Stavební akustika

Pojmy jako prostorová nebo stavební akustika, hluková zátěž či dozvuk jsou často zmiňovány ve spojitosti s veřejnými prostory jako jsou školy, úřady apod. Čím dál častěji je však téma otevíráno i v souvislosti s obytnými domy. Jednotlivé místnosti v bytě je nutné od sebe oddělit tak, aby se členové domácnosti vzájemně nerušili. Mohou nás také obtěžovat sousedé hlučně operující ve svých kuchyních. Ale to vše jsou řešitelné obtíže.

Zvuk působí na centrální nervový systém přímo, a tak má nadměrný hluk vliv na schopnost koncentrace člověka. Nutnost optimalizovat slyšitelnost v interiéru a porozumění mluvenému slovu, potřeba izolovat hlučné prostředí od tichého a tak podobně přivedlo odborníky ve stavebnictví k výzkumu a vývoji vhodných materiálů s vysokou neprůzvučností a pohltivostí zvuku. Stavební akustika se přitom zabývá dvěma zásadními oblastmi: neprůzvučností a prostorovou akustikou.

Zvuk je mechanické vlnění v látkovém prostředí (např. ve vzduchu, vodě či zdi), které je schopno vyvolat sluchový vjem. Důležité je, že látková prostředí si energii akustického vlnění předávají, např. vzduch do zdi a naopak. Na směru či gravitaci přitom nezáleží.

Zkoumání vzduchové neprůzvučnosti ve stavebnictví zahrnuje jak přenos zvuku skrze svislé a vodorovné konstrukce (stropy), tak i kročejového hluku, který vzniká mechanickými rázy na převážně vodorovných konstrukcích. Jeden z nejsnáze dostupných a nejlevnějších materiálů, které disponují vysokými hodnotami zvukové neprůzvučnosti je například obyčejná guma (tartan). Naopak kov je silný vodič zvuku.

Naproti tomu prostorová akustika studuje kvalitu poslechu a hladinu zvuku v uzavřeném prostoru, ve kterém je přítomný zdroj hluku a dochází zde k mnohonásobnému odrazu produkované akustické energie od stěn, stropu a podlahy s následkem zvýšení hladiny hluku (akustického tlaku). Zásadním pojmem je zde doba dozvuku, tedy čas, za který se po vypnutí zdroje zvuku úroveň zvukového signálu sníží na jednu miliontinu původní intenzity (jak dlouho je v místnosti slyšet „ozvěna“ daného zvuku). Doba dozvuku je ovlivňována skladbou materiálů, které ohraničují místnost, velikostí jejich plochy, potažmo jejich hodnotou pohltivosti. Žádný extrém pak není vhodný. Příliš krátká doba dozvuku znamená přetlumenou místnost, příliš dlouhá zapřičiňuje ozvěnu. Oboje zhoršuje srozumitelnost řeči v místnosti a hlavním prostředkem ke zkrácení nepříjemně dlouhé doby dozvuku je kombinace dvou druhů akustických prvků – absorbérů a difuzorů (zvukové vlny).

Specifikace akustických požadavků včas

V první řadě, především při rekonstrukcích starších objektů, je potřeba specifikovat požadavky na akustiku jednotlivých místností. Investor by měl důkladně zvážit jaké aktivity v místnostech budou vykonávány a nakolik důležité je pro něj některé prostory akusticky optimalizovat. Zde je potřeba se vyvarovat řešení ve formě mnoha tvrdých a rovných ploch v interiéru a počítat i s umístěním materiálů, které budou zvukové vlny pohlcovat. Pokud zná projektant budoucí funkci jednotlivých prostor, zvolí pro jejich výstavbu (a výstavbu okolních místností) přiměřené materiály s odpovídajícími hodnotami vzduchové (R_w - v dB) a kročejové neprůzvučnosti (L_nw - v dB), příp. s náležitým činitelem zvukové pohltivosti α_w (v %).

Pro lidské ucho je slyšitelné poměrně široké spektrum zvukových frekvencí. Některé akusticko-izolační prvky jsou určeny pro regulaci pouze nízkých frekvencí (v divadlech, koncertních sálech…), jiné jsou univerzálního charakteru a nazýváme je širokopásmové akustické absorbéry (hodnoty α_w = 85 % a více). Dle uspořádání a funkce mohou být hlukové izolanty/pohlcovače rozděleny na porézní, kmitající a dutinové.

Téma: Akustické izolace

Vzduchová neprůzvučnost

V první řadě je v souvislosti s akustikou možné zmínit velmi tradiční materiál – cihlu. I ta může být užitečná při výstavbě konstrukcí objektů s co nejvyšší hodnotou vzduchové neprůzvučnosti R_w (cca 47 – 57 dB). České cihlářské společnosti pracují na intenzivním vývoji speciálních produktů, které umožňují realizovat jednovrstvou zeď s velmi vysokým R_w. Tzv. akustické cihly se vyznačují systémem děrování, který zaručuje vysoký hlukový útlum. Stěna se působením akustického tlaku jen minimálně rozechvívá, nerezonuje uvnitř a do vedlejších místností či zvnějšku do interiéru se tak nepřenáší tolik zvukové energie jako v případě cihly standardní, která je bez štěrbin (zjednodušeně řečeno: část zvukové energie cihla pohltí a promění v teplo, část projde na druhou stranu, část se vrací ke zdroji).

V době, kdy je čím dál populárnější modulární výstavba, jsou pro konstrukce staveb využívány především komponenty v podobě desek sendvičového charakteru (např. sádrokartonové, ideálně s výplní z materiálů třídy akustické absorpce A: minerální či skelnou). Neprůzvučnost je posilována mimo jiné tak, že jsou kombinovány desky měkké a tuhé s různou hustotou materiálu.

Co se podlah týče, častými materiály užívanými ke zlepšení kročejové neprůzvučnosti jsou čedičová a skelná vlna, případně elastifikovaný pěnový polystyren. Za účelem co nejvyšší neprůzvučnosti jsou na podlahy pokládány i akustické lisované desky vyrobené z malých kousků polyuretanové pěny. Jejich úspěšnost je založena na faktu, že se jedná o mnoho malých pěnových částí, jejichž různorodost zabraňuje rozkmitávání dílů. Na každém rozhraní jednotlivých dílů totiž zvuk ztrácí něco ze své energie. Desky tak zvukové vlny pohlcují a nepřenáší dále. Při dvojité pokládce jsou schopny polyuretanové desky zachytit až 75 % zvuku. Zároveň absorbují mírné pohyby při stlačení, a tak zabraňují i vrzání starých podlah. Neprůzvučnost ale zvyšují také koberce či PVC podlahy (pozor, tyto však neřeší izolaci nízkofrekvenčních zvuků).

Průzvučnost mezi nad sebou umístěnými byty lze ponížit i aplikací stropních podhledů. Řešením jsou speciální akustické stropní systémy. Ty jsou kombinací zvukově izolačního zavěšeného podhledu s příčkami, který přerušuje možnou horizontální přenosovou cestu pro zvuk (mezi podhledem a pevným stropem). Tyto na míru šité systémy zahrnují také technologie, které zabraňují přenosu zvuku ventilačními systémy a jinými konstrukčními otvory umístěnými mezi podhledem a pevným stropem.

Podstatná je také vzduchová neprůzvučnost oken. Je odvislá od tloušťky skel, jejich celkového počtu a vzduchové mezery mezi tabulemi. V dnešní době mohou mnohá okna nabídnout R_w cca 42 – 45 dB. Trojité zasklení, speciální konstrukce oken nebo i šikmé uložení jednotlivých skel však může nabídnout i vyšší hodnotu vzduchové neprůzvučnosti. Zmíněné šikmé uložení mimo jiné zlepšuje i poslechové podmínky v interiéru.

Standardní akustické dveře disponují na stavbě vzduchovou neprůzvučností R_w = 37 – 39 dB. Na zakázku je však možné vyrobit i takové, jejichž hodnota R_w bude ještě vyšší. Investor může zvolit i dveře dvojité. Dveře mohou být také opatřeny zvukoizolačním dveřním těsněním, které se po zavření dveří automaticky vysune směrem k podlaze.

Prostorová akustika v interiéru

V prostorech, kde již nelze stavebně zasahovat, lze uplatnit akustické obklady či 3D panely. Ty jsou tvořeny rozmanitými materiály (jako je dřevo, minerální vlna, polyuretan, nebo třeba lehčený skleněný granulát) či jejich kombinacemi. Jsou obvykle vyráběny v efektním designovém provedení, různých barvách a vzorech, a vkusně doplňují moderní interiéry. Jejich výhodou je flexibilita, jednotlivé dílce jsou demontovatelné a přemistitelné. Patří mezi ně například kmitající panely (tuhý rám vyplněný minerální vlnou s variabilními povrchovými úpravami) a štěrbinové rezonátory (pravoúhlé hranoly z tuhého dřeva s výplní z minerální vlny disponují podélnou štěrbinou v čelní stěně), které pohlcují nízké kmitočty. Nejčastěji využívané jsou akustické kazety potažené dekorativní tkaninou nebo dýhou a obzvláště zdobné jsou francouzské obklady (rezonátor v podobě šikmých lamel upevněných na tuhém rámu s výplní z minerální vlny). Hluk ale pohlcují i kvalitní závěsy, různé interiérové doplňky, kryty topení, speciální akustický nábytek a další. Pro představu: 3D akustické panely disponují součinitelem pohltivosti cca α_w = 0,85 až 1.

Téma: Akusticky chráněné budovy

Křížencem uměleckého díla a praktického hluk-pohltivého panelu jsou designové akustické obrazy. Jedná se o absorbéry s vysokým součinitelem zvukové pohltivosti. Zvyšují akustický komfort a zároveň zdobí místnost.

V poslední době jsou na zdi v interiérech, kde není možné zavěsit panely, nanášeny akustické omítky. Jsou vhodné i v památkově chráněných objektech, které vyžadují přímou povrchovou úpravu. Napomáhají snížit dobu dozvuku (konečná hodnota dozvuku určena tloušťkou omítky) a zlepšují celkovou akustiku místnosti (hodnoty koeficientu a_w se pohybují v hodnotách 40 – 100 %). Jsou aplikovány nástřikem, přizpůsobí se tak každému typu stropu i stěny. Nástřik je možné aplikovat i na akustické desky. Investor má také možnost volby mezi různými pohledovými úpravami.

Na stropech zlepšují akustický komfort sádrokartonové děrované desky s vrstvou akustického rouna na zadní straně nebo desky dřevěné. Výsledný efekt závisí na množství děr. Zmínit musíme i designové akustické napínané podhledy, jejichž mikroperforace dokáže přeměnit akustickou energii na tepelnou (lidskými smysly však nezaznamenatelnou). Finální koeficient akustické absorpce napnuté fólie je určen průměrem jednotlivých otvorů, vzdáleností mezi nimi, tloušťkou fólie a šířkou vzduchové vrstvy mezi podhledem a stropem. Výrobce navrhuje produkt klientovi individuálně na míru.

Akustický komfort je vždy individuální

Každý konkrétní objekt vyžaduje individuální přístup odborníků na akustiku. Kupříkladu na operačních sálech v nemocnicích je za účelem snížení doby dozvuku vhodné použití akustického podhledu ze skelného vlákna s vysokou hustotou a s vhodnými hygienickými vlastnostmi, odpuzováním částic a vzduchotěsností. Tytéž stropní podhledy je možné využít i pro sportovní haly, avšak s podmínkou odolnosti vůči mechanickým nárazům. V callcentrech je nutné aplikovat stropní systém s nejkvalitnějšími zvukově absorpčními parametry ve spojení s akustickými paravány a stěnovými zvukovými absorbéry na všech stěnách. Ve školních učebnách je potřeba absorbovat zvuk a zabránit zvukovým odrazům, zlepšit srozumitelnost řeči. Obor stavební akustiky je vědní disciplína a řešení jednotlivých diskomfortních situací je vždy lepší svěřit zkušeným.

Téma: Prostorová akustika