Badanie izolacyjności akustycznej w kontekście wyznaczania właściwości budek akustycznych

*****
Budki akustyczne, nazywane również „zestawami meblowymi”, zyskują coraz większą popularność wśród pracodawców, którzy chcą zapewnić swoim pracownikom większy komfort pracy w biurach typu open space. Brak zharmonizowanej normy testowej, która byłaby odpowiednia zarówno dla zestawów mebli, jak i obudów, spowodował zamieszanie wśród akustyków, producentów mebli, projektantów biur i użytkowników. W tej sytuacji z pomocą przychodzą nam dwie normy badawcze: ISO 23351-1, za pomocą której wyznaczamy współczynnik redukcji mowy oraz PN-EN ISO 11957 opisująca metodykę badawczą izolacyjności akustycznej. Otrzymane parametry, wyznaczone w laboratorium w kontrolowanym środowisku, pozwalają na rzetelne porównanie właściwości akustycznych zestawów meblowych oraz obudów między sobą.

Acoustic insulation testing in the context of determining the properties of acoustic booths

Acoustic booths, also called „furniture enclosures”, are becoming more and more popular among employers who want to provide their employees with greater comfort while working in open space offices. The lack of a harmonized test standard, suitable for both furniture sets and enclosures, has caused confusion among acousticians, furniture manufacturers, office designers and users. In this situation two research standards are very useful: ISO 23351-1, used while determining the speech level reduction, and PN-EN ISO 11957, which describes the research methodology for acoustic insulation. The obtained parameters, determined in a controlled environment of laboratory, allow for a reliable comparison of both the acoustic properties of furniture sets and the furniture enclosures.
*****

W celu wyznaczenia wartości parametru R w funkcji częstotliwości powszechnie stosowane są normy:

• badania w laboratorium bez efektu przenoszenia bocznego:
  - PN-EN ISO 10140-1 łącznie z PN-EN ISO 10140-2,
  - PN-EN ISO 10140-4,
  - PN-EN ISO 10140-5,
• w terenie, w warunkach in-situ,
  - np. wg PN-EN ISO 140-4
  - lub PN-EN ISO 16283-1.

Poznaj zasady: Projektowania i wznoszenia ścian akustycznych w budownictwie wielorodzinnym na przykładzie przegród z wyrobów silikatowych

Z przeprowadzonych badań wyznacza się jednoliczbowy ważony wynik R_w, zgodnie z normą PN-EN ISO 717-1. W tym zakresie zagadnienie jest znane i powszechnie stosowane w branży budowlanej, a główne wymogi opisane są w pakiecie norm PN-B-02151-1, PN-B-02151-2, PN-B-02151-3, PN-B-02151-4 oraz PN-B-02151-5, które są przywołane w Rozporządzeniu Ministra Rozwoju i Technologii z dnia 27 października 2023 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2023 r., poz. 2442).

Większy problem w zagadnieniach izolacyjności pojawia się w odniesieniu do budek akustycznych. Coraz więcej pracowników biurowych pracuje w biurach typu open space. Pracownicy próbujący skoncentrować się na niezależnych zadaniach są narażeni na szereg czynników rozpraszających ich uwagę w miejscu pracy, takich jak: hałas urządzeń biurowych, rozmowy prowadzone w sąsiedztwie, dźwięki telefonów oraz komunikatorów internetowych. Również wiele sytuacji wymaga zachowania poufności rozmowy, co jest trudne do osiągnięcia w otwartej przestrzeni biura.

Rozwiązaniem może być przeniesienie się do miejsca zapewniającego lepszą izolację akustyczną. Przykładem są zestawy mebli zaadaptowane do tego stanowiska pracy, kabiny robocze, kabiny konferencyjne, częściowo zabudowane grupy sof i częściowo zabudowane krzesła. Przykłady zestawów meblowych zostały opisane w normie ISO 23351-1. Przedstawia je RYS. 1–6.

Zestawy biurowe projektowane są jako stanowiska robocze dla jednego do sześciu pracowników, zazwyczaj wyposażone są one w drzwi, gniazdka elektryczne, oświetlenie, przeszklenia i wentylator (system wymiany powietrza). Montowane są na miejscu przy użyciu elementów, które można przenieść do dowolnego pomieszczenia przez drzwi przejściowe o normalnych rozmiarach. Nie są stałą częścią budynku i dlatego wykraczają poza zakres przepisów budowlanych. Montowane są w gotowym pomieszczeniu na etapie wyposażania, a nie podczas budowy budynku.

Z RYS. 1–6 wynika, że zestawy biurowe mogą być otwarte, częściowo zamknięte lub całkowicie zamknięte z drzwiami. Żeby móc je między sobą porównywać, najlepiej byłoby wyznaczyć właściwości akustyczne wg tej samej metody badawczej uwzględniającej ten sam cel, tj. zapewnienie lokalnej, wzmocnionej prywatności rozmowy dla pojedynczego użytkownika lub grupy użytkowników, redukcja hałasu przedostającego się z budki do otoczenia oraz zapewnienie pracownikowi miejsca do pracy ze zwiększonym komfortem akustycznym. Dlatego też stosowanie istniejących norm opisujących pomiary izolacyjności akustycznej, takich jak PN-EN ISO 10140-2, PN-EN ISO 16283-1 czy PN-EN ISO 10052, nie ma w przypadku tego typu konstrukcji zastosowania.

Istnieją również metody opisywania właściwości ekranów (np. PN-EN ISO 10053, PN-EN ISO 11821 lub PN-EN ISO 10847), ale nie nadają się one do opisu właściwości akustycznych całego stanowiska pracy ani obudowy. Brak zharmonizowanej normy testowej, która byłaby odpowiednia zarówno dla zestawów mebli, jak i obudów, spowodował zamieszanie i frustrację wśród akustyków, producentów mebli, projektantów biur i użytkowników. W tym przypadku przychodzą nam z pomocą dwie normy badawcze:

• ISO 23351-1 „Acoustics – Measurement of speech level reduction of furniture ensembles and enclosures – Part 1: Laboratory method”.
• PN-EN ISO 11957 „Akustyka – Wyznaczanie dźwiękoizolacyjnych właściwości kabin – Pomiary laboratoryjne i terenowe”.

ISO 23351-1 jest nową normą, która opisuje metodę określania potencjału redukcji poziomu mowy w zestawach mebli i obudowach, które mają zapewnić zwiększoną prywatność rozmowy dla użytkownika znajdującego się wewnątrz produktu. Głównym wynikiem niniejszego dokumentu jest pojedyncza liczba, redukcja poziomu mowy oznaczona symbolem D_S,A w jednostce [dB]. Jest ona powiązana ze standardowym wysiłkiem mowy, ponieważ jest to najbardziej prawdopodobny dźwięk wytwarzany wewnątrz produktu.

Redukcja poziomu mowy opisuje, o ile poziom mocy dźwięku użytkownika ważony charakterystyką A, wyznaczony w komorze pogłosowej z wykorzystaniem normy PN-EN ISO 3741 jest zmniejszony, gdy mówiący użytkownik porusza się wewnątrz produktu.

Redukcja poziomu mowy D_S,A jest niezależna od środowiska, ponieważ opiera się na powtarzalnych pomiarach poziomu mocy akustycznej w pogłosowej komorze akustycznej w warunkach laboratoryjnych.

Redukcja poziomu mowy jest znormalizowaną wartością techniczną, która może być używana do porównywania efektu akustycznego różnych produktów pod względem ich zdolności do redukcji poziomu mocy akustycznej mowy ważonej A oraz umożliwia klasyfikację produktów wg TABELI 1, zawartej w Załączniku D normy ISO 23351-1.

Rozważając podane klasy akustyczne: A+, A oraz B gwarantują nam prywatność mowy, klasy C oraz D zależą od poziomu hałasu tła w pomieszczeniu, natomiast produkty nieklasyfikowane nie gwarantują zachowania prywatności mowy. Dzieje się tak dlatego, że moc akustyczna jest podwajana na każde 3 dB wzrostu poziomu, ponieważ decybelowa skala akustyczna jest logarytmiczna.

Załóżmy, że rozmawiamy w kabinie klasy B ze średnią głośnością mowy 60÷65 dB. Kabina klasy B redukuje poziom mowy DS,A do 30 dB. Eliminuje więc 30 dB z 65 dB mowy. Dzięki temu tylko około 35 dB dźwięku wytwarzanego w kabinie przenika poza kabinę do otwartego biura. W zdecydowanej większości biur hałas tła wynosi co najmniej 40 dB, zatem w tym przypadku dźwięk o natężeniu 35 dB, który wydostaje się na zewnątrz kabiny klasy B, zostanie zamaskowany przez hałas tła biurowego. Rozmowa prowadzona w kabinie nie będzie więc słyszalna ani zrozumiała dla osób siedzących w otwartym biurze. Dlatego w kabinie klasy B można już uzyskać poufność rozmowy.

W kwestii zrozumiałości mowy w konkretnym miejscu pomieszczenia, to zależy od tzw. odstępu sygnału od szumu, czyli różnicy pomiędzy poziomem dźwięku głosu mówcy w miejscu słuchacza a poziomem dźwięku tła akustycznego. Na tło akustyczne składają się wszystkie inne dźwięki docierające do uszu słuchacza (w biurze może to być hałas uliczny zza okna, szum komputerów, drukarek, ogólny szmer wytwarzany przez pozostałe osoby czy też pogłos wzbudzony przez głos mówcy). Najlepiej, aby głos mówcy był o co najmniej 15 dB głośniejszy od tła. Z tego względu większość norm dotyczących tego tematu zaleca dla pomieszczeń przeznaczonych do komunikacji słownej, aby poziom tła akustycznego był na poziomie nie większym niż 35÷40 dB(A).

Badania skuteczności redukcji mowy kabiny przeprowadza się w warunkach pogłosowych. Kryteria dotyczące pogłosowej komory akustycznej opisano w normie PN-EN ISO 3741, za pomocą której wyznacza się moc akustyczną w powtarzalnych warunkach pogłosowych. Badany zestaw meblowy (budkę akustyczną) do badania należy zainstalować w taki sam sposób, w jaki byłaby zwykle instalowana do użytkowania. Części obsługiwane, takie jak drzwi lub okna, muszą być w normalnym stanie użytkowym. System wentylacyjny musi działać tak jak w normalnych warunkach pracy z wymaganym wydatkiem wymiany powietrza w kabinie. Badany zestaw meblowy ustawia się w komorze pomiarowej w dwóch pozycjach wg opisu w normie.

Jeżeli próbka do badań składa się z kilku elementów, takich jak stanowisko pracy dostosowane do potrzeb użytkownika, to powinno być wyposażone we wszystkie elementy z zamierzoną końcową konfiguracją stanowiska pracy.

W celu przeprowadzenia badań w komorze pogłosowej źródłem dźwięku jest szum szerokopasmowy (tzw. szum różowy) w stanie ustalonym o stałej mocy akustycznej w każdym paśmie. Poziom ciśnienia akustycznego źródła dźwięku powinien być wystarczająco wysoki, aby spełniać względne kryteria normy ISO 3741 dotyczące odstępu pomiędzy mierzonym sygnałem a poziomem hałasu tła. Sygnał testowy odtwarzamy z wykorzystaniem wszechkierunkowego źródła dźwięku, spełniającego względne kryteria normy PN-EN ISO 3741 dotyczące hałasu tła w pasmach częstotliwości 1/1 oktawy od 125 Hz do 8000 Hz, umieszczamy w komorze pogłosowej, w obrysie zajmowanym przez badaną kabinę.

Metoda badawcza opiera się na powtarzalnych pomiarach poziomu ciśnienia akustycznego zgodnie z normą ISO 3741.

W pierwszym etapie wyznaczamy redukcję poziomu D_i w funkcji częstotliwości opisującą, jak bardzo poziom mocy akustycznej zostaje obniżony w wyniku badania emisji źródła dźwięku w zastępczej przestrzeni bez badanego obiektu oraz z zainstalowanym obiektem w pasmach częstotliwości 1/1 oktawy od 125 Hz do 8000 Hz (RYS. 7).

Obniżenie poziomu energii mocy akustycznej badanej określa się wzorem (1):

gdzie:

L_W,P,1,i – poziom mocy akustycznej [dB ref. 1 pW (10^-12)] wypromieniowywanej przez źródło dźwięku w punkcie referencyjnym bez badanej próbki,

L_W,P,2,i – poziom mocy akustycznej [dB ref. 1 pW (10^-12)] wypromieniowywanej przez źródło dźwięku w punkcie referencyjnym z badaną próbką.

W drugim etapie wyznaczamy obniżenie poziomu redukcji mowy D_S,A, które zależne jest od różnicy widma mocy akustycznej w funkcji częstotliwości parametru D_i. Obliczenie parametru D_S,A opiera się na transformacji matematycznej, gdzie poziom mocy akustycznej L_W,P,1,i zastępuje się znormalizowanym poziomem mocy akustycznej mowy L_W,S,1,i podanym w TABELI 2.

W tym przypadku poziom mocy akustycznej emitowanej przez badaną próbkę L_W,S,2,i jest określony zależnością (2):

Poziom mocy akustycznej ważonej A wypromieniowywanej przez badaną próbkę w zakresie częstotliwości od 125 Hz do 8000 Hz wyznacza się ze wzoru (3):

gdzie:

A_i – jest wartością ważenia charakterystyki A dla pasma częstotliwości 1/1 oktawy.

Końcowym etapem jest wyznaczenie poziomu redukcji mowy D_S,A, wyznaczany z zależności (4),

gdzie:

L_W,S,A,1 = 68,4 dBA i jest poziomem mocy akustycznej mowy znormalizowanej według skali A w całym zakresie częstotliwości 125 Hz ÷ 8000 Hz.

Norma PN-EN ISO 11957 „Wyznaczanie dźwiękoizolacyjnych właściwości kabin – Pomiary laboratoryjne i terenowe” opisuje metodykę wyznaczania izolacyjności akustycznej D_p dla kabiny akustycznej, w której jednoliczbowy, ważony wynik D_p,w obliczamy zgodnie z normą PN-EN ISO 717-1. Jest to norma dla zastosowania do produktów typu budka akustyczna i innych zespołów meblowych, która określa poziom „izolacyjności akustycznej” oznaczony symbolem D_p,w. Parametr ten opisuje, o ile zmniejszy się poziom hałasu przenikającego z zewnątrz do wnętrza budki, czyli z pomieszczenia, w którym się znajduje np. biuro typu open space i określa komfort pracy osoby pracującej we wnętrzu produktu.

Izolacyjność akustyczna jest parametrem technicznym, który może być używany do porównywania różnych produktów. Wyznaczenie izolacyjności akustycznej kabiny z wykorzystaniem niniejszej normy jest niezależne od środowiska, w którym się znajduje, ponieważ opiera się na powtarzalnych pomiarach poziomu mocy akustycznej w komorze pogłosowej zgodnie z normą PN-EN ISO 3741 – „Akustyka – Wyznaczanie poziomów mocy akustycznej i poziomów energii akustycznej źródeł hałasu na podstawie pomiarów ciśnienia akustycznego – Metody dokładne w komorach pogłosowych”, która uwzględnia warunki środowiskowe.

Metodyka pomiarowa polega na pomiarze ciśnienia akustycznego w pogłosowej komorze pomiarowej w zakresie częstotliwości 100÷10 000 Hz w pasmach częstotliwości 1/3 oktawy zgodnie z normą PN-EN ISO 3741, wg schematu przedstawionego na RYS. 8.

Parametr izolacyjności akustycznej D_p w funkcji częstotliwości określony jest zależnością (5):

gdzie:

L_p(room) – uśrednione ciśnienie akustyczne w komorze pogłosowej w pasmach 1/3 oktawy,
L_p(cabin) – uśrednione ciśnienie akustyczne w badanej kabinie w pasmach 1/3 oktawy.

Końcowym etapem jest wyznaczenie jednoliczbowego, ważonego wskaźnika izolacyjności akustycznej kabiny D_p,w zgodnie z normą PN-EN ISO 717-1.

Obie opisane normy dotyczące budek akustycznych opierają metodykę pomiarową na powtarzalnych pomiarach wykonywanych w pogłosowej komorze pomiarowej, uwzględniając warunki środowiskowe opisane w normie PN-EN ISO 3741 (pomiar mocy akustycznej wykonywany metodą dokładną w klasie I). Dzięki temu pozwalają na wiarygodne wyznaczenie najważniejszego z parametrów, tj. zdolności do izolacyjności przed hałasem oraz umożliwiają rzetelne porównanie różnych wyrobów między sobą.

Literatura

1. ISO 23351-1:2020, „Acoustics – Measurement of speech level reduction of furniture ensembles and enclosures Part 1: Laboratory method”.
2. PN-EN ISO 11957:2010E, „Akustyka – Wyznaczanie dźwiękoizolacyjnych właściwości kabin – Pomiary laboratoryjne i terenowe”.
3. PN-EN ISO 3741:2011, „Akustyka – Wyznaczanie poziomów mocy akustycznej i poziomów energii akustycznej źródeł hałasu na podstawie pomiarów ciśnienia akustycznego – Metody dokładne w komorach pogłosowych”.
4. PN-EN ISO 717-1:2021-06, „Akustyka – Ocena izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych – Część 1: Izolacyjność od dźwięków powietrznych”.