Akustyka w aspekcie komfortu wewnętrznego

W pomieszczeniach klimatyzowanych najczęstszym źródłem hałasu (rys. 1) są zwykle, obok urządzeń związanych z normalnym eksploatowaniem pomieszczeń (drukarki, komputery, kserokopiarki itp.), podstawowe ruchome elementy systemów klimatyzacji.

Wymagania akustyczne stawiane instalacjom wentylacyjnym określane są zwykle za pomocą wartości dopuszczalnego poziomu dźwięku w pomieszczeniach, podawanej w dB(A) (tab. 1).

Poziom dźwięku to ważony filtrem A poziom ciśnienia akustycznego będący obiektywnym pomiarowym przybliżeniem odczuwalnego dla ludzkiego ucha poziomu głośności. W Polsce dopuszczalne wartości poziomu dźwięku w dB(A) podane zostały w normie PN-B-02151-02:1987 [1].

Ocena i pomiar hałasu

W celu dokonania oceny uciążliwości hałasu powodowanego przez instalacje należy porównać poziom ciśnienia akustycznego w dB w poszczególnych pasmach oktawowych z odpowiednimi krzywymi granicznymi NR lub ważony poziom ciśnienia akustycznego w dB(A) z wartością dopuszczalną.

Do analizy akustycznej wykorzystuje się poziom mocy akustycznej, który jest wartością charakteryzującą źródło hałasu pod względem akustycznym. Nie zależy on od odległości od źródła dźwięku oraz od rodzaju pomieszczenia – jest wartością absolutną. Ucho ludzkie odbiera wartość ciśnienia akustycznego, która jest zależna od odległości od źródła dźwięku i rodzaju pomieszczenia. Wartości podawane w danych technicznych urządzeń określają tylko przybliżoną wartość tego ciśnienia.

Mocą akustyczną nazywamy ilość energii wysyłanej przez źródło dźwięku w jednostce czasu [W]. Moc akustyczna różnych źródeł bardzo znacznie różni się wartościami, dlatego posługiwanie się tym pojęciem jest niepraktyczne. Z tych względów w akustyce stosuje się bezwymiarową skalę logarytmiczną określoną wzorem:

gdzie:

L_W – poziom mocy akustycznej [dBA],

W – moc akustyczna źródła dźwięku [W],

W₀ – moc akustyczna źródła odniesienia równa 10–12 W.

Poziom ciśnienia akustycznego jest to bezwymiarowa wielkość przedstawiona w skali logarytmicznej, opisująca stosunek średniego kwadratu ciśnienia akustycznego do tzw. ciśnienia odniesienia. Poziom ciśnienia akustycznego zdefiniowany jest wzorem:

gdzie:

L_P – poziom ciśnienia akustycznego [dBA],

p – ciśnienie akustyczne w punkcie pomiarowym [Pa],

p₀ – wartość ciśnienia odniesienia równa Pa.

Analogia do termodynamiki

Dla lepszego zrozumienia podstaw akustyki możliwe jest porównanie fizycznych zależności świata akustyki do termodynamiki pomieszczenia (rys. 2). Analogia dotyczy źródła hałasu oraz źródła ciepła w pomieszczeniu.

Moc akustyczna źródła ciepła porównywana jest do mocy cieplnej źródła ciepła. Poziom ciśnienia akustycznego w pomieszczeniu, który rejestruje mikrofon lub ludzkie ucho, porównywany jest w tym wypadku z temperaturą w pomieszczeniu, którą mierzy odpowiedni termometr, ewentualnie człowiek.

Tak jak termometr nie mierzy bezpośrednio mocy grzewczej, tak i mikrofon nie mierzy mocy akustycznej. Temperatura w pomieszczeniu zmienia się wraz z odległością od źródła ciepła, odległością od ścian oraz ich rodzajem. Tak samo ciśnienie akustyczne zależne jest od odległości od źródła hałasu i właściwości absorpcyjnych przegród. Z tego powodu poziom mocy akustycznej powinien być podstawą oceny akustycznej źródła hałasu.

Akustyka w praktyce

Projektanci znający podstawy akustyki mogą z powodzeniem zaprojektować instalację wentylacyjną lub klimatyzacyjną w niewielkich obiektach lub takich, w których akustyka nie jest najważniejsza. Są w stanie dobrać instalację tak, by hałas nie przekroczył wartości normatywnej.

Natomiast obiekty takie jak sale koncertowe, duże sale widowiskowe czy teatry wymagają dodatkowo badań modelowych i ogromnego doświadczenia zawodowego. Interakcje pomiędzy instalacją wentylacyjną a środowiskiem wewnętrznym są skomplikowane i wymagają dogłębnej analizy i praktyki.

W praktyce często mylone są dwa pojęcia: izolacji akustycznej oraz tłumika akustycznego. Izolacja akustyczna to struktura mająca na celu zapobieżenie niepożądanemu przenikaniu dźwięków poprzez odgrodzenie chronionej przestrzeni od źródła hałasu. Z kolei tłumik (absorber) akustyczny to element pochłaniający dźwięk. Wykonany jest najczęściej z porowatego materiału, w którym następuje zamiana energii akustycznej w cieplną.

Chłonność akustyczna poszczególnych pomieszczeń może być bardzo różna i zależy zarówno od współczynników pochłaniania dźwięku przez przegrody, jak i od: kierunku promieniowania dźwięku w stosunku do ludzkiego ucha, sposobu przenoszenia dźwięku przez system przewodów wentylacyjnych, miejsca zamontowania nawiewników i wywiewników oraz poziomu mocy akustycznej wytwarzanej przez źródła hałasu.

W zamkniętych pomieszczeniach dźwięk ulega jednorazowemu lub wielokrotnemu odbiciu od ścian. Czystość i barwa dźwięku zależą od wielkości i kształtu pomieszczenia oraz stopnia pochłaniania dźwięku przez przegrody. Silne odbijanie dźwięku prowadzi do dłuższego pogłosu, a nawet występowania echa, natomiast przy małym pochłanianiu uzyskuje się krótki pogłos i niewielki poziom głośności. Z tego powodu pogłos również stanowi kryterium oceny akustycznej pomieszczenia.

Walka z hałasem jest oczywiście najskuteczniejsza, jeśli polega na eliminowaniu czy redukcji jego źródła. W tym celu stosuje się:

• nowoczesne silniki o cichobieżnych łopatkach,
• izolatory drgań, np. pod agregatem wody lodowej (fot. 1),
• gumowe izolatory w elementach montażowych, np. w systemach zawiesi przewodów wentylacyjnych czy stopkach montażowych grzejników (fot. 1),
• obudowy pochłaniające fale akustyczne ze źródła hałasu.

Jednak odpowiednia redukcja źródła hałasu nie zawsze jest możliwa. W systemie stosuje się wówczas tłumiki akustyczne. Ich umiejscowienie powinno być optymalnie dostosowane do pomieszczeń użytkowych, jak najbliżej źródła hałasu.

W celu redukcji hałasu w pomieszczeniu zaleca się również zwiększenie chłonności akustycznej wnętrza poprzez użycie materiałów dźwiękochłonnych, głównie w postaci sufitów podwieszanych lub wolnowiszących ekranów.

Elementy tłumienia hałasu w instalacjach wentylacyjnych przestawiona rysunek 3.

Podsumowanie

Zagadnienia akustyczne oraz walka z hałasem zaczynają w coraz większym stopniu decydować o innowacyjności i jakości oferowanych urządzeń oraz o jakości, czyli komforcie przebywania ludzi w pomieszczeniach.

Zależności pomiędzy źródłem dźwięku, pomieszczeniem a uchem ludzkim są bardzo skomplikowane, dlatego w przypadku takich obiektów jak sale widowiskowe czy teatry poprawne działanie instalacji wentylacyjnych i klimatyzacyjnych wymaga od projektanta dużego doświadczenia.

Literatura

1. PN-B-02151-02:1987 Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem pomieszczeń w budynkach. Dopuszczalne wartości poziomu dźwięku w pomieszczeniach.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!