Akustyka w halach przemysłowych i sportowych – parametry i ocena

Akustyka hali – akustyka wnętrza

Akustyka hali przemysłowej czy sportowej w aspekcie akustyki wnętrza sprowadza się do oceny chłonności akustycznej pomieszczeń, a tym samym – kontroli tzw. hałasu pogłosowego w obiekcie oraz zrozumiałości komunikatów słownych emitowanych przez systemy rozgłoszeniowe, często dźwiękowe systemy ostrzegawcze (DSO). Przy czym pogłosowość pomieszczeń obiektywnie jest określana dzięki „czasu pogłosu” T₆₀. Zgodnie z definicją T₆₀ jest to czas, w którym dźwięk w pomieszczeniu po wyłączeniu źródła zanika o 60 dB, a więc jego energia maleje milion razy. Czas pogłosu zależy od objętości V pomieszczenia i jego chłonności akustycznej A – T₆₀ = 0,16 V/A [s] (1), A = Σ_iα_iS_i, gdzie α_i – współczynnik pochłaniania dźwięku wewnętrznej płaszczyzny i o powierzchni S_i.

Chłonność akustyczna elementu i określa z kolei zdolność pochłaniania dźwięku z uwzględnieniem jego powierzchni. Zgodnie z zależnością (1) w halach, które cechują się dużą objętością i na ogół są zbudowane z akustycznie „twardych” elementów, np. betonu, metalu czy szkła, należy się spodziewać długiego czasu pogłosu, czyli będą to pomieszczenia o dużej pogłosowości. T₆₀ jest parametrem, który zależy od częstotliwości. Na ogół w zakresie małych częstotliwości czas pogłosu jest znacznie większy, niż w zakresie średnich i dużych częstotliwości. Przy określaniu wymagań dotyczących pogłosowości pomieszczeń podaje się zatem wartości T₆₀ w pasmach o szerokości 1/1 oktawy w zakresie 125–8000 Hz, a w podejściu uproszczonym wartość parametru dla oktawy 500 lub 1000 Hz.

Akustyka hali – ochrona przeciwhałasowa

Akustyka hali przemysłowej i sportowej w aspekcie ochrony przeciwhałasowej dotyczy kontroli dźwięków niepożądanych w obszarach ze słuchaczami lub pracownikami, transmisji hałasu na zewnątrz budynku i przenikania zakłóceń pomiędzy pomieszczeniami. Hałas najczęściej jest oceniany dzięki poziomu dźwięku skorygowanego częstotliwościowo krzywą ważenia A lub C wyrażonego w dB. Przykładowo w halach sportowych zwykle posługuje się poziomem równoważnym L_eq,A, który w uproszczonej interpretacji oznacza średni poziom energii akustycznej ważonej częstotliwościowo krzywą korekcyjną A hałasu występującego w czasie oceny. Z kolei krzywa korekcyjna A określa typową reakcję/czułość ucha ludzkiego na dźwięki o różnej częstotliwości.

Jeżeli w pomieszczeniu zostanie umieszczone źródło hałasu, to w jego bezpośrednim otoczeniu będzie dominować fala bezpośrednia, natomiast w większej odległości fale wielokrotnie odbite od powierzchni wewnętrznych pomieszczenia. Co więcej poziom fali bezpośredniej maleje wraz ze zwiększeniem odległości od źródła, natomiast po przekroczeniu pewnej odległości zwanej promieniem granicznym pomieszczenia, dominują fale odbite. Sumaryczny poziom dźwięków odbitych jest stały, nie zależy od odległości od źródła i nazywamy je hałasem pogłosowym.

Transmisję zakłóceń pomiędzy pomieszczeniami lub na zewnątrz budynku ocenia się dzięki izolacyjności akustycznej, która dla przegród budowlanych najczęściej jest wyrażana poprzez „wskaźnik ważonej izolacyjności akustycznej adekwatnej” R_w wyrażonej w dB. Należy podkreślić, iż parametr ten określa odporność przegrody na przenikanie przez nią hałasów w postaci fali akustycznej. Dla przegród budowlanych poziomych, np. stropów, dodatkowo określa się ich odporność na transmisję hałasu w postaci drgań, tzw. hałasów uderzeniowych.

Wymagania prawne a akustyka hali przemysłowej

Akustyka hali przemysłowej formalnie określona jest tylko w zakresie wymagań dotyczących dopuszczalnych poziomów hałasu występujących na stanowiskach pracy. Określono je w rozporządzeniu MRPiPS [4] w postaci najwyżej dopuszczalnego natężenia (NDN) szkodliwego czynnika, jakim jest hałas. W celu ujęcia szkodliwego oddziaływania wszystkich rodzajów hałasu, w tym impulsowego i niskoczęstotliwościowego, wyznaczono dopuszczalne wartości na stanowisku pracy dzięki trzech parametrów:

• poziomu ekspozycji na hałas w postaci poziomu równoważnego wyznaczonego z krzywą korekcyjną A i odniesionego do 8 h dnia pracy lub tygodnia pracy – L_eq,A,8h/w≤85 dB,
• maksymalnego poziomu dźwięku z krzywą ważenia A – L_max,A≤ 115 dB; przy wyznaczaniu tego parametru należy stosować stałą czasową SLOW,
• szczytowego poziomu dźwięku z krzywą C – L_peak,C≤ 135 dB.

Żaden z powyższych parametrów nie może przekroczyć dopuszczalnych wartości. Izolacyjność akustyczna przegród pomiędzy pomieszczeniami i samej hali jest określana ze względu na dopuszczalny hałas w pomieszczeniach oraz dozwoloną emisję zakłóceń do środowiska zewnętrznego przez projektowany obiekt przemysłowy. Dlatego wymagania takie określa się indywidualnie uwzględniając specyfikę hali oraz istniejące źródła hałasu w budynku. Pomimo tego, iż formalnie nie są określone wymagania na pogłosowość hal przemysłowych, ich czas pogłosu należy kontrolować ze względu na system DSO.

Wymagania prawne a akustyka hali sportowej

Akustyka hali sportowej formalnie określona jest natomiast tylko w zakresie wymagań dotyczących pogłosowości. Określono je w normie PN-B-02151-4:2015-06 [1], która jest prawnie umocowana w obwieszczeniu MRiT [2]. Warto w tym miejscu przypomnieć, iż istniejące normy są obowiązkowe do stosowania tylko w przypadku ich powołania w odpowiedniej ustawie lub rozporządzeniu ministerialnym (bez takiego przywołanie stosowanie norm jest dobrowolne). Zgodnie z tabelą 2 w PN-B-02151-4:2015-06 [1] czas pogłosu (T₆₀) w halach sportowych o objętości poniżej 5000 mł powinien być ≤1,5 s, natomiast w obiektach o większej objętości – ≤ 1,8 s. Uzyskanie takich wartości T₆₀ wymaga umieszczenie materiałów dźwiękochłonnych co najmniej na całej powierzchni sufitu hali, a czasami potrzebne są dodatkowe okładziny dźwiękochłonne na ścianach. Dobrą praktyką projektową jest stosowania konstrukcji dachu, np. z paneli warstwowych jednostronnie perforowanych, które charakteryzują się dobrymi adekwatnościami dźwiękochłonnymi od wnętrza hali.

Pomimo tego, iż dopuszczalne wartości hałasu w halach sportowych nie są formalnie określone, konieczna jest jego kontrola, szczególnie w dużych obiektach. Zgodnie z rozporządzeniem MSWiA [3] w halach o liczbie miejsc powyżej 1500 obowiązkowo należy stosować system DSO, którego efektywność będzie zależała od pogłosowości hali oraz tła akustycznego w jej wnętrzu. Dlatego w każdej hali należy kontrolować hałas od wyposażenia technicznego oraz przenikający z zewnątrz. Ponadto podczas wydarzeń sportowych w hali występują głośnie dźwięki związane, np. z uderzeniami piłki lub okrzykami grających drużyn, co w konsekwencji powoduje powstanie tzw. hałasu pogłosowego, który w dużych budynkach może znacznie obniżyć komfort użytkowania i zmniejszyć zrozumiałość komunikatów słownych. Na ogół spełnienie wymagań dotyczących pogłosowości hal określonych w normie [1] zapewnia wystarczające ograniczenia hałasu pogłosowego oraz umożliwia uzyskanie odpowiedniej zrozumiałości komunikatów DSO. Jednak projektant DSO powinien każdorazowo to zweryfikować i dopasować system do specyfiki hali, w szczególności do jej geometrii.

Dobre praktyki przy kształtowaniu akustyki hali

Akustyka hali sportowej jest kształtowana na ogół poprzez kontrolę czasu pogłosu i ewentualnie dobór zabezpieczeń przeciwhałasowych wyposażenia technicznego budynku, np. wentylacji mechanicznej. Czas pogłosu oblicza się na podstawie zależności (1) i modyfikuje poprzez wprowadzenie do hali dźwiękochłonnych okładzin ściennych oraz sufitowych. W tym celu dobiera się okładziny o takich współczynnikach pochłaniania dźwięku, które umożliwiają uzyskanie pożądanej chłonności akustycznej na możliwej do wykorzystania powierzchni sufitu i ścian. zwykle stosuje się elementy w postaci sufitów podwieszanych czy paneli ściennych wykonanych z włóknistych lub porowatych materiałów, np. z prasowanej wełny szklanej i mineralnej oraz ogniotrwałych pianek. Dosyć często wykorzystuje się także okładziny perforowane, które charakteryzują się dobrym pochłanianiem dźwięku, a jednocześnie dużą odpornością na uszkodzenia mechaniczne. Okładziny takie jednak należy umieścić w odległości 8–20 cm od ścian/sufitu, aby zachować ich parametry akustyczne. Producenci podają zalecane odległości, a często także systemowy sposób ich montażu. Należy pamiętać, iż odległość okładzin od ścian silnie wpływa na ich parametry akustyczne, a więc powinna być ściśle kontrolowana (z dokładnością do 1 cm) i odpowiadać zaleceniom producenta.

Czas pogłosu, a więc i chłonność akustyczna, obliczane są w pasmach oktawowych w podstawowym zakresie częstotliwości 125 Hz–8 kHz. W przypadku hal o nietypowych kształtach, np. bardzo niskich i długich lub bardzo wąskich i długich oraz w halach o objętości powyżej 1000 mł równanie (1) jest mało dokładne, dlatego zaleca się wtedy budowę modelu cyfrowego pomieszczenia, a także obliczenia T₆₀ metodami akustyki geometrycznej z wykorzystaniem specjalistycznego oprogramowania.

Hałas od instalacji technicznych hal sportowych jest analizowany i ograniczany takimi samymi metodami, jak w halach przemysłowych. o ile jest znany poziom mocy akustycznej L_w źródła, to poziom hałasu w odległości powyżej promienia granicznego pomieszczenia jest obliczany z zależności L = L_w+10lg(4/A) (2), gdzie A jest chłonnością akustyczną pomieszczenia. Należy zaznaczyć, iż poziom mocy akustycznej L_w jest wyłącznie cechą źródła, wynika z jego konstrukcji lub punktu pracy i nie zależy od środowiska, w którym ono się znajduje. Poziom hałasu w hali zależy natomiast od parametrów źródła, ale także od chłonności akustycznej pomieszczenia. Z równania (2) wynika m.in., iż przy podwojeniu A hałas w hali zmaleje o 3 dB. Modyfikacja chłonności akustycznej pomieszczenia jest jedną z możliwych metod kontroli hałasu w hali. Wśród pozostałych standardowych metod można wymienić stosowanie ekranów akustycznych, wydzielenie zamkniętych obszarów z pracownikami dzięki dźwiękoszczelnej kabiny/pomieszczenia, zastosowanie obudowy akustycznej na głośnym urządzeniu, użycie tłumików w kanałach rozprowadzenia gazów technicznych lub powietrza. Każda z wymienionych technik obniżenia hałasu ma swoje wady i zalety oraz ograniczoną efektywność.

fot. R. Bolejko

Metoda adaptacji akustycznej

Akustyka hali może zostać poprawiona metodą adaptacji akustycznej, która nie wymaga ingerencji w park maszynowy hali, ale jej skuteczność jest dosyć ograniczona. Przy poprawnie zaprojektowanej adaptacji hali udaje się obniżyć hałas średnio o 3–5 dB, np. poprzez zastosowanie sufitu dźwiękochłonnego pod twardą odbijającą dźwięk konstrukcją dachu. Największą redukcję hałasu jaką można uzyskać tą metodą to ok. 10–12 dB, co jest możliwe przy przejściu ze skrajnie pogłosowej hali do pomieszczenia z materiałami silnie dźwiękochłonnymi na suficie i wszystkich ścianach. Co ważne metoda adaptacji zapewnia obniżenie hałasu tylko w polu pogłosowym hali i nie ma wpływu na hałas bezpośrednio przy urządzeniach.

Ekrany akustyczne

Poprawnie zaprojektowane ekrany akustyczne umożliwiają redukcję hałasu o 10–15 dB, ale tylko w ograniczonym obszarze za ekranem. Dodatkowo rozwiązanie takie jest skuteczne tylko bezpośrednio przy hałaśliwych urządzeń i nie ma wpływu na hałas pogłosowy. Mając to na uwadze, dobrą praktyką jest zastosowanie dwóch rozwiązań jednocześnie – adaptacji akustycznej hali i ekranów akustycznych przy urządzeniach. W celu poprawnego obliczenia efektywności zastosowania takich rozwiązań należy posługiwać się obliczeniowymi metodami akustyki geometrycznej z wykorzystaniem specjalistycznego oprogramowania.

Obudowy i kabiny dźwiękoizolacyjne

Obudowy i kabiny dźwiękoizolacyjne umożliwiają obniżenie hałasu, choćby o 30–40 dB, w zależności od ich konstrukcji, a przede wszystkim – szczelności. Obudowy są stosowane, gdy na hali występują pojedyncze dominujące źródła hałasu, natomiast kabin używa się w przypadku dużej liczby źródeł rozproszonych po całym pomieszczeniu. Typowym przykładem kabiny jest wydzielenie obszarów do badań testowych lub pomieszczeń oddziałów inżynieryjnych w obrębie hali przemysłowej. Tego typu konstrukcje są wykonywane najczęściej metodą lekkiej zabudowy z płyt gipsowo-kartonowych. Przy czym skuteczność takich rozwiązań jest określana dzięki izolacyjności akustycznej przegród R_w, z których jest wykonana kabina, według zależności L_kabina = L_hala–R–10lg (S_kabina/A_kabina) (3), gdzie L_kabina jest poziomem hałasu wewnątrz kabiny, L_hala – poziomem hałasu w polu pogłosowym hali, A_kabina – chłonnością akustyczną kabiny.

Literatura
1. PN-B-02151-4:2015-06 „Akustyka budowlana – Ochrona przed hałasem w budynkach – Część 4: Wymagania dotyczące warunków pogłosowych i zrozumiałości mowy w pomieszczeniach oraz wytyczne prowadzenia badań”.
2. Obwieszczenie Ministra Rozwoju i Technologii z dnia 15 kwietnia 2022 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz U z 2022 r., poz.1225).
3. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (Dz U z 2010 r. nr 109, poz.719).
4. Rozporządzenie Ministra Rodziny, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 12 czerwca 2018 r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy (Dz U z 2018 r., poz.1286).