Zjawiska akustyczne w budynkach

Czasami żartobliwie nazywam to „pojawieniem się duchów”, gdyż z akustyką związane są zjawiska często trudne do zrozumienia dla kogoś, kto z dźwiękami i ich rozchodzeniem się rzadko ma do czynienia. Ale uwagę chciałem zwrócić nie tylko na dźwięki powietrzne, lecz także na drgania.

Windy a drgania w budynkach

Nie tak dawno zostałem zaproszony na „oblewanie” nowego mieszkania na warszawskim Ursynowie. Gospodarz był zachwycony nowym nabytkiem i z dumą oprowadzał nas po wnętrzu. Gdy byliśmy w jego sypialni, mimo głośnej rozmowy, dotarł do mnie dźwięk, który dobrze znałem z wizyt u innego kolegi, który mieszkał w domu o starej, płytowej konstrukcji. Wydawała go… zatrzymująca się winda.

W starym budynku, wyposażonym w windy starej konstrukcji (zamykane i otwierane drzwi) nikogo nie denerwował rozchodzący się hałas, gdy opuszczający windę pasażer energicznie zamykał drzwi zewnętrzne. Co innego nowe budynki i nowe konstrukcje wind. Te powinny pracować cicho i nie stanowić przyczyny zdenerwowania lokatorów, którzy pechowo (świadomie lub przypadkowo) kupili mieszkania graniczące z szybem windowym. Czy tak jest? Zacznijmy od sprecyzowania, jakiego rodzaju dźwięki wywołane przez windę możemy w budynku spotkać.

Wchodzimy do budynku i pierwszy hałas, z którym mamy do czynienia, to pisk domofonu. Otwarte drzwi najczęściej zamykają się cicho, jeśli są dobrze wyregulowane.

Po przyciśnięciu guzika sterowania windą czekamy, aż znajdzie się ona na naszym poziomie, co zasygnalizuje nam, wydając mniej lub bardziej słyszalny dźwięk. Wchodzimy i jedziemy. Każde zatrzymanie się windy to słyszalny hamulec przed zatrzymaniem się jej i, oczywiście, dźwięk sygnalizujący nam kolejne piętro. Uderzenie windy w górne lub dolne amortyzatory zwiększa paletę dźwięków, jakimi obdarza nas nowoczesna maszyna.

Znalezienie miejsca powstawania hałasu nie jest problemem i pozwala na zastanowienie się, jak takie źródło hałasu usunąć lub wytłumić. Specjalnie zwracam uwagę na różnicę między usunąć a wytłumić, ponieważ nawet jeśli zna się przyczyny, nie zawsze daje się je usunąć. Częściej trzeba łagodzić ich skutki.

W przypadku wind w nowoczesnych budynkach, moim zdaniem, idealnym (???) sposobem jest takie zaprojektowanie obiektu, aby powstające dźwięki były tak ciche, że prawie niesłyszalne (to jest akurat mało realne) lub źródło ich powstawania było tak odizolowane od ich ścian, że nie będzie wpływało to na komfort mieszkańców.

Czy tylko na windę powinniśmy zwracać uwagę przy kupnie nowego mieszkania? Nie. Na pewno warto pamiętać, że hałas może powstawać w instalacjach wody, centralnego ogrzewania i wentylacyjnych.

Hałasy związane z instalacjami mogą powstawać w instalacji wodociągowej i pojawiają się w formie bardzo głośnych szumów przepływającej wody (ich źródłem mogą być niektóre baterie umywalkowe przy wyższych ciśnieniach wody), a także jako bardzo nieprzyjemne głośne stuki, wywołane przez zużytą uszczelkę w zaworze czerpalnym.

W instalacji centralnego ogrzewania stukać mogą zawory termostatyczne, jeżeli brak w niej regulacji ciśnienia, zdarzać się mogą gwizdy wywołane zbyt dużymi prędkościami przepływu wody. Instalacje wentylacyjne i klimatyzacyjne mają to do siebie, że źródłem hałasu może w nich być element bardzo oddalony od miejsca, w którym go słyszymy. Dźwięki w kanałach mogą przenosić się jako fala powietrzna lub przez przewodzenie w ściankach kanałów.

Sprężystość i częstotliwość własna

Warto jednak zacząć od przypomnienia pewnych pojęć fizycznych. Każdy ośrodek sprężysty, niezależnie od tego, czy stały, czy ciekły, może przenosić dźwięki. Sprężystość to zdolność ośrodka do zmiany kształtu pod wpływem jakiejś siły i odtworzenia pierwotnej postaci po jej ustąpieniu. Dzięki sprężystości ośrodka dźwięk może się rozchodzić. Prędkość dźwięku w wodzie jest blisko cztery razy, a w stali – piętnaście razy większa niż w powietrzu. Prędkość dźwięku w powietrzu zależy od jego wilgotności i temperatury. Obecność pary wodnej zwiększa ją, a ponadto dźwięk biegnie szybciej w powietrzu ciepłym niż w zimnym.

Częstotliwość własna to pojęcie potrzebne nam do zrozumienia rezonansu i powstawania dźwięku pod wpływem fali akustycznej. Dwa pręty, drewniany i metalowy, uderzone – wydają zupełnie różne dźwięki. Każde ciało sprężyste po uderzeniu drga z właściwą sobie częstotliwością. Nazywamy ją częstotliwością własną. Po co to przypominam? Bo fala dźwiękowa, uderzając w jakąś przeszkodę, wytworzy inny dźwięk w zależności od częstotliwości własnej materiału, z jakiego jest zrobiona.

Gdy częstotliwość drgań wymuszających pokrywa się z częstotliwością własną, następuje silny wzrost amplitudy drgań. Zjawisko to nazywamy rezonansem. Nawet słaby, ale występujący zgodnie z częstotliwością własną impuls może spowodować znaczny wzrost amplitudy wahań. Jak groźne może być to zjawisko, przekonali się Amerykanie, gdy patrzyli, jak zawalił się most Tacoma Narrows Bridge (w stanie Washington). Słabe porywy wiatru o częstotliwości zbliżonej do częstotliwości własnej mostu zwiększały amplitudę jego drgań, aż do zawalenia się konstrukcji (od czasu do czasu w TV można obejrzeć film pokazujący tę katastrofę).

Niebezpieczne związki pomiędzy energią a uderzeniem wodnym

Po tym krótkim wprowadzeniu możemy przejść do konkretnych instalacji. Zacznijmy od stuków w instalacji wodnej. Gdy rozpędzony strumień wody zostanie gwałtownie zatrzymany (łatwo to zrobić zaworami kulowymi, tak teraz popularnymi), wtedy ta energia, którą ma, musi się gdzieś uwolnić, i powstaje tzw. uderzenie wodne. Ujawnia się ono jako głośny, pojedynczy stuk. Czasami słychać dwa takie uderzenia i na tym koniec. Pod względem akustycznym to zjawisko może mało dokuczliwe, ale dla instalacji bardzo niebezpieczne, gdyż może prowadzić nawet do jej rozerwania.

Uderzenia wodne najczęściej likwiduje się przez zainstalowanie bufora powietrznego (działa on podobnie jak poduszka powietrzna w hydroforze). Gorzej jest, gdy uszczelka w zaworze grzybkowym jest tak uszkodzona, że w trakcie pobierania wody blokuje przepływ wody (podciśnienie po jednej stronie grzybka), który za chwilę (przepływ ustaje), po zaniku podciśnienia, zostaje wznowiony i zabawa zaczyna się od początku. Grzybek zaworu raz jest przyciągany do gniazda, a raz – odpychany, co za każdym razem daje nieprzyjemny stuk. Częstotliwość tych uderzeń i ich siła zależy od przepływu wody. Kłopot z taką uszczelką jest taki, że użytkownik zaworu może ustalić, że to właśnie jego zawór tak hałasuje. Inni użytkownicy mają z tym trudności, gdyż hałas taki roznosi się po całym budynku z prawie równą intensywnością. Wymiana uszczelki likwiduje jego źródło.

A dlaczego w instalacji grzewczej z zaworami termostatycznymi pojawiają się stukania? Zamykające się automatycznie zawory termostatyczne powodują nadmierny wzrost ciśnienia w instalacji, przekraczający wytrzymałość sprężyny dociskającej grzybek do gniazda, a to z kolei daje upust wody i spadek ciśnienia po jednej stronie grzybka i ponowny jego docisk do gniazda ze stuknięciem, których częstotliwość przypomina strzały z karabinu maszynowego. Hałasy te „uwielbiają” ludzie mający problem z zaśnięciem.

Gdy duchy gwiżdżą

Na koniec zostawiłem problem „duchów” w instalacjach wentylacyjnych. Dlaczego „duchów”? Dźwięki, o których będzie mowa, przypominają wycie i gwizdy, jakie w filmach związane są z pokazywaniem duchów. Ich powstawanie ma dość prostą przyczynę, ale bardzo często trudno zlokalizować miejsca, w których powstają. Myślę, że większość mieszkańców ostatnich pięter z takimi dźwiękami się spotkało, gdy na dworze hula wiatr. W zależności od tego, jak są umiejscowione wyloty wentylacji i z jakiego są zrobione materiału, tonacja dźwięków może być różna. Niektóre „grają” prawie jak organy w kościele, innym zaś razem dudnią jak w głębokiej studni. Walka z tego typu hałasami jest bardzo trudna, gdyż nigdy nie wiadomo, z jakiego kierunku i z jaką siłą będzie wiał wiatr.

Wiatr „grający” na czerpniach powietrza lub wyrzutniach niejednemu użytkownikowi instalacji wentylacyjnej narobił sporo kłopotu, gdyż dźwięki takie bardzo lubią chodzić po kanałach wentylacyjnych. Lekarstwem na to są odpowiednio dobrane tłumiki akustyczne.

Co powinno się zrobić, aby „duchy” nie wędrowały nam po domu?

• Przed przystąpieniem do projektowania instalacji grzewczej lub wentylacyjnej trzeba popatrzeć na budynek od strony potencjalnego zagrożenia powstawaniem hałasu. Aby to zrobić, trzeba mieć jednak przynajmniej podstawowe pojęcie o akustyce. Niestety, bez tego możemy mieć później kłopoty takie, jak wyżej opisane.
• W przypadku faktów dokonanych należy starać się ustalić, kiedy i jak hałas powstaje, a dopiero wtedy szukać sposobu jego neutralizacji.
• Trzeba unikać umieszczania w pobliżu siebie wylotów z kotłów czy z innych instalacji kanałów wentylacyjnych, które bez tłumików łączą przestrzeń nad dachem z pomieszczeniem.
• Należy pamiętać, że każda ostra krawędź, np. ostro zakończony wylot (rura, kanał wentylacyjny, krawędź dachu) pod wpływem wiatru może stać się źródłem hałasu.
• Trzeba dbać o stan uszczelek w instalacji wodociągowej.
• W instalacji centralnego ogrzewania powinna być automatyczna regulacja ciśnienia lub przynajmniej sprężynowy zawór upustowy.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!