Co to jest akustyka?
Akustyka to zgodnie z encyklopedią PWN „dział fizyki i techniki”, który zajmuje się zjawiskami słyszalnymi, powstającymi wskutek rozchodzenia się fal w przestrzeni. Zakres akustyki początkowo dotyczył tylko fal rozchodzących się w powietrzu. Aktualnie jest on znacznie szerszy i obejmuje także zjawiska niesłyszalne, takie jak infra czy ultradźwięki lub drgania, które oddziałują na organizm ludzki i budynki.
Czym współcześnie zajmuje się akustyka?
Akustyka obejmuje pomiary na stanowiskach pracy, w środowisku, tworzenie map akustycznych miast, ale także bardzo obszerny temat pomiaru drgań i wibracji. Nie tylko dźwięki słyszalne mogą powodować przykre konsekwencje dla naszego zdrowia. Akustyka zajmuje się także analizą drgań w środowisku. Dotyczy to przede wszystkim ochrony zdrowia osób, które są narażone na drgania w środowisku pracy, ale także ochrony budynków czy komfortu akustycznego w pomieszczeniach. Fale, które rozchodzą się w ośrodkach mogą mieć dla nas charakter przyjemny, tak jak muzyka, lub niechciany.
Gdzie można uczyć się akustyki?
Najbardziej kompleksowe studia z zakresu akustyki oferuje Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie. Można tam zdobyć tytuł inżyniera i magistra na kierunku Inżynierii Akustycznej. Akustykę można też studiować na Uniwersytecie im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Studia podyplomowe traktujące o hałasie można rozpocząć także na Politechnice Warszawskiej.
Co to jest hałas i jakie może mieć konsekwencje?
Zgodnie z PWN hałas to „głośne dźwięki zakłócające spokój”. Są to dźwięki, które traktujemy jako niechciane. Hale produkcyjne, autostrady, kluby muzyczne, samoloty, pociągi czy maszyny przemysłowe to tylko jedne z wielu możliwych źródeł hałasu w środowisku. Kiedy powstają nowe hale produkcyjne, kolejne drogi czy połączenia lotnicze należy liczyć się z konsekwencjami rosnącego poziomu hałasu w miastach. Razem z poziomem hałasu w miastach rozwija się także świadomość ludzi związana z akustyką. Kiedy hałas staje się dokuczliwym elementem naszej codzienności szukamy skutecznych rozwiązań. Konsekwencją długofalowego narażenia na hałas i drgania są problemy ze słuchem, zaburzenia snu, drażliwość, a także tzw zespół wibracyjny.
Dwa rodzaje hałasu w akustyce
Dźwięk
Pierwszy rodzaj hałasu to hałas akustyczny. Taki hałas to wszystko to co słyszymy i co jest dla nas uciążliwe. Są to głównie dźwięki powietrzne, czyli transmitowane przez powietrze. Tego rodzaju hałas jest najbardziej szkodliwy dla naszego układu słuchowego. Pomiary hałasu akustycznego możemy wykonać używając miernika poziomu dźwięku wraz z mikrofonem.
Drgania
Drugi rodzaj hałasu to hałas drganiowy. Drgania mogą powodować uszkodzenia konstrukcji budynków. W przypadku człowieka odczuwamy go na różne sposoby. Możemy go słyszeć, ale także czuć przy dotyku danej powierzchni czy przebywając w wibrującej konstrukcji. Skutkiem nadmiernego narażenia na ten hałas są m. in. choroba wibracyjna, problemy z układem krążenia, układem nerwowym czy układem kostno-stawowym. Aby mierzyć hałas drganiowy korzystamy z mierników hałasu i z dołączonych do nich przetworników drgań.
Jak zmierzyć poziom hałasu?
Poziom hałasu mierzymy przy użyciu mierników poziomu dźwięku lub mierników drgań.
Pomiary akustyczne hałasu polegają na wyznaczaniu wartości parametrów lub wskaźników akustycznych z konkretną niepewnością. W przypadku pomiarów parametrów akustycznych pomieszczeń są to przede wszystkim izolacyjność ścian i stropów czy czas pogłosu i zrozumiałość mowy dla takich budynków jak teatry czy opery.
Co wyznacza się podczas pomiarów?
Najczęściej mierzonym parametrem jest LA,eq. Jest to równoważny poziom dźwięku wyznaczony z charakterystyką A. Dla pomiarów hałasu w środowisku wyznacza się ściśle określone przez ustawy parametry, takie jak długookresowy poziom dźwięku A dla konkretnych pór dnia tj. pory dziennej, nocnej, wieczorowej lub dzienno-nocnej. Dla wykonanych pomiarów sporządza się odpowiednie raporty lub sprawozdania.
Hałas w środowisku
Akustyka w środowisku jest kontrolowana przez Prawo Ochrony Środowiska z dnia 27 kwietnia 2001 r. Dzięki tym przepisom możliwe są walka z hałasem w miastach i zapewnienie komfortu akustycznego mieszkańcom. Wymagania Prawa Ochrony Środowiska są realizowane przez Inspekcję Ochrony Środowiska. Jest to organ odpowiedzialny za stan akustyczny polskich miast. Inspekcja ta wykonuje działania planowe raz na rok oraz działania pozaplanowe w związku z wnioskami, które mogą wpłynąć z wniosków organów administracji publicznej. Pomiary hałasu na rzecz IOŚ realizuje Centralne Laboratorium Badawcze. Na kontrolowany hałas środowiskowy składa się hałas pochodzący od ciągów komunikacyjnych i hałas przemysłowy.
Hałas przemysłowy
Hałas, który jest generowany do środowiska przez instalacje powinien być monitorowany w sposób ciągły lub okresowy. W przypadku hałasu najczęściej mierzona jest moc akustyczna urządzeń. Hałas przemysłowy jest niebezpieczny w kontekście środowiska, ale stwarza także duże niebezpieczeństwo dla osób, które obsługują hałasujące maszyny.
Diagnostyka maszyn
Generowane przez maszyny i urządzenia drgania można wykorzystać do diagnostyki tychże maszyn. Znając odpowiednie parametry tych drgań możliwe jest określenie stanu technicznego. Sprawne urządzenia generują zazwyczaj mniej hałasu niż uszkodzone. Dzięki zmianie hałasu generowanego przez maszynę, możemy zdiagnozować uszkodzone elementy i wprowadzić odpowiednie zmiany.
Hałas na stanowisku pracy
Wartości progów działania dla drgań i hałasu na stanowisku pracy są bardzo precyzyjnie określone w Rozporządzeniu Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 5 sierpnia 2005 r. Progi dla hałasu wynoszą 80 dB – jest to poziom ekspozycji na hałas odniesiony do 8h czasu pracy lub odniesiony do tygodnia pracy. Zaś dla drgań miejscowych jest to 2,5 m/s2 lub 0,5 m/s2 dla drgań ogólnych. Jeżeli pracownik jest narażony na hałas i drgania na swoim stanowisku pracy to pracodawca ma obowiązek monitorować czy nie dochodzi do przekroczenia dopuszczalnych wartości. Osoby narażone na hałas i drgania mogą w dalszym kroku ubiegać się o odszkodowanie lub zmiany w miejscu pracy.
Komfort akustyczny na stanowisku pracy
Analizując stanowiska pracy warto uwzględnić też coraz popularniejsze biura typu open-space. O ile hałas w takich biurach zazwyczaj spełnia wymagania rozporządzenia, o tyle zakłócenia pochodzące od innych stanowisk mocno zaburzają zrozumiałość mowy. Najpopularniejszym rozwiązaniem problemu hałasu w open-space są absorbujące dźwięk sufity oraz panele akustyczne tworzące przegrody pomiędzy stanowiskami.
Hałas pochodzący od ciągów komunikacyjnych
Główną składową hałasu w środowisku są ciągi komunikacyjne. Poprzez pojęcie „ciągów komunikacyjnych” można rozumieć hałas, który powstaje wskutek przejazdów pociągów, tramwajów, samochodów; przelotów, lądowań i startów samolotów oraz ruchów w portach wodnych. W wyniku tych zjawisk powstaje bardzo duża ilość energii, którą rozumiemy jako hałas słyszalny. Równolegle generowane są także drgania, które mogą powodować uszkodzenia konstrukcji budynków. Do izolacji dźwięków pochodzących np. z autostrad czy dróg szybkiego ruchu bardzo często używa się ekranów akustycznych.
Jak ekrany akustyczne mogą obniżyć hałas?
Ekrany akustyczne są wykorzystywane jako sztuczna lub naturalna przeszkoda dla hałasu pochodzącego z ciągów komunikacyjnych. Ekrany pozwalają na izolację przestrzeni zabudowanej, mieszkaniowej od hałasującej drogi, a ponadto mogą odbijać dźwięk. Za ekranem powstaje obszar cienia akustycznego, który charakteryzuje się zmniejszonym hałasem.
Naturalne ekrany akustyczne
W Polsce bardzo popularne jest stosowanie naturalnych ekranów akustycznych. Są to ekrany wykorzystujące szeregi drzew rosnące przy ciągach komunikacyjnych, lasy lub naturalne wały ziemne. Ekrany akustyczne są bardzo skutecznym narzędziem do walki z nadmiernym hałasem powstającym w konsekwencji przejazdów pojazdów.
Ekoakustyka
Analizując dźwięk w środowisku wyodrębniono także dział akustyki nazwany ekoakustyką. Jest to dział obejmujący zagadnienia związane z wykorzystaniem dźwięku w morzach, oceanach, w środowisku naturalnym. Ekoakustycy badają wpływ hałasu na dzikie zwierzęta, rolę dźwięku w środowisku naturalnym, a także tworzą krajobrazy dźwiękowe miast.
Oddziaływanie hałasu na budynki
Hałas pochodzący od ciągów komunikacyjnych może stać się dużym zagrożeniem dla budynków w bliskim otoczeniu. Takie zagrożenie stanowią także budowy i remonty. Aby móc takie oddziaływanie ocenić konieczny jest pomiar wartości drgań przekazywanych na budynki. Szkodliwe drgania mierzymy w zakresie od 0,8 Hz do 100 Hz. Ocena odbywa się w skali SWD, która jest zdefiniowana w normie PN-B-02170 „Ocena szkodliwości drgań przekazywanych przez podłoże na budynki„.
Akustyka budowlana - hałas wewnątrz budynku
Co zaś tyczy się budynków mieszkalnych, izolacyjność ścian działowych i stropów jest także normatywnie określona. Nowe technologie w budownictwie pozwalają na lżejsze konstrukcje budynków. To niestety powoduje, że ściany są znacznie bardziej transparentne dla dźwięku. W odpowiedzi na te zmiany powstało prawo budowlane, które określiło minimalne wartości izolacyjności dla ścian, drzwi i okien. Zobowiązuje to deweloperów do kontroli tych parametrów, a co za tym idzie do spełnienia co najmniej najniższych, określonych przez to prawo, wytycznych. Jako dodatek do projektu budowlanego konieczna jest kontrola izolacyjności akustycznej od dźwięków powietrznych i uderzeniowych. Wyniki tej kontroli muszą spełniać wymagania normy PN-B-02151-3 „Akustyka budowlana – Ochrona przed hałasem w budynkach – Część 3: Wymagania dotyczące izolacyjności akustycznej przegród w budynkach i elementów budowlanych”. Wskaźniki normatywne nie uwzględniają jednak indywidualnego postrzegania dźwięku przez ludzi. Analizą tego zajmuje się psychoakustyka.
Czym jest psychoakustyka?
Dźwięki mogą być postrzegane przez każdego człowieka w inny sposób. Psychoakustyka to zgodnie z Wikipedią „dziedzina nauki zajmująca się badaniem i opisywaniem związków zachodzących między falą dźwiękową docierającą do uszu słuchacza, a subiektywnie odczuwanym wrażeniem, które u niego wywołuje.” Zatem dźwięki, które słyszymy dla jednych mogą być przyjemne, a dla innych dokuczliwe.
Akustyka w medycynie
Akustyka znalazła też bardzo szerokie zastosowanie w dziedzinie medycyny. Na postawie pomiarów drgań krtani możliwa jest diagnoza chorób związanych z narządem głosu. Dzięki akustyce możemy również realizować badanie USG. Działanie ultrasonografu opiera się na emitowaniu i odbieraniu fali ultradźwiękowej. Akustyka ma także zastosowanie w diagnostyce chorób płuc i chorób kardiologicznych.
Elektroakustyka
Kolejnym działem akustyki jest elektroakustyka. Jest to połączenie elektroniki i akustyki. Zgodnie z encyklopedią PWN elektroakustyką nazywamy „dziedzinę nauki i techniki zajmującą się zagadnieniami związanymi z przetwarzaniem drgań akustycznych (…) na sygnały elektryczne (…) i odwrotnie, (…)”. Takie przetwarzanie dźwięku jest możliwe przy wykorzystaniu mikrofonów oraz przetworników drgań. Dodatkowo także obejmuje procesy zapisu, odtwarzania i przesyłania dźwięków.
Akustyka w muzyce
Rozważając tematy akustyczne nie należy zapominać o bardzo obszernej dziedzinie nagrywania, odtwarzania czy nagłaśniania dźwięku. Pomiary akustyczne są realizowane głównie na etapie powstawania studiów nagrań, teatrów czy oper. Pomiar akustyczny jest też wykonywany na potrzeby strojenia systemu nagłośnieniowego przed koncertami.
Akustyka podczas koncertów
Analiza akustyki jest ważna również na etapie przygotowania sceny do koncertu. Odpowiednie umieszczenie sceny w przestrzeni czy rozstawienie systemu nagłośnieniowego często wymaga rozważenia warunków otoczenia czy wykonania odpowiednich pomiarów. Świadome podejście do organizacji koncertów w kontekście dźwięku pozwala na zapewnienie komfortu i przyjemnych doznań uczestnikom imprezy.
Rola akustyki w studiach nagrań dźwięku
W studiach nagrań dźwięku odpowiednia akustyka jest projektowana już na bardzo wczesnym etapie. Dobre parametry akustyczne pozwalają na kontrolę dźwięku, który w danym pomieszczeniu będzie nagrywany czy odtwarzany. Oprócz dobrej akustyki konieczna jest też odpowiednia praca z mikrofonem. Akustyka współcześnie nie jest wykorzystywana tylko do zastosowań profesjonalnych. Architekci przy projektowaniu wnętrz coraz częściej korzystają z usług akustyków.
Jak akustyka może pomóc mieszkańcom?
Przede wszystkim przy projektowaniu wnętrz należy przeanalizować odpowiednie ułożenie pomieszczeń. Pomieszczenia takie jak łazienki powinny być odpowiednio odseparowane akustycznie od pozostałych części domu. Dzięki akustyce możliwa jest redukcja poziomu hałasu generowanego przez wentylację, przepływ wody czy kaloryfery. Używając odpowiednich ustrojów akustycznych możliwe jest także obniżenie czasu pogłosu. Jest to szczególnie ważne w pomieszczeniach o dużej kubaturze.
Po co korzystać z ustrojów akustycznych?
Ustroje akustyczne bardzo dobrze sprawdzają się do kontrolowania akustyki wewnątrz pomieszczeń. Dzięki odpowiednim panelom możliwe jest obniżenie czasu pogłosu w pomieszczeniu lub redukcja poziomu hałasu. Możemy także w ten sposób izolować hałasujące urządzenie w pomieszczeniu. Panele akustyczne dają nam możliwość zmiany akustyki wewnątrz pomieszczenia bez dużych ingerencji w konstrukcję budynku.
