Source: https://issuu.com/oktaedr/docs/oktaedr_sf_stavebni_akustika
Timestamp: 2018-08-22 07:39:58+00:00

Document:
Stavební fyzika – Stavební akustika v teorii a praxi by OKTAEDR - Issuu
Zuz anaFi šar ová
ST AVEBNÍ FYZI KA –St avební akust i kavt eor i i apr axi
PODĚKOVÁNÍ: Dovolte mi připojit poděkování za recenzi těchto textů a veškerou pomoc Ing. Dagmar Donaťákové z Ústavu pozemního stavitelství Fakulty stavební VUT v Brně a Ing. Pavlu Oravcovi, Ph.D., z téhož pracoviště, za poskytnutou fotodokumentaci. Dále mi dovolte připojit poděkování za nesmírnou podporu a trpělivost mé velké učitelce Doc. RNDr. Marii Vaňkové, CSc., z Ústavu fyzikálního inženýrství, Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně.
STAVEBNÍ FYZIKA – STAVEBNÍ AKUSTIKA V TEORII A PRAXI Ing. Zuzana Fišarová, Ph.D. Vydavatel: Vysoké učení technické v Brně Vytiskla: Ing. Vladislav Pokorný – LITERA, Tábor 43c, 612 00 Brno Sazba a grafická úprava: Ing. Zuzana Fišarová, Ph.D. Kresba na obálce: Ing. Zuzana Fišarová, Ph.D. Návrh grafické úpravy obálky: Ing. Josef Remeš Počet stránek: 129 První vydání, Brno 2014 ISBN 978-80-214-4878-0
OBSAH 1 Úvod........................................................................................................... 9 2 Základní pojmy a veličiny ....................................................................... 10 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9
Zvuk, hluk, vibrace ........................................................................ 10 Vliv hluku a vibrací na člověka ..................................................... 10 Akustické vlnění............................................................................. 11 Harmonické kmitání oscilátoru ...................................................... 11 Akustický tlak ................................................................................ 12 Energetické veličiny charakterizující vlnění .................................. 12 Hladinové vyjádření ....................................................................... 13 Základní vztahy mezi veličinami ................................................... 16 Praktická část - příklady ................................................................. 17
3 Akustika a její jednotlivé obory............................................................... 24 3.1 3.2 3.3
Vznik zvuku a základní poznatky o jeho šíření ............................. 24 Nejčastější zdroje hluku a vibrací ve stavební praxi ...................... 24 Možnosti omezení šíření hluku a vibrací ....................................... 25
4 Urbanistická akustika .............................................................................. 27 4.1
Nařízení vlády č. 272/2011 Sb. ...................................................... 27
4.1.1 Hygienické limity hluku v chráněných vnitřních prostorech staveb, § 11, NV 272/2011 Sb. ................................................................. 29 4.1.2 Hygienické limity hluku v chráněných venkovních prostorech staveb a v chráněném venkovním prostoru, § 12, NV 272/2011 Sb. ....... 30 4.2 4.3 4.4
Šíření zvuku v reálném prostředí - ve vzduchu ............................. 31 Základních vztahy mezi veličinami ............................................... 36 Praktická část - příklady ................................................................. 36
5 Akustika stavebních konstrukcí ............................................................... 43 Způsoby šíření hluku a vibrací v budovách ................................... 43 Útlum chvění v konstrukcích ......................................................... 44 Vzduchová a kročejová neprůzvučnost.......................................... 44 Hodnocení vzduchové neprůzvučnosti .......................................... 47 Hodnocení kročejové neprůzvučnosti ............................................ 51 Požadavky platné legislativy na zvukovou izolaci mezi místnostmi . ........................................................................................................ 55 5.7 Požadavky platné legislativy na zvukovou izolaci obvodových plášťů a jejich částí........................................................................................ 58 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6
5.8 Stanovení požadavků na neprůzvučnost oken ............................... 59 5.9 Návrh obvodového pláště z hlediska požadavků na zvukovou izolaci ........................................................................................................ 60 5.10 Způsoby určení zvukoizolačních vlastností ................................... 61 5.10.1 Na základě podkladů z měření jednotlivých výrobců nebo dodavatelů stavebních prvků, konstrukcí .................................................. 61 5.10.2 Na základě podkladů z dostupné literatury.............................. 62 5.10.3 Na základě podrobného výpočtu ............................................. 68 5.10.4 Na základě vyhotovení referenčního vzorku na stavbě ........... 71 5.10.5 Na základě laboratorních měření ............................................. 72 5.11 Vybrané výpočetní postupy dle ČSN EN 12354-1 ........................ 72 5.11.1 Vzduchová neprůzvučnost monolitických prvků .................... 73 5.11.2 Zlepšení vážené neprůzvučnosti přídavnými vrstvami ........... 73 5.12 Vybrané výpočetní postupy dle ČSN EN 12354-2 ........................ 74 5.12.1 Stanovení ekvivalentní vážené normalizované hladiny akustického tlaku kročejového zvuku homogenní stropní konstrukce ..... 75 5.12.2 Vážené snížení hladiny akustického tlaku kročejového zvuku ΔLW vlivem plovoucích podlah ................................................................ 75 5.12.3 Zjištění zvukoizolačních vlastností s využitím programu NEPRŮZVUČNOST ................................................................................ 77 5.13 Praktická část - příklady ................................................................. 77 6 Prostorová akustika.................................................................................. 87 6.1 6.2
Vlnová akustika .............................................................................. 87 Statistická akustika ......................................................................... 89
6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.3 6.4 6.5
Sabineho vztah pro výpočet doby dozvuku ............................. 91 Eyringův vztah pro výpočet doby dozvuku ............................. 91 Millingtonův vztah pro výpočet doby dozvuku ....................... 92
Geometrická akustika ..................................................................... 93 Pole přímých a odražených vln ...................................................... 94 Platná legislativa pro prostorovou akustiku ................................... 95
6.5.1 ČSN 73 0525 – Akustika – Projektování v oboru prostorové akustiky – Všeobecné zásady.................................................................... 95 6.5.2 ČSN 73 0527 – Akustika – Projektování v oboru prostorové akustiky – Prostory pro kulturní účely – Prostory ve školách – Prostory pro veřejné účely ....................................................................................... 96
Konstrukce sloužící k pohlcování zvuku ....................................... 99
6.6.1 6.6.2 6.6.3 6.6.4 6.6.5
Konstrukce porézní ................................................................ 103 Konstrukce kmitající membrány a desky .............................. 105 Konstrukce dutinových rezonátorů ........................................ 106 Konstrukce kombinované ...................................................... 108 Konstrukce rozptylové ........................................................... 108
6.7 Obecný postup návrhu prostoru s ohledem na požadavky prostorové akustiky ..................................................................................... 109 6.8 Praktická část – příklady .............................................................. 110 7 zajímavosti závěrem – příklady chyb na stavbách ................................ 119 8 Citovaná literatura ................................................................................. 127
1 ÚVOD Stále větší důraz je kladen na problematiku životního prostředí a odstraňování škodlivých vlivů souvisejících s prudkým rozvojem techniky. Dochází k nárůstu požadavků na vytváření co nejoptimálnějšího prostředí pro pobyt, práci i relaxaci lidí. V této souvislosti patří mezi důležité faktory ochrana před nadměrným hlukem a vibracemi. Příčinou hluku i vibrací jsou střídavé síly vznikající v důsledku jevů, mezi které lze zařadit například pohyb dopravních prostředků, činnost nejrůznějších pracovních nástrojů, rotační pohyby strojních zařízení, provoz technického zařízení budov, ale i běžné činnosti související s užíváním prostorů k bydlení i práci. Špatná koncepce návrhu objektu může mít negativní následky, které není možné vždy snadno napravit. (Kolářová (Fišarová), 2012). Obecně dbát na vhodná opatření související s ochranou před nadměrným hlukem a vibracemi je nutností a také dobrou investicí již ve fázi návrhu stavby. Vždy je nutné se zaměřit jak na umístění stavby (urbanistickou akustiku), tak na dispoziční řešení a návrh dílčích stavebních konstrukcí (akustiku stavebních konstrukcí) a následně na zdroje hluku a vibrací umístěné v objektu nebo v jeho blízkosti. Speciální obor pak dále představuje akustika prostorová, která se zabývá uzavřenými prostory. V rámci řešení prostorové akustiky je pak pozornost zaměřena především na vyhodnocování doby dozvuku prostoru, případně na další veličiny jako je například srozumitelnost v jednotlivých místech prostoru. Tato příručka si klade za cíl přiblížit právě základní oblasti stavební akustiky (akustiku urbanistickou, stavebních konstrukcí a prostorovou) tak, aby přispěla k lepší orientaci při řešení reálných projektů ve stavební praxi. Zaměřuje se na přiblížení základních pojmů, na související legislativní požadavky a způsoby řešení jednotlivých problémů. Publikace je doplněna o praktické příklady, které mají čtenáři pomoci při orientaci v problematice stavební akustiky tak, aby získané znalosti mohl co nejsnadněji aplikovat ve stavební praxi.
2 ZÁKLADNÍ POJMY A VELIČINY 2.1 Zvuk, hluk, vibrace Zvukem se rozumí každé mechanické vlnění pružného prostředí, kdy dochází k šíření rozruchu od zdroje. Leží-li frekvence zvuku ve slyšitelném pásmu lidského ucha, tzn. od 20 Hz – 20 kHz, vnímá ucho tento zvuk sluchem. Akustické vlnění o frekvenci nižší než 20 Hz se označuje jako infrazvuk, nad 20 kHz pak jako ultrazvuk. Hlukem se označuje každý nežádoucí zvuk, který působí na člověka z nějakého důvodu rušivě. Vibracemi, otřesy se označuje mechanické kmitání v případě, že se mluví o šíření zvuku pevným materiálem. Chvění pak představuje vibrace, otřesy s frekvenčním rozsahem, který je omezen na pásmo frekvencí slyšitelných lidským uchem od 20 Hz – 20 kHz, (Nový, 2000). Přesná definice hluku a vibrací viz (Zákon č. 258/2000 Sb., 2000).
2.2 Vliv hluku a vibrací na člověka Zvuk je přirozený projev přírodních jevů a různých aktivit člověka. Sluch představuje jeden z nejbohatších zdrojů informací. Nebezpečnost hluku spočívá v tom, že lidský organismus nemá proti působení akustických signálů významné obranné mechanismy, jako je tomu například u zraku, kdy můžeme škodlivý vjem ovlivnit zavřením očí. Hluk je škodlivý nejen z hlediska biologického (vliv na nervové vypětí, neurovegetativní poruchy, vysoký krevní tlak, až poškození sluchového orgánu), ale také z hlediska ekonomického, kdy nadměrná expozice přispívá ke snížení produktivity práce a zvýšení nemocnosti, (Jokl, 1993). Vnímání vibrací je ovlivněno celou řadou faktorů. Jedná se o komplexní fyziologický a psychologický vjem zprostředkovaný celou řadou receptorů. Dané vzruchy se přenášejí centrální nervovou soustavou do mozku, kde se integrují a kde také vzniká subjektivní vjem. Velikost vjemu je určena nejen kmitočtem, ale i rychlostí, respektive zrychlením kmitavého pohybu. Vjem vibrací na kmitočtech nižších než 15 Hz je dán funkcí vestibulárního aparátu. Vnímání vibrací na nízkých kmitočtech je zprostředkováno dále receptory, které jsou v kloubech, šlachách a svalech. Vibrace o kmitočtech vyšších než 15 Hz jsou vnímány pomocí receptorů na tlak, které se nacházejí v měkkých tkáních a kůži.
Nepříznivý a mnohdy i škodlivý účinek vibrací na člověka je závislý na způsobu jejich přenosu ze zdroje na člověka a na vedení v organismu samotném. Expozice osoby intenzivními vibracemi je spojena s nepříjemným subjektivním vjemem nepohody, který může být posuzován jak z fyziologického, tak i z psychologického hlediska. Při delší expozici vibracemi jsou průvodním jevem příznaky změn v centrálním nervovém systému, (Jokl, 1993).
2.3 Akustické vlnění Zvuk se může šířit v plynném, kapalném i pevném prostředí ve formě akustického vlnění. Je-li toto prostředí izotropní, šíří se zvuk všemi směry stejnou rychlostí a místa, do nichž vlnění dospělo za stejnou dobu, leží na ploše označované jako vlnoplocha. Vlnoplocha se pak vyznačuje tím, že všechny body, které na ní leží, vykazují v daný okamžik stejný akustický stav a kmitají se stejnou fází. Podle toho, zda částice prostředí kmitají ve směru šíření vlnění nebo kolmo k němu, se dělí vlnění na podélné (longitudinální) a příčné (torzní). U plynů a kapalin se může vyskytovat pouze podélné akustické vlnění, protože tyto látky jsou pružné pouze ve smyslu objemové stlačitelnosti. U materiálů elastických se může vyskytovat vlnění podélné i příčné, protože vykazují pružnost nejenom v tahu a tlaku, ale také ve smyku. Kombinací těchto namáhání vzniká kmitání ohybové. Ohybové vlnění je z hlediska šíření a vyzařování zvuku nejdůležitější.
2.4 Harmonické kmitání oscilátoru Základní pojmy popisující harmonické kmitání jsou znázorněny na Obr. 1, ze kterého jsou rovněž patrné vzájemné vazby popisovaných veličin.
Časový průběh harmonického kmitání, (Nový, 2000), (de Silva, 2005), (Brepta, a další, 1994), (Vaňková, a další, 1995)
Doba kmitu (perioda) T [s] je určena časem mezi dvěma sousedícími stejně velkými a stejně orientovanými výchylkami, viz Obr. 1. Perioda T určuje také frekvenci (kmitočet) f [Hz] a úhlovou frekvenci (kmitočet) ω [s-1]. Frekvence určuje počet kmitů za sekundu, které vykoná kmitající hmotný bod. Vzdálenost, kterou urazí zvuková vlna za dobu jedné periody, se nazývá vlnová délka λ [m]. Vlnová délka úzce souvisí s tím, jaký druh akustického vlnění může v daném konstrukčním prvku vzniknout. Hlavní podmínkou vzniku vlnění v určitém materiálu a prvku je jeho rozměr l [m], který musí být minimálně roven poloviční délce vlny, (Nový, 2000).
2.5 Akustický tlak Celkový tlak v určitém místě a čase t [s] je dán součtem barometrického tlaku ps [Pa] a okamžitého akustického tlaku pt [Pa]. Pro usnadnění práce při výpočtu jsou často uvažovány maximální, efektivní a střední hodnoty akustických veličin.
pmax  1,41 pef  1,57 p stř
pef  0,707 pmax  1,11 pstř
p stř  0,9 pef  0,636 pmax
kde pmax špičková hodnota akustického tlaku, [Pa]; pef efektivní hodnota akustického tlaku, [Pa]; pstř střední hodnota akustického tlaku, [Pa].
2.6 Energetické veličiny charakterizující vlnění Množství akustické energie, které je přeneseno prostorem za jednotku času, se nazývá akustickým výkonem W [W].
W  kde E t
(4) množství akustické energie, [J]; čas, [s].
U prostorového vlnění je přenášený výkon závislý na velikosti plochy, kterou vlnění prochází. Z těchto důvodů byla zavedena veličina okamžitá intenzita zvuku I [W·m-2].
kde W S
(5) akustický výkon, [W]; plocha, přes kterou vlnění prochází, [m2].
Podle polohy zdroje hluku a vibrací v prostoru je vždy nutno charakterizovat způsob jeho vyzařování. Nerovnoměrnosti vyzařování lze vyjádřit pomocí činitele směrovosti Q [-]. Pro bodový zdroj umístěný v prostoru a nijak neomezený dosahuje hodnota Q = 1, Q = 2 uvažujeme v případě vyzařování zdroje do poloprostoru, například v případě umístění na fasádě objektu, Q = 4 lze uvažovat při umístění v rohu, pro zdroj v koutě je pak hodnota Q = 8.
Činitel směrovosti zdroje zvuku v závislosti na jeho poloze: a) bodový zdroj, b) zdroj vyzařující do 1/2 prostoru (např. na podlaze), c) zdroj vyzařující do 1/4 prostoru (roh), d) zdroj vyzařující do 1/8 prostoru (kout)
2.7 Hladinové vyjádření Akustické veličiny, které lze k popisu šíření zvuku od zdroje použít jsou například výše zmiňovaný akustický tlak p [Pa], akustická rychlost v [ms-1], akustická intenzita zvuku I [W·m–2], akustický výkon W [W]. Tyto veličiny se však v praxi mění o mnoho řádů. Toto je jeden z důvodů, proč byla pro práci s těmito veličinami zavedena logaritmická stupnice a jednotka decibel [dB]. Při použití hladin je vždy nutno stanovit referenční hodnoty, ke kterým se dané veličiny budou vztahovat. Referenční hodnoty jsou stanovené platnou legislativou, (ČSN ISO 1683 (011626), 2009). Hladina akustické veličiny X [dB] je pak obecně definována následujícím vztahem:
 X   L X  10 log X  0 kde X X0
sledovaná akustická veličina, referenční hodnota sledované akustické veličiny. 13
Akustický tlak a hladina akustického tlaku typických zdrojů hluku jsou pro představu uvedeny na následujícím Obr. 3, (http://www.aurisaudio.cz/kolik-decibelu-skodi).
Akustický tlak a hladina akustického tlaku běžných zdrojů hluku, (http://www.aurisaudio.cz/kolik-decibelu-skodi)
Vazby jednotlivých hladin akustických veličin lze shrnout do následujících vztahů, (7 ̶ 9):
LI  L p  0,2
L p  LW  10 log S
W 1 1  W   L p  LW  10 log   Lw  10 logS  S S S Q L p  LW  10 log  (9) S
Odvození: I 
kde LI Lp LW S Q
hladina akustické intenzity, [dB]; hladina akustického tlaku, [dB]; hladina akustického výkonu, [dB]; měřící plocha obklopující zdroj zvuku, 4πr2, [m2]; směrový činitel pro daný směr, [–].
Potřebujeme-li sečíst v hladinovém vyjádření vliv více zdrojů hluku, je nutné provést součet logaritmický, nikoliv aritmetický!!! Pro součtovou hladinu LX,S [dB] od více různých zdrojů platí vztah:
LX ,S  10 log 10
0,1Lx ,i
Pro součtovou hladinu LX,S [dB] od více stejných zdrojů pak platí:
LX ,S  LX ,i  10 log n kde Lx,i n
hladina akustické veličiny i–tého zdroje zvuku, [dB]; počet stejných zdrojů hluku, [–].
Při popisu a sledování vlivu zvuku na zdraví člověka je nutno zohlednit specifickou vlastnost lidského ucha a to jeho schopnost různého vnímání zvuků o různých kmitočtech a intenzitě. Nejlépe lidské ucho vnímá kmitočet kolem 1000 Hz, což přibližně odpovídá lidské řeči. S ohledem na snahu přiblížit se těmto vlastnostem sluchového orgánu byly zavedeny tzv. váhové filtry, které upravují citlivost zvukoměru z hlediska vnímání lidského ucha. Rozlišujeme filtr A, B, C, D. Pro běžné použití ve stavební praxi bývá nejčastěji užíván váhový filtr A [dB]. Ke každé změřené hladině je pak připočítána hodnota K A váhového filtru. Některé frekvence jsou pak zvýšeny, některé sníženy dle charakteru vnímání lidského sluchového orgánu.
2.8 Základní vztahy mezi veličinami WQ S
1. Akustická intenzita I [Wm–2]
2. Hladina akust. výkonu Lw [dB]
W LW  10 log  W0
W  W0 10
 LW     10 
W0  110 12W Lp  p L p  20 log  ; p  p0 10 20  p0  p0  2 10 5 Pa
3. Hladina akust. tlaku Lp [dB]
LI  I  10 LI  10 log  ; I  I 0  10  I0  I 0  11012Wm2
4. Hladina akust. intenzity LI [dB]
LI  L p  0,2  LI  L p
5. Vazba mezi LI [dB] a Lp [dB]
Q L p  LW  10 log  S 0,1L LX ,S  10 log 10 x ,i
6. Vazba mezi Lp [dB] a Lw [dB]
7. Součtová hladina LX,S [dB]
LX ,S  LX ,i  10 log n (pro n stejných zdrojů hluku) r  L p , 2  L p ,1  20 log 1   r2 
8. Pro bodové (kulové) zdroje
r  L p , 2  L p ,1  10 log 1   r2  L p , 2  L p ,1
9. Pro přímkové (liniové) zdroje 10. Pro plošné (rovinné) zdroje
2.9 Praktická část - příklady 1. PŘÍKLAD Zadání: Porovnejte výsledky hladin akustického tlaku Lp, jsou-li v provozu jeden, dva a čtyři naprosto stejné zdroje hluku (například se může jednat o VZT jednotku, mluvícího člověka a podobně). Konkrétní situace je vyobrazena na schématu zadání. Lp,1=Lp,2=Lp,3=Lp,4=55dB. Dále proveďte porovnání s výslednou hladinou akustického tlaku Lp při působení dvou výrazně rozdílných zvukových signálů. Lp,1=53dB, Lp,2=54dB, Lp,3=55dB a Lp,4=66dB. Schéma situace:
Potřebné vztahy:
LX ,S  LX ,i  10 log n ; LX ,S  10 log 10
Lp, 2 zdroje  Lp,1zdroj  10 log 2  55  10 log 2  58dB
0,1L p ,1 zdroj
Lp, 2 zdroje  10 log 10
 10 log10
 105,5  58dB
Lp, 4 zdroje  Lp,1zdroj  10 log 4  55  10 log 4  61dB
Lp, 4 zdroje,stejne  10 log 10
 10 log 105,5  105,5  105,5  105,5  61dB
Lp, 4 zdroje,ruzne  10 log 10
0,1L p , 2 zdroj
 10 log 105,3  105, 4  105,5  106,6  66,8dB 17
0,1L p , 3 zdroj
0,1L p , 4 zdroj
Závěr: Při provozu dvou stejných zdrojů hluku dojde k navýšení hladiny akustického tlaku o 3 dB ve srovnání s provozem jednoho ze zdrojů. Při provozu čtyř stejných zdrojů dojde k nárůstu o 6 dB ve srovnání s provozem jednoho z těchto zdrojů. Obecně tedy při zdvojnásobení počtu stejných zdrojů hluku dochází k nárůstu hladiny akustického tlaku o 3 dB. Pokud jsou zapojeny výrazně rozdílné zdroje hluku (o více než 10 dB), výsledná hodnota je téměř rovna hladině nejhlučnějšího zdroje a ostatní zdroje mají na výsledem jen malý vliv. Pokud má být případné opatření proti hluku efektivní, pak musí být směřováno na tento nejhlučnější zdroj. 2. PŘÍKLAD: Zadání: Stanovte hladinu akustického tlaku Lp v místě posluchače od dvou rozdílných zdrojů hluku dle zadaného schématu. Schéma situace:
r  Q L p , 2  L p ,1  20 log 1  ; L p  LW  10 log  ; LX ,S  10 log S  r2 
10  0,1Lx ,i
Výpočet: Hladina akustického tlaku v místě posluchače od zdroje 1: r   15  Lp , r1 , zdroj1  Lp , r4  20 log 4   65  20 log   53dB  60   r1  Hladina akustického tlaku v místě posluchače od zdroje 2:  Q   2   Lp , r 2, zdroj2  LW , zdroj2  10 log  93  10 log  52dB  2  2   4 45   4r2  Logaritmický součet hladin akustického tlaku od zdroje 1 a 2:
Lp, zdroj1 2  10 log 10
0,1L p ,i
  10 log10
 105, 2  55,5dB
Závěr: Výsledná hladina akustického tlaku v místě posluchače je 55,5 dB. Obecně je vhodné si uvědomit, že hladina akustického výkonu představuje charakteristiku samotného zdroje. U hladiny akustického tlaku, případně intenzity, je nutno znát dále informaci o vzdálenosti, ve které byla hladina zjištěna. V praxi bývá často popis těchto veličin neúplný. Příkladem může být zařízení, u kterého se projektant z technických listů dozví pouze následující: hluk 55dB. V takovémto případě je vždy nutné vznést dotaz na uváděné parametry a jejich význam a tak předejít případnému omylu. 3. PŘÍKLAD: Zadání: Stanovte hladinu akustického tlaku ve vzdálenosti 15 m a 100 m od: a. bodového zdroje (například ventilátor); b. liniového zdroje (například komunikace); c. plošného zdroje (fasáda výrobní haly). Hladinu akustického tlaku měřenou ve vzdálenosti 7,5 m uvažujte 80dB.
Schéma situace:
r  r  L p , 2  L p ,1  20 log 1  ; L p , 2  L p ,1  10 log 1  ; L p , 2  L p ,1  r2   r2 
Výpočet: 1. Pro bodové (kulové) zdroje:
r   7,5  Lp , 2,15  Lp ,1,7,5  20 log 1   80  20 log   74dB ; r 15    2 r   7,5  Lp , 2,100  Lp ,1, 7,5  20 log 1   80  20 log   57,5dB .  100   r2  2. Pro přímkové (liniové) zdroje:
r   7,5  Lp , 2,15  Lp ,1,7,5  10 log 1   80  10 log   77dB ;  15   r2  r   7,5  Lp , 2,100  Lp ,1, 7,5  10 log 1   80  10 log   68,8dB . r 100    2 3. Pro plošné (rovinné) zdroje: Charakter rovinného, plošného zdroje je do r1,5 x l, š, h haly, při vzdálenosti větší pak dojde k přechodu na zdroj bodový, případně liniový (dlouhé haly). Pokud je podmínka r1,5 x l, š, h haly splněna, pak platí: Lp, 2,15  Lp,1,7,5  80dB ;
L p , 2,100  ve větší vzdálenosti od zdroje hluku je nutno zohlednit velikost haly. Závěr: Při zdvojnásobení vzdálenosti od bodového zdroje (například ventilátor) zvuku dochází k poklesu hladiny akustického tlaku o 6dB. Při zdvojnásobení vzdálenosti od liniového zdroje zvuku (například od komunikace) dochází k poklesu hladiny akustického tlaku o 3dB. Při zdvojnásobení vzdálenosti od plošného zdroje hluku (například fasáda výrobní haly) k poklesu hladiny akustického tlaku nedochází. Ve větších vzdálenostech než r1,5 (2) x l, š, h haly (rozměry haly) se fasáda již nechová jako zdroj plošný, rovinný, ale bude zdrojem bodovým, případně s ohledem na délku haly zdrojem liniovým a k poklesu hladiny akustického tlaku docházet bude. 21
3 AKUSTIKA A JEJÍ JEDNOTLIVÉ OBORY Akustika je rozsáhlý vědní obor zabývající se studiem mechanických kmitů v pružném prostředí a jevy spojenými s tímto kmitáním, především pak vznikem zvukového vlnění, jeho šířením, vnímáním zvuku sluchem a jeho přenosem. Tento obor má řadu poddisciplín, mezi které lze zařadit například hudební akustiku, fyziologickou akustiku, psychoakustiku, elektroakustiku, hydroakustiku ale také akustiku technickou. Mezi jeden z oborů technické akustiky pak můžeme zařadit akustiku stavební, kterou lze dále rozdělit na akustiku urbanistickou, stavebních konstrukcí a prostorovou. Následující text je zaměřen právě na základní informace související s posledními jmenovanými obory významnými pro stavební praxi.
3.1 Vznik zvuku a základní poznatky o jeho šíření Problematiku snižování hluku lze rozdělit na tři základní oblasti: 1. vlastní zdroj hluku a problémy s ním související; 2. šíření zvuku od zdroje k příjemci; 3. samotný člověk a jeho specifický způsob vnímání zvuku. Tento text bude dále zaměřen, s ohledem na zaměření této publikace, především na oblast druhou.
3.2 Nejčastější zdroje hluku a vibrací ve stavební praxi Na stavební objekty může působit mnoho vlivů, jejichž projevem jsou vznikající a šířící se hluk a vibrace. Z hlediska hodnocení podle platné legislativy (Nařízení vlády č. 272/2011 Sb., 2011) lze rozlišit venkovní zdroje umístěné mimo budovu a zdroje uvnitř budovy samotné. Jedním z hlavních venkovních zdrojů způsobujících hlukovou zátěž naší populace je doprava, ať už se jedná o automobilovou, kolejovou nebo leteckou. Mezi další venkovní zdroje lze zařadit například provozy výrobních závodů, technické zázemí staveb, sportovní zařízení (hřiště, bazény) a kulturní zařízení (divadla, kina, koncertní síně, diskotéky, provozy restauračního nebo občerstvovacího typu). K častým zdrojům hluku umístěným uvnitř budovy patří například výtahy, kotelny, trafostanice, vytápěcí, chladící a větrací systémy. Nezanedbatelná je samozřejmě problematika spojená se samotným užíváním prostor, která je nejzávažnější v objektech určených pro bydlení. Problémy tam 24
přináší provoz ve společných komunikačních prostorech objektů, na schodištích, chodbách, vstupních halách. V obytných budovách bývají stížnosti směrovány často také na činnosti sousedů spojené s hovorem, posloucháním TV nebo hudby, užíváním domácích spotřebičů (pračky, myčky, digestoře), používáním hygienického zázemí bytu (koupelna, WC) a mnohé další, (Kolářová (Fišarová), 2012).
3.3 Možnosti omezení šíření hluku a vibrací Při snaze o ochranu akusticky chráněných prostor budov je nutné zaměřit pozornost především na následující způsoby, (Nový, 2000): o o o o
eliminace hluku a vibrací přímo na zdroji; volba vhodného dispozičního řešení; použití materiálů s dostatečnou zvukovou pohltivostí; konstrukcí s dostatečným zvukovým útlumem.
V případě eliminace hluku a vibrací přímo na zdroji je pozornost zaměřena na omezení působení zdroje nebo dokonce na jeho odstranění. Tento způsob ochrany místností je jistě velmi účinný, ale často ho nelze realizovat. Jedním z nejefektivnějších způsobů ochrany před nadměrným hlukem a vibracemi je volba vhodné dispozice navrhovaného objektu. V řešené místnosti lze dále využít vyšší pohltivosti konstrukcí. V tomto případě se jedná o aplikaci poznatků z oboru prostorové akustiky. Poslední výše uvedený způsob představuje použití konstrukcí s dostatečným zvukovým, případně antivibračním útlumem. Ochrana místností pak spočívá v oddělení zdrojů od okolí prvky s dostatečnými tlumícími vlastnostmi, (Kolářová (Fišarová), 2012).
4 URBANISTICKÁ AKUSTIKA Urbanistická akustika se zabývá studiem akustických jevů ve venkovním prostoru z hlediska ochrany vymezených míst (zejména v okolí budov) před hlukem. Sleduje akustické vlastnosti venkovních zdrojů hluku a venkovního prostředí, přičemž přihlíží k vlivům stavebních konstrukcí a objektů, terénních útvarů a porostů a k dalším jevům. Dominujícím zdrojem hluku v exteriéru z hlediska podílu na hlukové expozici člověka je bezesporu doprava na pozemních komunikacích následována dopravou železniční a leteckou, průmyslovým hlukem, hlukem z provozoven, ze stavební činnosti, hlukem ze sousedství, z volnočasových aktivit a dalšími. Pojem komunální hluk pak představuje nechtěný nebo škodlivý zvuk ve venkovním prostředí tvořený lidskou činností, včetně hluku ze silnic, železnic, letišť a průmyslových míst. Předpověď hladin akustického tlaku A z dopravy (obvykle výhled na 10 let) je vyžadována orgány státní správy při územním řízení pro výstavbu nových komunikací i při navrhování nových budov, (Kaňka, 2009). Dohodnutou veličinou popisující akustickou situaci ve venkovním prostoru představuje ekvivalentní hladina akustického tlaku A LAeq,T, [dB], kterou je možné získat na základě měření nebo výpočtu. Tato hodnota je pak porovnána se závaznými hygienickými limity stanovenými v (Nařízení vlády č. 272/2011 Sb., 2011).
4.1 Nařízení vlády č. 272/2011 Sb. V (Nařízení vlády č. 272/2011 Sb., 2011) jsou stanoveny požadavky na ochranu zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací. Nařízení se zaměřuje nejen na ochranu veřejného zdraví, ale i na ochranu zdraví zaměstnanců. V tomto dokumentu jsou stanoveny hygienické limity hluku a vibrací na pracovišti, hygienické limity pro chráněný vnitřní prostor staveb, chráněný venkovní prostor staveb a chráněný venkovní prostor, hygienické limity vibrací pro chráněný vnitřní prostor staveb a způsob měření a hodnocení hluku a vibrací pro denní a noční dobu. Pro lepší orientaci v nařízení vlády je nutné definovat několik základních pojmů. Chráněným venkovním prostorem se rozumí nezastavěné pozemky, které jsou užívány k rekreaci, sportu, léčení a výuce, s výjimkou prostor určených pro zemědělské účely, lesů a venkovních pracovišť. Chráněným venkovním prostorem staveb se rozumí prostor do 2 m okolo bytových domů, rodinných domů, staveb pro školní a předškolní výchovu a pro zdravotní a sociální účely, jakož i funkčně obdobných staveb.
Chráněným vnitřním prostorem staveb se rozumí obytné a pobytové místnosti, s výjimkou místností ve stavbách pro individuální rekreaci a ve stavbách pro výrobu a skladování. Rekreace zahrnuje i užívání pozemku na základě vlastnického, nájemního nebo podnájemního práva souvisejícího s vlastnictvím bytového nebo rodinného domu, nájmem nebo podnájmem bytu v nich viz Zákon o veřejném zdraví, 258/2000 Sb., díl 6, § 30, (3). Pozn. zahrada, sad, zatravněná plocha představuje plochu pro zemědělské účely, tzn. nejedná se o plochy určené k rekreaci. Pobytové místnosti, dle vyhlášky 268/2009 Sb. o technických požadavcích na stavby, § 3, j), představují místnosti nebo prostory, které svou polohou, velikostí a stavebním uspořádáním splňují požadavky k tomu, aby se v nich zdržovaly osoby. Hlukem s tónovými složkami je myšlen hluk, v jehož kmitočtovém spektru je hladina akustického tlaku v třetinooktávovém pásmu, případně i ve dvou bezprostředně sousedících třetinooktávových pásmech, o více než 5 dB vyšší než hladiny akustického tlaku v obou sousedních třetinooktávových pásmech, hlukem s tónovými složkami je vždy hudba nebo zpěv, (Nařízení vlády č. 272/2011 Sb., 2011). Hlukem s výrazně informačním charakterem je řeč, (Nařízení vlády č. 272/2011 Sb., 2011) Hlukem pozadí představuje hluk v okolním prostředí. Maximální hladina akustického tlaku LAmax nejvyšší hladina akustického tlaku ve sledovaném období. Ekvivalentní hladina akustického tlaku A LAeq,T je fiktivní ustálená hladina akustického tlaku A, která má stejný účinek na člověka během sledovaného časového úseku T, jako proměnlivá hladina akustického tlaku A za stejný čas.     L n  Ai  1  10 LAeq ,T  10 log n    Ti 10  (12)   i 1   T  i   i 1  kde
LAj Ti T
hladina akustic. tlaku A v i-tém časovém intervalu Ti [dB]; délka i-tého časového úseku, [s]; celkový časový interval, ke které se LAeq,T vztahuje, [s].
4.1.1 Hygienické limity hluku v chráněných vnitřních prostorech staveb, § 11, NV 272/2011 Sb. Hodnoty hluku se vyjadřují ekvivalentní hladinou akustického tlaku A L Aeq,T a maximální hladinou akustického tlaku A LAmax. Ekvivalentní hladina akustického tlaku A LAeq,T se v denní době stanoví pro 8 souvislých a na sebe navazujících nejhlučnějších hodin (LAeq,8h), v noční době pro nejhlučnější 1 hodinu (LAeq,1h). Pro hluk z dopravy na pozemních komunikacích, s výjimkou účelových komunikací, a dráhách a pro hluk z leteckého provozu se ekvivalentní hladina akustického tlaku A LAeq,T stanoví pro celou denní (LAeq,16h) a celou noční dobu (LAeq,8h). Hygienický limit ekvivalentní hladiny akustického tlaku A se stanoví pro hluk pronikající vzduchem zvenčí a pro hluk ze stavební činnosti uvnitř objektu součtem základní hladiny akustického tlaku A L Aeq,T, která se rovná 40 dB a korekcí přihlížejících ke druhu chráněného prostoru a denní a noční době podle Přílohy č. 2 NV 272/2011. V případě hluku s tónovými složkami, s výjimkou hluku z dopravy na pozemních komunikacích a dráhách, a hluku s výrazně informačním charakterem se přičte další korekce – 5 dB, 1). Hygienický limit maximální hladiny akustického tlaku A se stanoví pro hluk šířící se ze zdrojů uvnitř objektu součtem základní maximální hladiny akustického tlaku A LAmax, která se rovná 40 dB a korekcí přihlížejících ke druhu chráněného vnitřního prostoru a denní a noční době podle Přílohy č. 2 NV 272/2011 Sb. V případě hluku s tónovými složkami, s výjimkou hluku z dopravy na pozemních komunikacích a dráhách, se přičte další korekce –5 dB. Za hluk ze zdrojů uvnitř objektu, s výjimkou hluku ze stavební činnosti, se pokládá i hluk ze zdrojů umístěných mimo tento objekt, který do tohoto objektu proniká jiným způsobem než vzduchem, zejména konstrukcemi nebo podložím. Hygienický limit ekvivalentní hladiny akustického tlaku A pro hluk ze stavební činnosti uvnitř objektu LAeq,s se stanoví tak, že se k hygienickému limitu v ekvivalentní hladině akustického tlaku A LAeq,T stanovenému podle 1) přičte v pracovních dnech pro dobu mezi sedmou a dvacátou první hodinou korekce +15 dB, (Nařízení vlády č. 272/2011 Sb., 2011). Konkrétní příklady stanovení limitů v chráněném vnitřním prostoru staveb: o o
obytný dům, hluk od výtahu v denní době, není tónová složka: limit LAmax=40dB; obytný objekt, hluk od VZT sousedního domu v denní době, není tónová složka: LAeq,8h=40dB. 29
4.1.2 Hygienické limity hluku v chráněných venkovních prostorech staveb a v chráněném venkovním prostoru, § 12, NV 272/2011 Sb. Hodnoty hluku, s výjimkou vysokoenergetického impulsního hluku, se vyjadřují ekvivalentní hladinou akustického tlaku A LAeq,T. V denní době se stanoví pro 8 souvislých a na sebe navazujících nejhlučnějších hodin (L Aeq,8h), v noční době pro nejhlučnější 1 hodinu (LAeq,1h). Pro hluk z dopravy na pozemních komunikacích, s výjimkou účelových komunikací, a dráhách a pro hluk z leteckého provozu se ekvivalentní hladina akustického tlaku A LAeq,T stanoví pro celou denní (LAeq,16h) a celou noční dobu (LAeq,8h). Hygienický limit ekvivalentní hladiny akustického tlaku A, s výjimkou hluku z leteckého provozu a vysokoenergetického impulsního hluku, se stanoví součtem základní hladiny akustického tlaku A L Aeq,T, která se rovná 50 dB a korekcí přihlížejících ke druhu chráněného prostoru a denní a noční době podle Přílohy č. 3 k NV č. 272/2011. V případě hluku s tónovými složkami, s výjimkou hluku z dopravy na pozemních komunikacích a dráhách, a hluku s výrazně informačním charakterem se přičte další korekce –5 dB. Hygienický limit ekvivalentní hladiny akustického tlaku A pro hluk ze stavební činnosti LAeq,s se stanoví tak, že se k hygienickému limitu ekvivalentní hladiny akustického tlaku A LAeq,T stanovenému v předchozím odstavci přičte další korekce podle části B Přílohy č. 3 v NV č. 272/2011 Sb. Konkrétní příklady stanovení limitů v chráněném venkovním prostoru a v chráněném venkovním prostoru staveb: o o
obytná budova, zdroj komunikace II. třídy, chráněný venkovní prostor stavby, noční období: LAeq,8h=50+10–10=50dB; obytná budova, zdroj stacionární, noční období: LAeq,1h=50+0–10=40dB.
Konkrétní příklad stanovení hygienických limitů dle NV č. 272/2010 Sb.
4.2 Šíření zvuku v reálném prostředí - ve vzduchu Reálné plynné prostředí vykazuje určité ztráty přenosu energie. Jedná se především o následující vlivy: 1. Útlum absorpcí vzduchu – tento útlum je výrazně závislý na relativní vlhkosti vzduchu a kmitočtovém složení. Zvuky vysokofrekvenční budou při větších vzdálenostech vykazovat značné dodatečné útlumy. Naopak nízkofrekvenční zdroje nebudou prakticky tlumeny. 2. Útlum vlivem mlhy, deště, sněhu. 3. Útlum vlivem větru, rozdílů teplot, atmosférickou turbulencí a podobně – někteří autoři ve svých publikacích uvádějí informace o možnostech vzniku akustického stínu v místech položených od zdroje ve směru proti větru. Není možné si tuto informaci vykládat jako přímý vliv pohybu vzduchu (rychlosti větru jsou proti rychlostem šíření zvuku zanedbatelné), ale jako vliv gradientu větru, který může zvukové vlny ohýbat vzhůru. Vliv ohybu zvukové vlny se pak uplatní i v případě vlivu teplotních rozdílů, (Nový, 2000). 4. Útlum vlivem porostu – obecně lze uvést, že pokles hladiny akustického tlaku vlivem porostu je laickou veřejností často špatně interpretován, přeceňován. Pokud chceme dosáhnout významnějšího útlumu vlivem porostu, musí se totiž jednat o poměrně široký pás zeleně (v desítkách m), dále se musí jednat o pás hustý (nižší porost kombinovaný
s vysokým), neopadavý. Dále je nutno vzít v úvahu, že tento pás musí být v dané situaci již vzrostlý. Pokud přece jen chceme započítat vliv pásu zeleně, používá se k tomuto účelu činitel útlumu porostu β [–], závislý na frekvenci a druhu porostu, podrobněji viz (Donaťáková, 2007). 5. Útlum prostorovou (sférickou) disperzí – „útlum vlivem vzdálenosti“ – při šíření zvuku od zdroje dochází vlivem rostoucí vzdálenosti k poklesu hladiny akustického tlaku zvuku. Zmenšení není závislé na frekvenci zvuku. Tento přenosový útlum sférickou disperzí Dt [dB] je pak možné určit podle následujících vztahů, vždy v závislosti na typu zdroje hluku:
 r1  pro bodový zdroj Dt  20 log   r2 
 r1  pro liniový, přímkový zdroj Dt  10 log   r2 
menší vzdálenost od zdroje zvuku, [m]; větší vzdálenost od zdroje zvuku, [m].
6. Útlum vlivem překážek – je-li mezi zdroj a posluchače vložena tuhá překážka – například zeď, budova, terénní val, dochází k poklesu intenzity zvuku, ke vzniku zvukového stínu za překážkou. Za překážku se pak zvuk šíří ohybem a velikost zvukového stínu závisí na velikosti překážky a vlnové délce šířícího se zvuku. Délka vlnového stínu l [m] je pak dána následujícím vztahem: l
L2 4
(15) L λ
délka překážky, [m]; vlnová délka přenášeného signálu, [m].
Ohybem zvuku přes překážky se zabýval A.J. Fresnel. Schéma principu šíření zvuku přes překážku je pak uvedeno na Obr. 5.
Schéma šíření zvuku přes bariéru od bodového, stacionárního zdroje, (Nový, 2000)
Útlum Ds [dB] vlivem vložení překážky se při dodržení okrajových podmínek a>>λ a b>>λ určí ze vztahu: 2 2        2    h h   DS  10 log  a 1     1  b 1     1   10      a b         
λ a, b, c, d, h
vlnová délka přenášeného signálu, [m]; rozměry dle Obr. 5, [m].
Při návrhu protihlukových zástěn je důležité dodržovat pravidla uvedená v následujících bodech. Tyto zásady platí pro zastínění hluku od bodového, stacionárního zdroje hluku, (Nový, 2000): 1. Uvedený vztah platí pro nekonečnou stěnu, je nutno dodržovat minimální přesah 2h na každou stranu od spojnice pozorovatele s okrajem překážky, viz Obr. 5. 2. Zástěna musí být koncipována tak, aby se vlivem dopadu akustických vln nadměrně nerozkmitala a nevyzařovala energii za překážku. 3. V zástěně nesmějí být žádné otvory. 4. Na straně ke zdroji se doporučuje zástěnu obložit pohltivým materiálem, čímž lze zvýšit její efekt až o 5dB. 5. Při aplikacích zástěny v uzavřeném prostoru by mohl být účinek zástěny snížen vlivem odrazu zvuku od stěn místnosti. V tomto případě je nezbytně nutné obložit stěny kolem zdroje hluku pohltivým materiálem.
Pro rychlý návrh útlumu zvuku ohybem D [dB] protihlukové bariéry podél komunikace vzhledem k hladině akustického tlaku A lze využít následující vztah, (Nový, 2000):
DS  13,41  10,47 logz  0,18  2,67 log 2 z  0,18 kde z
rozdíl dráhy zvuku přes překážku a vzdálenosti zdroje od pozorovatele, [m].
z  c  d   a  b kde
(18) rozměry dle Obr. 5, [m].
Kromě tenkých stěn, které jsou charakterizovány především svou výškou a délkou, mohou další protihlukové překážky představovat objekty hmotné, které jsou charakterizovány také svou šířkou a dále přirozené nebo uměle vybudované terénní útvary. V této souvislosti se pak uplatňuje také útlum vlivem široké překážky DSŠ [dB], který je dán následujícím vztahem, (Donaťáková, 2007):
 f   DSŠ  B  log  š  54 , 5    kde
B f š
korekční činitel, který se určí pomocí Grafu 1, [–]; frekvence, [Hz]; šířka překážky, [m].
Nomogram pro určení korekčního činitele B, (Donaťáková, 2007)
αZ a αP
úhly získané ze schématu situace, [°] , viz Obr. 6, (Donaťáková, 2007)
Schéma situace šíření hluku přes širokou bariéru, (Donaťáková, 2007)
4.3 Základních vztahy mezi veličinami 11. Ekvivalentní hladina akustického tlaku [dB]
LAeq ,T
  LAi n  1   10 log n    Ti 10 10  i 1    Ti  i 1
      
4.4 Praktická část - příklady 4. PŘÍKLAD: Zadání: Určete ekvivalentní hladina akustického tlaku A na pracovním místě pro osmihodinovou pracovní dobu. Na sledovaném pracovišti je v provozu zdroj hluku o LA,1=81dB po dobu 135 minut. Po zbytek pracovní doby byla změřena hladina LA,2=62dB. Uvažujte, že zadané zdroje hluku nejsou v provozu současně. Tabulka zdrojů hluku: Ozn. 1. zdroj 2. zdroj
LA,i [dB] 81 62 ΣTi
Ti [min] 135 345 480
Grafické znázornění zadání příkladu
 1 LAeq ,8h  10 log  135 100,181  345 100,162  480
  75,6dB 
Závěr: Ekvivalentní hladina akustického tlaku A LAeq,8h zjištěná pro posuzované pracoviště je 75,6 dB. Poznámka: Hluk pozadí je samozřejmě v lokalitě přítomen stále, po celých 8h, ale při chodu významně hlučnějšího zdroje nebude mít vliv na výsledný součet. Z tohoto důvodu je uvažován pouze po dobu 345 minut. 5. PŘÍKLAD: Zadání: Ve výrobním areálu je umístěn zdroj hluku. Měřením byly zjištěny jeho hladiny akustického tlaku A uvedené v Tab. 1 ve vzdálenosti 10 m od tohoto zdroje hluku. Výrobní hala je v provozu 24 hodin denně. Zjistěte, zda je ve vzdálenosti 200 m od tohoto zdroje možné realizovat výstavbu bytového objektu dle níže uvedeného schématu. Tab. 1. Tabulka změřených dat LpA,10 m f LpA,i
[Hz] [dB]
Hygienické limity dle NV č. 272/2011 Sb.: Hygienické limity hluku v chráněných venkovních prostorech staveb a v chráněném venkovním prostoru se stanoví dle § 12.
Hygienický limit ekvivalentní hladiny akustického tlaku A se stanoví součtem základní hladiny akustického tlaku A LAeq,T, která se rovná 50 dB a korekcí přihlížejících ke druhu chráněného prostoru a denní a noční době podle Přílohy č. 3 k NV č. 272/2011, (k1=0dB – hluk z provozovny, k2=0dB – denní doba, –10dB – noční doba). o
Hygienický limit pro denní období = 50 + 0 + 0= 50dB;
Hygienický limit pro noční období = 50 + 0 – 10 = 40dB. Schéma situace:
Lp,S  10 log 10
0,1Lp ,i
; L
p ,r 2
r   L p ,r1  20 log 1   r2 
LpA,10m  10 log 100,165  100,175  100,181  100,179  100,175  100,167  84,4dB
 10  L pA, 200  84,4  20 log   58,4dB  200  Závěr: Dle hygienického limitu uvedeného v NV č. 272/2011 Sb. nelze bytový dům dle zadané situace realizovat. Výsledná hodnota LpA,200 = 58,4 dB > 50dB. Hygienický limit v denním období je překročen. Výsledná hodnota LpA,200 = 58,4 dB > 40dB. Hygienický limit v nočním období je také překročen. 38
Možnosti nápravy jsou následující: o
Realizovat některé z opatření na zdroji – jeho výměna, oprava, přesun z druhé strany haly, …
Omezit chod hlučného zařízení, viz následující vztah:    L Ai  n   1 LAeq ,T  10 log n    Ti  10 10     i 1     Ti  i 1  Odsunout objekt BD dále od zdroje, výpočet viz vztah: r  L p ,r 2  L p ,r1  20 log 1   r2 
Vybudování protihlukové bariéry – široká bariéra (například vybudování skladovací haly mezi zdroj a chráněný bytový objekt – pozor na hluk od naskladňování a vyskladňování haly), tenká bariéra (protihluková stěna). Viz následující příklady. … 6. PŘÍKLAD: Zadání:
Vypočítejte hladinu akustického tlaku A 2m před fasádou projektovaného bytového domu. Zdroj hluku je umístěn ve výrobním areálu dle následujícího schématu, jeho hlukové charakteristiky jsou zjištěny měřením a nabývají hodnot dle předchozího příkladu. Rozhodněte, zda bytový objekt může být v lokalitě takto realizován. Výrobní hala je v provozu 24 hodin denně. Hygienické limity dle NV č. 272/2011 Sb.: Hygienické limity hluku v chráněných venkovních prostorech staveb a v chráněném venkovním prostoru se stanoví stejně jako v předchozím příkladu dle § 12. Konkrétně hygienický limit ekvivalentní hladiny akustického tlaku A se stanoví součtem základní hladiny akustického tlaku A LAeq,T, který se rovná 50 dB a korekcí přihlížejících ke druhu chráněného prostoru a denní a noční době podle Přílohy č. 3 k NV č. 272/2011, (k1=0dB – hluk z provozovny, k2=0dB – denní doba, –10dB – noční doba).
Hygienický limit pro denní období= 50 + 0 + 0 = 50dB
Hygienický limit pro noční období = 50 + 0 – 10 = 40dB Schéma situace:
c0 ; f
r  Dt  20 log 1  ;  r2  2 2        2    h h   DS  10 log  a 1     1  b 1     1   10 ;      a b          LA,300  LA,10  Dt  Ds .
Výpočet: Char. zdroje
Frekvence [Hz] 500 1000
LpA,10m [dB]
Dt [dB] λ [m] Ds [dB] LpA,200 [dB]
29,5 2,72 9,7
29,5 1,36 12,7
29,5 0,68 15,7
29,5 0,34 18,7
29,5 0,17 21,7
29,5 0,085 24,7
LpA,200 [dB]
Závěr: Dle hygienického limitu uvedeného v NV č. 272/2011 Sb. lze bytový dům dle zadané situace realizovat. Výsledná hodnota LpA,200 = 38,7dB < 50dB. Hygienický limit není v denní době překročen. Výsledná hodnota LpA,200 = 38,7dB < (40)dB. Hygienický limit není v noční době překročen. Poznámka: Pokud by se jednalo o překážku širokou, například by mezi výrobní závod a bytový dům byl navržen skladovací objekt, bylo by možné započítat ještě útlum vlivem šířky překážky DSŠ dle vztahu (19). Musela by však být zohledněna také zátěž bytového objektu od zásobování tohoto skladovacího objektu.
5 AKUSTIKA STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ Obor akustika stavebních konstrukcí se zabývá šířením zvuku z hlediska zvukové izolace a s tím související ochranou vnitřního prostředí budov před nepříznivým hlukem z okolí.
5.1 Způsoby šíření hluku a vibrací v budovách Zvuk šířící se mezi vnitřními prostory budovy lze obecně rozdělit do dvou kategorií. První představuje šíření zvuku vzduchem. Tento způsob přenosu lze charakterizovat tím, že zdroj vyzařuje zvukové vlny do vzduchu vysílací místnosti. Při průchodu zvuku dělící konstrukcí (stěnou, stropem) do místnosti přijímací dochází ke snížení jeho intenzity. Rozhodující vliv pak představuje vlastnost dělící konstrukce – neprůzvučnost. Tímto hlukem bývají postiženy hlavně místnosti bezprostředně sousedící s místností se zdrojem hluku. Při šíření zvuku konstrukcemi, které představuje druhou kategorii, se jedná o zcela odlišný princip. Zdrojem může být běžná chůze uživatelů po stropní konstrukci s podlahou nebo například výtahový stroj. Chvění je přenášeno kotvením zdroje přímo do navazujících konstrukcí schodišť, stropů, stěn. Zdrojem zvuku v přijímacích prostorech jsou pak okolní chvějící se konstrukce, které zvuk do místnosti vyzařují. Zdroj je tím vydatnější, čím silnější jsou budící síly, větší vyzařovací plocha a čím menší je vnitřní útlum materiálů. Zvuk šířený konstrukcí může být tudíž přenášen i do vzdálenějších míst objektu, než pouze do sousedících prostor zdroje a právě tato schopnost představuje jeho velké nebezpečí, (Kolářová (Fišarová), 2012), (Kaňka, 2009). Základní principy znázorňující způsoby šíření hluku a vibrací v budovách jsou zjednodušeně ukázány na Obr. 7.
a) Šíření zvuku vzduchem, zdroj například mluvící uživatel objektu, b) Šíření zvuku konstrukcí, zdrojem například výtahové zařízení a navazující komunikační prostory schodiště, (Kolářová (Fišarová), 2012), (Kaňka, 2009).
5.2 Útlum chvění v konstrukcích Všechny materiály, se kterými se v praxi setkáváme, vykazují při pružných deformacích jisté ztráty energie, které jsou způsobené vnitřním tlumením. Při šíření vlnění od zdroje intenzita chvění klesá v závislosti na vzdálenosti. U běžných stavebních materiálů (cihla, beton) je tento pokles relativně malý. Ke snížení energie chvění může docházet také vlivem vyzařování zvuku z konstrukce do vzduchu. Při šíření hluku a vibrací dochází obecně k ovlivňování přímočarého šíření vlivem odrazu od překážek, ohybem v prostředí s měnícími se vlastnostmi nebo lomem při přechodu z jednoho prostředí do prostředí s jinými vlastnostmi. O míře odrazu, ohybu a lomu rozhoduje vlnová impedance prostředí. O jednotlivých možnostech útlumu chvění vycházejícího z výše popsaných jevů v konstrukcích pojednává podrobněji, (Nový, 2000).
5.3 Vzduchová a kročejová neprůzvučnost Neprůzvučnost představuje schopnost stavební konstrukce propouštět zvuk v zeslabené míře do chráněného prostoru. V technické praxi jsou používané dva druhy neprůzvučnosti: o
Vzduchová neprůzvučnost, v tomto případě je sledováno šíření akustické energie ze vzduchu přes dělící konstrukci opět do vzduchu. Měření této veličiny probíhá za pomocí všesměrového zdroje zvuku a mikrofonu. Měřené veličiny jsou pak hladina akustického tlaku A ve vysílací i přijímací místnosti – Lp1 [dB] a Lp2 [dB], hluk pozadí – B2 [dB], doba dozvuku T20 (T30) [s], objem přijímacího prostoru V2 [m3] a plocha společné části dělící konstrukce S2 [m2], viz Obr. 8.
Schéma šíření zvuku – vzduchová neprůzvučnost, princip měření vzduchové neprůzvučnosti stěnové konstrukce, (autor)
Konkrétní veličiny definující vzduchovou neprůzvučnost stavebních konstrukcí (stěny, stropy,…) jsou následující: stavební vzduchová neprůzvučnost R´ [dB] – (měření provedené na stavbě, včetně bočních cest šíření zvuku); laboratorní vzduchová neprůzvučnost R [dB] – (měření provedené v laboratoři s eliminací bočních cest šíření zvuku); a normovaný rozdíl hladin DnT, [dB], Dn [dB] – (pro místnosti, které nemají společnou dělící plochu (tzn. bezprostředně spolu nesousedí) nebo když plochu S nelze jednoznačně stanovit. (ČSN EN ISO 140-4, 2000), (ČSN EN 12354-1 (730512), 2001), (ČSN 73 0532, 2010).
S R´  L1  L2  10 log   A kde L1 L2 S A
průměrná hladina akustického tlaku, určená měřením, ve vysílací místnosti, [dB]; průměrná hladina akustického tlaku, určená měřením, v přijímací místnosti, [dB]; plocha společné dělící konstrukce, [m2]; celková zvuková pohltivost v přijímací místnosti, [m2].
T DnT  L1  L2  10 log  T0
 A Dn  L1  L2  10 log  A0
kde L1 L2 T T0 A A0 o
průměrná hladina akustického tlaku, určená měřením, ve vysílací místnosti, [dB]; průměrná hladina akustického tlaku, určená měřením, v přijímací místnosti, [dB]; je doba dozvuku v místnosti příjmu zvuk, [s]; referenční hodnota doby dozvuku (pro byty T0=0,5 s); celková zvuková pohltivost v přijímací místnosti, [m2]; referenční pohltivost 10 m2. Kročejová neprůzvučnost, v tomto případě se jedná o vyzáření energie z dělící konstrukce, která byla uvedena do ohybového vlnění vlivem impulzů – kroků. Měření probíhá za pomocí normalizovaného zdroje kročejového hluku, klepadla – zařízení se soustavou kladívek dopadajících na podlahu. Měřené veličiny představují hladina
akustického tlaku A v přijímací místnosti – Lp2 [dB], hluk pozadí – B2 [dB], doba dozvuku T20 (T30) [s] a objem přijímacího prostoru V2 [m3], viz Obr. 9.
Schéma šíření zvuku – kročejová neprůzvučnost, princip měření kročejové neprůzvučnosti stropní konstrukce, [autor]
V případě posuzování kročejové neprůzvučnosti mezi místnostmi se pak jedná o stavební normalizovanou hladinu akustického tlaku kročejového zvuku L´n – (pro místnosti se společnou celou plochou stropu se zkoušenou podlahou, nebo kde zkoušená podlaha je součástí společné části stropu, která je menší než plocha stropu při pohledu z přijímací místnosti), L´nT [dB] – (pro místnosti, kde zkoušená podlaha nebo strop není součástí společného stropu), (ČSN EN 12354–2 (730512), 2001), (ČSN 73 0532, 2010).
 A L´n  L2  10 log   A0  kde L2 A A0
průměrná hladina akustického tlaku, určená měřením, v přijímací místnosti, [dB]; celková zvuková pohltivost v přijímací místnosti, [m2]; referenční pohltivost 10 m2.
T  L´nT  L2  10 log   T0  kde L2 T T0
průměrná hladina akustického tlaku, určená měřením, v přijímací místnosti, [dB]; doba dozvuku v přijímací místnosti, [s]; referenční hodnota doby dozvuku (pro byty T0=0,5 s).
5.4 Hodnocení vzduchové neprůzvučnosti Vzduchová neprůzvučnost R [dB] je veličina závislá na frekvenci a její hodnota zpravidla s rostoucí frekvencí vzrůstá. Dělící konstrukce tedy obvykle vyšší frekvence tlumí mnohem snadněji než nižší. Závislost však není lineární a u různých konstrukcí se mění. V některých částech spektra také může docházet k náhlému poklesu (výskyt rezonance, koincidence). Z těchto důvodů se vzduchová neprůzvučnost obvykle zjišťuje výpočtem nebo měřením v závislosti na frekvenci a to konkrétně v třetinooktávových pásmech. Kmitočtový rozsah, ve kterém jsou hodnoty sledovány, je pak stanoven od 100 – 3150 Hz. Závislost neprůzvučnosti na frekvenci se zobrazuje pomocí lomené křivky v normalizovaném diagramu. Hodnocení neprůzvučnosti stavebních konstrukcí pomocí 16 hodnot by však bylo velice nepříjemné, proto je dán normou postup, kdy porovnáním s tzv. směrnou křivkou dojde ke stanovení jednočíselné charakteristiky, která následně slouží k vyhodnocení získaných dat. Středním kmitočtům třetin oktáv jsou tedy přiřazeny hodnoty tzv. směrné křivky SK [dB] používané ke stanovení jednočíselné charakteristiky – vážené vzduchové neprůzvučnosti Rw [dB], viz Tab. 2. Tab. 2. Hodnoty směrné křivky vzduchové neprůzvučnosti SK v závislosti na frekvenci f, (ČSN EN 12354-1 (730512), 2001) f [Hz] SK [dB]
f [Hz] SK [dB]
3150 56
Pravidla pro určení jednočíselných charakteristik z výsledků měření v třetinooktávových nebo oktávových pásmech jsou pak popsána v normě (ČSN EN ISO 717–1 (ČSN 73 0531), 2013). 47
Zjednodušeně lze postup stanovení jednočíselné charakteristiky popsat následovně: o o o
V normě (ČSN EN 12354-1 (730512), 2001) je dán tvar SK, viz Tab. 3 – jedná se o dvakrát lomenou čáru. Hodnoty zjištěné měřením nebo výpočtem jsou pak s touto SK porovnány. Pozn. je sledován rozdíl R (R´) - SK. Směrnou křivkou se pohybuje tak dlouho, dokud není ve „správné poloze“, vzhledem k podmínkám uvedeným v normě, (ČSN EN ISO 717–1 (ČSN 73 0531), 2013). Posun se provádí pouze ve svislé ose a v kroku min. 1dB a sledují se součty nepříznivých odchylek na jednotlivých frekvencích. Oblast nepříznivých odchylek je zobrazena na Obr. 10 modrou barvou – nepříznivá odchylka vzniká na těch frekvencích, kde jsou změřená nebo vypočítaná data menší než hodnota směrné křivky. Součet těchto nepříznivých odchylek na sledovaných frekvencích smí být maximálně 32 dB a současně se této hodnotě musí co nejvíce blížit tak, aby jednočíselná charakteristika vycházela co nejpříznivěji. K příznivým odchylkám, kdy změřena nebo vypočítaná data dosahují vyšších hodnot než směrná křivka, případně posunutá směrná křivka, se nepřihlíží a nejsou v sumě nijak zahrnuty. Pokud máme posunutou směrnou křivku v poloze, která odpovídá výše uvedeným podmínkám, pak právě na této posunuté směrné křivce stačí na frekvenci 500 Hz odečíst jednočíselnou charakteristiku. Jednočíselná charakteristika představuje celé číslo bez desetinných míst. Postup je zobrazen na Obr. 10. Pokud bychom uváděli hodnotu jednočíselné charakteristiky s uvedením nepřesnosti, bude vyhodnocení provedeno s přesností na 0,1 dB.
R´w=51dB
Schématický postup stanovení jednočíselné charakteristiky vzduchové neprůzvučnosti, modře znázorněna oblast nepříznivých odchylek, [autor s ČSN EN ISO 717-1]
Mezi doplňková kritéria dle (ČSN EN ISO 717–1 (ČSN 73 0531), 2013) patří dále faktory přizpůsobení spektra. Faktory přizpůsobení spektru: Rozeznávají se dva faktory přizpůsobení spektru C a Ctr pro vzduchovou neprůzvučnost a kmitočtový rozsah 100 – 3150 Hz. Faktor přizpůsobení spektra se vypočte s přesností na 0,1 dB a zaokrouhlí na celé číslo, viz (ČSN EN ISO 717–1 (ČSN 73 0531), 2013). Značí se následujícím způsobem podle účelu použití: C když je vypočten ze spektra č. 1 (růžový šum vážený funkcí A); Ctr když je vypočten ze spektra č. 2 (městský doprav. hluk vážený funkcí A). Faktor přizpůsobení spektru Cj [dB] vypočteme ze vztahu (25).
C j  X Aj  X w kde j
je index označující číslo spektra 1 a 2; 49
jednočíselná veličina stanovená podle posunuté směrné křivky, [dB];
X Aj  10 log 10
( Lij  X i ) / 10
, [dB]; index označující třetinooktávová pásma 100 Hz – 3150 Hz nebo oktávová pásma 125 Hz – 2000 Hz; hladina uvedená pro spektrum j=1 nebo 2 pro i–tý kmitočet dle (ČSN EN ISO 717–1 (ČSN 73 0531), 2013), Tab. 3 – Odpovídající faktory přizpůsobení spektru pro různé zdroje hluku, [dB]; neprůzvučnost R, nebo stavební neprůzvučnost R´, nebo normalizovaný rozdíl hladin Dn nebo Dnt , při kmitočtu a s přesností 0,1 dB, [dB].
Faktory přizpůsobení spektru C a Ctr byly zavedeny proto, aby se přihlédlo k rozdílnostem spekter zvuku jako je růžový šum a hluk silniční dopravy a dále pak, aby se lépe vyhodnotily křivky neprůzvučnosti s velmi nízkou hodnotou v některém z jednotlivých pásem, viz Tab. 3, (ČSN EN ISO 717–1 (ČSN 73 0531), 2013). Hodnoty neprůzvučnosti se pak uvádějí v následujícím tvaru:
R´w (C; Ctr )  například 51(2;5) dB Tab. 3. Odpovídající faktory přizpůsobení spektru pro různé typu zdroje hluku, (ČSN EN ISO 717–1 (ČSN 73 0531), 2013)
Je-li v objektech požadovaná zvýšená ochrana proti hluku, viz (ČSN 73 0532, 2010), doporučuje jako požadavek použít součet jednočíselné vážené neprůzvučnosti a faktoru přizpůsobení spektru. Závěrem této kapitoly je nutno připomenout, že hodnoty vzduchové neprůzvučnosti můžeme získat více způsoby. Jednotlivé postupy povedou k získání dvou typů hodnot, které jsou na sebe při znalosti okrajových podmínek převeditelné. Hodnoty Rw získané v laboratoři a hodnoty získané R´w na reálné stavbě se pak od sebe, v případě vzduchové neprůzvučnosti, liší o tzv. korekci k1 [dB]. Běžné hodnoty korekce k1 jsou následující: o
k1=2dB – dělící konstrukce v masivních zděných nebo montovaných stavbách z klasických materiálů (kompaktní materiály bez dutin jako například cihla plná pálená, beton, …); k1=3dB – materiály na bázi pórobetonu (například tvárnice Ytong, …); k1=3 – 5dB – materiály typu THERM s vnitřním děrováním (například Porotherm, Heluz, …); k1=4 – 8dB – dělící konstrukce lehké (například deskové dílce, SDK konstrukce, dřevěné stropy, …).
Obecně pro složitější konstrukce nebo dispozice se doporučuje korekci stanovit individuálně. Podrobněji viz (ČSN 73 0532, 2010). Stavební váženou neprůzvučnost R´w [dB] pak v závislosti na znalosti vážené laboratorní Rw [dB] stanovíme dle vztahu:
Rw´  Rw  k1 (26) kde Rw k1
vážená (laboratorní) neprůzvučnost, [dB]; korekce závislá na vedlejších cestách šíření zvuku, [dB].
5.5 Hodnocení kročejové neprůzvučnosti Jak již bylo uvedeno, kročejový zvuk vzniká při aktivitě uživatelů v objektu a pak se šíří konstrukcí. Aktivitou může být chůze po podlaze, pád předmětů, posouvání nábytku. Tímto dynamickým namáháním se v konstrukci vytvoří ohybové vlnění, které se konstrukcí šíří a uvádí ji do difúzního chvění. Chvějící se konstrukce pak následně vyzařuje do svého okolí zvuk. Stejně jako u neprůzvučnosti vzduchové se neprůzvučnost kročejová obvykle zjišťuje výpočtem nebo měřením v závislosti na frekvenci a to 51
konkrétně v třetinooktávových pásmech. Kmitočtový rozsah, ve kterém jsou hodnoty sledovány, je pak také stanoven od 100 – 3150 Hz. Závislost neprůzvučnosti na frekvenci se zobrazuje opět pomocí lomené čáry v normalizovaném diagramu a k hodnocení kročejové neprůzvučnosti je dán normou postup, kdy porovnáním s tzv. směrnou křivkou dojde ke stanovení jednočíselné charakteristiky, která následně slouží k vyhodnocení získaných dat. Středním kmitočtům třetin oktáv jsou přiřazeny hodnoty směrné křivky SK [dB] používané ke stanovení jednočíselné charakteristiky – vážené normalizované hladiny akustického tlaku kročejového zvuku Ln,w [dB], viz Tab. 4. Tab. 4. Hodnoty směrné křivky SK kročejové neprůzvučnosti v závislosti na frekvenci f, (ČSN EN ISO 717–2 (ČSN 73 0531), 2013)
f [Hz] 100 SK [dB] 62
f [Hz] 630 SK [dB] 59
1000 1250 1600 2000 2500 3150 57 54 51 48 45 42
Pravidla pro určení jednočíselných charakteristik z výsledků měření v třetinooktávových nebo oktávových pásmech jsou pak popsána v normě (ČSN EN ISO 717–2 (ČSN 73 0531), 2013). Zjednodušeně lze postup stanovení jednočíselné charakteristiky popsat následovně: o o o
V normě (ČSN EN ISO 717–2 (ČSN 73 0531), 2013) je dán tvar SK, viz Tab. 4 – jedná se o dvakrát lomenou čáru. Hodnoty zjištěné měřením nebo výpočtem jsou pak s touto SK porovnány. Pozn. je sledován rozdíl SK – Ln (L´n) Směrnou křivkou se pohybuje tak dlouho, dokud není ve „správné poloze“, vzhledem k podmínkám uvedeným v normě, (ČSN EN ISO 717–2 (ČSN 73 0531), 2013). Posun se provádí pouze ve svislé ose a v kroku min. 1dB a sledují se součty nepříznivých odchylek na jednotlivých frekvencích. Oblast nepříznivých odchylek je zobrazena na Obr. 11 modrou barvou – nepříznivá odchylka vzniká na těch frekvencích, kde jsou změřená nebo vypočítaná data větší než hodnota směrné křivky.
Součet těchto nepříznivých odchylek smí být maximálně 32 dB a současně se této hodnotě musí co nejvíce blížit, tak aby jednočíselná charakteristika vycházela co nejpříznivěji. K příznivým odchylkám, kdy změřena nebo vypočítaná data dosahují nižších hodnot než směrná křivka, se nepřihlíží a nejsou v sumě nijak zahrnuty. Pokud máme posunutou směrnou křivku v poloze, která odpovídá výše uvedeným podmínkám, pak právě na této posunuté směrné křivce stačí na frekvenci 500 Hz odečíst jednočíselnou charakteristiku. Jednočíselná charakteristika představuje celé číslo bez desetinných míst. Postup je zobrazen na Obr. 11. Pokud bychom uváděli hodnotu jednočíselné charakteristiky s uvedením nepřesnosti, bude vyhodnocení provedeno s přesností na 0,1 dB.
L´nw=65dB
Schématický postup stanovení jednočíselné charakteristiky kročejové neprůzvučnosti, modře znázorněna oblast nepříznivých odchylek, [autor s ČSN EN ISO 717-2]
Mezi doplňková kritéria dle (ČSN EN ISO 717–2 (ČSN 73 0531), 2013) patří dále faktor přizpůsobení spektra. V případě kročejové neprůzvučnosti je znám faktor přizpůsobení spektru Cl, který se získá z následujících vztahů: Cl  Ln,sum  15  Ln,w (27) ´ ´ Cl  Ln,sum  15  Ln,w (28) ´ ´ Cl  LnT ,sum  15  LnT ,w (29) kde
Ln,w, L´n, w, L´nT,w hodnoty vážené neprůzvučnosti změřené v třetinooktávových pásmech v kmitočtovém rozsahu 100 – 3150 Hz nebo v oktávových pásmech 125 – 2000 Hz, [dB]; k
Ln ,sum  10 log 10 i 1
Lni 10
, [dB].
Faktor přizpůsobení spektru Cl se stanovuje jako oddělené číslo, které nemůže být zaměňováno s veličinami Ln,w, L´n,w nebo L´nT,w. Tento faktor je stanoven tak, že pro těžké stropy s účinnou podlahou se jeho hodnota blíží nule, kdežto pro dřevěné trámové stropy s výraznými výchylkami u nízkých kmitočtů bude hodnota mírně kladná. Pro železobetonové stropy bez podlahy nebo s málo účinnou podlahou bude v rozsahu od –15 dB do 0 dB. Závěrem této kapitoly je nutno uvést, že také hodnoty kročejové neprůzvučnosti můžeme získat více způsoby. Hodnoty Ln,w získané v laboratoři a hodnoty získané L´n,w na reálné stavbě se pak od sebe v případě kročejové neprůzvučnosti liší o tzv. korekci k2 [dB]. Běžné hodnoty korekce k2 se pohybují v rozsahu 0 dB – 2 dB. Pro složitější konstrukce nebo dispozice místností se doporučuje korekci stanovit individuálně, viz (ČSN 73 0532, 2010). Váženou stavební normalizovanou hladinu akustického tlaku kročejového zvuku L´n,w [dB] pak v závislosti na znalosti hodnotě laboratorní Ln,w [dB] stanovíme dle vztahu:
L´n, w  Ln, w  k2 (30) kde Ln,w vážená (laboratorní) normalizovaná hladina akustického tlaku kročejového zvuku, [dB]; k2 korekce závislá na vedlejších cestách šíření zvuku, [dB].
5.6 Požadavky platné legislativy na zvukovou izolaci mezi místnostmi Mezi základní požadavky na stavby dle Vyhlášky č. 268/2009 Sb. a Vyhlášky č. 20/2012 Sb., o technických požadavcích na stavby patří také ochrana proti hluku. Konkrétně v § 14, odstavci (3) této vyhlášky je uvedeno následující: “Požadovaná vzduchová neprůzvučnost obvodových plášťů budov, stěn, příček a stropů mezi místnostmi je dána normovými hodnotami. Požadovaná kročejová neprůzvučnost stropních konstrukcí s podlahami je dána normovými hodnotami.“ Z výše uvedeného požadavku vyplývá, že požadavky na vzduchovou a kročejovou neprůzvučnost nepředstavují jen „doporučené“ hodnoty, ale hodnoty závazné na základě uvedené vyhlášky. Konkrétně jsou požadavky uvedeny v (ČSN 73 0532, 2010) – Akustika – Ochrana proti hluku v budovách a posuzování akustických vlastností stavebních výrobků – Požadavky, viz Tab. 5. Tab. 5. Požadavky na zvukovou izolaci mezi místnostmi v budovách, (ČSN 73 0532, 2010) Chráněný prostor (místnost příjmu zvuku) Požadavky na zvukovou izolaci Stropy Stěny Dveře Řádka Hlučný prostor (místnost zdroje zvuku) R´w, L´n, w, R´w, Rw DnT,w L´nT,w DnT,w [dB] [dB] [dB] [dB] A. Bytové domy, rodinné domy – nejméně jedna obytná místnost bytu Všechny ostatní obytné místnosti téhož bytu 1 47 63 42 27 B. Bytové domy – obytné místnosti bytů 2 Všechny místnosti druhých bytů, včetně 53 55 53 příslušenství 521) 581) 521) Společné prostory domu (schodiště, chodby, 3 52 55 52 322) terasy, kočárkárny, sušárny, sklípky apod.) 373) 4 Průjezdy, podjezdy, garáže, průchody, 57 48 57 podchody 5 Místnosti s technickým zařízením budovy (výměníkové stanice, kotelny, strojovny výtahů, strojovny vzduchotechniky, prádelny, apod.) s hlukem: 574) 484) 574) LA,max  80 [dB] 5) 5) 5) 62 48 62 80 [dB]  LAmax  85 [dB] 6 Provozovny s hlukem LA,max  85 [dB] s provozem: do 22.00 h 57 53 57 po 22.00 h 62 48 62 7 Provozovny s hlukem 85  LA,max  95 725) 385) [dB] s provozem i po 22 hod
C. Terasové nebo řadové domy a dvojdomy – obytné místnosti bytu 8 Všechny místnosti v sousedním domě 57 48 57 D. Hotely a zařízení pro přechodné ubytování - ložnicový prostor ubytovací jednotky 9 Všechny místnosti druhých jednotek 52 58 47 426) 10 Společně užívané prostory (chodby, 52 58 45 32 schodiště) 277) 11 Restaurace a jiné provozy s provozem: do 22.00 h 57 53 57 62 48 62 po 22.00 h, LA,max  85 [dB] E. Nemocnice, zdravotnická zařízení - lůžkové pokoje, ordinace, operační sály, pokoje lékařů 12 Lůžkové pokoje, ordinace, ošetřovny, operační sály, komunikační a pomocné 52 58 478) 27 prostory (chodby, schodiště, haly) 14 Hlučné prostory (kuchyně, technická 62 48 62 zařízení budovy) s hlukem LA,max  85 [dB] F. Školy a vzdělávací instituce – učebny, výukové prostory 15 Učebny, výukové prostory 52 58 47 16 Společné prostory, chodby, schodiště 52 58 47 32 277) 17 Hlučné prostory (tělocvičny, dílny, 55 48 52 jídelny) s hlukem LA,max  85 [dB] 18 Velmi hlučné prostory (tělocvičny, 609) 489) 579) hudební učebny, dílny) s hlukem LA,max  90 [dB] G. Administrativní a správní budovy, firmy - kanceláře a pracovny 19 Kanceláře a pracovny s běžnou 47 63 37 27 administrativní činností, chodby, pomocné provozy 20 Kanceláře a pracovny se zvýšenými 52 58 45 32 nároky, pracovny vedoucích pracovníků10) 21 Kanceláře a pracovny pro důvěrná jednání 52 58 50 37 nebo jiné činnosti vyžadující vysokou ochranu před hlukem10) Vysvětlivky: 1) Požadavek se vztahuje na starou, zejména panelovou výstavbu, pokud neumožňuje dodatečné zvukové izolační opatření. 2) Platí pro vstupní dveře z chodby do předsíně (vstupní haly) bytu, je–li chráněný prostor místností oddělen dalšími dveřmi. 3) Platí pro vstupní dveře z chodby přímo do chráněné obytné místnosti bytu. 4) Kromě splnění stanovených požadavků na vzduchovou a kročejovou neprůzvučnost mohou být nutná další opatření, kdy je nutné stroje a zařízení uložit, zvětšit či upravit tak, aby nedocházelo k šíření a přenosu zvuku konstrukcí (vibracemi) a instalacemi (rozvody médií, šachtami aj.) a k překročení hygienických limitů hluku ve vnitřních chráněných prostorech. V prokázaných případech, kdy zařízení nebude zdrojem hluku a vibrací, lze
požadavek snížit o 5 dB. V opodstatněných případech se doporučuje provést předběžné posouzení pomocí akustické studie. 5) Kromě splnění stanovených požadavků na vzduchovou a kročejovou neprůzvučnost mohou být nutná další opatření, kdy je nutné stroje a zařízení uložit, zavěsit či upravit tak, aby nedocházelo k šíření a přenosu zvuku konstrukcí (vibracemi) a instalacemi (rozvody médií, šachtami aj.) k překročení hygienických limitů hluku ve vnitřních chráněných prostorech. Místnosti s provozním hlukem s dominantním obsahem nízkých kmitočtů nebo s tónovými složkami (např. hlučné strojovny, diskotéky apod.) se zásadně nedoporučuje situovat do blízkosti bytových jednotek. Zejména přenos nízkých kmitočtů nelze v běžných obytných budovách účinně omezit. V odůvodněných případech je nezbytné provést posouzení pomocí akustické studie. Provozovny s hlukem LA,max > 95 dB se nemají umisťovat do obytných budov. 6) Platí pro spojovací dveře mezi samostatnými ubytovacími jednotkami (např. dvojité nebo zádveří). 7) Platí pro vstupní dveře, je-li chráněný prostor oddělen předsíní, nebo zádveřím s dalšími dveřmi. 8) U stěn s prosklenými částmi, přes které je nutný vizuální kontakt lze požadavek snížit o 5dB a u celoplošných zasklení o 10 dB (např. operační sály, JIP). 9) Vzhledem k možnému přenosu nízkých kmitočtů mohou být nutná další opatření. Situace obvykle vyžaduje individuální posouzení. 10) Požadavky platí rovněž mezi uvedenými pracovnami a přilehlými chodbami, popř. pomocnými prostory.
Poznámka: Při kontrole splnění požadavků u vnitřní složené stěny na stavbě nelze běžnými postupy měřit zvlášť R´w plné části stěny a Rw dveří. Doporučuje se měřit stavební neprůzvučnost R´w celé složené stěny včetně dveří a tento výsledek porovnat s vypočteným požadavkem, který se stanoví z dílčích požadavků R´w na plnou část stěny a Rw na dveře a z jejich jednotlivých velikostí. Tento celkový požadavek se pak stanoví ze vztahu (31):
Rw´ , (1 2)  10  logS1  S2   10  log S1  100,1 R w(1)  S2  100,1 R w( 2 ) ´
 (31)
´ kde Rw(1 2)
je požadavek na složenou stěnu s dveřmi o ploše S=S1+S2, [dB]; R´w(1)=R´w požadavek na plnou část stěny o ploše S1, [dB]; R´w(2)=Rw–2 požadavek na dveře o ploše S2 (plocha včetně zárubní), 2dB se předpokládají pro zohlednění bočních cest, [dB].
Zásadní je pak znalost faktu, že správně navržená dělící konstrukce musí vykazovat R´w  R´w,pož. Norma tedy uvádí jako požadavek hodnotu 57
minimální. Jako konkrétní příklad lze uvést mezibytovou stěnu, která musí vykazovat R´w  53dB (například tedy 55dB). Naopak je tomu u L´n,w, kdy norma uvádí požadavek na hodnotu maximální a správně navržená konstrukce tedy musí splňovat podmínku L´n,w  L´n,w,pož. Konkrétně například pak může být strop oddělující dva sousední byty, který musí vykazovat hodnotu L´n,w  55 dB (například tedy 51dB).
5.7 Požadavky platné legislativy na obvodových plášťů a jejich částí
zvukovou
Hodnoty požadované zvukové izolace obvodového pláště uvedené v Tab. 6, viz (ČSN 73 0532, 2010), se vždy vztahují k horní hranici příslušného rozmezí hladin akustického tlaku 2 m před fasádou. Přípustná je lineární interpolace požadavků podle skutečné hodnoty hladiny akustického tlaku A. Tab. 6. Požadavky na zvukovou izolaci obvodových plášťů budov, (ČSN 73 0532, 2010) Požadovaná zvuková izolace obvodového pláště R´w [dB] nebo DnT,w Druh chráněného vnitřního prostoru
Ekvivalentní hladina akustického tlaku LAeq,2m [dB] v denní době 06:00 h – 22:00 h ve vzdálenosti 2 m před fasádou  50
 55
 65
 70
 75
 80
Obytné místnosti bytů, pokoje v ubytovnách (koleje, internáty, apod.)
Pokoje v hotelech a penzionech
Ekvivalentní hladina akustického tlaku LAeq,2m [dB] v denní době 22:00 h – 06:00 h ve vzdálenosti 2 m před fasádou  40
 45
Ekvivalentní hladina akustického tlaku LAeq,2m [dB] po dobu užívání ve vzdálenosti 2 m před fasádou  50
Přednáškové síně, učebny, pobytové místnosti škol, mateřských školek, jeslí
Společenské a jednací místnosti, kanceláře a pracovny
Poznámky: Jsou-li požadavky uvedeny pro denní i noční dobu a při různém dopravním zatížení, je rozhodující vyšší hodnota požadavku. Hodnoty uvedené v závorkách jsou obtížně dosažitelné a v nové výstavbě by se již uvedené situace neměly vyskytovat. V případě použití interpolace požadavků podle ekvivalentní hladiny akustického tlaku LAeq,2m se postupuje jednoduchou lineární regresí. Např. má-li se určit požadavek na obvodový plášť u obytné místnosti bytu v denní době při ekvivalentní hladině akustického tlaku 67 dB, vezme se za základ hodnota požadavku při nejbližší nižší hladině, tj. při 65 dB. Hodnota tohoto požadavku je 33 dB. Dále se vezme hodnota požadavku při nejbližší vyšší hladině, tj. při 70 dB, kde je uvedená hodnota požadavku 38 dB. Rozdíl mezi sousedními hodnotami intervalu hladin akustického tlaku je vždy 5 dB. Hodnota požadavku je 35 dB. V případě nižší hladiny akustického tlaku např. pro 62 dB v denním období by požadavek vycházel 31,2 dB a po zaokrouhlení 31 dB.
5.8 Stanovení požadavků na neprůzvučnost oken Neprůzvučnost oken, dílců a částí obvodového pláště (střechy) se hodnotí váženou (laboratorní) neprůzvučností Rw [dB]. Požadavek na váženou neprůzvučnost oken Rw umístěných v obvodovém plášti se stanoví dle (ČSN 73 0532, 2010). Určí se z požadavku R´w (DnT,w) pro celý obvodový plášť dle zmiňované (ČSN 73 0532, 2010), viz Tab. 6 a na základě Tab. 7, která vychází z poměru ploch oken k celkové ploše obvodového pláště v místnosti. Snížení požadavků na neprůzvučnost oken pak vyplývá z Tab. 7, kde jsou uvedeny podíly plochy oken na celé ploše obvodové konstrukce v místnosti a uplatní se jen tehdy, jestliže hodnota vážené neprůzvučnosti plné části obvodového pláště je nejméně o 10dB vyšší, než hodnota vážené neprůzvučnosti okna. Za plochu okna se považuje okenní otvor včetně rámu. Celková plocha obvodové konstrukce v místnosti je plocha obvodového pláště včetně oken při pohledu z místnosti. 59
Výše uvedená pravidla pro stanovení požadavků na neprůzvučnost oken platí i pro všechny ostatní jednotlivé průhledné i neprůhledné dílce a části obvodového pláště. Tab. 7. Stanovení požadavků na neprůzvučnost oken a dalších prvků obvodového pláště, (ČSN 73 0532, 2010) Podíl plochy oken S0 k celkové Požadavek Rw na okna, ploše obvodového pláště určený z hodnot R´w (DnT,w) místnosti SF [%] pro obvodové pláště [dB] S0 / SF > 50
35  S0 / SF  50
R´w - 3
S0 / SF  35
R´w - 5
Poznámka: U vyráběných a prodávaných oken by pak měla být známá a doložená hodnota laboratorní vzduchové neprůzvučnosti Rw. Projektant pak definuje požadavky například následovně: min. hodnota Rw = 37 dB.
5.9 Návrh obvodového na zvukovou izolaci
Při projektové přípravě se pro návrh prvků obvodového pláště (plných částí, oken, dveří atd.) výpočtem stanoví výsledná neprůzvučnost obvodového pláště v chráněné místnosti R´w,F [dB] a porovná se s požadavkem dle (ČSN 73 0532, 2010), Tab. 6. Výsledná hodnota stavební vážené neprůzvučnosti musí pak splňovat podmínku R´w,F  R´w (požadovaná). Vážená stavební neprůzvučnost složené stěny obvodového pláště v dB se určí z laboratorních hodnot neprůzvučnosti dílčích prvků obvodového pláště podle vztahu (32): n
´ w, F
 10  log S F  10  log  Si  10
 0,1 Rw ,i
 k3 (32)
kde S F   Si i 1
z místnosti, [m2]; jsou dílčí plochy prvků obvodového pláště s neprůzvučností Rw,i, [m2];
Rw,i i=1,2,..,n k3=1dB k3=2dB
vážené neprůzvučnosti prvků obvodového pláště (plné části, okna, dveře apod.), [dB]; číslo prvku a celkový počet prvků obvodového pláště v chráněné místnosti; korekční faktor na vedlejší cesty pro těžké obvodové stěny (beton, cihly); korekční faktor na vedlejší cesty pro lehké obvodové stěny (pórobeton, dřevostavby, lehké montované stavby).
5.10 Způsoby určení zvukoizolačních vlastností V rámci zpracování projektové dokumentace je důležité řešit zvukoizolační vlastnosti a splnění výše popisovaných legislativou požadovaných hodnot. Následující kapitola přiblíží některé způsoby, metody, s jejichž pomocí lze tento návrh provést. Hned na úvod je nutné si uvědomit, jakým způsobem se ověřuje, zda je stavba postavena z hlediska zvukoizolačních vlastností správně. K ověření dochází měřením až na dokončené stavbě, tzn. před kolaudací, na základě stížností uživatelů, na základě přání investora, na základě soudního sporu atd. To znamená, že vždy je rozhodující hotová stavba a měření přímo v ní. Chybný návrh nebo často také neprofesionální provedení konstrukce pak vede k nesplnění požadavků a k následným úpravám. Tyto mohou být velice nákladné a ne vždy účinné nebo dokonce realizovatelné. Proto je vždy dobrou investicí již ve fázi studie objektu se problematikou zvukoizolačních vlastností zabývat a předejít tak pozdějším velkým časovým i finančním ztrátám. V následujících kapitolách jsou přiblíženy metody, které lze pro stanovení odhadu zvukoizolačních vlastností využít. 5.10.1 Na základě podkladů z měření jednotlivých dodavatelů stavebních prvků, konstrukcí
Tento postup představuje pro běžného projektanta asi nejjednodušší případ, jak si udělat přibližnou představu o svém návrhu a jeho souladu s požadavky. Projektant si vyhledá požadavky na konstrukce v platné legislativě – (ČSN 73 0532, 2010) a zohlední i další požadavky (například investora, orgánů státní správy). Navrhne dělící stavební konstrukci. Vyhledá si u příslušného výrobce data z protokolu o měření zvukoizolačních vlastností a provede posouzení. Na co si dát pozor: Jakým způsobem výrobce data určil? Jednalo se o měření v akreditované laboratoři nebo měření v praxi na reálné stavbě (pozor na hodnotu korekce). Pokud se jednalo o měření v praxi, měřil výrobce jeden
prvek nebo více, za jakých podmínek byl prvek zabudován? Pokud výrobce udává hodnotu stavební neprůzvučnosti přepočítanou z hodnoty laboratorní, jakou počítá korekci, je dostatečná nebo je použitá hodnota nereálná? V mnohých případech se projektant tyto informace nedozví jinak, než že musí zvolenou firmu kontaktovat a vyžádat si doplnění podkladů. 5.10.2 Na základě podkladů z dostupné literatury V minulosti se některá výzkumná pracoviště zabývala studiem zvukoizolačních vlastností a své závěry shrnuly do řady publikací. Tato literatura pak obsahuje grafy (nomogramy) nebo tabulky, které lze k rychlému stanovení zvukoizolačních vlastností dobře využít, viz (Havránek, a další, 1996), (Kaňka, 2009). Na co si dát pozor: Výpočetní postupy založené na výše popsaném postupu vedou ke stanovení jednočíselné charakteristiky zvukoizolační vlastnosti. Nejedná se tedy o výpočet v celém sledovaném frekvenčním pásmu. Výpočet je zatížen větší nepřesností. Současně grafy pracují s určitou materiálovou základnou poplatnou době svého vzniku. Je tedy potřeba s nimi pracovat obezřetně a výsledky takto získané používat spíše jako informativní hodnoty.
Stanovení vážené laboratorní neprůzvučnosti Rw na základě plošné hmotnosti prvku, (Meller, a další, 1981), (Havránek, a další, 1996),
Současně literatura (Havránek, a další, 1996), uvádí následující vztahy pro výpočet Rw a Ln,w pro plné železobetonové stropy, (33),(34):
Rw  28,8  log m´  19,9 (33)
Ln,w  89,36  0,033  m
(34) kde m´
je plošná hmotnost stropní desky včetně pevně spojených vyrovnávacích vrstev, [kg·m-2].
Stanovení přírůstku ΔRw stropní konstrukce při použití těžké plovoucí podlahy, (Meller, a další, 1981), (Havránek, a další, 1996)
Poznámka: s´ [MPa·m-1] představuje dynamickou tuhost, což je schopnost pružné podložky utlumovat mechanické kmity. Čím je hodnota dynamické tuhosti podložky nižší tím je tato její schopnost lepší. Konkrétní hodnota s´ je vždy svázána s tloušťkou podložky, tzn. např. pro 20 mm a 30 mm materiálu se jedná o jinou hodnotu.
Stanovení přírůstku ΔLn,w stropní konstrukce při použití těžké plovoucí podlahy, (Meller, a další, 1981), (Havránek, a další, 1996)
Stanovení přírůstku ΔRw stěnové konstrukce při použití kombinované příčky bez spojení předstěny s hmotnou stěnou, (Meller, a další, 1981), (Havránek, a další, 1996),
Poznámka: Při výpočtu je postup následující: Nejprve spočítáme neprůzvučnost samotné hmotné stěny a pak připočítáme přírůstek ΔRw vlivem lehké předstěny dle Obr. 15 – 17.
Stanovení přírůstku ΔRw stěnové konstrukce při použití kombinované příčky s bodovým spojením předstěny ke hmotné stěně, (Meller, a další, 1981), (Havránek, a další, 1996)
Stanovení přírůstku ΔRw stěnové konstrukce při použití kombinované příčky s předstěnou spojenou v celé ploše nosnou stěnou, (Meller, a další, 1981), (Havránek, a další, 1996)
Poznámka: Z Obr. 17 je patrné, že při jistých okrajových podmínkách může dojít vlivem kontaktně provedené konstrukce i ke zhoršení zvukoizolačních vlastností. Pozor při návrhu kontaktních zateplovacích systémů!!! 65
Stanovení přírůstku ΔRw dvojitých příček m´1, m´240kg·m-2 (Meller, a další, 1981), (Havránek, a další, 1996)
Poznámka: Při výpočtu je postup následující: Nejprve spočítáme neprůzvučnost samotné hmotné stěny, pak připočítáme přírůstek ΔRw vlivem lehké předstěny s pomocí Obr. 15 – 17 a na závěr připočítáme ΔRw vlivem výplně vzduchové dutiny předstěny, viz Obr. 19. Aby byl Obr. 19 použitelný, musí minerální vlákno vykazovat objemovou hmotnost 50 – 100 kg·m-3. Pokud by byla objemová hmotnost minerální výplně nižší, docházelo by k poklesu vlivu výplně v porovnání s Obr. 19.
Stanovení přírůstku ΔRw - vliv pohltivé výplně ve vzduchové mezeře, (Meller, a další, 1981), (Havránek, a další, 1996)
5.10.3 Na základě podrobného výpočtu Výsledkem podrobného výpočtu je závislost neprůzvučnosti Rw, Lnw na frekvenci – celková kmitočtová analýza ve zvukoizolačním pásmu od 100 – 3150 Hz. Následně je pak zjištěna jednočíselná charakteristika postupem popsaným výše a stanoveným v (ČSN EN ISO 717–1 (ČSN 73 0531), 2013) a (ČSN EN ISO 717–2 (ČSN 73 0531), 2013). Na co si dát pozor: K výpočtu zvukoizolačních vlastností je vždy nutná dokonalá znalost materiálových a konstrukčních vlastností jednotlivých prvků a práce s nimi. Abychom mohli provést korektní podrobný výpočet, je nutné znát následující parametry: U výpočtu Rw se jedná o objemovou hmotnost ρ [kg.m-3], rychlost šíření podélných zvukových vln cL [kg.m-3], dynamický modul pružnosti v tahu za ohybu Ed [Pa], ztrátový činitel materiálu ƞ [-]. U výpočtu Lnw pracujeme s objemovou hmotností ρ [kg.m-3], dynamickou tuhostí s´ [MPa.m-1], ztrátovým činitelem materiálu ƞ [-], stlačitelností materiálu K [%], pružností materiálu ɛ [%]. Tyto hodnoty jsou však mnohdy (převážně u „modernějších“ prvků) neznámé a těžko měřitelné. V mnohých případech tedy nelze podrobný výpočet korektně provést. Dostupné parametry běžných materiálů jsou uvedeny v Tab. 8, (Nový, 2000). Tab. 8. Materiálové charakteristiky běžných materiálů (Nový, 2000), (Kaňka, 2009), (Donaťáková, 2007)
O metodách podrobného výpočtu pojednává řada literatury, (Donaťáková, 2007), (Kaňka, 2009), (Nový, 2000), (Vaňková, a další, 1995). S ohledem na rozsah a zaměření této publikace, jsou zde uvedeny jen základní informace na nejjednodušším příkladu – na jednoduché jednovrstvé konstrukci. Na Obr. 20 je znázorněn idealizovaný průběh vzduchové neprůzvučnosti R [dB] v závislosti na f [Hz].
Idealizovaný průběh vzduchové neprůzvučnosti jednoduché, homogenní, jednovrstvé konstrukce, (Donaťáková, 2007)
Vliv rezonance – oblast vlastní rezonance je oblast v rozsahu dvou až tří oktáv v okolí kmitočtu vlastní rezonance f0 [Hz] dané vztahem (35), (Čechura, 1997).
1 1 f 0  0,45  cL  h   2  2  l   x ly  kde
rychlost podélných zvukových vln v materiálu jednoduché stěny, [m·s-1]; tloušťka, délka a šířka konstrukce, [m].
cL h, lx, ly
V oblasti vlastní rezonance se projevuje významně vliv ztrátového činitele ƞ [-]. Obecně se tuto oblast snažíme dostat pod zvukoizolační pásmo, tzn. pod 100 Hz. II.
Vliv hmotnosti – v této oblasti se projevuje setrvačnost hmoty prvku. Teoreticky je vazba mezi konstrukcí a prostředím v této oblasti optimálně malá a vzduchová neprůzvučnost pak nezávisí na materiálové skladbě, ale pouze na frekvenci f [Hz] a na plošné hmotnosti prvku m´ [kg·m-2]. Pro nahodilý všesměrový dopad zvukových vln se stupeň vzduchové neprůzvučnosti jednoduché konstrukce R [dB] zvětšuje o 6 dB na oktávu a o tutéž hodnotu se zvětší při zdvojnásobení plošné hmotnosti konstrukce, viz (36), (Čechura, 1997).
R  20  log m´  f  47,5 (36) kde
m´ f
plošná hmotnost konstrukce, [kg·m-2]; frekvence, [Hz].
Hmotnost jednoduché konstrukce je optimálně využita, jestliže f0 (vlastní kmitočet) << 100 Hz a fk (kritický kmitočet) >> 3150 Hz, tzn. jestliže je oblast vlivu hmotnosti co nejvíce obsažena ve zvukoizolačním pásmu. III.
Vliv vlnové koincidence – jedná se o kmitočtovou oblast nad kritickým kmitočtem fk [Hz]. Je charakterizována poklesem vzduchové neprůzvučnosti v důsledku rostoucího 70
vlivu ohybové tuhosti prvku. Míra tohoto poklesu závisí na materiálových parametrech konstrukce. Jestliže se kolmý průmět vlnové délky λ0 [m] dopadající zvukové vlny do roviny jednoduché konstrukce shoduje s vlnovou délkou λB [m] volných ohybových vln v konstrukci, je mezi konstrukcí a prostředím v této kmitočtové oblasti velmi silná vazba a dochází k výše popisovanému poklesu vzduchové neprůzvučnosti. Kritický kmitočet je dán vztahem (37), (Donaťáková, 2007): 6,4 104 fk  cL  h
(37) rychlost podélných zvukových vln v materiálu jednoduché stěny, [m·s-1]; tloušťka konstrukce, [m].
U běžných stavebních konstrukcí spadá oblast koincidence do zvukoizolačního pásma, a proto je pro posuzování zvukoizolačních vlastností velmi důležitá. K výpočtu vzduchové neprůzvučnosti R [dB] jednoduché stěny lze použít graficko-početní metodu tzv. Wattersovu metodu, kdy výsledkem je třikrát lomená čára charakterizující vzduchovou neprůzvučnost. Z této křivky je pak vyhodnocena jednočíselná hodnota a ta porovnána s legislativními požadavky dle (ČSN 73 0532, 2010). S Wattersovou metodou se lze blíže seznámit v následující literatuře: (Nový, 2000), (Vaňková, a další, 1995), (Donaťáková, 2007), (Kaňka, 2009). 5.10.4 Na základě vyhotovení referenčního vzorku na stavbě Tento postup je založen na návrhu a vybudování referenčního vzorku přímo na řešené stavbě. Tento postup je velmi vhodný například u rekonstrukcí objektů, kdy nejsou o stávajících konstrukcích známy všechny potřebné údaje. Projektant pak v první fázi provede návrh konstrukce, opatření se zohledněním všech dostupných informací. Referenční konstrukce se vybuduje na řešené stavbě a její funkce se ověří pomocí měření. Pokud jsou splněny požadavky, přejde se k realizaci opatření i v dalších částech objektu, případně dojde k úpravě řešení tak, aby bylo dosaženo ještě lepších výsledků. 71
Na co si dát pozor: Firmy v naší stavební praxi nejsou často tomuto postupu nakloněny, protože dochází k časové prodlevě. Raději zvolí dražší a složitější řešení než časovou ztrátu s budováním vzorku. V některých případech to však bývá jediný možný postup, který vede k dobrým a přitom efektivním výsledkům. Převážně pak tam, kde neexistuje ucelená metodika výpočtu, například u dřevěných stropních konstrukcí. 5.10.5 Na základě laboratorních měření V tomto případě je vybudován vzorek v akustické laboratoři a jeho vlastnosti jsou ověřeny laboratorním měřením. Na základě výsledků pak dojde k návrhu reálné konstrukce. Tento postup je využíván především výrobci a dodavateli konstrukcí a při realizaci větších, případně atypických staveb. Příklad realizace vzorku můžete vidět na Obr. 21, který dokumentuje měření v Akreditované laboratoři VUT v Brně. Na fotodokumentaci je zobrazena realizace stěny z keramických tvárnic do zkušebního otvoru a následně pak celý dokončený vzorek připravený na měření.
Fotodokumentace ze společného měření realizovaného Fakultou stavební a strojní v akustických komorách VUT v Brně
5.11 Vybrané výpočetní postupy dle ČSN EN 12354-1 Evropská norma (ČSN EN 12354-1 (730512), 2001) popisuje výpočetní modely určené k odhadu vzduchové neprůzvučnosti mezi místnostmi v budovách, především na základě změřených hodnot charakterizujících přímý nebo nepřímý přenos vedlejšími cestami stavebními prvky a teoreticky odvozených metod šíření zvuku ve stavebních prvcích. V rámci této normy je uveden podrobný model výpočtu v kmitočtových pásmech a je odvozen také zjednodušený model s omezeným rozsahem použití, kterým se stanoví rovnou jednočíselná hodnota Rw [dB]. Následující text se zaměřuje na dílčí části zjednodušeného modelu výpočtu. 72
5.11.1 Vzduchová neprůzvučnost monolitických prvků Pro homogenní jednovrstvé prvky složené z nepálených cihel, betonu, anhydridových bloků, sádrových bloků, pórobetonu a různých typů lehčeného betonu lze použít následující postup. Získané údaje představují bezpečný odhad v případě, že prvky nemají velké otvory a jejich objem není větší než 15 % celkového objemu. Maltovou dobře spojenou omítku lze zahrnout do určení plošné hmotnosti. Pro m´>150 kg·m-2 lze uvést následující vztah (38) pro výpočet vážené neprůzvučnosti Rw [dB], (ČSN EN 12354-1 (730512), 2001):
  m´  Rw  37,5  log   42  m0  
kde m´ plošná hmotnost konstrukce, [kg·m-2]; m0 referenční plošná hmotnost konstrukce, 1 kg·m-2. 5.11.2 Zlepšení vážené neprůzvučnosti přídavnými vrstvami Jsou-li k homogennímu základnímu prvku připevněny přídavné vrstvy (obložení stěny, plovoucí podlahy nebo stropní podhledy), lze neprůzvučnost zlepšit nebo omezit v závislosti na rezonančním kmitočtu systému f0 [Hz]. Pro prvky s izolační vrstvou přímo připevněnou k základní konstrukci (bez sloupků nebo svlaků), lze rezonanční kmitočet f0 vypočítat podle vztahu (39), (ČSN EN 12354-1 (730512), 2001).
 1 1  f 0  160  s´   ´  ´   m1 m2 
kde s´ dynamická tuhost izolační vrstvy, [MPa·m-1]; m´1 plošná hmotnost základního stavebního prvku, [kg·m-2]; m´2 plošná hmotnost přídavné vrstvy, [kg·m-2]. Pro přídavné vrstvy konstruované s kovovými nebo dřevěnými sloupky nebo svlaky nikoliv přímo spojené se základním stavebním prvkem a s dutinou vyplněnou porézní izolační vrstvou s odporem proti proudění vzduchu r´5kPa·s·m-2 se rezonanční kmitočet f0 určí podle (40), (ČSN EN 12354-1 (730512), 2001): 73
f 0  160 
0,111  1 1    ´  ´  d  m1 m2 
kde d šířka dutiny, [m]; m´1 plošná hmotnost základního stavebního prvku, [kg·m-2]; m´2 plošná hmotnost přídavné vrstvy, [kg·m-2]. Pro základní stavební prvky s váženou neprůzvučností v rozsahu 20 dB  Rw  60 dB lze následné zlepšení vážené neprůzvučnosti přídavnou vrstvou odhadnout z rezonančního kmitočtu f0 [Hz] podle následující Tab. 9. Tab. 9. Zlepšení vážené neprůzvučnosti obložením, v závislosti na frekvenci, (ČSN EN 12354-1 (730512), 2001)
Rezonanční kmitočet f0 obložením, [Hz]
ΔRw [dB]
35-Rw/2
32-Rw/2
30-Rw/2
160 28-Rw/2 200 -1 250 -3 315 -5 400 -7 500 -9 630-1600 -10 >1600 -5 Poznámka 1: Pro rezonanční kmitočty nižší než 200 Hz je minimální hodnota ΔRw=0dB. Poznámka 2: Hodnoty pro mezilehlé rezonanční kmitočty lze odvodit lineární interpolací přes logaritmus kmitočtu. Poznámka 3: Rw značí váženou neprůzvučnost
5.12 Vybrané výpočetní postupy dle ČSN EN 12354-2 Tato evropská norma stanovuje výpočetní metody určené k odhadu kročejové neprůzvučnosti v budovách, především na základě změřených hodnot charakterizujících přímý nebo nepřímý přenos bočními cestami příslušnými stavebními prvky a teoreticky odvozených metod šíření zvuku ve stavebních prvcích. 74
V dokumentu je popsán podrobný model výpočtu v kmitočtových pásmech a následně je odvozen model zjednodušený s omezujícím rozsahem použití, kterým se stanoví rovnou jednočíselná hodnota Lnw [dB]. Následující text se zaměřuje na dílčí části zjednodušeného modelu výpočtu. 5.12.1 Stanovení ekvivalentní vážené normalizované hladiny akustického tlaku kročejového zvuku homogenní stropní konstrukce Ekvivalentní váženou normalizovanou hladinu akustického tlaku kročejového zvuku Lnw,eq [dB] představuje charakteristiku samotné stropní konstrukce, která může být následně korigována o zlepšení vlivem použité podlahy ΔLW [dB] a korekce k [dB] pro přenos kročejového zvuku bočními cestami. L´nw  L´nw,eq  Lw  k2 (41) Pro homogenní stropní konstrukce lze vypočítat Lnw,eq [dB] z plošné hmotnosti m´ [kg·m-2] v rozsahu od 100 – 600 kg·m-2 podle vztahu (42), (ČSN EN 12354–2 (730512), 2001):
Lnw,eq
m´  164  35  log 1  kg  m 2
kde m´ plošná hmotnost homogenní stropní konstrukce, [kg·m-2]. 5.12.2 Vážené snížení hladiny akustického tlaku kročejového zvuku ΔLW vlivem plovoucích podlah Vážené snížení hladiny akustického tlaku kročejového zvuku ΔLW [dB] vlivem použitých podlah je závislé na plošné hmotnosti m´ [kg·m-2] plovoucí podlahy (tzn. vrstev nad pružnou podložkou) a na dynamické tuhosti s´ [MPa·m-1] použité pružné podložky. Norma (ČSN EN 12354–2 (730512), 2001) uvádí dva grafy vyjadřující toto snížení, Graf č. 3 pro asfaltové plovoucí podlahy nebo suché konstrukce plovoucích podlah a Graf č. 4 pro násypy nebo mazaniny betonu nebo anhydritu.
Vážené snížení hladiny akustického tlaku kročejového zvuku asfaltovými plovoucími podlahami nebo suchými plovoucími podlahovými konstrukcemi, (ČSN EN 12354–2 (730512), 2001)
Vážené snížení hladiny akustického tlaku kročejového zvuku pro násypy nebo mazaniny pod plovoucími podlahami z betonu nebo anhydridu, (ČSN EN 12354–2 (730512), 2001)
kde A B C
vážené snížení hladiny akustického tlaku kročejového zvuku ΔLw, [dB]; plošná hmotnost plovoucí podlahy, [kg·m-2]; dynamická tuhost s´ [MPa·m-1]. 76
5.12.3 Zjištění zvukoizolačních NEPRŮZVUČNOST
Program NEPRŮZVUČNOST je založen na podrobném modelu, tzn. je nutné, aby o použitých materiálech, konstrukcích byly dostupné všechny údaje uvedené v Kap. 5.11.3. U novodobých materiálů však často potřebné charakteristiky dostupné nejsou a z těchto důvodů pak nelze program využít. Obecně lze uvést, že lze tímto programem získat velmi dobré výsledky „jednodušších“ konstrukcí jako například železobetonové stěny nebo stropu, stěny z cihly plné pálené a podobně. Jestliže je ale třeba vyšetřovat konstrukce složitější jako například konstrukce z lehkých deskových materiálů, s předstěnovými nebo podhledovými konstrukcemi, lehké plovoucí podlahy nebo dřevěné stropní konstrukce, lze doporučit využít program pouze k některým dílčím výpočtům nebo hodnoty zvukoizolačních vlastností stanovit jiným způsobem.
5.13 Praktická část - příklady 7. PŘÍKLAD: Zadání: Vypočítejte váženou stavební neprůzvučnost R´w a váženou stavební normalizovanou hladinu kročejového zvuku L´nw u následujících konstrukcí oddělující dva cizí byty a proveďte posouzení dle (ČSN 73 0532, 2010). Jedná se o novostavbu. 1. Strop Porotherm tl. 250 mm, pružná podložka ISOVER N, tl. 30 mm, separační vrstva, betonová mazanina tl. 50 mm, lepidlo + dlažba tl. 10 mm. 2. Strop Spiroll tl. 200 mm, pružná podložka ISOVER N, tl. 30 mm, separační vrstva, betonová mazanina tl. 50 mm, lepidlo + dlažba tl. 10 mm. 3. Železobetonová deska tl. 180 mm, pružná podložka ISOVER N, tl. 30 mm, separační vrstva, betonová mazanina tl. 50 mm, lepidlo + dlažba tl. 10 mm.
Požadované hodnoty dle (ČSN 73 0532, 2010): Chráněný prostor (místnost příjmu zvuku) Požadavky na zvukovou izolaci Stropy Stěny Dveře Řádka Hlučný prostor (místnost zdroje zvuku) R´w, L´n, w, R´w, Rw DnT,w L´nT,w DnT,w [dB] [dB] [dB] [dB] B. Bytové domy – obytné místnosti bytů 2 Všechny místnosti druhých bytů, včetně 53 55 53 příslušenství 521) 581) 521) Vysvětlivky: 1) Požadavek se vztahuje na starou, zejména panelovou výstavbu, pokud neumožňuje dodatečné zvukové izolační opatření.
1. Strop Porotherm R´w - potřebné vztahy:
Rw´  Rw  k1 ; R´w  R´w,pož . Výpočet: Tab. 10.
Specifikace a výpočet R´w stropní konstrukce, varianta 1- Porotherm
ρ m´ s´ -3 -2 [kg.m ] [kg.m ] [MPa.m-1 ] [m] dlažba + lepidlo 0,01 2000 20 betonová mazanina 0,05 2200 110 separační vrstva pružná podložka - ISOVER N 0,03 18 porotherm 250 mm + omítka 0,25+0,015 342 VRSTVA
Rw, strop [dB] 51
f0 [Hz] 69,9
ΔRw, podlaha Rw, strop+podlaha [dB] [dB] 9 60
R´w, strop+podlaha R´w,N (byt/byt ) posouzení [dB] [dB] ČSN 730532 57 53 vyhoví
k1 [dB] 3
Závěr: Dle požadavků normy (ČSN 73 0532, 2010) skladba uvedená v Tab. 10 vyhoví jako dělící konstrukce mezi dvěma cizími bytovými jednotkami. Výpočtem stanovená hodnoty dle (ČSN EN 12354-1 (730512), 2001) je R´w=57 dB  R´w,pož´=53 dB. Poznámka: Hodnota samotné stropní konstrukce 51 dB vychází z údajů uvedených výrobcem v technických listech. 2. Strop Spiroll R´w - potřebné vztahy:
 1 1  f 0  160  s´   ´  ´   m1 m2  Rw´  Rw  k1 ; R´w  R´w,pož . Výpočet: Tab. 11.
Specifikace a výpočet R´w stropní konstrukce, varianta 2 – Spiroll VRSTVA
TL. ρ [kg.m-3] [m] dlažba + lepidlo 0,01 2000 betonová mazanina 0,05 2200 separační vrstva pružná podložka - ISOVER N 0,03 Spiroll 200 mm + omítka 0,2+0,015 -
Rw, strop
[dB] 49
[Hz] 72,5
ΔRw, podlaha Rw, strop+podlaha
[dB] 10
[dB] 59
R´w, strop+podlaha R´w,N (by t/by t ) posouzení [dB] [dB] ČSN 730532 56 53 vyhoví
m´ s´ -2 [kg.m ] [MPa.m-1] 20 110 18 270 -
Závěr: Dle požadavků normy (ČSN 73 0532, 2010) skladba uvedená v Tab. 11 vyhoví jako dělící konstrukce mezi dvěma cizími bytovými jednotkami. Výpočtem stanovená hodnota dle (ČSN EN 12354-1 (730512), 2001) je R´w=56 dB  R´w,pož´=53 dB. Poznámka: Hodnota samotné stropní konstrukce 49 dB vychází z údajů uvedených výrobcem v technických listech. 3. Železobetonová stropní deska R´w - potřebné vztahy:
  m´  Rw  37,5  log   42 ;  m0    1 1  f 0  160  s´   ´  ´   m1 m2 
Rw´  Rw  k1 ; R´wR´w,pož . Výpočet: Tab. 12.
Specifikace a výpočet R´w stropní konstrukce, varianta 3 – ŽB deska VRSTVA
dlažba + lepidlo betonová mazanina separační vrstva pružná podložka - ISOVER N ŹB deska 160 mm + omítka
TL. [m] 0,01 0,05 0,03 0,16+0,015
ρ [kg.m-3] 2000 2200 2500
ΔRw, podlaha
Rw, strop+podlaha
[dB] 57
[Hz] 68,1
[dB] 6
[dB] 63
R´w, strop+podlaha R´w,N (by t/by t ) posouzení [dB] [dB] ČSN 730532 61 53 vyhoví
m´ s´ -2 [kg.m ] [MPa.m-1] 20 110 18 424 -
k1 [dB] 2
Závěr: Dle požadavků normy (ČSN 73 0532, 2010) skladba uvedená v Tab. 12 vyhoví jako dělící konstrukce mezi dvěma cizími bytovými jednotkami. Výpočtem stanovená hodnota dle (ČSN EN 12354-1 (730512), 2001) je R´w=61 dB  R´w,pož=53 dB. 1. Strop Porotherm L´n,w - potřebné vztahy:
L´n,w  L´nw,eq  Lw  k2 ; L´n,w  L´n,w,pož. Výpočet: Tab. 13.
Specifikace a výpočet L´n,w stropní konstrukce, varianta 1- Porotherm
Ln,w,eq, strop ΔLn,w, podlaha Ln,w, strop+podlaha [dB] 75
[dB] 30
L´n,w, strop+podlaha Ln´,w,N (by t/by t ) [dB] 47
[dB] 55
[dB] 45
k2 [dB] 2
posouzení ČSN 730532 vyhoví
Závěr: Dle požadavků normy (ČSN 73 0532, 2010) skladba uvedená v Tab. 10 vyhoví jako dělící konstrukce mezi dvěma cizími bytovými jednotkami. Výpočtem stanovená hodnota dle (ČSN EN ISO 717–2 (ČSN 73 0531), 2013) je L´n,w=47 dB  L´n,w,pož´=55 dB. V praxi může vlivem realizace dojít ke zhoršení této vypočítané hodnoty. Na základě konkrétní situace může projektant navýšit hodnotu k2. Poznámka: Hodnota samotné stropní konstrukce 75 dB vychází z údajů uvedených výrobcem v technických listech. 2. Strop Spiroll L´n,w - potřebné vztahy:
L´n,w  L´nw,eq  Lw  k2 ; L´n,w  L´n,w,pož. 81
Výpočet: Tab. 14.
Specifikace a výpočet L´n,w stropní konstrukce, varianta 2- Spiroll
Ln,w,eq,strop ΔLn,w, podlaha Ln,w, strop+podlaha [dB] 81
[dB] 51
L´nw, strop+podlaha Ln´w,N (by t/by t ) posouzení [dB] [dB] ČSN 730532 53 55 vyhoví
Závěr: Dle požadavků normy (ČSN 73 0532, 2010) skladba uvedená v Tab. 11 vyhoví jako dělící konstrukce mezi dvěma cizími bytovými jednotkami. Výpočtem stanovená hodnota dle (ČSN EN ISO 717–2 (ČSN 73 0531), 2013) je L´n,w=53 dB  L´n,w,pož´=55 dB. V praxi může vlivem realizace dojít ke zhoršení této vypočítané hodnoty. Na základě konkrétní situace může projektanz navýšit hodnotu k2. Poznámka: Hodnota samotné stropní konstrukce 81 dB vychází z údajů uvedených výrobcem v technických listech. 3. Železobetonová stropní deska L´n,w - potřebné vztahy:
m´ Lnw,eq  164  35  log 1  kg  m 2 ; L´n,w  L´nw,eq  Lw  k2
L´n,w  L´n,w,pož.
Výpočet: Tab. 15.
Specifikace a výpočet L´n,w stropní konstrukce, varianta 3- ŽB strop
Ln,w,eq,strop ΔLnw, podlaha Lnw, strop+podlaha [dB] 72
L´nw, strop+podlaha [dB] 42
Ln´w,N (by t/by t ) [dB] 55
[dB] 42
k2 [dB] 0
Závěr: Dle požadavků normy (ČSN 73 0532, 2010) skladba uvedená v Tab. 12 vyhoví jako dělící konstrukce mezi dvěma cizími bytovými jednotkami. Výpočtem stanovená hodnota L´n,w=42 dB  L´n,w,pož´=55 dB. Výpočet proveden dle (ČSN EN ISO 717–2 (ČSN 73 0531), 2013). Pokud by byl výpočet proveden podle nomogramů uvedených na Obr. 12 – Obr. 14 budou výsledky dosahovat lehce odlišných hodnot. Obecně lze doporučit provedení obou variant výpočtu a jejich porovnání. V obou případech se jedná o výsledky orientační, proto je vždy nutné, aby byly požadavky splněny s dostatečnou rezervou a hlavně dodržen technologický postup provádění. Jako příklad výpočtu dle nomogramů je uveden výpočet ŽB stropní konstrukce z předchozího 7. Příkladu. Železobetonová stropní deska R´w, L´n,w - potřebné nomogramy a vztahy: Obr. 12 – Obr. 14.
Rw  28,8  log m´  19,9 ; Ln,w  89,36  0,033  m´ ;
Rw´  Rw  k1 ; R´wR´w,pož . L´n,w  L´nw,eq  Lw  k2 L´n,w  L´n,w,pož.
Výpočet: Rw=55dB – výpočet Rw holé stropní konstrukce dle Obr. 12. 83
Rw=56dB – výpočet Rw holé stropní konstrukce dle (ČSN EN 12354-1 (730512), 2001), viz (33)); Ln,w,eq=76dB - výpočet Ln,w holé stropní konstrukce dle (ČSN EN 12354–2 (730512), 2001), viz (34)); ΔRw=10dB – výpočet přírůstku ΔRw holé stropní konstrukce vlivem těžké plovouví podlahy, dle Obr. 13. ΔLn,w=28dB – výpočet přírůstku ΔLn,w holé stropní konstrukce vlivem těžké plovouví podlahy, dle Obr. 14. R´w=55(56)+10-2=63 (64)dB – celková stavební vzduchová neprůzvučnost R´w po sečtení jednotlivých částí. L´n,w=76-28+0=48dB – celková stavební hodnoty hladiny akustického tlaku kročejového zvuku L´n,w po sečtení jednotlivých částí. Závěr: Dle požadavků normy (ČSN 73 0532, 2010) skladba uvedená v Tab. 12 vyhoví jako dělící konstrukce mezi dvěma cizími bytovými jednotkami. Výpočtem stanovená hodnota dle dostupných nomogramů, (Havránek, a další, 1996) je R´w=63 dB  R´w,pož´=53 dB. Dle požadavků normy (ČSN 73 0532, 2010) skladba uvedená v Tab. 12 vyhoví jako dělící konstrukce mezi dvěma cizími bytovými jednotkami. Výpočtem stanovená hodnota dle dostupných nomogramů, (Havránek, a další, 1996) je L´n,w=48 dB  L´n,w,pož´=55 dB. Můžete provést porovnání mezi hodnotami vypočtenými dle (ČSN EN 12354-1 (730512), 2001) a (ČSN EN 12354–2 (730512), 2001) s hodnotami získanými pomocí nomogramů dle (Havránek, a další, 1996). Poznámka: Pokud bychom chtěli dle (ČSN EN 12354-1 (730512), 2001) pod stropní konstrukci navrhnout podhled, případně ke hmotné stěně předstěnu, budeme postupovat dle následujícího vztahu (40):
0,111  1 1    ´  ´  d  m1 m2  Následně pak připočteme k základní hodnotě stropní nebo stěnové konstrukce zlepšení vážené neprůzvučnosti ΔRw [dB] na základě Tab. 9. f 0  160 
6 PROSTOROVÁ AKUSTIKA V každodenním životě se setkáváme s vnitřními prostory, které mají speciální požadavky na své akustické vlastnosti. Obor stavební fyziky zabývající se touto problematikou představuje prostorová akustika. Metodami prostorové akustiky jsou pak sledovány parametry prostoru zabývající se kvalitou poslechu ve sledované místnosti. Mezi základní patří například doba dozvuku, srozumitelnost, jasnost a zřetelnost. Přísné nároky jsou kladeny na vnitřní prostory, jako jsou divadla, kina, nahrávací studia, kostely, posluchárny, učebny, ale také na místnosti určené pro sportovní účely. Základní parametry prostoru je však vhodné řešit i u místností daleko běžnějších jako jsou zasedací prostory administrativních budov, čekárny, restaurační zařízení a podobně. Obecně prostorová akustika představuje jednu z náročnějších disciplín stavební akustiky. Nelze již vycházet pouze s teorie difúzního pole, ale je potřeba využít i další metody, které lze shrnout do následujících bodů. o o o
Vlnová akustika; statistická akustika; geometrická akustika.
Jednotlivé obory jsou pak přiblíženy v následujících kapitolách. Pro podrobnější studium lze využít například (Kolmer, a další, 1980), (Vaverka, a další, 1996), (Havránek, a další, 1996), (Donaťáková, 2007), (Kaňka, 2009) a další.
6.1 Vlnová akustika Základ vlnové teorie představuje vlnová rovnice a její řešení, které je však prakticky možné pouze v jednoduchých případech. Tento případ představují například místnosti tvaru kvádru nebo krychle o rozměrech lx, ly, lz [m] s jednoduše specifikovanými povrchy. Výsledek pak umožňuje stanovit okamžitá hodnoty sledovaných akustických veličin jako funkci místa a času. Obecně v důsledku odrazu zvuku od dvou rovnoběžných stěn dochází ke vzniku stojatého vlnění při kmitočtech, pro které je vzájemná vzdálenost stěn rovna celistvému násobku půlvln, viz Obr. 22. Z největšího rozměru prostoru lze pak odvodit, při kterém nejnižší frekvenci stojaté vlnění vzniká. Jedná se tedy o vlastnost konkrétního prostoru, o vlastní kmity prostoru.
Stojaté vlnění vznikající mezi dvěma vodorovnými stěnami
Těchto kmitočtů je obecně nekonečně mnoho a mají takovou vlastnost, že se směrem k vyšším kmitočtům ve spektru vyskytují častěji. Spektrum je pak opět plně vyplněno a pole se stává opět difúzním. Pro prostor tvaru kvádru o rozměrech lx, ly a lz [m] lze vlastní kmitočty stanovit z následujícího vztahu (43):
f x, y ,z
c   2
 nx   n y   nz             lx   l y   lz 
c nx, ny, nz lx, ly, lz
rychlost zvuku ve vzduchu, [m·s-1]; celá čísla od 0 do nekonečna; rozměry stran místnosti, [m].
Především u malých prostorů je právě rozložení spektra vlastních kmitů velmi důležité. Cílem vlnové teorie je zajištění difúznosti akustického pole od co nejnižší frekvence. K tomuto cíli vedou následující základní postupy: 1. Vhodná volba velikosti prostoru, čím má prostor větší rozměry a tudíž větší objem, tím se zvyšuje difúznost akustického pole. 2. Odchylky od rovnoběžnosti stěn, prospěšná je i odchylka v řádu několika stupňů. 3. Volba vhodných poměrů jednotlivých stran, doporučení jsou specifikována v (ČSN 73 0525, 1998) a budou podrobněji probrány v následujících kapitolách. 4. Volba obložení stěn a členitosti interiéru, vhodnou volbou pohltivých a odrazných ploch a celkovým řešením členitosti interiéru (sloupy, atiky, římsy, …) lze difúznost vznikajícího akustického pole výrazně zlepšit.
6.2 Statistická akustika Statistická teorie popisuje zvukové pole v uzavřeném prostoru pomocí průměrných hodnot akustických veličin. Základními veličinami charakterizujícími zvukové pole jsou pak především hustota zvukové energie nebo intenzita zvuku. Aby bylo možné naleznout hodnoty zvukové energie, je nutno definovat některé zjednodušující předpoklady, které však v praxi nemusejí být vždy splněny, (Kolmer, a další, 1980). 1. Velikost zvukové energie v libovolném bodě v uzavřeném prostoru je dána součtem středních hodnot energie, která do uvažovaného bodu dospěla vlivem odrazů. 2. Hustota zvukové energie je ve všech bodech prostoru stejně veliká, předpoklad difúzního akustického pole. 3. Úhly, pod kterými dopadá zvuková energie do uvažovaného bodu, jsou zastoupeny se stejnou pravděpodobností. Hustota zvukové energie v libovolném bodě uzavřeného prostoru je závislá na energii zdroje zvuku a na pohltivých vlastnostech jednotlivých ohraničujících konstrukcí. Obecně se jedná o zákon zachování energie, kdy se součet energie v prostoru a energie pohlcené konstrukcemi musí rovnat energie vysílané zdrojem. Schopnost plochy pohlcovat dopadající zvukovou energii pak lze vyjádřit pomocí veličiny nazývané činitel zvukové pohltivosti α [-]. Činitel zvukové pohltivosti představuje poměr pohlcené akustické energie ku energii dopadající. Číselně nabývá hodnot od 0 (teoretická hodnota, kdy by se všechen zvuk odrazil) po 1 (všechen zvuk pohlcen, například otevřené okno) a je závislý na úhlu dopadu a frekvenci. Pokud je tedy potřeba pracovat s konkrétním materiálem, je potřeba získat křivku závislosti činitele zvukové pohltivosti na frekvenci. Obecně schopnost pohlcovat akustickou energii označujeme jako zvukovou pohltivost A [m2] a pro konkrétní materiál se stanoví dle následujícího vztahu (44): A  S
kde α S
činitel zvukové pohltivosti, [-]; plocha povrchu, [m2].
Celkovou pohltivost prostoru pak určíme následujícím součtem součinu jednotlivých ploch Si [m2] a k těmto plochám příslušejících parametrů činitele zvukové pohltivosti αi [-], (45): n
A    i  Si  i 1
Pohltivost nevykazují pouze plochy ohraničujících konstrukcí, ale také předměty umístěné v prostoru jako například nábytek, zařízení, osoby. Určení pohltivosti těchto předmětů může být v některých případech problematické. Konkrétními hodnotami určení činitele zvukové pohltivosti α [-] a pohltivosti A [m2] se zabývá norma (ČSN EN 12354-6, 2004). V této normě je mimo jiné uvedeno, že pokud u objektu dokážeme určit objem objektu Vobj, [m3], je možné využít pro určení pohltivosti A [m2], následující vztah, (46). Objemem Vobj je pak myšlen objem nejmenšího obalu objektu pravidelného tvaru, který nezahrnuje malé prvky vystupující z tohoto obalu. 2/3 A  Vobj
Jednotlivé parametry pohltivosti pak přičteme k pohltivosti jednotlivých povrchů dle následujícího vztahu (47): n
A    i  Si    Aobj
Celková pohltivost se pak používá k určení jednoho z nejdůležitějších parametrů, které lze v uzavřeném prostoru sledovat, a to doby dozvuku T [s]. Obecně doba dozvuku představuje dobu, za kterou poklesne hladina akustického tlaku Lp [Pa] v uzavřeném prostoru od vypnutí zdroje o 60 dB, viz Obr. 23.
Definice pojmu doba dozvuku
6.2.1 Sabineho vztah pro výpočet doby dozvuku Wallace Clement Sabine (1868-1919) byl americký fyzik působící na Harvardské univerzitě a lze ho považovat za zakladatele „moderní“ prostorové akustiky. Sabine odvodil pro výpočet doby dozvuku T [s] poměrně jednoduchý vztah, který byl následně upraven na základě experimentálního ověření na následující tvar (46), (Kolmer, a další, 1980):
T  0,164  kde V A
objem vyšetřované místnosti, [m3]; celková pohltivost vyšetřované místnosti, [m2].
Vztah (46) dle Sabine lze použít pro místnosti o V2000 m3 a αstř0,2, kde αstř [-] představuje střední činitel zvukové pohltivosti, αstř=A/S, S [m2] je celková plocha povrchů uzavřeného prostoru. 6.2.2 Eyringův vztah pro výpočet doby dozvuku Sabineho vztah je tedy dostatečně přesný pro prostory nedostatečně utlumené. Pokud však 0,2<αstř0,8, je vhodný vztah Eyringův, (47).
 V T  0,164    S  E
kde V S αE αstř
objem vyšetřované místnosti, [m3]; celková plocha povrchů místnosti, [m2]; -ln(1-αstř), Eyringův činitel zvukové pohltivosti, [-]. střední činitel zvukové pohltivosti, [-].
6.2.3 Millingtonův vztah pro výpočet doby dozvuku Je-li αstř>0,8 a objem místnosti V2 000m3 používá se pro f2000 Hz vztah dle Millingtona, (48):
  V  T  0,164    S   E  4mV 
činitel útlumu zvuku při šíření ve vzduchu, [m-1], který je závislý na relativní vlhkosti vzduchu i [%] a na teplotě vzduchu i [°C], jeho hodnoty jsou uvedeny v Tab. 16, (ČSN 73 0525, 1998).
Hodnoty činitele útlumu zvuku m, [m-1], při šíření ve vzduchu pro oktávová pásma pro normální atmosférické podmínky (tlak 101,325 kPa, 20°C), (ČSN 73 0525, 1998)
Jak bylo uvedeno v úvodu této kapitoly, jeden z předpokladů statistické teorie představuje rovnoměrnost hustoty zvukové energie. Akustické pole, které již má nějaké znaky rovnoměrného rozložení, se však vytváří až od tzn. kritického kmitočtu fk [Hz] místnosti, kterou je možno stanovit dle následujícího vztahu (49):
f k  2000 
(49) doba dozvuku v místnosti, [s]; objem místnosti, [m-3].
6.3 Geometrická akustika V uzavřeném prostoru dochází k šíření zvukové vlny od zdroje do daného místa přímo a odrazy od stěn obklopujících tento prostor. Pojmem geometrická akustika označujeme obor akustiky, který se zabývá odrazy zvukových vln od překážek za předpokladu, že nedochází k ohybu zvuku. Za těchto okrajových podmínek lze, podobně jako v optice, zavést pojem zvukový paprsek a pracovat se zákonem rovnosti úhlů dopadu a odrazu, viz Obr. 24. Složitější konstrukce odrazů paprsku jsou dohledatelné například v (ČSN 73 0525, 1998), (Kolmer, a další, 1980). V této literatuře lze také dohledat konstrukce odrazů na vypouklých plochách (rozptylujících površích) a na vydutých plochách (kde dochází k soustředění zvuku). Konstrukce odraženého paprsku vychází z principu sestrojení zdánlivého zdroje zvuku, který je definován jako zrcadlový obraz zdroje zvuku. V případě odrazu od několika konstrukcí musí dojít k sestrojení zrcadlových odrazů vyšších řádů. Tento způsob konstrukce odražených paprsků je sice možný, ale náročný a nemá dostatečnou vypovídající hodnotu o tom, jak vhodná je zvolená geometrie prostoru pro zvolený účel.
Konstrukce zvukového paprsku při dopadu na rovinnou stěnu, (ČSN 73 0525, 1998)
Samotná geometrie celého prostoru je však pro úspěšnou realizaci projektu poměrně zásadní. Důležité je sledovat tvar místností a rovnoměrnost zásobování prostoru zvukovou energii (zamezit vzniku jevů jako je ozvěna, třepotavá ozvěna). Konkrétně ozvěna může vzniknout tehdy, když odražený zvuk dospěje k posluchači s dostatečným časovým zpožděním, s odpovídajícím dráhovým rozdílem. Ucho posluchače pak tento zvuk vnímá jako zvuky dva, viz Tab. 17.
Vliv časového zpoždění a odpovídajícího dráhového rozdílu na kvalitu poslechu v prostoru, (Kaňka, 2009), (Donaťáková, 2007)
Časové zpoždění Odpovídající zvuku [s] dráhový rozdíl [m] Vliv na kvalitu poslechu v prostoru < 0,03 < 10,2 Zesílení zvuku - vnímáno jako jeden zvuk 0,03 - 0,05 10,2 -17 Směšování hlásek 0,05 - 0,1 > 17 Ozvěna > 0,1 > 34 Jednoslabičná ozvěna
Abychom rušivý jev ozvěny odstranily, je nutné zaměřit pozornost na vzdálenosti odrazných ploch tak, aby nebylo dosaženo kritického dráhového rozdílu Δs [m]. Následující Graf 5 uvádí vztah mezi dráhovým rozdílem, vzdáleností posluchače od zdroje zvuku a středním činitelem zvukové pohltivosti α stř [-]. Graf 5 je založen na Haasově kritériu pro rušivost u 10% posluchačů. Z grafu je patrné, že pro prostory s kratší dobou dozvuku, to znamená s vyšší pohltivostí, může být dráhový rozdíl větší. Mezní dráhový rozdíl Δs, (Donaťáková, 2007)
Třepotavá ozvěna pak vzniká několikanásobným odrazem od rovnoběžných povrchů (stěn, podlahy, stropu). Na takto vzniklý jev je ucho velmi citlivé a představuje tedy nechtěný úkaz.
6.4 Pole přímých a odražených vln Je-li umístěn zdroj hluku v uzavřeném prostoru, mohou se kolem něj vytvořit dva druhy akustického pole. Pole přímých vln (v těsné blízkosti zdroje) a pole odražených zvukových vln (ve větší vzdálenosti). Pole přímých vln pak bude ohraničeno poměrně malou vzdáleností od zdroje hluku. V každém případě při vyšetřování šíření hluku v uzavřeném prostoru je nutné počítat s kombinací těchto polí a pro výpočet hladiny akustického tlaku Lp [dB] v určitém bodě prostoru lze využít následující vztah (50), (Kolmer, a další, 1980). 94
 Q 4  1   stř    L  Lw  10  log  2 4    r S   stř   kde
Lw Q r αstř S
hladina akustického výkonu zdroje hluku, [dB]; činitel směrovosti zdroje, [-]; vzdálenost posuzovaného bodu od zdroje hluku, [m]; střední činitel zvukové pohltivosti, [-]; součet všech ploch ohraničujících místnost, [m2].
První část pak představuje pole přímých vln, druhá pak pole vln odražených. Uvedené vztahy platí teoreticky pro jakýkoliv bod prostoru kromě bodů velmi blízkých obalovým konstrukcím. Z uvedeného vztahu dále vyplývá, že v poli přímých vln nelze výslednou hladinu akustického tlaku ovlivnit zvýšením pohltivosti prostoru. Mezi polem přímých a polem odražených vln leží rozhraní, které je charakterizováno tzv. poloměrem doznívání r [m], který lze stanovit dle následujícího vztahu (51), (Kolmer, a další, 1980).
AQ 16   Q A
(51) činitel směrovosti zdroje, [-]; pohltivost prostoru, [m2].
6.5 Platná legislativa pro prostorovou akustiku 6.5.1 ČSN 73 0525 – Akustika – Projektování v oboru prostorové akustiky – Všeobecné zásady Předmětem normy jsou obecné zásady pro projektování akustiky uzavřených prostorů určených k poslechu hudby a řeči v nově budovaných nebo rekonstruovaných objektech. Norma uvádí hlavní opatření z hlediska stavební akustiky, požadavky na objem prostoru, doporučení pro poměry jeho základních rozměrů a pro jeho tvar z hlediska možnosti rušivých jevů v něm, dále popisuje chování prostorově tvarovaných hraničních ploch při utváření zvukového pole, způsoby jejich využití a postup výpočtu doby dozvuku. Dále je zde definován pojem optimální doba dozvuku T0, [s], jako doporučená hodnota T [s], která je základním kritériem kvality poslechu 95
v obsazeném uzavřeném prostoru pro některý z daných typů přirozeného signálu nebo jejich obvyklé kombinace. Optimální doba dozvuku se liší dle účelu využití místnosti. Pro různé účely využívání je optimální doba dozvuku stanovena v (ČSN 73 0527, 2005). Jak bylo uvedeno výše, norma se zabývá rozměry uzavřeného prostoru. Uzavřené prostory menší než 200 m3 se mají svým tvarem blížit, nikoliv však rovnat krychli, aby se dosáhlo pokud možno rovnoměrného spektrálního rozložení vlastních kmitů. Doporučuje se poměr 1:1,05:1,2. Pro uzavřené prostory o objemu větším než 200 m3, které se svým tvarem blíží kvádru, se doporučuje poměr stran 1:1,25:1,6 nebo 1:1,5:2,5, případně 1:1,7:2,9. Žádný z rozměrů nesmí být celistvým násobkem kteréhokoliv ze zbývajících rozměrů, (ČSN 73 0525, 1998). Maximální doporučené objemy z hlediska výkonu zdroje jsou uvedeny v Tab. 18. Tab. 18.
Maximální objemy prostorů doporučené z hlediska akustického výkonu zdrojů živé hudby a řeči, (ČSN 73 0525, 1998)
Maximální V [m3] 5000
6.5.2 ČSN 73 0527 – Akustika – Projektování v oboru prostorové akustiky – Prostory pro kulturní účely – Prostory ve školách – Prostory pro veřejné účely Tato norma stanoví hlavní zásady pro projektování a realizaci uzavřených prostorů pro kulturní účely, prostorů ve školách a prostorů pro veřejné účely. Platí pro nově zřizované, rekonstruované nebo adaptované prostory, v nichž kvalita poslechových podmínek či akustická pohoda hraje významnou roli. Tab. 19.
Požadavky na prostory pro kulturní účely, (ČSN 73 0527, 2005)
Číslo závislosti T0 na objemu V
T/To [-]
[m3.os-1] Koncertní sál:
Rozmezí hodnot
Pro koncertní sál jsou závislosti optimální doby dozvuku T0 na objemu sálu uvedeny v ČSN 730525 (obrázek A.1) a označeny písmeny A pro hudbu varhanní, B pro hudbu symfonického orchestru a C pro hudbu komorní.
1 – A.1
V  4 000 m3 A.2 A.2 A.2 A.2
V  12 000 m3
Zkušebna orchestru, pěveckého souboru
2 – A.1
3 – A.1
Zkušebna činohry
Kino s jednokanálovým zvukovým zařízením
4 – A.1
Kino s vícekanálovým zvukovým zařízením analogovým Kino s vícekanálovým zvukovým zařízením digitálním
V  6 000 m3 V  2 000 m3
Tab. 20. Požadavky na prostory ve školách, (ČSN 73 0527, 2005) Prostor Objem Doba T0 [s] Rozmezí prostoru hodnot V [m3]
Doporučuje se hodnota NC-25
Učebna a posluchárna
T0 = 0,3424.logV-0,185
Jazyková učebna, laboratoř
Učebna hry na individuální nástroje a sólového zpěvu
80 až 120
T0 = 0,3582.logV-0,061
V = 500 - 20 000 m3
Tělocvična a plavecká hala všech typů škol
T0 = 0,3961.logV+0,023
V = 500 - 3 000 m3
T0 = 1,0366.logV-2,204
V = 100 - 6 000 m3
V = 3 000 20 000 m3 LAeq = 60 [dB]
Sborovna, konferenční místnost
Širokopásmový obklad stropu
Herny v mateřských školách a družinách
Poznámka: Širokopásmový akustický obklad představuje materiál, jehož vážený činitel zvukové pohltivosti αw0,8. Tab. 21.
Hodnoty doby dozvuku vnitřních prostorů u staveb pro veřejné účely, (ČSN 73 0527, 2005) Prostor Optimální doba dozvuku Rozmezí Poznámka hodnot T [s] (akustická úprava) 0
T/To [-] Tělocvičny
T0 = 0,3961.logV + 0,023 T0 = 1,0366.logV - 2,204
A.8 A.3
V = 500 - 3 000 m3 V = 3 000 - 20 000 m3 V = 500 - 3 000 m3 V = 3 000 - 20 000 m3 V = 500 - 3 000 m3 V = 3 000 až 20 000 m3 V = 500 - 3 000 m3 V = 3 000 - 20 000 m3 V = 500 - 3 000 m3 V = 3 000 - 20 000 m3 Tam, kde je důležitá srozumitelnost řeči
A.7 A.8
Kino jednokanálové Kino vícekanálové Tělocvična, sportovní hala
Hudba i řeč
horní dolní horní dolní horní dolní horní dolní horní 2,00 1,50 dolní 1,00 1,00 horní dolní
Meze přípustného rozmezí poměru dob dozvuku T/T0 prostorů daného určení, (ČSN 73 0527, 2005) Meze Střední kmitočet f [Hz] oktávového pásma
1,45 1,00 1,45 1,00 1,20 0,65 0,55 0,70 1,30 1,00
1,2 0,80 1,2 0,80 1,2 0,80 1,30 0,70 1,10 1,00 1,20 0,80
1,2 0,80 1,2 0,80 1,2 0,80 1,30 0,70 1,00 1,00 1,20 0,80
1,2 0,80 1,2 0,80 1,2 0,80 1,30 0,70 1,00 0,90 1,20 0,80
1,2 0,80 1,2 0,80 1,2 0,80 1,30 0,70 1,00 0,80 1,20 0,80
1,2 0,65 1,2 0,65 1,2 0,65 1,30 0,60 1,00 0,70
6.6 Konstrukce sloužící k pohlcování zvuku Pokud vznikne požadavek na zvýšení pohltivosti prostoru, osazujeme do místnosti konstrukce nebo objekty, které pohlcují zvuk. Jejich realizací dojde nejen k poklesu hladiny akustického tlaku v poli odražených vln, ale také k úpravě dalších parametrů, například již zmiňované doby dozvuku. Schopnost materiálu, konstrukce pohlcovat zvuk je definována nejčastěji činitelem zvukové pohltivosti α [-], jehož konkrétní hodnoty nalezneme v Tab. 23 - 25 z normy (ČSN EN 12354-6, 2004), případně obsáhleji v Tab. 26 – 28 z (Vaverka, a další, 1996), (Donaťáková, 2007). Tab. 23.
Typické hodnoty ekvivalentní pohltivé plochy Aobj některých běžných objektů, (ČSN EN 12354-6, 2004)
Typické hodnoty činitele zvukové pohltivosti α, (ČSN EN 12354-6, 2004)
Typické hodnoty činitele zvukové pohltivosti α pro některé sestavy objektů, (ČSN EN 12354-6, 2004)
Typické hodnoty činitele zvukové pohltivosti α, (Vaverka, a další, 1996)
Poznámka: Je třeba zohlednit skutečnost, že výše uvedené parametry jsou platné pouze v případě, že jsou materiály použity za stejných okrajových podmínek, v jakých byly měřeny. Například sklo má dle tabulek výše nějaké hodnoty činitele zvukové pohltivosti. Tyto jsou však platné pouze při použití skla za stejných podmínek – třeba jako okenní výplň. To znamená, že pokud bychom použili sklo k účelu jinému, například jako obklad stěny, jeho činitel zvukové pohltivosti by se lišil (v tomto případě by se blížit 0). Vždy je nutno zvážit podmínky zabudování, případně pak najít vhodnější podklady. Podle konstrukce a principu fungování lze konstrukce pohlcující zvuk rozdělit do následujících skupin: o o o o
Konstrukce porézní; kmitající membrány a desky; dutinové rezonátory; konstrukce kombinované.
6.6.1 Konstrukce porézní Obklady z porézních materiálů jsou charakteristické vysokou pórovitostí. Póry musejí být vzájemně spojeny a otevřeny do volného prostoru. Nejčastěji se k tomuto účelu využívají různé rohože a desky z minerálních nebo jiných vláken. Ve stavební praxi je často k tomuto účelu chybně navrhován polystyren, který má sice pórovitou strukturu, ale ta je uzavřená. Další chyba, která se ve stavební praxi objevuje, je opatření pórovitého materiálu dodatečným nátěrem, který póry uzavře a omezí funkci pohltivého materiálu. Obecně jsou porézní pohlcovače nejvíce účinné, je-li pórovitý materiál umístěn ve vzdálenosti ¼ vlnové délky zvuku od základního tuhého podkladu, viz Obr. 25.
Princip umístění porézního pohlcovače u pevné stěny, (Donaťáková, 2007)
Porézní materiály proto pohlcují převážně zvuk o vyšších frekvencích, protože tam je vlnová délka malá. Z uvedeného tedy vyplývá, že pohltivost těchto prvků lze regulovat jejich tloušťkou, případně jejich odsazením od stěn, stropů, viz Obr. 26.
Spektrum hodnot činitele zvukové pohltivosti pro obklad plstí z minerálních vláken v závislosti na frekvenci, (Donaťáková, 2007)
Z hygienických a estetických důvodů se porézní pohlcovače mohou chránit zatavením do velmi tenké fólie, mohou být zakryty tenkou tkaninou, pletivem atd. Nesmí však dojít k znemožnění spojení děr s okolním prostředím, procento děr musí vždy zůstat min. 25 - 35%, (Kaňka, 2009).
6.6.2 Konstrukce kmitající membrány a desky Kmitající membrány a desky jsou tenké fólie nebo desky připevněné na pevném roštu, nejčastěji dřevěném nebo kovovém. Rošt svým rozměrem d [m] vymezuje tloušťku vzduchové dutiny, viz Obr. 27. K výrobě kmitajících membrán se využívají koženky, novodurová nebo polyethylenová fólie atd.
Konstrukce kmitající membrány, dle (Donaťáková, 2007)
Takto koncipované konstrukce pak vykazují zvukovou pohltivost na poměrně úzkém pásmu především nízkých kmitočtů v okolí kmitočtu rezonančního. Rezonanční kmitočet fr [Hz] lze určit na základě znalosti plošné hmotnosti m´ [kg·m-2] membrány a tloušťky vzduchové mezery d [m] dle následujícího vztahu (51):
60 m´  d
Pokud je požadavek rozšířit pásmo působení kmitající membrány či desky, lze do mezery vložit vhodný pohlcující materiál, například minerální vatu, viz Obr. 28.
Frekvenční průběh činitele zvukové pohltivosti kmitající membrány v závislosti na vyplnění vzduchové dutiny - bez výplně červeně, s výplní černě, dle (Donaťáková, 2007)
Při zvyšování plošné hmotnosti kmitající membrány získáváme kmitající desky, které se vyrábějí například z dřevotřísky nebo sádrokartónu. Připevnění deskového materiálu k nosnému roštu musí však být realizováno měkce, tak aby deska mohla kmitat jako píst a nic jí nebránilo v pohybu. Spoje musí být samozřejmě vzduchotěsné. 6.6.3 Konstrukce dutinových rezonátorů Pohlcování zvuku dutinovými rezonátory vychází z principu Helmholtzova rezonátoru. Tento prvek je tvořen dutinou o určitém objemu a s okolím spojem hrdlem, ve kterém je určitá hmotnost, kterou si můžeme představit jako píst. Rezonanční kmitočet je pak určen právě rozměry dutiny a rozměry spojovacího hrdla. Obdobně jako u kmitajících membrán a desek je možné rozšířit pásmo jejich působení vložením pohltivého materiálu do dutiny prvku. V dnešní stavební praxi jsou k tomuto účelu nejčastěji využívány některá systémová řešení typu tvárnicových rezonátorů a děrovaných desek. U děrovaných desek pak dochází ke kmitání vzduchového sloupce kolem otvoru o fiktivní výšce, která je dána tloušťkou děrované desky h [m] a koncovou korekcí 2·Δh [m], celkově tedy h´=h+2·Δh [m], viz Obr. 29.
Schématický řez děrovanou deskou, dle (Donaťáková, 2007)
Koncovou korekci 2·Δh [m] lze získat s pomocí následujícího Grafu 6, který vyjadřuje závislost činitele děrování na součiniteli KI [-], jednotlivé průběhy jsou závislé na různých tvarech děr – kruhový, čtvercový a obdélníkový otvor. 106
Závislost koncové korekce na činiteli děrování ɛ pro různé tvary otvorů, (Kolmer, a další, 1980)
Jsou-li pro uvažované frekvenční pásmo všechny rozměry rezonátoru menší než polovina vlnové délky a hodnota činitele děrování desky ɛ=S0/Sd0,15, [-], pak se vzduch v otvoru chová jako nestlačitelný hmotný píst a vzduchový polštář tloušťky d [m] jako pružina. Pro kolmý dopad pak platí následující vztah (52):
c0 S0 S   54  2 V  h´ V  h´ c0 S0 V h´
rychlost šíření zvuku ve vzduchu, [m·s-1]; průřez jednotlivého otvoru v desce, [m2]; objem příslušející k jednotlivému otvoru v desce, [m3]; fiktivní výška sloupce, [m].
Po zavedení činitele děrování do vztahu platí (53):
c0 S    54  2 V  h´ d  h´ ɛ d
činitel děrování desky, [-]; tloušťka vzduchového polštáře, [m]. 107
Pro všesměrový dopad pak dochází k posunu rezonančního kmitočtu směrem k vyšším hodnotám přibližně o polovinu oktávy. Ve stavební praxi se při použití pohltivého materiálu v dutině musí často z hygienických důvodů tento pohltivý materiál zatavit do tenké fólie. V tomto případě ale musí být zajištěno zachování volného prostoru mezi deskou a pohlcovačem tak, aby mohlo být realizováno kmitání vzduchového sloupce. K tomuto vymezení prostoru může být použito například pletivo. Pokud je činitel děrování ɛ=S0/Sd>0,15 posunuje se rezonanční kmitočet do vyšších frekvencí a prvek začíná fungovat spíše jako porézní pohlcovač. 6.6.4 Konstrukce kombinované Mezi konstrukce kombinované můžeme zařadit vícenásobné rezonanční soustavy, kdy jsou například jednotlivé rezonanční prvky sdruženy do jednoho panelu. Dalším typem kombinované konstrukce jsou zavěšená tělesa, která jsou obvykle vyrobena z porézního materiálu a vyztužen například pletivem, tkaninou nebo fólií z plastické hmoty. Z akustického hlediska se zvuk na zavěšeném tělese ohýbá, takže může být činitel zvukové pohltivosti i větší než 1. Ve stavební praxi je nutno správně volit počet pohltivých těles, protože s jejich hustotou klesá jejich účinnost – ubývá prostoru pro ohyb vlnění. Poznámka: Výrobci a dodavatelé všech výše uvedených prvků by měli být schopni projektantovi doložit průběh činitele zvukové pohltivosti, který pak bude použit pro aplikaci na konkrétní stavbě. Pokud tento parametr není dostupný, lze jej získat měřením v interferometru nebo dozvukové komoře. 6.6.5 Konstrukce rozptylové Rozptylové prvky bývají do prostoru umisťovány, pokud je potřeba upravit distribuci zvukové energie. Pro tyto účely se používají difuzory. Jedná se o členité prvky s různou povrchovou úpravou. Mezi účinné prvky lze zařadit RPG prvky fungující na principu akustické difrakční mřížky. Obecně prvky rozptylují zvuk, pokud jejich členitost odpovídá nebo přesahuje délku zvukové vlny.
6.7 Obecný postup návrhu prostoru s ohledem na požadavky prostorové akustiky Zjednodušený postup návrhu prostoru s požadavky na prostorovou akustiku: o
Určit, o jaký typ prostoru se jedná – pro kulturní účely, veřejné prostory, prostory ve školních zařízeních. Zjistit objem prostoru. Nutnost zohlednit kromě akustiky také hygienické a provozní požadavky. Malé prostory mají obecně krátkou dobu dozvuku a pro hudební účely v nich nelze dosáhnout optimální doby dozvuku. Vyřešit tvar prostoru, například viz (ČSN 73 0525, 1998), (Kolmer, a další, 1980), (Havránek, a další, 1996). U větších sálů nezapomenout na nutnost zohlednit dobrý výhled. Tvar stropu se navrhuje dle pravidel geometrické akustiky. Stanovit optimální dobu dozvuku, viz (ČSN 73 0527, 2005). Vypočítat skutečnou dobu dozvuku – stav bez akustických opatření. Provést posouzení a v případě, že prostor není vyhovující určit potřebné množství jednotlivých zvolených typů akustických obkladů, respektovat obsazení osobami a započítat nábytek. Rozmístit akustické obklady, tělesa atd. Zohledňovat architektonické řešení, tzn. spolupráce s architektem. Vypočítat novou dobu dozvuku po zohlednění akustických opatření. Provést posouzení. V případě splnění realizovat projekt.
Při realizaci náročného projektu lze doporučit následující postup: o
Provést měření doby dozvuku před umístěním akusticky pohltivých materiálů, to znamená ve stavebně dokončeném prostoru. Následně provádět měření po jednotlivých etapách realizace akustických opatření, tak aby mohla být realizace případně korigována dle skutečných naměřených hodnot. Měření v dokončeném prostoru – měření nutno doložit ke kolaudaci stavby.
Poznámka: Při výpočtu je třeba uvažovat s obsazení prostoru osobami. Určení počtu osob není vždy snadným úkolem. Legislativa uvádí, že by měl být prostor posuzován při 80 - 100% obsazenosti. Prostory pro sportovní účely se pak posuzují v neobsazeném stavu. Vždy je to však o odborném odhadu akustika. 109
6.8 Praktická část – příklady 8. PŘÍKLAD: Zadání: Vypočítejte dobu dozvuku v učebně D 213 a posuďte, zda je učebna vhodná ke svému účelu. Rozměry místnosti jsou zobrazeny na následujícím schématu. Učebna slouží k výuce 24 studentů. Dále jsou při výuce přítomni 2 učitelé. Vybavení nábytkem v tomto cvičném zadání zanedbejte (v praxi je třeba započítat!!!). Fotografie z učebny D 213:
Fotodokumentace z učebny D 213 Ústavu pozemního stavitelství VUT v Brně
Schéma učebny D 213:
Požadované hodnoty dle (ČSN 73 0527, 2005): Prostor
Doba T0 [s]
V [m3] Učebna a posluchárna Posluchárna
T/To [-] 0,7
nad 250 T0 = 0,3424.logV-0,185
A.4 A.4
Potřebné vztahy: n
A    i  Si    Aobj ;
V  T  0,164    ; S TOPT  0,3424  log V  0,185 Výpočet: Tab. 29.
Výpočet doby dozvuku v učebně D 213 – neupravený stav V [m3] 299,11
UČEBNA D213: Povrchová úprava
α [-] 2
Stěny 1.) Omítka
2.) Okenní výplně
3.) Keramický obklad
4.) Dřevěný obklad
5.) Dveře
α A α A α A α A α A
0,01 1,02 0,15 3,48 0,01 0,05 0,1 0,33 0,3 0,87
0,01 1,02 0,05 1,16 0,01 0,05 0,11 0,36 0,25 0,725
0,01 1,02 0,03 0,70 0,01 0,05 0,1 0,33 0,1 0,29
0,02 2,03 0,03 0,70 0,02 0,10 0,08 0,26 0,08 0,232
0,02 2,03 0,02 0,46 0,02 0,10 0,08 0,26 0,05 0,145
0,03 3,05 0,02 0,46 0,02 0,10 0,11 0,36 0,04 0,116
Strop 1.) Omítka
0,01 0,815
0,02 1,63
0,03 2,445
Podlaha 1.) Koberec
0,06 4,89
0,15 0,3 12,225 24,45
0,4 32,6
0,15 3,3
0,3 6,6
0,44 9,68
0,45 9,9
0,46 10,12
13,17 0,04 3,72 0,66 5,62 1,2 0,8
17,77 0,06 2,76 0,66 4,17 1,2 0,8
27,08 0,09 1,81 0,66 2,73 1,2 0,8
39,21 0,13 1,25 0,66 1,89 1,2 0,8
49,26 0,16 1,00 0,66 1,50 1,2 0,65
Další 1.) Obsazení osobami ΣS; ΣA αstř T=0,164*V/A Topt=0,3424*logV-0,185 T/Topt Horní mez Dolní mez
počet osob A 1 osoba A 22 osob 22 299
[m2]; [m2] 11,49 [-] 0,04 [s] 4,27 [s] 0,66 [-] 6,44 [-] 1,2 [-] 0,65
Průběh vypočítané doby dozvuku na frekvenci – neupravený stav Topt
4,60 4,27 4,10
2,60 2,10
1,10 0,66
0,60 125
0,66 4000
Průběh vypočítané doby dozvuku ku optimální době dozvuku na frekvenci – neupravený stav Horní mez
T/Topt
5,5 4,17
T/Topt [-]
2,73 2,5 1,5 0,5
1,89 1,2
0,65 125
0,8 500
0,8 1000 f [Hz]
1,2 0,8 2000
1,50 1,2 0,65 4000
Výpočet doby dozvuku v učebně D 213 – upravený stav V [m3] 289,31
0,02 2,03 0,02 0,46 0,02 0,10 0,11 0,36 0,04 0,116
Strop 1.) Ecophon M aster Rigid E
2.) Omítka
0,4 19,56 0,01 0,33
0,85 41,57 0,01 0,33
0,95 46,46 0,01 0,33
0,85 41,57 0,02 0,65
0,95 46,46 0,02 0,65
0,9 44,01 0,02 0,65
54,25 0,18
63,73 0,21
67,67 0,23
84,68 0,28
90,46 0,30
Další 1.) Obsazení osobami ΣS; ΣA αstř
počet osob A 1 osoba A 24 osob 22 266,4
[m2]; [m2] 30,56 [-] 0,10
TE=0,164*V/(S*α E)
Topt=0,3424*logV-0,185 TE/Topt Horní mez Dolní mez
[s] [-] [-] [-]
0,66 2,51 1,2 0,65
0,66 1,35 1,2 0,8
0,66 1,13 1,2 0,8
0,66 1,06 1,2 0,8
0,66 0,81 1,2 0,8
0,66 0,75 1,2 0,65
0,40 125
0,49 4000
Průběh vypočítané doby dozvuku ku optimální době dozvuku na frekvenci – upravený stav Horní mez
1,35 1,2
1 0,65 0,5 125
0,75 0,65 4000
Závěr: Dle požadavků normy (ČSN 73 0527, 2005) prostor učebny D 213 nesplňuje požadavky. Pro dosažení požadovaného poměru doby dozvuku ku optimální době dozvuku je navržen v učebně podhled minerálními deskami Ecophon Master E. Tento podhled musí být doplněn o rezonátory, které sníží dobu dozvuku na 125 Hz a 250 Hz. Doporučený postup je následující: Zrealizovat navržený podhled a provést měření doby dozvuku a pak dle skutečných hodnot doby dozvuku učebny realizovat opatření rezonátory.
7 ZAJÍMAVOSTI ZÁVĚREM – PŘÍKLADY CHYB NA STAVBÁCH
Dvojdomek – zahradní ventil v dělící stěně, zhoršení zvukoizolačních vlastností, (Ing. Pavel Oravec, Ph.D.)
Zasekání elektroinstalace do mezibytové stěny, zhoršení zvukoizolačních vlastností, (Ing. Pavel Oravec, Ph.D.)
Prostupy komínů obvodovou stěnou, schodiště zakotveno “natvrdo“, (Ing. Pavel Oravec, Ph.D.)
Schodiště v mezonetu uloženo „natvrdo“, absence pružné podložky, (Ing. Pavel Oravec, Ph.D.)
Odpadní potrubí zasekáno do PTH 250, zhoršení zvukoizolačních vlastností, (Ing. Pavel Oravec, Ph.D.)
Trubky vedené ve vrstvě kročejové izolace, (Ing. Lubor Kalousek, Ph.D.)
Dozdění stěny nevhodným materiálem o nižších zvukoizolačních vlastnostech, (Ing. Pavel Oravec, Ph.D.)
Předstěnový systém z pórobetonu, zhoršení původních zvukoizolačních vlastností, (autor)
Chybějící dilatace těžké plovoucí podlahy, přenos kročejového zvuku, (autor)
Dotažení dlažby až ke stěně, přenos kročejového zvuku, (autor)
Nedostatečná šířka dělící stěny mezi byty, (autor)
Chybně osazený podestový blok, chybějící dilatace, (autor)
Chybně provedená dilatace podestového bloku, (autor)
Vyplnění dilatační vrstvy PUR pěnou, (autor)
Dilatační vrstva bez výplně, dilatační vrstva vyplněna polystyrenem, (autor)
Chybějící omítka pod podhledem, (autor)
8 CITOVANÁ LITERATURA Brepta, R., Půst, L. a Turek, F. 1994. Mechanické kmitání: Technický průvodce 71. První vydání. Praha : Sobotáles, 1994. str. 589. ISBN 80– 901684–8–5. Čechura, Jiří. 1997. Stavební fyzika 10: akustika stavebních konstrukcí. Praha : ČVUT, 1997. str. 173. Sv. Vydání 1. ISBN 80-010-1593-9. ČSN 73 0525. 1998. Akustika - Projektování v oboru prostorové akustiky Všeobecné zásady. Praha : Český normalizační institut, 1998. str. 20. ČSN 73 0527. 2005. Akustika - Projektování v oboru prostorové akustiky Prostory pro kulturní účely - Prostory ve školách - Prostory pro veřejné účely. Praha : Český normlizační institut, 2005. str. 16. ČSN 73 0532. 2010. Akustika – Ochrana proti hluku v budovách a posuzování akustických vlastností stavebních výrobků – Požadavky. místo neznámé : Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2010. str. 24. ČSN EN 12354-1 (730512). 2001. Stavební akustika – Výpočet akustických vlastností budov z vlastností stavebních prvků – Část 1: Vzduchová neprůzvučnost mezi místnostmi. místo neznámé : Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2001. ČSN EN 12354–2 (730512). 2001. Stavební akustika – Výpočet akustických vlastností budov z vlastností stavebních prvků – Část 2: Kročejová neprůzvučnost mezi místnostmi. místo neznámé : Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2001. str. 32. ČSN EN 12354-6. 2004. Stavební akustika - Výpočet akustických vlastností budov z vlastností stavebních prvků - Část 6: Zvuková pohltivost v uzavřených prostorech. Praha : Český normalizační institut Praha, 2004. str. 24. ČSN EN ISO 140-4. 2000. Akustika - Měření zvukové izolace stavebních konstrukcí a v budovách - Část 4: Měření vzduchové neprůzvučnosti mezi místnostmi v budovách. Praha : Český normalizační institut, Leden 2000. str. 24. ČSN EN ISO 717–1 (ČSN 73 0531). 2013. Akustika – Hodnocení zvukové izolace stavebních konstrukcí a v budoČást 1: Vzduchová neprůzvučnost. Praha : Český normalizační institut, 2013. str. 20. ČSN EN ISO 717–2 (ČSN 73 0531). 2013. Akustika – Hodnocení zvukové izolace stavebních konstrukcí a v budovách – Část 2: Kročejová neprůzvučnost. Praha : Český normalizační institut, 2013. str. 16.
ČSN ISO 1683 (011626). 2009. Akustika. Vybrané referenční veličiny pro hladiny v akustice. Praha : Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2009. str. 8. de Silva, Clarence W. 2005. Vibration and Shock Handbook. Boca Raton (USA, FL) : CRC Press, 2005. str. cca 1500. ISBN 0–8493–1580–8. Donaťáková, Dagmar. 2007. Stavební akustika a denní osvětlení, Modul 1, Stavební fyzika. 2007. Studijní opory pro studijní programy s kombinovanou formou studia. Havránek, Jiří, a další. 1996. Akustika. Souhrn kriteriálních požadavků a výpočtových metody oboru stavební a prostorové akustiky. 1. vydání. Brno : VUT, PC–DIR spol. s r.o., 1996. str. 156. VAVERKA, Jiří, HAVRÁNEK, Jiří, KOZEL, Václav, SIEGL, Pavel. Akustika. Souhrn kriteriálních požadavků a výpočtových metody oboru stavební a ISBN 80–214–0743–3. http://www.auris-audio.cz/kolik-decibelu-skodi. http://www.aurisaudio.cz/kolik-decibelu-skodi. [Online] Jirsák, Martin a Stěnicka, Jan. http://www.audified.com/projekt/vavcjamu/page58/page69/page69.html . [Online] Jokl, Miroslav. 1993. Teorie vnitřního prostředí. Praha : Vydavatelství ČVUT, 1993. str. 261. ISBN 80-01-00481-3. Kaňka, Jan. 2009. Akustika stavebních objektů. Brno : ERA group spol. s.r.o., 2009. Sv. 1.vydání. ISBN 978–80–7366–140–3. Kolářová (Fišarová), Zuzana. 2012. Disertační práce. Hluk a vibrace v obytných a občanských budovách od výtahových zařízení. Brno : Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební., 2012. Kolmer, J. a Kyncl, J. 1980. Prostorová akustika. Praha : SNTL Nakladatelství technické literatury, n. p., 1980. str. 244. ISBN 04-514-80. Meller, Miroslav, Schwarz, Jindřich a Vrána, Josef. 1981. Zásady pro navvrhování a posuzování konstrukcí a prostorů bytových a občanských staveb. 1981 . pracovní pomůcka VÚPS 34/81. Praha : Výzkumný ústav pozemních staveb Praha, 1981. Nařízení vlády č. 272/2011 Sb. 2011. Nařízení vlády č. 272/2011 Sb., o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací. Česká republika : In Sbírka zákonů, 2011. str. 14. Nový, Richard. 2000. Hluk a chvění. Praha : ČVUT, Zikova 4, 166 36, Praha 6, 2000. ISBN 80-01-02246-3. Smetava, Ctirad. 1998. Hluk a vibrace. Měření a hodnocení. Praha : Sdělovací technika, 1998. str. 188 s. Sv. 1. vydání. ISBN 80-901-9362-5.
Vaňková, Marie a a kolektiv. 1995. Hluk, vibrace a ionizující záření v životním a pracovním prostředí část I. Vydání první. Brno : PC–DIR spol. s r.o. – Nakladatelství, 1995. str. 140. ISBN 80 – 214 – 0695 – X. Vaverka, Jiří a Chybík, Josef. 1996. Akustika staveb, Souhrn materiálů a jejich fyzikálních vlastností pro aplikace v prostorové akustice. Brno : Vysoké učení technické v Brně, PC-DIR spol. s.r.o. - Nakladatelství, Brno, Technická 2, 1996. str. 198. ISBN 80-214-0744-1. Zákon č. 258/2000 Sb. 2000. o ochraně veřejného zdraví a o změně některých souvisejících zákonů. Praha : Sbírky zákonů na straně 3622, 2000. schváleno: 14.07.2000.
Aut or :I ng. Zuz anaFi šar ová, Ph. D. Bř ez en2014 I SBN9788021448780
Stavební fyzika – Stavební akustika v teorii a praxi
Publikace Stavební fyzika – Stavební akustika v teorii a praxi, ISBN 978-80-214-4878-0. Autorka: Zuzana Fišarová.

References: § 11
 § 12
 § 30
 § 3
 § 11
 § 12
 § 12
 § 12
 § 14