Základy akustiky budov

Co je tedy vlastně akustika? „Akustika je vědní a technický obor, který se zaobírá studiem mechanických kmitů v pružném prostředí a studiem jevů, souvisejících s těmito kmity – vznikem, šířením a působením vlnění.“ Naše prostředí – vzduch, (případně voda a další látky), je tvořen neviditelnými částicemi. Zvuk lze definovat jako „rozruch“ který se šíří tímto prostředím a je zachytitelný našimi zvukovými orgány. Na začátku je vždy zdroj zvuku – zdroj pohybu částic v našem prostředí, ten způsobí vychýlení částic prostředí z jejich rovnovážné polohy – jejich kmitání, a na konci je sluchový orgán, který je schopný toto kmitání převést na slyšitelný zvuk. Kmitání částic vzniká šířením energie (pohybu) mezi sousedícími částicemi. Do cesty zvuku se v našem běžném prostředí staví řada překážek, tvořených jinými materiály a tím ovlivňujících průběh kmitání. Jevy takto vznikající sleduje prostorová akustika. V akustice sledujeme celou řadu pojmů popisujících zvuk a jeho chování tak, abychom jej mohli definovat a pracovat s ním teoreticky. Rychlost zvuku: ve vzduchu (20°C) 344 m/s (teplota vzduchu pak ovlivňuje jeho rychlost) ve vodě 1500 m/s v oceli 5000 m/s sklo 5200 m/s Z tohoto výčtu jasně plyne, že zvuk se mnohem snadněji šíří po konstrukci budov, než vzduchem, je to dáno větší hustotou částic v konstrukci a dochází tak k rychlejšímu předání energie mezi nimi. Charakter zvukového vlnění: Periodický – zdroj zvuku vysílá kmitavou energii v periodicky se opakujících vlnách, takový zvuk sluchový orgán vnímá jako žádaný zvuk, mluvené slovo, hudba, tón. Neperiodický – zdroj zvuku rozkmitá částice neperiodickým způsobem – takto vzniká zvuk vnímaný sluchovým orgánem jako šum, nežádoucí zvuk. Perioda (vlnová délka zvuku) Periodické zvukové vlnění je tvořeno vlnami – ty lze znázornit periodickou křivkou. Dálka jedné vlny (jednoho úseku na křivce) se nazývá vlnovou délkou zvuku (periodou).

Frekvence

je pak počet period za daný čas. Výška frekvence – rychlost kmitání (počet period za daný čas) pak charakterizuje to, co vnímáme jako výšku zvuku – nízký počet period za čas vnímáme jako hluboký zvuk a velký počet period za čas vnímáme jako vysoký zvuk. Frekvenci měříme v Hz (Hertzích).

Slyšitelný zvuk se pohybuje ve frekvencích 20Hz – 20 khz

Vše co se pohybuje nad těmito hodnotami nazýváme

Ultrazvuk.

Vše co se pohybuje pod těmito hodnotami nazýváme

Infrazvuk.

Bely (decibely) 1/10 bellu =

decibel (db)

(

Intenzita zvuku – hladina akustického tlaku SPL – Sound pressure level

)

Jedná se o poměrové jednotky určující jak intenzivně zvuk vnímáme (jaký tlak vyvíjí na náš sluchový orgán)

Zvuk začínáme vnímat od 0dB

Práh bolesti (kdy nám zvuk způsobuje již fyzickou bolest) je 120 – 140 dB.

V přiložené tabulce můžete názorně vidět hodnoty u některých typických jevů.

Sluchový orgán

Vlny z prostředí zachycuje bubínek a převádí je za pomoci ostatních součástí sluchového orgánu na nervové vzruchy, které dále zpracovává mozek.

Citlivost k určitým frekvencím

lidský sluchový orgán však není rovnoměrně citlivý ke všem zvukovým frekvencím a při různých intenzitách zvuku vnímá jednotlivé frekvence s různou citlivostí.

Toto zobrazuje přiložená tabulka (zobrazuje takzvané Fletcher-Munsonovy křivky stejné hlasitosti – vznikly praktickými testy velkého vzorku osob).

Nejcitlivější je zvukový orgán k frekvencím 3-5kHz – což je frekvence lidského hlasu (mluvení).

Tohoto jevu lze využít k potlačení nežádoucích zvuků a zdůraznění žádoucích zvuků tím, že jejich frekvence bude v oblasti vyšší citlivosti lidského ucha.

Vliv vzdálenosti na SPL

(hladinu akustického tlaku)

V otevřeném (bezodrazovém) prostoru platí, že při každém zdvojnásobení vzdálenosti od zdroje zvuku dochází k poklesu akustického tlaku o 6dB.

V uzavřeném prostoru je útlum ovlivněn odrazy od pevných hranic prostoru.

Dobou dozvuku

pak rozumíme dobu od počátku, kdy byl vydán akustický vzruch až po moment, kdy hladina akustického tlaku poklesne o 60dB (nikoliv po úplné odeznění vlnění).

Doba dozvuku

v otevřeném prostoru je dána vzdáleností od zdroje.

Doba dozvuku

v uzavřeném prostoru je dána pohltivostí materiálu stěn, jejich úhlem vzhledem ke zdroji zvuku a překážkami v cestě zvuku.

Pro každé prostředí je jiná optimální doba dozvuku, například pro mluvené slovo vzhledem k potřebě řeči rozumět bude optimální doba dozvuku kratší než například u hudebního sálu, kde je naopak žádoucí delší doba dozvuku.

Stojaté vlnění

– je pojem označující nepříznivý vliv prostoru, kdy při odrazu zvuku od stěny dojde ke sečtení vlny původního zvuku a zvuku odraženého. Dochází tak k nepříjemným akustickým vjemům, kdy v některé části místnosti je intenzita zvuku vyšší a v jiné podstatně nižší. Toto nastává často v prostoru o čtvercovém půdorysu(rovnoběžné protilehlé stěny), kdy jsou odrazy zvukových vln pravidelné. Zabránit tomu lze změnou půdorysu v ideálním případě takovým způsobem, aby stěny svíraly různé úhly a minimálně tak, aby poměr stran čtyřúhelníka byl v poměru 1 : 1,25 :1,6 nebo 1 : 1,5 : 2,5 nebo 1 : 1,7 : 2,9. Svůj vliv má i umístění zdroje zvuku excentrickým způsobem.

Ohyby zvukových vln

Stejně jako obraz i zvukové vlny ovlivňuje teplota a proudění vzduchu. Může tak docházet k ohybu vln z přímého směru šíření. Efekt by bylo možné přirovnat k fatamorgáně.

ohyby zvukových vln / ohyby zvukových vln na překážce Ohyb zvukových vln na překážce

Rozhodující je rozměr překážky v poměru s vlnovou délkou. U větších překážek pak může docházet ke vzniku takzvaného akustického stínu (to znamená, že za překážkou je intenzita zvuku podstatně nižší). U menších překážek naopak akustický stín nevzniká.

Dobré zvládnutí těchto základních pravidel lze naopak využít pro vytvoření kvalitního návrhu, ve kterém se nejen vyvarujeme nežádoucím a nepříjemným akustickým vlivům v místnosti, ale zároveň můžeme jejich znalostí využít k vytvoření požadovaného prostředí, posílení dobré akustiky místnosti s ohledem na její účel a využití.

V příštím díle navážeme na tuto tematiku tím, že si ukážeme konkrétní příklady vlivu těchto jevů, jejich působení v prostoru a možné řešení problémů. Teprve po zvládnutí základních vlastností navrhovaného prostoru se podíváme na možnosti jejího ozvučení, pravidla návrhu a možnosti moderních technologií ozvučení.

Martina Horkelová, Matěj Sborový Audiomaster CZ Zdroj: JBL Sound System Design Reference Manual