Gradjevinska akustika
GRAĐEVINSKA AKUSTIKA
UVOD
Osnovna tema kojom se bavi građevinska akustika je akustički kvalitet građevinskih objekata,
što je jedna od komponenti njihovog ukupnog kvaliteta. Koliki će biti značaj ove komponente
kvaliteta određuju namena zgrade, odnosno njen unutrašnji sadržaj i okruženje u kome se ona
nalazi. U najraširenijem pojavnom obliku zgrada, u stambenim i poslovnim objektima, akustički
kvalitet je regulisan kriterijumima koji su definisani standardima. U složenim tehnološkim
objektima, kao što su to na primer radio i TV centri, razne vrste sala i slično,
akustički kvalitet je jedna od centralnih tema u procesu projektovanja i izvođenja radova. On se
definiše posebnim stručnim preporukama, standardima relevantnih strukovnih organizacija ili
na osnovu posebno definisanih zahteva korisnika.
Generano se može reći da boravak ljudi u objektu, odnosno zahtevani kvalitet
njihovog komfora, određuje značaj akustičke komponente kvaliteta zgrade. Ljudske aktivnosti,
bilo da je to stanovanje, rad ili praćenje nekih događaja, diktiraju uslove koje treba zadovoljiti
da bi se moglo govoriti o akustičkom kvalitetu. U delovima objekata gde nema dužeg boravka
ljudi, ili uopšte nije predviđen pristup ljudima, akustički kvalitet kao tema pri projektovanju i
građenju zgrada se ne razmatra. Zbog toga je u građevinskoj akustici uveden pojam boravišne
prostorije da bi se označili prostori gde je predviđeno duže zadržavanje ljudi. U stambenim
prostorima to su sobe stana, a u poslovnim objektima boravišne prostorije su kancelarije. Za
takve prostorije su utvrđeni akustički kriterijumi koji moraju biti zadovoljeni. Sve druge
prostorije u objektima (razne pomoćne prostorije, sanitarni čvorovi, komunikacije i slično) nisu
obuhvaćene akustičkim kriterijumima. Specifičnost građevinske akustike je u tome što čovekovo
prisustvo u objektu, odnosno njegovo čulo sluha, u inženjerski rad pri projektovanju i izgradnji
građevinskih objekata uvodi neke netehničke pojmove koji postaju osnovni kriterijum u radu.
Tako se pri definisanju građevinskog objekta kriterijumi zasnivaju na pojavama kao što su:
skretanje pažnje zvukom, potrebna tišina neophodna za san, ometanje zvukovima pri radu koji
zahteva koncentraciju, ometanje govorne komunikacije i degradacija razumljivosti govora
ometajućim zvukovima, i slično.
U tom smislu značajno je napomenuti da je čovek u svim prilikama okružen nekim
zvukovima, samo što u mnogim okolnostima nije svestan toga. Oni su uglavnom relativno
niskog nivoa energije, a postoji i pojava da se na određene vrste zvukova uvo može naviknuti
tako da ih praktično ne registruje.
Svi takvi zvukovi koji stalno okružuju čoveka nazivaju se ambijentalna buka. Međutim,
ambijentalna buka je ono što određuje šta će se u datim okolnostima čuti, a šta ne. Zvuci koji
24
Gradjevinska akustika
svojom energijom utonu ispod nivoa ambijentalne buke za čoveka su nečujni. Smanjenjem
ambijentalne buke isti zvukovi će postati čujni. U ekstremno tihim ambijentima ljudski govor se
može čuti i na velikim rastojanjuma, preko sto metara. Sa druge strane, na gradskim ulicama
zbog saobraćajne buke razgovor i na malom rastojanju može biti otežan.
Akustički kvalitet nekog građevinskog objekta podrazumeva zadovoljenost svih
specifičnih zahteva čula sluha ljudi koji borave u njemu. Osnovna tema pri tome je
ambijentalna buka u delovima objekta gde boravi čovek, koja potiče od svih zvučnih izvora u
okruženju. Budući da je akustički kvalitet relativno širok pojam, u oblasti građevinske akustike
uveden je uži pojam koji se naziva akustički komfor. On podrazumeva zadovoljenost skupa
elemenata akustičkog kvaliteta koji neposredno utiču na kvalitet i ugodnost boravka čoveka u
radnim ili stambenim prostorijama. Akustički kvalitet kao tema građevinske fizike novija je od
ostalih, klasičnih tema građevinarstva. U našoj zemlji je 1967. objavljen dokument pod
naslovom ″Pravilnik o minimalnim tehničkim uslovima za izgradnju stanova″ (Službeni list SFRJ
broj 45 iz 1967. godine), što obeležava početak formalne obaveze projektanata i graditelja.
Danas je ta obaveza ustanovljena serijom standarda JUS pod zajedničkim naslovom ″Akustika u
građevinarstvu″. U novije vreme neki do njih formirani su prevođenjem odgovarajućih ISO
standarda i nose oznaku JUS ISO.
Praksa je pokazala da se u građevinarstvu od svih fizičkih fenomena koji se mogu prepoznati u
okviru jednog građevinskog objekta najmanje znanja ima o zvuku, odnosno zvučnim pojavama
značajnim za akustički kvalitet. Kao rezultat toga, priroda zvuka i principi zvučne zaštite
bremeniti su raznim pogrešnim interpretacijama, predrasudama, zabludama. Zbog toga se
prikaz osnovnih principa građevinske fizike mora zasnivati na objašnjenu osnovnih pojmova o
zvuku i prikazu šireg konteksta u kome se rešavaju problemi zvučne
zaštite.
OSNOVNI POJMOVI FIZIKE ZVUČNOG POLJA
Definicija zvuka glasi: zvuk je svaka vremenski promenljiva deformacija u elastičnoj sredini. Ovo
je značajno jer implicitno podrazumeva za građevinsku fiziku važnu činjenicu da je zvuk
mehanička talasna pojava. Pojam zvučne energije samo je drugi naziv za mehaničku energiju
oscilovanja čestica materijala koje su nekim spoljašnjim dejstvom izvedene iz svog ravnotežnog
položaja koji zauzimaju u mikrosredini strukture materijala. Sticajem okolnosti čovek raspolaže
čulom koje je osetljivo upravo na takvu fizičku pobudu iz vazduha. Budući
da je pojava zvuka golim okom nevidljiva, njegova mehanička priroda uglavnom nije šire
poznata.
Međutim, razumevanje te činjenice veoma je značajno za pravilno sagledavanje akustičkih
pojava, posebno u oblasti zvučne izolacije.
24
Gradjevinska akustika
Može se definisati parametrima kretanja čestica materije pri pojavi zvuka (brzina oscilovanja,
ubrzanje). Zbog činjenice da ljudsko uvo, kao i sva druga čula, ima logaritamsku karakteristiku
odziva na pobudu (Veber-Fehnerov zakon), u akustici je za izražavanje stanja zvučnog polja u
fluidima uvedena veličina koja u svojoj definiciji ima logaritam. Ova veličina se naziva nivo
zvuka (često nazivan nivo zvučnog pritiska, u anglosaksonskoj literaturi SPL - sound pressure
level). Nivo zvuka se izražava u decibelima (dB). Referentna vrednost nivoa zvuka u vazduhu,
koja odgovara nivou zvuka 0 dB, usvojena je svojevremeno konvencijom. Sa tako definisanom
skalom tihi zvukovi u životnoj sredini su reda veličine 20-30 dB, normalan govor je nivoa 60-70
dB, a veoma glasni zvukovi (npr. glasna muzika) ima nivoe 90-110 dB, pa i više.
Za potrebe merenja i ocenjivanja nivoa zvukova u čovekovom okruženju uvedena je korekcija
koja ima za cilj da simulira nelinearnosti mehanizma percepcije čovekovog uva. Iako je rad čula
sluha u svakom pogledu veoma složen i nestacionaran, za praktične potrebe ta simulacija je
utvrđena jednostavnom frekvencijskom korekcijom koja je po svojoj prirodi bliska frekvencijskoj
karakteristici slušanja. Ostvaruje se jednim filtrom koji se uključuje
ispred mernog instrumenta kojim se meri nivo zvuka. Taj filtar je konvencijom dobio oznaku ″A″
filtar, pa se tako dobijeni podaci o nivou zvuka izražavaju u jedinicama koje se nazivaju dBA (čita
se ″decibeli a″).
Zvuk je talasna pojava. To znači da njegovo generisanje, prostiranje i interakcija sa
preprekama podležu poznatim talasnim zakonima. Međutim, u mnogim okolnostima, posebno
u oblasti građevinske akustike, moguće je zanemariti njegovu talasnu prirodu i posmatrati ga
samo preko energetskog stanja medija. To u mnogome pojednostavljuje analizu i predikciju, ali
zahteva stalnu pozornost jer uvek ostaju okolnosti kada se zvuk mora posmatrati i kao talas
(slično je, na primer, u optici gde se uobičajeno primenjuje geometrijski model za opisivanje
većine pojava iz prakse, ali se ipak za neke fenomene, poput difrakcije, svetlost mora
posmatrati kao talas).
Prostiranje zvuka kroz homogenu sredinu podleže određenim fizičkim zakonima.
Njihovo poznavanje omogućava predikciju stanja polja na poznatom rastojanju od zvučnog
izvora, pa čak i u prostorima složenijih konfiguracija kao što su sobe. Međutim, procesi koji se
dešavaju pri prelasku zvučne energije iz jedne sredine u drugu, na primer iz vazduha u čvrste
građevinske materijale i nazad ili iz jedne vrste građevinskog materijala u drugi, relativno su
složeni i ne mogu se uvek jednostavno analitički modelovati.
Pojave na diskontinuitetima kada zvuk prelazi između dve sredine različitih fizičkih svojstava
predstavljaju najloženije teme građevinske fizike. Istovremeno, takve pojave predstavljaju
osnov zvučne zaštite u zgradama.
Veličina diskontinuiteta sredine kroz koju se prostire zvuk relevantna je za definisanje dela
energije koja će preći iz jednog materijala u drugi. Osnovni parametar čija promena u akustici
označava diskontinuitet sredine je gustina ρ (kg/m3).
24
Gradjevinska akustika
Prelazak zvučne energije iz jedne sredine u drugu manje je efikasan što je razlika u njihovim
gustinama veća.
Zašto akustika u građevinarstvu?
Interesantni su početni razlozi zbog kojih se uopšte razmatra akustika u građevinarstvu. U
centru te inženjerske oblasti je čovekovo čulo sluha. Činjenica je da zvuk predstavlja fizičku
pojavu, ali je on istovremeno i stimilus čula sluha. Tako je uvo povod, ali i mera stvari u
građevinskoj akustici
.
Oblici uticaja zvuka na čoveka
Zvuk je značajna pojava u životu čoveka jer predstavlja sredstvo komunikacije.
Međutim, zvuk može imati i štetno dejstvo, pri čemu ta šteta može biti različita. Evolucija živog
sveta je išla tokovima koji nisu stvorili ugrađena zaštitna sredstva čulu sluha protiv prejakih
pobuda, kao što to imaju ostala čula. Na slici 2 šematski je prikazana struktura čula sluha i
mogući oblici delovanja zvukova na njega. Vidi se da negativan uticaj može biti kroz mehanička
oštećenja, koja nastaju na pokretnim delovima u spoljašnjem i srednjem uvu pri veoma visokim
nivoima pobude. Dugotrajno dejstvo relativno visokih nivoa zvuka može izazvati trajne
fiziološke promene u unutrašnjem uvu. Najzad, neželjeni zvukovi koje čulo
sluha registruje može ostvarivati razne psihološke uticaje. Bez obzira na poznate pojave
štetnosti jakih zvukova, može se reći da je sa aspekta građevinske akustike psihološki uticaj
centralna tema, jer on može biti štetan po čoveka i pri veoma niskim nivoima zvuka ako izaziva
ometanje, skretane pažnje, ili ako iritira.
Specifičnosti psihološkog dejstva zvuka u akustiku kao inženjersku oblast uvodi neke specifične
psihološke kategorije. Iz toga proizilazi i pojam buke. Po međunarodno usvojenoj definiciji buka
je svaki neželjeni zvuk. Ovde je značajno da se uvodi kategorija željenog i neželjenog zvuka da bi
se merila štetnost, što dalje znači da je samo neki zvuk buka. Status zvuka koji dobija oznaku
buke ne zavisi od apsolutne vrednosti njegovog nivoa, nego od činjenice da li on nekog ometa.
Paradigma tog pojma je poznata scena iz crtanih filmova kada glavni junak ne može da spava
zato što voda kaplje iz česme. U apsolutnim fizičkim merama zvuk vode koja kaplje je
ekstremno niskog nivoa, ali ako nekoga ometa, i to je buka. Iz istih razloga ne može se reći da je
buka zvuk enormno visokog nivo kakav se može čuti u diskotekama ili na rok koncertima. Šta
više, publika plaća da bi ga slušala. Ova dva primera najbolje pokazuju suštinu problema sa
24
Gradjevinska akustika
Oni su zapisani u odgovarajućim standardima i pravilnicima [1,5,7,8] i postavljaju sistem u
okviru koga se pristupa rešavanju projektantskih zadataka u oblasti građevinske akustike.
Definicije pojmova kojima se izražava zvučna zaštita
Osnovna fizička veličina na kojoj se zasniva zvučna zaštita je izolovanost. To je, po definiciji,
razlika nivoa zvuka u dve susedne prostorije: jedne u kojoj nastaje zvuk i druge koja se od tog
zvuka štiti. Ako se predpostavi da je u prostoriji sa izvorom nivo zvuka L1 (dB) a u susednoj
L2 (dB), onda je izolovanost, po definiciji:
D (dB) = L
1
- L
2
Tražena vrednost izolovanosti između dve susedne prostorije ostvaruje se adekvatnim
akustičkim kvalitetom pregrada koje ih razdvajaju.
Fizička karakteristika pregrade koja pokazuje njenu sposobnost da zadrži zvučnu
energiju naziva se izolaciona moć. I ova veličina se izražava u decibelima, a način kako je
fizički definisana pokazan je u narednom poglavlju. Smisao pojmova izolovanosti i izolacione
moći prikazan je šematski na slici.
Osnovni pojmovi koji definišu problem zvučne izolacije
Akustička podela prostora u zgradama
Zadatak građevinske akustike, kako je ovde definisan, u sebi implicitno podrazumeva da
unutar jednog građevinskog objekta postoje prostorije koje se međusobno razlikuju po
akustičkim uslovima. Načelno se svi prostori u jednoj zgradi mogu podeliti na tri kategorije:
- prostorije koje sadrže jače izvore zvuka,
- prostorije u kojima se nalaze sadržaji osetljivi na buku i kojima treba obezbediti
odgovarajuću zaštitu od buke iz okruženja i
24
