W artykule przedstawiono zagadnienia związane z akustyką budowlaną.

Omówiono parametry charakteryzujące materiały stosowane w lekkiej obudowie hal pod względem ich właściwości dźwiękoizolacyjnych oraz dźwiękochłonnych.

Przedstawiono wymagania akustyczne obowiązujące w Polsce według polskich norm. Scharakteryzowano izolacyjność akustyczną elementów budowlanych przeznaczonych do wykonywania przegród zewnętrznych.

Zaprezentowano również „Katalog rozwiązań akustycznych“ DAFA i jego znaczenie dla przedsiębiorstw zajmujących się projektowaniem, modernizacją i remontami budynków.

1. PODSTAWOWE POJĘCIA Z AKUSTYKI

1.1 Dźwięk, fala akustyczna

Dźwięk jest to zjawisko fizyczne, polegające na drganiach mechanicznych ośrodka sprężystego działające na organ słuchu i inne zmysły oraz elementy organizmu człowieka, przy czym drgania te rozchodzą się w postaci fal.

Źródłem dźwięku mogą być struny głosowe człowieka, instrumenty muzyczne, praca maszyn, różnego rodzaju instalacje i urządzenia, przetworniki elektryczne (głośniki), środki transportu
i komunikacji.

Falą akustyczną nazywamy rozprzestrzeniające się zaburzenie w ośrodku sprężystym bez zmiany średniego położenia drgających cząstek (Rys. 1). W ośrodku sprężystym, w którym rozchodzi się fala akustyczna, można wydzielić takie obszary, w których drgania  są zgodne w fazie i które są w danej chwili jednakowo odległe od źródła. Wyznaczają one czoło fali. W zależności od kształtu czoła fali rozróżniamy:

• fale kuliste – czoło fali leży na powierzchni kuli współśrodkowej; w środku znajduje się punktowe źródło dźwięku,
• fale cylindryczne – czoło fali leży na powierzchni cylindra współosiowego; w osi znajduje się liniowe źródło dźwięku,
• fale płaskie – czoło leży na płaszczyźnie prostopadłej do kierunku rozchodzenia się dźwięku; źródłem fali płaskiej jest drgająca tłokowo powierzchnia.

Rys.1 Zmiany ciśnienia akustycznego podczas propagacji dźwięku

W zależności od ośrodka rozprzestrzeniania się fali akustycznej (dźwiękowej) dzielimy je na: powietrzne - rozprzestrzeniające się w powietrzu lub w innym gazie oraz materiałowe – rozprzestrzeniające się w ośrodku stałym lub ciekłym. Fale materiałowe mogą stać się źródłem fal powietrznych i odwrotnie. Z takimi przypadkami bardzo często mamy do czynienia w działaniach w zakresie ochrony przeciwdźwiękowej w budynkach. 

Dźwięk, który ze względu na charakter, miejsce i czas występowania, a także ze względu na swój poziom staje się elementem przeszkadzającym, uciążliwym a nawet szkodliwym, nazywamy hałasem. Z definicji tej wynika, że hałas jest pojęciem względnym. Dźwięk odczuwany przez jednego człowieka jako przyjemny, oczekiwany, użyteczny, może być odczuwany przez innego człowieka jako niepożądany hałas. Hałasami mogą być zarówno dźwięki wytwarzane przez urządzenia, maszyny, środki transportu i komunikacji jak też dźwięki wytwarzane przez człowieka podczas użytkowania pomieszczeń (tzw. hałas bytowy).

1.2.  Narząd słuchu i zasada jego działania

Jeśli chodzi o narząd słuchu, czyli ucho to jest on odpowiedzialny nie tylko za możliwość odbierania dźwięków z otaczającego nas świata, ale także odpowiada za utrzymywanie równowagi naszego ciała. Proces słyszenia to w ogólności odbieranie bodźców dźwiękowych, które dochodzą do ucha. Bodźce te są zamieniane przez odpowiednie komórki na informację, która jest transportowana przez innego rodzaju komórki do ośrodka słuchowego, który znajduje się w płacie skroniowym kory mózgowej. Dopiero w tym miejscu informacje te są przetwarzane na wrażenia słuchowe. Aby dokładniej zrozumieć działanie ucha warto przypomnieć sobie co to są dźwięki. Otóż są to zaburzenia powietrza - podłużne fale rozchodzące się w powietrzu, które wytwarzane są przez ciała drgające. W uchu znajdują się odpowiednie receptory słuchowe, które to reagują na takie zaburzenia, wytwarzając impulsy elektryczne. Impulsy te są następnie transportowane przez nerwy słuchowe do ośrodka nerwowego.

Rys.2 Budowa ucha ludzkiego

W uchu można wyróżnić zasadniczo trzy części: ucho zewnętrzne, ucho środkowe i ucho wewnętrzne.

Ucho zewnętrzne - jego zadaniem jest zbieranie fal dźwiękowych z otoczenia. Składa się z małżowiny usznej i przewodu słuchowego, który zamknięty jest błoną bębenkową. Fale akustyczne są zbierane przez małżowinę uszną i następnie kierowane do wnętrza ucha na błonę bębenkową.

Ucho środkowe - w jego skład wchodzi wiele elementów, takich jak jama bębenkowa, trąbka słuchowa, jama sutkowata, czy komórki sutkowate, oraz trzy małe kosteczki: młoteczek, który zrośnięty jest z błoną bębenkową, oraz kowadełko i strzemiączko połączone ze sobą stawem. Nazwy ich wynikają ze specyficznego ich wyglądu. Fale dźwiękowe padając na błonę bębenkową wywołują jej drgania, które są następnie odbierane i przenoszone przez te trzy kosteczki wymienione wyżej. Inną funkcją ucha środkowego jest także ochrona ucha wewnętrznego przed wpływem dźwięków o zbyt wysokim natężeniu, które mogłyby je uszkodzić.

Ucho wewnętrzne - jest to najważniejsza część narządu słuchu. Jego głównymi elementami są przedsionek, ślimak i kanały półkoliste - wszystkie te elementy wypełnione są specyficznym płynem. Ślimak zawdzięcza nazwę swojemu wyglądowi, jednak to w nim znajduje się najważniejszy element narządu słuchu - tzw. narząd Cortiego. Jest to struktura zawierająca receptory słuchowe - komórki rzęskowe. Tworzą one tzw. błonę podstawową. Energia związana z falą akustyczną jest transporto–wana od przedsionka poprzez kanały, aż do receptorów słuchowych, gdzie jest zamieniana na sygnał bioelektryczny, który z kolei za pomocą nerwów słuchowych jest transportowany do kory mózgowej, do ośrodka słuchowego. Tam w wyniku różnych reakcji chemicznych, takich jak analiza, czy synteza są one interpretowane jako wrażenia słuchowe.

1.3. Parametry opisujące dźwięk
Wielkościami charakterystycznymi fali dźwiękowej są: częstotliwość, długość oraz prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej.

Częstotliwość fali dźwiękowej f jest to liczba okresów drgań w ciągu 1 sekundy. Od częstotliwości zależy wysokość tonu. Im większa jest częstotliwość dźwięku tym większa jest jego wysokość.

Długość fali dźwiękowej  l  jest to odległość, jaką przebywa fala akustyczna w czasie jednego okresu drgań. Od długości fali akustycznej zależy charakter wielu zjawisk akustycznych np. ugięcie fali. Ze względu na częstotliwość i związaną z nią długość fali akustycznej dźwięki występujące w przyrodzie dzieli się na (patrz rys. 3):

• infradźwięki - dźwięki o częstotliwości od 1 Hz do 20 Hz i długości fali w powietrzu l > 17 m,
• dźwięki słyszalne o częstotliwości 20 do 20 000Hz i długości fali w powietrzu 1,7cm £  l £ 17 m
• ultradźwięki - dźwięki  o częstotliwości większej od 20000 Hz i długości l

Rys.3 Zakresy częstotliwości infa-, ultradźwięków oraz zakresu słyszalnego

Ciśnienie dźwięku w powietrzu nazywane ciśnieniem akustycznym p jest to różnica między chwilową wartością ciśnienia powstałego w danym punkcie pola pod działaniem fal akustycznych a wartością ciśnienia statycznego (atmosferycznego). Ciśnienia akustyczne wyraża się w paskalach (Pa). Zakres ciśnienia akustycznego dźwięków słyszalnych zawiera się w bardzo szerokim zakresie od 0.00002 Pa do 100 000 Pa,  dlatego zarówno ze względów praktycznych, jak i psychoakustycz–nych uznano za bardziej odpowiednie stosowanie poziomów ciśnienia akustycznego w dB.

Poziom ciśnienia akustycznego Lp, dB jest to względna miara ciśnienia akustycznego wyrażona wzorem, dB

gdzie:

p    -ciśnienie akustyczne, Pa

p0   -ciśnienie akustyczne odniesienia; p0 = 2 x 10-5 Pa

Przyjęte ciśnienie odniesienia odpowiada progowi słyszalności ucha ludzkiego dla dźwięków o częstotliwości 1000 Hz.

Zależność między ciśnieniem dźwięku a poziomem ciśnienia dźwięku przedstawiono na Rys. 4

Rys.4 Zależność między ciśnieniem dźwięku p a poziomem ciśnienia dźwięku Lp

Ucho ludzkie słyszy tylko dźwięki z określonego zakresu częstotliwości. Przez to nie usłyszymy dźwięków o częstotliwości mniejszej niż 16 Hz, oraz wyższej niż 20 kHz w przeciwieństwie do zwierząt. Jednak w przypadku górnej granicy to zmienia się ona wraz z wiekiem człowieka. Dziecko dokładnie słyszy dźwięki powyżej 15 kHz, jednak człowiek w podeszłym wieku może już ich w ogóle nie słyszeć. Najbardziej wrażliwe jest ucho na dźwięki z zakresu częstotliwości 2 kHz - 3 kHz. Jeśli chodzi o natężenie dźwięków o istnieje tak zwany prób bólu przy którym dźwięki o wyższym natężeniu będą już powodowały wrażenie bólu u człowieka. Próg ten wynosi 110 - 120 dB (Rys. 6). W przypadku gdy próg ten zostanie przekroczony o ponad 30 dB, może dojść do trwałego uszkodzenia słuchu.

Rys.6 Zależność poziomu ciśnienia akustycznego „Lp“ od częstotliwości

1.4. Sumowanie źródeł dźwieku

Prowadząc obliczenia dotyczące hałasu, należy pamiętać, że poziom ciśnienia akustycznego jest miarą logarytmiczną. Jeżeli umieścimy obok siebie dwa źródła hałasu, z których każde wytwarza hałas o poziomie ciśnienia akustycznego 80dB, to w wyniku sumowania powstanie hałas o poziomie 83dB, a nie 160dB! Obrazowo zasady sumowania poziomów dźwięku przedstawiono na Rys.7.

Rys.7 Sumowanie poziomów dźwięku -zasady