Jak poprawić izolacyjność akustyczną ściany dzielącej sale nauki muzyki?

Kryterium izolacyjności akustycznej między salami lekcyjnymi w szkołach wynosi R’_A1 = 45 dB [1]. Jest ono jednak niewystarczające dla sal muzycznych. W instrukcji ITB [2] zaproponowano kryterium izolacyjności akustycznej ściany międzymieszkaniowej wynoszące R’_W = 57 dB w wypadku budynków, w których głównym źródłem dźwięku są instrumenty muzyczne.

Badana w pracy przegroda pionowa, zbudowana z cegły dziurawki o gr. 30 cm w pomiarach przed adaptacją wykazywała izolacyjność akustyczną R’_W = 52 dB.

Adaptacja akustyczna

Izolacyjność akustyczną ściany poprawiono w sali nauki gry na fortepianie w budynku Wydziału Artystycznego na Uniwersytecie Zielonogórskim. W pomieszczeniu tym odbywały się również próby zespołów jazzowych oraz sekcji dętych.

Celem adaptacji było zwiększenie izolacyjności akustycznej między sąsiadującymi salami i stworzenie „akustycznie odizolowanego” pomieszczenia, w którym w przyszłości mogłyby odbywać się próby lub zajęcia z głośniejszymi instrumentami, nieprzeszkadzające w prowadzeniu zajęć lub ćwiczeń w sąsiednich salach.

Za pomocą programów obliczono przewidywaną izolacyjność akustyczną między salami 108 i 111 przed adaptacją i po adaptacji akustycznej. Wyniki obliczeń przedstawiono na rys. 2.

Według obliczeń przewidywano poprawę izolacyjności akustycznej we wszystkich pasmach częstotliwościowych średnio o 7,6 dB. Przewidywane jednoliczbowe wskaźniki izolacyjności akustycznej obliczone zgodnie z normą PN-EN ISO 717-1:1999 [3] to:

•  przed adaptacją: R’_W (C; C_tr) [dB] = 50 (–2;–6),
• po adaptacji: R’_W (C; C_tr) [dB] = 57 (–1;–6).

Metodologia pomiarowa

Pomiary wykonano zgodnie z metodologią opisaną w normie PN­‑EN ISO 140-4:2000 [4]. Użyto dwóch źródeł dźwięku w postaci aktywnych zestawów głośnikowych. Gotowy plik dźwiękowy (WAV) szumu białego odtwarzano z laptopa.

Pomiary wykonano za pomocą dwóch analizatorów dźwięku. Wykorzystano technikę stałych punktów pomiarowych.

Norma PN-EN ISO 140-4:2000 [4] wymaga zastosowania co najmniej pięciu punktów pomiarowych przy wykorzystaniu dwóch źródeł dźwięku. Aby zwiększyć dokładność pomiaru, użyto ośmiu punktów pomiarowych, zarówno w pomieszczeniu nadawczym, jak i odbiorczym.

Poziomy dźwięku ze wszystkich punktów uśredniano logarytmicznie. Ponadto wykonano osobno pomiary dla dwóch różnych ustawień źródeł dźwięku:

1. głośników ustawionych ok. 1 m od ściany zewnętrznej budynku, zwróconych na tę ścianę (test 1),

2. głośników ustawionych na środku pomieszczenia, tyłem do siebie; oś głośników była równoległa do powierzchni testowanej przegrody (test 2).

Przy obydwu ustawieniach głośników unikano padania fali bezpośredniej na testowaną przegrodę. Kolejność wykonywania pomiarów była następująca:

• pomiar poziomu dźwięku w pomieszczeniu nadawczym (8 punktów pomiarowych) przy włączonym dźwięku,
• pomiar poziomu dźwięku w pomieszczeniu odbiorczym (8 punktów pomiarowych) przy włączonym dźwięku,
• pomiar poziomu dźwięku w pomieszczeniu odbiorczym (8 punktów pomiarowych) przy wyłączonym dźwięku (tło akustyczne),
• pomiar czasu pogłosu w pomieszczeniu odbiorczym (6 punktów pomiarowych).

Wszystkie pomiary wykonano w pasmach tercjowych.

Analiza wyników pomiarów

Do wyznaczania jednoliczbowych ważonych wskaźników izolacyjności akustycznej użyto wskaźników adaptacyjnych C oraz C_tr, zgodnie z wymaganiami normy PN-EN ISO 717-1:1999 [3]. Zastosowano również autorskie wskaźniki: C_A oraz C_B [5], uwzględniające widma dźwięku instrumentów muzycznych.

Wskaźnikowi C_A przypisane są instrumenty o mniejszej zawartości niskich częstotliwości, takie jak instrumenty dęte, większość instrumentów perkusyjnych, śpiew, skrzypce. Za pomocą wskaźnika C_B uwzględniane są instrumenty muzyczne o większej zawartości niskich częstotliwości, takie jak kontrabas, wiolonczela, gitara basowa.

Wyniki pomiarów i oceny izolacyjności akustycznej przed adaptacją i po adaptacji akustycznej przedstawiono w tabeli.

Wykres na rys. 3. przedstawia rezultat adaptacji akustycznej w postaci zwiększenia różnicy poziomów dźwięku w zakresie częstotliwości od 100 Hz do 3,15 kHz.

Z danych przedstawionych na rys. 3 wynika, że po wykonaniu adaptacji izolacyjność akustyczna poprawiła się średnio o 7–9 dB. Poprawa izolacyjności akustycznej jest równomierna w zakresie częstotliwości od 250 Hz.

Zauważalna jest również różnica w wynikach przy różnym ustawieniu zestawów głośnikowych (test 1 – głośniki w pozycji 1, test 2 – głośniki w pozycji 2).

Przy różnym ustawieniu źródła dźwięku pobudzane są różne mody drgań w pomieszczeniu o kształcie prostopadłościennym, co może znacznie wpływać na izolacyjność akustyczną, szczególnie w niskim zakresie częstotliwości. Widoczne jest to np. w paśmie 160 Hz.

Różnica w wysokim paśmie częstotliwości między różnymi ustawieniami jest prawdopodobnie związana ze zwróceniem jednego z głośników w stronę drzwi. Drzwi w obydwu salach były niewysokiej jakości i miały słabą izolacyjność akustyczną.

Były jednak zainstalowane na ścianach przeciwległych do ściany działowej, więc ich negatywny wpływ na izolacyjność akustyczną był zminimalizowany.

Po pomiarach i oszacowaniu izolacyjności akustycznej zgodnie z normą PN-EN ISO 717-1:1999 [3] wykonano symulację przenikania dźwięków zakłócających z zaadaptowanej sali. Na rys. 4 przedstawiono przewidywane poziomy dźwięku w pomieszczeniu odbiorczym, w czasie gdy w pomieszczeniu nadawczym (zaadaptowanej sali fortepianu) grają różne instrumenty muzyczne lub odbywają się lekcje/próby śpiewu.

Obliczenia te wykonano na podstawie zmierzonych wartości izolacyjności akustycznej oraz dzięki bazie danych średnich poziomów dźwięku oraz widm instrumentów muzycznych, zebranych podczas wcześniej przeprowadzonych badań naukowych [6].

Poziom zakłócającego dźwięku ze wszystkich instrumentów oraz śpiewu zmniejszył się średnio o 8,5 dB. Redukcja zakłócających poziomów dźwięku jest więc większa niż przewidywano.

Należy też zauważyć, że redukcja poziomu dźwięku jest prawie taka sama w odniesieniu do różnych instrumentów muzycznych, mimo że dominujące częstotliwości różnią się znacznie w wypadku poszczególnych instrumentów. Jest to związane z tym, że uzyskano równomierną poprawę izolacyjności akustycznej w szerokim zakresie częstotliwości, co widać na rys. 3.

Wnioski

Dzięki adaptacji akustycznej uzyskano dużą poprawę izolacyjności akustycznej w zakresie częstotliwości od 100 Hz do 3150 Hz. Zadowalająca poprawa została uzyskana dzięki dobrej separacji paneli ściennych od ściany murowanej i wytłumieniu powstałej pustki wełną mineralną, a także dzięki dobremu uszczelnieniu wszystkich łączeń.

W wyniku poprawy izolacyjności akustycznej między dwiema salami muzycznymi zmniejszył się poziom dźwięków zakłócających od instrumentów muzycznych i śpiewu.

Wśród różnych norm i publikacji podaje się poziom tła akustycznego 30–35 dB (A) jako górną granicę, przy której można skoncentrować się lub rozmawiać bez zakłóceń [7–9].

Na rys. 4 widać, że przed adaptacją dźwięk zakłócający z większości instrumentów osiągał poziom ponad 35 dB (A) (z wyjątkiem śpiewu i kontrabasu), natomiast po wykonaniu adaptacji akustycznej jedynie poziomy dźwięku gitary basowej (która jest instrumentem wzmacnianym elektroakustycznie) oraz kotłów (instrumentów perkusyjnych) pozostały powyżej 35 dB (A).

Gitara basowa oraz kotły mają dużą zawartość niskich częstotliwości. Wskaźnik C_B, któremu przypisane są nisko brzmiące instrumenty, jest dużo wyższy od wskaźnika C_A, nawet po wykonaniu adaptacji akustycznej (tabela).

Pomimo równomiernej poprawy izolacyjności w różnych częstotliwościach nie udało się poprawić izolacyjności w najniższym zakresie, tak by dostatecznie zmniejszyć przenikanie dźwięku z instrumentów muzycznych o dużej zawartości niskich częstotliwości.

Na podstawie przedstawionych danych można uznać, że w zaadaptowanej sali mogą odbywać się lekcje i próby śpiewu, gry na fortepianie i innych instrumentach strunowych oraz na instrumentach dętych, bez zakłócania przebiegu lekcji odbywających się w sąsiednich salach.

Literatura

1. PN-87/B-02151/03, „Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem pomieszczeń w budynkach. Izolacyjność akustyczna przegród w budynkach oraz izolacyjność akustyczna elementów budowlanych. Wymagania”.
2. B. Szudrowicz, „Podstawy kształtowania izolacyjności akustycznej pomieszczeń w budynkach mieszkalnych”, ITB, Warszawa 1992.
3. PN-EN ISO 717-1:1999, „Akustyka budowlana. Ocena izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych. Izolacyjność od dźwięków powietrznych”.
4. PN-EN ISO 140-4:2000, „Akustyka. Pomiar izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych. Pomiary terenowe izolacyjności od dźwięków powietrznych między pomieszczeniami”.
5. J. Gil, „Instrumenty muzyczne jako źródło hałasu przy wyznaczaniu izolacyjności akustycznej przegród”, praca magisterska, Zakład Akustyki Pomieszczeń i Psychoakustyki, Instytut Akustyki, Wydział Fizyki UAM, Poznań 2007.
6. J. Gil, J. Marcinowski, „Porównanie izolacyjności akustycznej ściany z cegły pełnej oraz nowoczesnej ściany szkieletowej pod kątem ich zastosowania w środowisku muzycznym”, materiały z 56. Konferencji KILiW PAN i KN PZITB, Kielce–Krynica 2010, s. 89–96.
7. PN-87/B-02151/02, „Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem pomieszczeń w budynkach. Dopuszczalne wartości poziomu dźwięku w pomieszczeniach”.
8. „Guidelines for Community Noise”, World Health Organisation (Światowa Organizacja Zdrowia), 1999.
9. Building Bulletin 93, „Acoustic Design of Schools. A Design Guide”, TSO, London 2004.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!