Akustyka budowlana. Hałas i jego oddziaływanie na organizm ludzki

Przedstawiliśmy w dużym skrócie podstawowe zasady fizyki, a konkretnie akustyki, których znajomość jest niezbędną do zrozumienia tematów związanych z akustyką wnętrz, takie jak rozchodzenie się fal dźwiękowych, odbicie i pochłanianie dźwięku, załamanie i ugięcie fali dźwiękowej, pogłos i czas pogłosu, narastanie i zanikanie dźwięku w pomieszczeniach itp. Poruszyliśmy temat fal stojących i modów pomieszczenia oraz reprodukcji niskich częstotliwości, promieniowania energii przez źródło dźwięku w pomieszczeniu oraz jego kierunkowość, omówiliśmy czynniki kształtujące akustykę wnętrz, aby wreszcie na koniec przejść do prezentacji materiałów, wyrobów i ustrojów dźwiękochłonnych, a także dyfuzorów i ustrojów rozpraszających. Na tym zakończyliśmy temat dotyczący akustyki wnętrz – pierwszej grupy problemów akustycznych występujących w budownictwie.

Od tego numeru przechodzimy do drugiej grupy problemów, na jakie napotykają projektanci, inwestorzy, właściciele czy użytkownicy nowych lub przebudowywanych obiektów (i znów nas szczególnie będą interesowały te, które związane są w jakiś sposób z szeroko pojętą branżą rozrywkową). Mowa będzie o

OCHRONIE PRZECIWHAŁASOWEJ

czyli zagadnieniach związanych z eliminowaniem lub ograniczaniem poziomu hałasu oraz ze zmniejszaniem stopnia przenikania hałasu do pomieszczeń podlegających ochronie przeciwdźwiękowej. Dokonuje się tego m.in. przez wybór odpowiedniego dla danej lokalizacji systemu konstrukcyjnego budynków, właściwe rozplanowanie pomieszczeń w stosunku do zewnętrznych i wewnętrznych źródeł hałasu, ograniczanie dróg rozprzestrzeniania się dźwięków materiałowych poprzez konstrukcję budynku – przez stosowanie dylatacji lub przekładek elastycznych (wibroizolatorów), ograniczanie rozprzestrzeniania dźwięków rozchodzących się w powietrzu – przez stosowanie przegród budowlanych o odpowiedniej izolacyjności akustycznej, izolowanie hałaśliwych maszyn lub urządzeń oraz stosowanie materiałów i ustrojów dźwiękochłonnych do zmniejszania poziomu hałasu w pomieszczeniach wymagających ciszy.

Celem ochrony przeciwhałasowej jest zmniejszenie poziomu hałasu do poziomów dopuszczalnych, określonych normami lub założeniami projektowymi. W praktyce stosuje się kompleksową metodę zwalczania hałasu, za pomocą środków administracyjno-prawnych oraz technicznych: czynnych (u źródła hałasu) i biernych (poza źródłem powstawania). Zastosowanie środków ochrony czynnej jest często utrudnione, ponieważ wpływają one na pogorszenie parametrów technicznych maszyn, instalacji i środków transportu (moc, zrywność, prędkość). Powoduje to konieczność stosowania biernej ochrony przeciwhałasowej. Zanim jednak przejdziemy do omawiania, w jaki sposób chroni się pomieszczenia przed niepożądanymi dźwiękami, musimy poznać naszego „wroga”, czyli

HAŁAS

i dowiedzieć się, jaki jest jego (ujemny) wpływ na organizm ludzki. Zgodnie z definicją zawartą w normie, hałas to dźwięk szkodliwy dla zdrowia, zakłócający, nieprzyjemny lub niepożądany. Z definicji wynika, że hałas jest dźwiękiem słyszalnym. Niektórzy akustycy mianem hałasu obejmują również zakłócenia wywołane przez infrai ultradźwięki, wprowadzając określenia „hałas słyszalny”, „hałas infradźwiękowy” i „hałas ultradźwiękowy”.

Rozróżnia się poziomy dźwięku hałasu mierzone w dB(A) w miejscu przebywania ludzi oraz poziomy mocy akustycznej, które mogą być również określane w dB(A), charakteryzujące źródła hałasu.

Ze względu na miejsce powstawania wszystkie hałasy można podzielić na dwie grupy:
I – hałasy zewnętrzne, wytwarzane na zewnątrz budynków, pomieszczeń, środków lokomocji,
II – hałasy wewnętrzne.

Do grupy I należą hałasy:
1) transportowo-komunikacyjne:
–– lotnicze – od 80 do 140 dB(A) i więcej,
–– kolejowe – od 70 do 110 dB(A),
–– drogowe (samochodowe i tramwajowe) – od 70 do 105 dB(A),
–– wodne – od 70 do 90 dB(A),
2) przemysłowe i budowlane od maszyn – od 65 do 120 dB(A),
3) osiedlowe i uliczne (poza komunikacyjnymi) – od 60 do 95 dB(A),

Do grupy II należą hałasy:
1) wytwarzane przez maszyny, urządzenia i instalacje w pomieszczeniach budownictwa ogólnego – od 0 do 95 dB(A),
2) wytwarzane przez ludzi – od 0 do 85 dB(A),
3) wytwarzane przez maszyny i urządzenia w pomieszczeniach przemysłowych – od 70 do 120 dB(A),
4) wewnątrz pojazdów w środkach komunikacji i transportu – od 35 do 110 dB(A).

W tabeli 1 przedstawiono poziomy przykładowych hałasów wytwarzanych przez ludzi, urządzenia i instalacje w budynkach,

zaś na wykresach, charakterystyki widmowe hałasów w budynkach mieszkalnych, wytwarzane przez użytkowników i urządzenia domowe (rozmowa normalnym głosem, krzyk, muzyka z radia i pracujący robot kuchenny).

Do projektowania ochrony przeciwdźwiękowej potrzebne są zasadniczo dwie informacje o hałasie:
–– wartość poziomu dźwięku hałasu L w określonej odległości od źródła (np. na stanowisku pracy, miejscu wypoczynku), podana najczęściej w dB(A),
–– charakterystyka poziomu ciśnienia akustycznego w funkcji częstotliwości.

Jeśli hałas nie jest ciągły w czasie, niezbędne są jeszcze dodatkowe informacje o przeciętnej długości czasu działania hałasu oraz liczba jego wystąpienia w jednostce czasu. Dla hałasów występujących w sposób przypadkowy (np. hałasy wywołane przez środki komunikacji drogowej o dużym natężeniu ruchu) wartość poziomu dźwięku hałasu – średnią lub quasi-maksymalną – określa się statystycznie.

ODDZIAŁYWANIE HAŁASÓW NA ORGANIZM LUDZKI

Hałas jest czynnikiem wpływającym ujemnie na samopoczucie, zdrowie, wydajność i jakość pracy człowieka. Odczuwanie hałasu zależy od odporności nerwowo-psychicznej, nastroju, rodzaju wykonywanej pracy oraz miejsca, w którym jest wykonywana. Z drugiej strony odczuwanie to zależy od rodzaju hałasu (zupełnie inaczej odbieramy, nawet bardzo głośną, muzykę – szczególnie taką, którą lubimy – niż pracującą w bliskim sąsiedztwie piłę do drewna albo do cięcia kostki brukowej) oraz od długości działania hałasu w czasie. Liczne wyniki badań wpływu hałasu na człowieka pozwalają stwierdzić, że hałas jest przyczyną wielu zachorowań na serce i choroby krążenia, choroby układu trawiennego, a nawet może spowodować uszkodzenie niektórych organów wewnętrznych człowieka. Zwiększa też liczbę zachorowań na choroby psychiczne i układu nerwowego. Hałas powoduje czasowy lub stały ubytek słuchu i może stać się przyczyną całkowitej głuchoty człowieka pracującego w hałasie. Jest przyczyną zmniejszania się wydajności pracy pracowników narażonych w czasie wykonywania pracy na jego działanie, zmniejsza szybkość reakcji na sygnały świetlne, sprawność pamięci i zdolność orientacji w przestrzeni.

Hałas nie jest też obojętny dla naszego postrzegania muzyki i zrozumiałości mowy. W salach koncertowych, operowych, kinowych i audytoriach, gdzie poziom hałasu jest stosunkowo wysoki, następuje pogorszenie jakości brzmienia muzyki i mowy. Nie wspominając już o studiach radiowych i nagraniowych, gdzie jakiekolwiek „obce” dźwięki są wysoce niepożądane. Zbyt duży poziom hałasów (zakłóceń dźwiękowych) maskuje dźwięki użyteczne i wpływa na zmniejszenie zrozumiałości mowy. Ma to duże znacznie nie tylko w pomieszczeniach użyteczności publicznej (np. klasach szkolnych, kościołach, salach wykładowych, konferencyjnych i audytoryjnych), ale również w pomieszczeniach przemysłowych, w których niezrozumienie sygnału dźwiękowego bywa często przyczyną wypadków przy pracy.

Z punktu widzenia oddziaływania na organizm ludzki hałasy można podzielić na pięć grup:
–– o poziomie poniżej 35 dB(A),
–– o poziomie od 35 do 70 dB(A),
–– o poziomie od 70 do 85 dB(A),
–– o poziomie od 85 do 130 dB(A),
–– o poziomie powyżej 130 dB(A).

Hałasy z pierwszej grupy, czyli o poziomie poniżej 35 dB(A), są dla zdrowia nieszkodliwe, lecz mogą być denerwujące. Zalicza się do nich np. szum wody w łazience, hałasy sąsiedzkie o małym poziomie, hałasy centralnego ogrzewania lub sieci wodociągowej, brzęk przekładanych narzędzi lub naczyń itp. Hałasy te, mimo niewielkiego poziomu, mogą przeszkadzać w pracy wymagającej skupienia.

Hałasy o poziomie od 35 do 60 dB(A) wywierają ujemny wpływ na organizm człowieka, gdyż męczą jego układ nerwowy, obniżają zrozumiałość mowy, przeszkadzają w wypoczynku i wywołują stres.

Hałasy o poziomie od 70 do 85 dB(A) przy ekspozycji stałej mogą być szkodliwe dla zdrowia. Osoby przebywające przez dłuższy czas w takim hałasie narażone są na trwałe osłabienie słuchu. Dłuższe przebywanie w hałasie o takim poziomie wywołuje bóle głowy i wpływa ujemnie na układ nerwowy człowieka.

Hałasy o poziomie od 85 do 130 dB(A) powodują często uszkodzenie słuchu i różne inne schorzenia organizmu ludzkiego, jak zaburzenia układu krążenia, układu nerwowego i równowagi, oraz uniemożliwiają zrozumienie mowy nawet z odległości 0,5 m.

Hałasy o poziomie wyższym od 130 dB(A) pobudzają do drgań niektóre wewnętrzne organy człowieka, powodując schorzenia, a niekiedy wręcz ich zniszczenie. Powyższe dotyczy hałasów słyszalnych, czyli takich, których widmo częstotliwościowe mieści się w przedziale 20 Hz-20 kHz. Drgania o częstotliwości mniejszych niż 16 Hz (infradźwięki) oraz większych od 20 kHz (ultradźwięki) są wprawdzie niesłyszalne dla ucha ludzkiego, lecz mogą być pośrednio przyczyną powstawania hałasu. Wibracje rozchodzące się w konstrukcji budynku mogą pobudzić do drgań słyszalnych przegrody, przewody lub inne elementy powodujące hałas słyszalny. Drgania te mogą być również przeniesione na człowieka, powodując przemieszczenia poszczególnych cząstek jego ciała, co jest często równie szkodliwe dla zdrowia, jak działanie hałasu słyszalnego.

Badania widm hałasów przemysłowych i komunikacyjnych wykazały, że obejmują one również drgania o częstotliwości powyżej 20 kHz, czyli ultradźwięki. Działają one na człowieka nie tylko w sposób mechaniczny, ale również cieplny i chemiczny, powodując zaburzenia w działaniu gruczołów wydzielania wewnętrznego, rozpad czerwonych krwinek i zmniejszenie odporności organizmu na czynniki chorobotwórcze. Do silnych drgań własnych mogą być pobudzone, a w efekcie tego uszkodzone, komórki i ograny ciała, których wymiary są zbliżone do długości fal ultradźwiękowych. Na nasze szczęście (w tym przypadku) energia fal ultradźwiękowych jest silnie tłumiona przez powietrze (wraz ze wzrostem częstotliwości fal wzrasta tłumienie) oraz w zewnętrznych tkankach organizmu. Z tego powodu ultradźwięki o częstotliwościach powyżej 100 kHz i poziomie poniżej 100 dB w zasadzie nie przenikają do organizmu człowieka i mogą spowodować jedynie oparzenia na zewnętrznej powierzchni skóry. Organizm człowieka można zabezpieczyć przed ultradźwiękami za pomocą specjalnego ubrania lub lekkich ekranów izolacyjnych.

OCENA HAŁASU

Oddziaływanie hałasu na organizm ludzki może być dokuczliwe, szkodliwe dla zdrowia oraz przeszkadzające lub wręcz uniemożliwiające porozumiewanie się. Dokuczliwość i szkodliwość hałasu zależy od cech fizycznych hałasu, takich jak: poziom ciśnienia akustycznego w funkcji częstotliwości, wartość poziomu dźwięku hałasu, szerokość widma hałasu (hałas szerokopasmowy, wąskopasmowy, impulsowy), przebieg hałasu w czasie (stały lub zmienny, ciągły lub chwilowy) oraz od ekspozycji człowieka na hałas.

Hałas trwający nieprzerwanie lub z przerwami nie dłuższymi niż dwie minuty, przez co najmniej 5 godzin, nazywamy hałasem ciągłym – poziom hałasu nie powinien w tym czasie zmieniać się więcej niż o 5 dB.

Jeśli przerwy są dłuższe niż 2 minuty lub hałas trwa krócej niż 5 godzin, nazywa się go hałasem chwilowym. Hałasem przerywanym jest hałas, którego poziom dźwięku w określonym punkcie i w ciągu całego czasu obserwacji zmienia się. Przerwą w działaniu hałasu nazywa się czas, w ciągu którego poziom dźwięku danego hałasu w punkcie obserwacji jest mniejszy o więcej niż 5 dB(A) od poziomu hałasu ciągłego (w przypadku hałasu ciągłego o poziomie większym od 80 dB(A) za przerwę w działaniu hałasu uważa się czas, w ciągu którego poziom danego hałasu jest mniejszy od 80 dB(A)). Jeśli hałas ten powtarza się w równych odstępach czasu, a jego charakterystyka i poziom nie ulegają zmianie, to hałas ten nazywa się chwilowo-okresowym. Ekspozycją stałą nazywa się sytuację, w której człowiek przebywa w hałasie ciągłym przez co najmniej 5 godzin dziennie i przez co najmniej 4 kolejne dni tygodnia. Gdy przebywanie w hałasie trwa krócej niż 5 godzin dziennie lub z przerwą trwającą całą dobę i zmieniającą warunki akustyczne, wówczas sytuację taką nazywa się ekspozycją chwilową. Z kolei ekspozycją przerywaną nazywa się przebywanie w hałasie krótko bądź z przerwami.

OCENA DOKUCZLIWOŚCI HAŁASU

Dokuczliwość hałasu ocenia się za pomocą:
–– poziomu dźwięku hałasu mierzonego w dB(A),
–– czasu (lub częstości) działania hałasu.

Kryterium stosowanym do oceny dokuczliwości hałasu w pomieszczeniach jest dopuszczalny poziom dźwięku określany dla hałasów stałych i ciągłych w czasie w wartościach maksymalnych w dB(A). Dla hałasów chwilowych i nieciągłych w czasie stosuje się określenie dopuszczalnego poziomu dźwięku w dB(A) w wartościach ekwiwalentnych.

Przy ocenie hałasu ze względu na zrozumiałość mowy i brzmienie muzyki stosuje się charakterystyki dopuszczalnych wartości poziomu ciśnienia akustycznego w funkcji częstotliwości. Jest to niezbędne dla prawidłowego zaprojektowania izolacyjności akustycznej przegród, która musi być rozważana w funkcji częstotliwości.

Pewnym parametrem, który pomaga nam określić, a w zasadzie jakoś zaszeregować, hałasy pod względem ich dokuczliwości jest

HAŁAŚLIWOŚĆ

określana w noysach, będących właśnie jednostką dokuczliwości hałasu. Jako 1 noys przyjmuje się hałaśliwość dźwięku ograniczonego pasmowo (910-1.090 Hz), o poziomie ciśnienia akustycznego 40 dB. Hałas, który dokucza dwukrotnie silniej ma wartość 2 noysów, 5-krotnie – 5 noysów. Analogicznie do krzywych jednakowej głośności opracowano doświadczalnie krzywe jednakowej hałaśliwości (lustracja obok).

Jak widać z tego rysunku, najbardziej dokuczliwe są częstotliwości z zakresu 2.000-5.000 Hz – co jest logiczne, bowiem pokrywa się to z pasmem, w którym ucho ludzkie jest najbardziej czułe. Tak więc o ile hałaśliwość 1 noys dla częstotliwości w okolicy 700-800 Hz wystąpi, gdy poziom ciśnienia dźwięku wyniesie 40 dB (odniesiony do 2*10-5 Pa), o tyle dla częstotliwości z zakresu 3.000- 4.000 Hz będzie to już przy SPL nieco poniżej 30 dB. Z kolei dla częstotliwości ok. 50 Hz, aby jej hałaśliwość była taka sama, jak dla częstotliwości 700 Hz, musi ona mieć poziom ciśnienia dźwięku wynoszący około 64 dB.

Innym ciekawym spostrzeżeniem, jakie możemy wysnuć, analizując ów wykres, jest to, iż – biorąc dla przykładu pasmo 500-800 Hz – zwiększając poziom głośności z 40 dB do 80 dB hałaśliwość zwiększa nam się ponad 15-krotnie, a zwiększając SPL do 100 Hz już ponad 60-krotnie. Idąc dalej, jeśli „przyłożymy” 120 dB, uzyskamy hałaśliwość około 250 noysów! Co oznacza, że jest to 250 razy bardziej hałaśliwe niż gdy SPL wynosi 40 dB. Wnioski do wyciągnięcia pozostawiam Czytelnikom…

Tyle tytułem wstępu, w kolejnym numerze powiemy co nieco co polskie prawo mówi o dopuszczalnych poziomach hałasu i jakie są drogi jego rozchodzenia, tak aby w następnych zająć się już metodami ich ograniczania.

Piotr Sadłoń