Aby odpowiedzieć na pytanie czym jest akustyka, trzeba najpierw uzmysłowić sobie, że to bardzo szerokie pojęcie.
Zasadniczo, akustyka to dział fizyki i techniki obejmujący zjawiska związane z powstawaniem, propagacją i oddziaływaniem fal akustycznych w ośrodku. Ze względu na różnorodność działów akustyka jest obecnie traktowana jako nauka interdyscyplinarna, obejmująca oprócz akustyki ogólnej, zajmującej się zagadnieniami podstawowymi, również szereg działów akustyki stosowanej, zajmujących się praktycznym zastosowaniem zjawisk akustycznych.
Obrazowo akustykę możemy podzielić jak na załączonym schemacie:
Akustyka wnętrz zajmuje się kształtowaniem warunków akustycznych pomieszczeń o charakterze kulturalno-rozrywkowym z punktu widzenia dobrej słyszalności zarówno dźwięku słownego jak i muzycznego. Akustyka architektoniczna natomiast zajmuje się ochroną przeciwdźwiękową obiektów budowlanych oraz środowiska wokół zabudowań, co oznacza że bada ona hałas od urządzeń i instalacji wyposażenia technicznego budynków oraz izolację akustyczną przegród budowlanych.
Hałas można zdefiniować jako dźwięk niepożądany w danych warunkach i przez daną osobę, w tym dźwięk impulsowy, ale również ciągły o wysokim natężeniu. Natężenie dźwięku zależy od poziomu ciśnienia akustycznego i jest wyrażane w decybelach (dB). Należy zauważyć, że wprowadzenie skali logarytmicznej oraz specyfika ludzkiego słuchu powodują, że dwukrotne zwiększenie odczuwanego hałasu to wzrost jego poziomu o około 10 dB, a jednocześnie zmiany mniejsze jak 3 dB mogą pozostać przez nas niezauważone.
Elementy stolarki otworowej takie jak drzwi, okna, bramy itp. musimy traktować jako przeszkodę, która z akustycznego punktu widzenia powinna zatrzymać jak największą energię zawartą w fali akustycznej, czyli stawić jak największy opór. Okno jest przegrodą niejednorodną, złożoną z szeregu elementów konstrukcyjnych o różnych właściwościach akustycznych. Szyba zajmuje czasem nawet powyżej 75% jego powierzchni, i to od niej głównie zależą parametry izolacyjności akustycznej. Wyjątkiem jest okno z nawiewnikiem, który jest zwykle najsłabszą akustycznie częścią okna.
Elementy składowe okna można za pomocą dźwięku łatwo wprowadzić w drgania. Aby zrozumieć to zagadnienie, należy odpowiedzieć na pytanie czym jest dźwięk?
Dźwięk jest falą mechaniczną czyli rozchodzącym się w ośrodku zaburzeniem, zmianą określonej wielkości fizycznej. Tym co zmienia się (zostaje zaburzone), w przypadku dźwięku rozchodzącego się w powietrzu lub wodzie, jest gęstość i ciśnienie ośrodka. Jeśli dokładniej przyjrzelibyśmy się fali dźwiękowej (wykonali "fotografię"), to dałoby się zobaczyć, że stanowią ją cykliczne zgęszczenia i rozrzedzenia powietrza. Te obszary zagęszczeń i rozrzedzeń przesuwają się z prędkością dźwięku w pewnym kierunku, i jeżeli tak się zdarzy - mogą wpaść do ludzkiego ucha i wywołać wrażenie dźwięku.
Zjawisko to zilustrowano na rysunku.
Rys. 1. Ilustracja rozchodzenia się sinusoidalnej fali dźwiękowej.
Fala jako całość, nie przemieszcza ze sobą wszystkich cząsteczek od źródła dźwięku do ucha - większość z nich cały czas pozostaje w niewielkim obszarze w jakim były na początku. Przesuwa się tylko samo zgęszczenie tych cząsteczek, obejmując coraz to nowe obszary przestrzeni. Rozchodzące się w ośrodku fale tworzą obszar zwany polem akustycznym, w którym mogą występować efekty odbicia, pochłaniania, ugięcia i rozproszenia, zgodnie z rysunkiem, związane z utratą części energii akustycznej.
Schemat przepływu energii przez przegrodę,
Rys. 2. Mechanizm rozpływu energii przez przegrodę.
Zjawiska występujące w polu akustycznym zależą od struktury przegrody oraz elementów znajdujących się w obszarze pola akustycznego. Jeżeli na drodze fali płaskiej biegnącej w przestrzeni znajdzie się sztywna przegroda ustawiona prostopadle do kierunku biegnącej fali, to oprócz fali bezpośredniej pojawi się również fala odbita biegnąca w kierunku przeciwnym do fali padającej. W układach rzeczywistych nie występują jednak ani przegrody idealnie sztywne, ani też nieważkie, ponieważ każda przegroda charakteryzuje się określoną masą, sztywnością od których zależą akustyczne właściwości izolacyjne.
O tym w jaki sposób sprawdzić izolacyjność akustyczną okna, opowiemy w następnym odcinku.
Autor: dr inż. Piotr Jakubowski; specjalista ds. akustyki w Laboratorium Akustycznym CTO S.A.
OKNO nr 1/2015
