Hałas pogłosowy w przestrzeniach przeszklonych

Szkło a propagacja dźwięku
    Szkło jest materiałem silnie odbijającym dźwięk padający na jego powierzchnię. Pochłanianie dźwięku przez okno jest minimalne, co w połączeniu z płaską, dobrze odbijającą powierzchnią przyczynia się do powstawania hałasu pogłosowego (odbicie dźwięku bez strat traktowane jako źródło pozorne) tworząc nowe warunki klimatu akustycznego. Zgodnie z zasadami akustyki w architekturze materiał, czy ustrój jest dźwiękochłonny, jeśli jego pogłosowy wskaźnik pochłaniania dźwięku przekroczy wartość 0,15. Przykładowy rozkład współczynnika pochłaniania dźwięku przez okno z szybą zespoloną prezentuje wykres 4. Na wykresie widać wyraźnie, że charakterystyka jest nierównomierna, a dźwięki wysokoczęstotliwościowe nie są prawie wcale pochłaniane.

    Szkło jest jednak materiałem o dużych możliwościach architektonicznych, przez co rozwiązanie problemu negatywnego wpływu na warunki pogłosowe, szczególnie w pomieszczeniach o dużej kubaturze, zwiększy użytkowe walory przeszklonych obiektów architektonicznych. Głównym obszarem analizy wpływu szklenia na warunki akustyczne jest jakość komunikacji i utrata zrozumiałości przekazu słownego. Zrozumiałość to nie tylko kwestia ogólnego rozpoznania głosu, ale dokonanie odpowiedniej interpretacji i decyzji na podstawie informacji przekazanej poprzez mowę - bezpośrednio od mówcy lub przez system nagłośnienia. Kiedy warstwa informacyjna ulega zakłóceniu może dojść do sytuacji, w której ważne treści, częściowo zakłócone, zostaną błędnie zinterpretowane. Dotychczas nie było to aż takie istotne, jak przeszklone płaszczyzny w obiektach wpływają na propagację dźwięku wewnątrz. Dzisiaj wymagania bezpieczeństwa (dźwiękowe systemy ewakuacyjne) oraz oczekiwania jakości użytkowej akustycznych udogodnień w pomieszczeniu w połączeniu z możliwościami kreacji przestrzeni architektonicznej przy użyciu szkła zmuszają do analizy technicznej dla dobrego połączenia wszystkich elementów w konkretnym obiekcie. Architektura szkła wysokich lotów w połączeniu z akustyczną jakością użytkowania obiektu to produkt dostępny każdemu inwestorowi.

Pogłos i hałas pogłosowy
    Pogłos to zjawisko fizyczne polegające na zanikaniu dźwięku w pomieszczeniu, w pewnym czasie po wyłączeniu źródła. Zjawisko to jest spowodowane wielokrotnymi odbiciami fal dźwiękowych od ścian pomieszczenia, w którym znajduje się źródło dźwięku. Hałas pogłosowy w mowie potocznej jest nazywany echem. Echo to zjawisko w przestrzeni otwartej, a pogłos, warunki pogłosowe i hałas pogłosowy to zjawiska w przestrzeniach zamkniętych. Hałas pogłosowy powstaje w każdej przestrzeni ograniczonej przegrodami. Jest typowym dźwiękiem przeszkadzającym i niepożądanym. Wynika on z propagacji dźwięku napotykającego na swojej drodze ograniczające płaszczyzny, jakimi są: ściana, sufit i podłoga. Padająca fala ulega odbiciu i podąża dalej jako fala odbita do kolejnej ściany, aby ulec kolejnemu odbiciu. Teoretycznie w idealnym pomieszczeniu, gdzie nie występują straty dźwięku w powietrzu i nie ma strat przy odbiciu od przegród, dźwięk może trwać nieskończenie długo. W rzeczywistym pomieszczeniu, gdzie dźwięk jest słabo pochłaniany, trwa on kilka sekund i może być wyraźnie, kilkukrotnie rozpoznawalny. Warunki pogłosowe najlepiej opisuje czas pogłosu, który jest łatwym do zmierzenia parametrem. Określa on czas, w jakim dźwięk ze źródła wzorcowego zanika w pomieszczeniu po wyłączeniu tego źródła. Pierwotnie definicja określała czas, po upływie którego poziom dźwięku spadnie o 60 dB (milion razy mniejszy poziom energii dźwięku). W typowych badaniach wykonuje się oceny czasu z zanikiem o 30 lub 15 dB. Pomiar zanikającego sygnału z dynamiką 30 dB jest łatwiejszy do wykonania i można go przeprowadzić technikami cyfrowymi. Czas pogłosu w obiektach jest mierzony według procedur z normy PN - EN ISO 3382 Pomiar czasu pogłosu w powiązaniu z innymi parametrami akustycznymi. Zakres częstotliwości, jaki jest analizowany, to przedział od 100 do 3150 Hz. Zakres ten wynika przede wszystkim z przedziału częstotliwości komunikacji słownej i z parametrów narządu słuchu człowieka. Ocena warunków pogłosowych wpływających na działanie systemów nagłośnienia odbywa się również poprzez analizę wskaźników zrozumiałości mowy. Taka ocena jest wymagana we wszystkich pomieszczeniach, gdzie priorytet stanowi informacja zawarta w dźwięku i jednoznaczność interpretacji przez słuchaczy jest konieczna. Zrozumiałość definiuje w prosty sposób norma PN-EN ISO 9921:2005 Ergonomia – Ocena porozumiewania się mową. Wykonywanie analizy wskaźnika zrozumiałości odbywa się według procedury z normy PN-EN 60268-16:2005 Urządzenia systemów elektroakustycznych – Część 16: Obiektywna ocena zrozumiałości mowy za pomocą wskaźnika transmisji mowy, a pomiary na obiekcie według rzeczywistych potrzeb wynikających z funkcji obiektu.

    Wymagane jest, aby minimalna zrozumiałość w obszarze pokrycia (obszar, do którego jest wymagane dotarcie dźwięku z systemu nagłośnienia) była następująca:
● średnia wartość wskaźnika STI PA w pomieszczeniu: nie mniej niż 0,50,
● minimalna wartość wskaźnika STI PA w pomieszczeniu: 0,45.

    Oprócz hałasu pogłosowego na wskaźnik zrozumiałości mowy wpływa hałas generowany w pomieszczeniu np. rozmów ludzi, dlatego ocena tego wskaźnika uwzględnia również i ten czynnik zakłócający. Jak hałas pogłosowy zakłóca informację niesioną dźwiękiem obrazują spektrogramy stanowiące graficzną reprezentację sekwencji dźwiękowych. Jak widać ze spektrogramów 1 i 2 hałas pogłosowy powoduje, że dźwięk docierający do słuchającego traci wyrazistość. Spektrogram 1 prezentuje niezakłócony dźwięk słów i widać wybrzmienie kolejnych, wypowiadanych zgłosek, co obrazuje większa ilość energii akustycznej w kolejnych pasmach charakterystycznych dla głoski i słowa. W spektrogramie 2 ta sama sekwencja została zakłócona hałasem pogłosowym, który stanowi ten sam dźwięk pojawiający się z opóźnieniem. Widmo dźwięku zniekształconego hałasem pogłosowym dąży do widma szumu białego, nieprzenoszącego rozpoznawalnych treści mowy. Szkło jako materiał odbijający dźwięk wpływa na warunki pogłosowe w pomieszczeniach, dlatego należy wiedzieć, jak zniekształca ono informacje niesione dźwiękiem. Analizowanie wpływu szklenia na zrozumiałość przekazu słownego i działanie systemów nagłośnienia jest celowe we wszelkich pomieszczeniach o kubaturze powyżej 150 m³ oraz w każdym pomieszczeniu, w którym jest konieczna wysoka zrozumiałość przekazu słownego ze względu na wymagania prawne związane z bezpieczeństwem.

Analiza techniczna modelu pomieszczenia
    Analizy, jak dalece szkło w obiekcie wpływa na hałas pogłosowy, można dokonać stosując symulacje komputerowe z wykorzystaniem specjalistycznego oprogramowania do analiz akustycznych. Model cyfrowy do analizy wskaźnika zrozumiałości RaSTI wykorzystany do ocen reprezentuje przykładową przestrzeń foremną, np. hala odpraw pasażerów na terminalu lotniczym, o wymiarach 50x23 m, powierzchni 1150 m², wysokości 12 m i objętości 13 800 m³. W hali panuje tło akustyczne na poziomie 55 dBA – jak szum w hali odpraw Terminalu 1 na Okęciu, w Warszawie.
    Dla zobrazowania zrozumiałości przekazu komunikatów słownych w hali zamodelowano system głośników. Głośniki znajdują się na wysokości 6 m w rozstawie co 7 metrów w trzech rzędach, gdzie pierwszy rząd jest w osi hali. Emitowany przez jeden głośnik poziom dźwięku wyrażony wskaźnikiem SPL wynosi 96 dB. W kolejnych trzech wariantach modelu zmianie ulegają tylko własności dźwiękochłonne powierzchni hali.

    Pierwszy wariant reprezentuje sytuację, kiedy wszystkie ściany i sufit są ze szkła. Pomieszczenie jest pomieszczeniem pogłosowym z dużym czasem pogłosu w pełnym zakresie częstotliwości, co prezentuje wykres 1. Hałas pogłosowy w tej przestrzeni jest duży, co znacząco zakłóca działanie systemu nagłośnienia. Jak widać z mapy 1 rozkładu wskaźnika zrozumiałości, wartości RaSTI dla pasma 100 Hz są poniżej 0,35 w obszarze pokrycia, co jest znacznie poniżej wartości minimalnych dla komunikacji słownej, która wynosi 0,5.
    W drugim wariancie dla poprawy warunków pogłosowych cała powierzchnia sufitu została zamieniona na powierzchnię w A klasie pochłaniania dźwięku w rozumieniu normy PN -EN ISO 11654 Wskaźnik pochłaniania dźwięku. Działanie to w efekcie dało zmniejszenie czasu pogłosu do wartości poniżej 2 sekund w zakresie częstotliwości mowy od 125 do 3 150 Hz, co prezentuje wykres 2. Zmniejszenie czasu pogłosu, pomimo hałasu w pomieszczeniu na poziomie 55 dB, spowodowało wzrost zrozumiałości (mapa 2 rozkładu wskaźnika zrozumiałości). Przy takim układzie materiałów sufitu zaprojektowanie hali ze szkła (szkło na czterech ścianach bocznych) pozwala na uzyskanie odpowiednich warunków akustycznych dla funkcjonowania np. dźwiękowych systemów ewakuacyjnych.
    W trzecim wariancie zamodelowano ustroje dźwiękochłonne w C klasie pochłaniania dźwięku na obu dłuższych ścianach pozostawiając przeszklony dach. Ściany boczne są bardziej narażone na ewentualne uszkodzenie przez użytkowników, co powoduje ograniczenie dostępnych technologii. Przy zastosowaniu takiego sposobu zwiększenia chłonności akustycznej, czas pogłosu jest nieznacznie poniżej 2 sekund, co prezentuje wykres 3. Zrozumiałość jest jednak na granicy minimalnych wartości i w całym obszarze pokrycia nie przekracza 0,5, co prezentuje mapa 3. Lokalizacja powierzchni pochłaniającej dźwięk jak i jej parametr są niewystarczające dla zniwelowania niepożądanego wpływu szklenia na zrozumiałość.
    Jak widać z map rozkładu wartości wskaźnika zrozumiałości mowy, przy zastosowaniu sufitu w A klasie pochłaniania dźwięku w pomieszczeniu i przy odpowiednim doborze parametrów systemu nagłośnienia można nawet w przeszklonej przestrzeni o dużej kubaturze uzyskać zadowalające warunki akustyczne oraz zrozumiałość systemów nagłośnienia. Projektowanie pomieszczeń przeszklonych o dobrej jakości akustyki wnętrz nie jest problematyczne z technicznego punktu widzenia oraz dostępności odpowiednich narzędzi projektowych i wyrobów budowlanych. Wymaga to jednak umiejętnego podejścia do zadania i uzyskania kompromisu ze strony architekta pozwalającego na pokrycie co najmniej 30% wewnętrznej powierzchni pomieszczenia wyrobem dźwiękochłonnym.