Problemy związane z jakością akustyczną pomieszczeń typu open space

Ich przyczyną są z jednej strony powszechne występowanie hałasów, wzrastająca liczba źródeł hałasu i ich natężenie, a jednocześnie niewłaściwe parametry akustyczne wielu istniejących, a także nowo wznoszonych budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej.

Czynniki, które wpływają na akustykę pomieszczenia, to kubatura i kształt pomieszczenia, materiały budowlane i wykończeniowe.

Dobra akustyka jest elementem niezbędnym we wnętrzu, aby zapewnić odpowiedni poziom wyrazistości mowy, wysoką jakość dźwięku i dobre samopoczucie obecnych osób. Najogólniej cechą dobrego środowiska akustycznego jest wydobywanie pożądanych dźwięków, a eliminowanie dźwięków niepożądanych, które mogą zwiększać stres i obniżać motywację.

Aby ocenić pomieszczenie pod względem jakości akustycznej, w artykule przeanalizowano wartości czasu pogłosu, uznawanego za najistotniejszy parametr akustyczny. Analizy dokonano ponadto na podstawie takich wskaźników, jak:

• wskaźnik transmisji mowy STI (Speech Transmission Index),
• poziom ciśnienia akustycznego SPL(A) (A-weighted Sound Pressure Level),
• zanik przestrzenny dźwięku wraz z podwojeniem odległości D2,S (Spatial Decay Rate of Speech),
• poziom dźwięku mowy w odległości 4m od źródła LP,A,S,4m (A-weighted Sound Pressure Level of Speech at a distance of 4m),
• Distraction Distance r_D,
• Distance of Comfort r_C
• Privacy Distance r_P.

Wykonano kilka wariantów obliczeń. Poszukiwano zależności pomiędzy efektywnością ekranów akustycznych a ich wysokością oraz chłonnością akustyczną. Zastosowano różne warianty paneli akustycznych do biurek w pomieszczeniach typu "open space". Dodatkowo sprawdzono, w jakim stopniu zamontowanie sufitu pochłaniającego wpłynie na parametry akustyczne w pomieszczeniu.

Kształtowanie właściwości akustycznych wnętrz

Pod względem potrzeb adaptacji akustycznych wnętrza budowlane można podzielić na pomieszczenia produkcyjne, biurowe i usługowe oraz pomieszczenia o przeznaczeniu kulturalnym, szkoleniowym lub rozrywkowym.

Dla pierwszego typu pomieszczeń głównym celem jest zmniejszenie hałasów, tak aby polepszyć warunki pracy oraz zwiększyć zrozumiałość mowy. Można to osiągnąć dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu pomieszczenia oraz stosowaniu ustrojów dźwiękochłonnych.

W pomieszczeniu o przeznaczeniu kulturalnym, szkoleniowym lub rozrywkowym głównym celem jest spełnienie kryteriów jakości akustycznej, które można podzielić na subiektywne i obiektywne.

Kryteria subiektywne są bardzo istotne w analizie akustycznej pomieszczeń, lecz często różnią się między sobą w zależności od indywidualności i innych cech osoby oceniającej.

W biurach " open space " należy dążyć do zmniejszenia poziomu oraz zasięgu dźwięku. Aby spełnić te wymogi, architekci wnętrz i akustycy powinni wykorzystywać wszelkie rozwiązania, takie jak: podwieszane sufity modułowe lub wyspy, panele i ekrany ścienne, miękkie wykładziny dywanowe, a także panele akustyczne do oddzielenia stanowisk pracy.

Wymagania akustyczne stawiane biurom typu "open space"

Norma PN-EN ISO 3382-3:2012 [1] opisuje metody pomiaru właściwości akustycznych umeblowanych pomieszczeń biurowych typu "open space", które mogą być wykorzystywane do oceny właściwości akustycznych pomieszczeń biurowych na planie otwartym. Określa ona całą gamę parametrów odnoszących się do zasięgu dźwięku w pomieszczeniu typu "open space". Są to następujące parametry:

• zanik przestrzenny dźwięku wraz z podwojeniem odległości od źródła D_2,S,
• poziom dźwięku mowy w odległości 4m od źródła L_P,A,S,4m,
• Privacy Distance r_P,
• Distance of Comfort r_C,
• Distraction Distance r_D.

Zanik przestrzenny dźwięku wraz z podwojeniem odległości

Parametr określa zanik przestrzenny dźwięku wraz z podwojeniem odległości od źródła, czyli o ile obniża się poziom dźwięku we wnętrzu wraz z oddalaniem się od źródła. Jest mierzony w decybelach i przedstawiany jako krzywa zaniku dźwięku w pomieszczeniu. Zalecana wartość: D2,S ≥ 7 dB.

Poziom dźwięku mowy

Parametr L_P,A,S,4m opisuje poziom dźwięku mowy skorygowany charakterystyką częstotliwościową A w odległości 4 m od źródła. Wartość uzyskuje się przy użyciu regresji liniowej poziomu ciśnienia akustycznego SPL(A). Zalecana wartość: L_P,A,S,4m ≤ 48 dB.

Distraction distance

Parametr r_D opisuje odległość od źródła, przy której wskaźnik STI spada poniżej 0,50. Parametr ten odczytuje się z wykresu STI w zależności od odległości od źródła dźwięku. Definiuje on odległość, przy której dźwięk przestaje być zakłóceniem dla odbiorcy. Po przekroczeniu zalecanej wartości łatwiej się skoncentrować ze względu na gwałtowny wzrost odczucia prywatności. Zalecana wartość: r_D ≤ 5 m.

Privacy distance

Parametr r_p opisuje odległość od źródła przy której wskaźnik STI spada poniżej 0,20. Parametr ten odczytuje się z wykresu STI w zależności od odległości od źródła dźwięku. Definiuje on odległość, przy której dźwięk przestaje być zrozumiały dla odbiorcy. Sprawdza się go opcjonalnie. Powyżej wartości r_p poziom koncentracji i prywatności odbiorców jest zbliżony do sytuacji, jakby znajdowali się w dwóch oddzielnych pomieszczeniach biurowych.

Poziom dźwięku tła akustycznego

Poziom dźwięku tła akustycznego L_P,A,B skorygowany charakterystyką częstotliwościową A nie jest w żaden sposób wymagany przez normę PN-EN ISO 3382-3:2012 [1]. Wartości zalecane zostały wyznaczone w oparciu o pomiary dokonane przez Nilssona [2]. Zalecana wartość: 35 dB ≤ L_P,A,B ≤ 40 dB.

Distance of comfort

Distance of Comfort rC wyznacza się za pomocą wzoru:

(1)

Distance of Comfort jest parametrem, który sprawdza się opcjonalnie. Definiuje on odległość, przy której poziom dźwięku spada poniżej poziomu dźwięku tła akustycznego L_P,A,B. Zaleca się, aby w obliczeniach wartość L_C (poziom komfortu dźwięku) przyjmować równą wartości L_P,A,B (poziom dźwięku tła akustycznego). Zalecana wartość: r_C ≤ 12 m.

Zestawienie zalecanych wartości parametrów

W TABELI 1 przedstawiono wartości parametrów akustycznych dotyczących biur "open space" z podziałem na jakość warunków akustycznych pomieszczenia.

Opis analizowanego obiektu

Analizowane biuro "open space" znajduje się w budynku pofabrycznym. Na piętrach zaprojektowano wiele pomieszczeń biurowych na planie otwartym. Do analizy wybrano jedno z biur, w którym znajduje się osiem czteroosobowych stanowisk do pracy, podzielonych na dwie czterostanowiskowe części za pomocą przeszklonej ścianki o wysokości 2,4 m. Wymiary pomieszczenia przedstawiono na RYS. 1. Wysokość pomieszczenia wynosi 3 m.

Symulacja komputerowa

W celu przeprowadzenia symulacji komputerowej wykorzystano komputerowy model pola akustycznego, oparty na zmodyfikowanej metodzie promieniowej [3], przy użyciu którego obliczano parametry opisujące charakter akustyki pomieszczenia.

W pierwszej kolejności zbudowano trójwymiarowy model geometryczny obiektu ( RYS. 2-3 ).

Następnie każdej powierzchni przypisano materiał ( współczynnik pochłaniania dźwięku ), z jakiego została wykonana:

• podłoga - parkiet,
• sufit - tynk cementowo-wapienny, panele sufitowe,
• drzwi - drewno,
• okna - podwójne oszklenie,
• biurka - drewno,
• ściany - tynk cementowo-wapienny,
• panele - poliwęglan komórkowy, Acousto Screen.

Panele dźwiękochłonno-izolacyjne stosuje się w pomieszczeniach biurowych jako osłony danego stanowiska pracy w celu tłumienia hałasu emitowanego przez inne stanowiska pracy biurowej, maszyny i urządzenia.

W celu uzyskania maksymalnej skuteczności, panel należy umieścić jak najbliżej źródła hałasu lub stanowiska pracy. Zasadniczymi elementami paneli są warstwa izolacyjna w środku oraz zewnętrzne warstwy dźwiękochłonne.

Do poprawnego przeprowadzenia analizy należało zdefiniować dwa położenia źródła i minimum cztery punkty odbioru. W pomieszczeniu zdefiniowano dwa położenia wszechkierunkowego źródła dźwięku oraz siedem punktów odbioru. Punkty odbioru (7 punktów) zdefiniowano wzdłuż linii prostej łączącej źródło i najdalej oddalone stanowisko pracy.

Kształt pomieszczenia, rozmieszczenie stanowisk pracy oraz przeszklona ścianka ograniczały możliwość usytuowania punktów odbioru na kilku ścieżkach pomiarowych. Z tego powodu, aby spełnić warunek dwóch pozycji źródła, obliczenia wykonano dla dwóch pozycji źródła w przeciwnych kierunkach na linii pomiarowej ( RYS. 2-3 ).

Położenie źródeł i punktów odbioru jest zgodne z normą PN-EN ISO 3382-3:2012 [1].

Analizę wykonano dla pięciu różnych wariantów obliczeń. Zróżnicowano je pod względem zastosowanych paneli akustycznych do biurek „open space” (zmienna wysokość oraz współczynnik pochłaniania paneli) ( RYS. 4-6 ).

W ostatnim z wariantów, w celu zwiększenia chłonności akustycznej pomieszczenia, zastosowano dodatkowo panele sufitowe wykonane z płyty gipsowo-kartonowej, charakteryzujące się ­perforowaną powierzchnią i lepszymi własnościami pochłaniającymi.

Wyniki symulacji komputerowej

Po wprowadzeniu kształtu pomieszczenia oraz współczynników pochłaniania dźwięku materiałów wykończeniowych, przedstawionych w TABELI 2, obliczono przy pomocy programu komputerowego odpowiedź pomieszczenia na pobudzenie impulsowe. Wyniki symulacji numerycznych pozwoliły obliczyć wartości parametrów odnoszących się do zasięgu dźwięku w pomieszczeniu typu "open space".

W niniejszym opracowaniu dla poszczególnych wariantów przedstawiono następujące parametry:

• czas pogłosu RT,
• zanik przestrzenny dźwięku wraz z podwojeniem odległości od źródła D_2,S,
• współczynnik zrozumiałości mowy STI,
• poziom ciśnienia dźwięku SPL(A).

Inne parametry opisujące komfort akustyczny w pomieszczeniach na planie otwartym wyznaczono przy pomocy zależności normowych bądź odczytano z odpowiednich wykresów (np. z wykresu zmian wskaźnika zrozumiałości mowy STI w zależności od odległości od źródła odczytano wartości parametrów r_D i r_p).

Obliczenia przeprowadzono dla temperatury 20°C oraz wilgotności względnej 50%. Poziom tła akustycznego w analizowanym pomieszczeniu wynosił 37 dB. Przyjęto moduł siatki przestrzennej 0,25×0,25 m.

Czas pogłosu

Zestawienie wartości czasu pogłosu (średnia arytmetyczna dla częstotliwości od 125 Hz do 4000 Hz) dla poszczególnych wariantów przedstawiono w TABELI 3. Parametr ten uznano za podstawowy, a jego wartości świadczą bezpośrednio o jakości akustycznej pomieszczenia.

Zanik przestrzenny dźwięku wraz z podwojeniem odległości D2,S

Wartości zaniku przestrzennego dźwięku dla poszczególnych wariantów przedstawiono w TABELI 4.

Przy wyznaczaniu parametru nie uwzględniano wartości poziomu dźwięku dla punktów zlokalizowanych w pobliżu ścian odbijających. Przy ustaleniu tego parametru wzięto pod uwagę tylko wyniki uzyskane dla punktów pomiarowych zlokalizowanych w zakresie odległości od 2 do 16 m od źródła dźwięku.

Współczynnnik zrozumiałości mowy STI oraz poziom ciśnienia akustycznego SPL(A)

Wartości współczynnika zrozumiałości mowy STI oraz poziomu ciśnienia akustycznego SPL(A) odczytano w punktach odbioru zlokalizowanych wzdłuż linii prostej łączącej źródło i najdalej oddalone stanowisko pracy ( RYS. 2-3 ). Wartości tych parametrów w zależności od odległości od źródła przedstawiono na RYS. 7 i RYS. 8.

Obliczone parametry

Zgodnie z normą PN-EN ISO 3382-3:2012 [1] określono następujące parametry odnoszące się do zasięgu dźwięku w pomieszczeniu typu "open space":

• Distraction Distance r_D,
• zanik przestrzenny dźwięku mowy wraz z podwojeniem odległości od źródła D_2,S,
• poziom dźwięku mowy w odległości 4m od źródła L_p,A,S,4m,
• Privacy Distance r_p,
• Distance of Comfort r_c.

Na podstawie wyników z programu komputerowego stworzono przebiegi danych parametrów w przestrzeni, a z nich odczytano wartości odpowiednich parametrów. W pracy przedstawiono parametry odczytane dla jednej pozycji źródła na ścieżce zdefiniowanych punktów odbioru. Wartości dla przeciwnego kierunku źródła były bardzo zbliżone.

Określone na podstawie obliczeń parametry odnoszące się do zasięgu dźwięku w pomieszczeniu typu "open space" oraz ich zalecane wartości przedstawiono w TABELI 5.

Wnioski

Zagadnienia akustyczne w budynkach biurowych na planie otwartym dotyczą ograniczenia w ich pomieszczeniach wpływu na pracowników hałasu wywołanego przez źródła zlokalizowane wewnątrz i na zewnątrz tych budynków.

Pierwszym parametrem, który został poddany analizie był czas pogłosu. Dla biur typu "open space" rekomendowany czas pogłosu wynosi 0,4–0,5 s. Jedynie wariant z zastosowanymi panelami sufitowymi spełnił te wymagania (0,45 s).

W pozostałych wariantach czas pogłosu miał dwukrotnie większe wartości. Można zauważyć, że wartości czasu pogłosu przy zastosowaniu różnego rodzaju paneli (45×160 cm, 60×160 cm, 40×60×160 cm) nie wykazują dużych różnic.

W przypadku zastosowania paneli pochłaniających wartość czasu pogłosu minimalnie się poprawia.

Norma PN-EN ISO 3382-3:2012 [1] określa całą gamę parametrów odnoszących się do zasięgu dźwięku w pomieszczeniu typu "open space". Po dokonaniu analizy odpowiednich parametrów stwierdzono, iż najbardziej efektywnym okazał się wariant z zastosowanymi panelami sufitowymi, które spowodowały zwiększenie chłonności akustycznej pomieszczenia.

Jest to jedyny wariant, w którym został spełniony zarówno warunek dotyczący poziomu dźwięku L_P,A,S,4m, jak i parametru Distraction Distance r_D. Co więcej, w tym przypadku parametru Distance of Comfort r_C także spełnia wartości zalecane.

Bardzo często podwieszane sufity nie pochłaniają dźwięku w wystarczającym stopniu, przez co stają się "lustrem akustycznym", które odbija fale dźwiękowe i potęguje hałas. Poprzez zastosowanie paneli sufitowych zostało zapewnione równomierne pochłanianie dźwięku w szerokim zakresie częstotliwości.

Bardzo porównywalne wyniki otrzymano dla wariantów paneli akustycznych oddzielających stanowiska pracy o wymiarach 45×160 cm, 60×160 cm oraz 40×60×160 cm. Wyniki analiz dla tych wariantów pokazały, że zmiana wysokości elementów oddzielających stanowiska robocze nie przynosi dużej zmiany w warunkach akustycznych odczuwanych przez osoby z sąsiednich stanowisk.

Wartość zalecana parametru zaniku przestrzennego dźwięku D_2,S nie została spełniona w żadnym z analizowanych wariantów. Jednak na podstawie przeprowadzonych symulacji wykazano, że najbardziej zbliżony do wartości zalecanej jest wynik uzyskany przy zastosowaniu paneli akustycznych z powłoką pochłaniającą.

Analizowane parametry odnoszące się do zasięgu dźwięku w pomieszczeniu typu "open space" są ze sobą powiązane, co sprawia, że powinny być brane pod uwagę jednocześnie. Spełnienie tylko jednego z nich nie zapewni dobrych warunków.

Dlatego też dobór rozwiązań powinien być dokonywany na zasadzie optymalizacji. Z uwagi na zależności pomiędzy poszczególnymi parametrami, należy zwracać szczególną uwagę na fakt, iż sposoby poprawy jednego parametru mogą negatywnie wpływać na wartości innego parametru.

Należy także zwrócić uwagę na wpływ przeszklonej ściany wysokości 2,4 m, która w zamyśle miała zapewnić większą prywatność pracy w obu czterostanowiskowych częściach. Wyniki analizy pokazują, że ścianka nie spełnia założeń pełnego podziału pomieszczenia.

Literatura

1. PN-EN ISO 3382-3-2012, "Akustyka - pomiar parametrów akustycznych pomieszczeń: Pomieszczenia biurowe typu «open space»".
2. E. Nilsson, "Acoustic design of open-plan offices", Nordic Innovation Center, 2010.
3. ODEON Room Acoustics Program. Version 5.0. User Manual. Industrial, Auditorium and Combined Editions. 2001.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!