzystywane także w pro-
szaf
cesie strojenia systemów nagłośnienia,
rzutach
czyli optymalizowania ustawień parametrów
i przekrojach architektonicznych
w
ytyczne do zasilania elektrycznego sys-
procesorów głośnikowych, wzmacniaczy,
zestawów głośnikowych pod kątem danego
temów lub pełny projekt zasilania elek-
wnętrza lub przestrzeni.
trycznego
Projektowanie akustyczne obejmuje nie
s
zczegółowy opis projektowy zawierający
tylko specjalistyczne, drogie rozwiązania
zasadę działania systemu, wykaz urzą-
dedykowane obiektom widowiskowym, ale
dzeń, linii kablowych itp.
głównie proste do zastosowania wytyczne
w zakresie architektury, konstrukcji i insta-
Na jakość sygnału akustycznego pocho-
lacji niegenerujące znaczących kosztów,
dzącego z systemu elektroakustyczne-
będące niuansami na wczesnym etapie
go w danym pomieszczeniu mają wpływ
projektowym, natomiast niemożliwe lub
parametry akustyki wnętrza. Te dwa za-
drogie przy próbie zastosowania w już ist-
gadnienia projektowe wiążą się ze sobą
niejących budynkach.
ściśle. Na przykład duża pogłosowość
pomieszczenia może znacząco pogarszać
zrozumiałość
mowy
nadawanej
z systemu elektroakustycznego, mimo że
edycja 2014
Akustyka w budownictwie
Vademecum
7