VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV POZEMNÍHO STAVITELSTVÍ FACULTY OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF BUILDING STRUCTURES PREDIKCE ZVUKOIZOLAČNÍCH VLASTNOSTÍ DĚLÍCÍCH STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ A ZABEZPEČENÍ AKUSTICKÉ POHODY V INTERIÉRU BUDOV PREDICTION SOUND INSULATION PROPERTIES DIVIDER BUILDING STRUCTURES AND SECURITY ACOUSTIC COMFORT INSIDE BUILDINGS DISERTAČNÍ PRÁCE DISSERTATION AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR ING. PETRA BERKOVÁ DOC. ING. MILAN VLČEK, CSC. BRNO 2012

ABSTRAKT Předložená disertační práce pojednává o zvukoizolačních vlastnostech dělících stavebních konstrukcí v oblasti nízkofrekvenčního zvuku u kročejové neprůzvučnosti a zabezpečení akustické pohody v interiéru budov. V rámci predikce kročejové neprůzvučnosti je provedena simulace laboratorního měření kročejové neprůzvučnosti. Práce vychází z výskytu častých stížností obyvatel bytových domů na subjektivně nevyhovující kročejovou neprůzvučnost horizontálních dělících konstrukcí, jejichž nášlapná vrstva je tvořena laminem. Přestože tyto konstrukce vyhovují z hlediska kročejové neprůzvučnosti v souladu s požadavky stanovenými v ČSN 73 0532: 2010, obyvatelé si stěžují na subjektivní vnímání zvuků nižších kmitočtů. Výskyt hluku s výrazným charakterem zvuku v oblasti nízkých kmitočtů byl dokázán měřením a vyhodnocením spektrální analýzy hladiny akustického tlaku, způsobené pohybem osob po stropní konstrukci s podlahou. Na toto měření a jeho vyhodnocení prováděné v souladu s měřením a vyhodnocením hluku v mimopracovním prostředí nelze vztáhnout požadavek stanovený Nařízením vlády č. 272/2011 Sb. o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací. Hygienické limity hluku pro chráněný vnitřní prostor staveb se nevztahují na hluky z běžného užívání bytu. V rámci platné legislativy je tento problém v ČR v současné době neřešitelný. Proto jsou v této práci analyzovány způsoby hodnocení kročejové neprůzvučnosti a jsou vysloveny zjištěné závěry. S kročejovou neprůzvučností v nízkofrekvenční oblasti souvisí i navazující část předkládané disertační práce, kdy ve výpočetním programu ANSYS (verze 14.0) je simulováno laboratorní měření kročejové neprůzvučnosti reálné konstrukce. V práci jsou uvedeny výsledky simulace, a to hladiny akustického tlaku v přijímací místnosti do třetinooktávového pásma 630 Hz. Tyto výsledky jsou porovnány s naměřenými hodnotami v modelované laboratoři. Model v programu ANSYS je vytvořen pro budoucí využití v oblasti vývoje materiálů pro materiály podlahových vrstev a pro specifikaci technických parametrů alternativního zdroje kročejového zvuku.

ABSTRACT This thesis deals with the properties of soundproof partition structures in the lowfrequency sound at impact sound insulation and security of acoustic comfort inside buildings. The prediction of impact sound is a simulation laboratory measurements of impact sound. The work is based on the occurrence of frequent complaints of inhabitants of residential homes for subjectively poor impact sound insulation of horizontal dividing structures, whose top layer is formed laminate. Although these structures conform in terms of impact sound insulation in accordance with the requirements of CSN 73 0532: 2010, residents complain about the subjective perception of the sounds of lower frequencies. A noise with a distinctive character of sound at low frequencies has been proved by measuring the spectral analysis and evaluation of sound pressure levels caused by the movement of persons roof construction to the floor. On the measurement and evaluation carried out in accordance with the measurement and evaluation of noise in non-working environment can be related requirement under the Regulation No. 272/2011 Coll. "On the protection of health from the adverse effects of noise and vibration." Occupational noise limits for protected buildings interior space do not apply to noise from ordinary use of the apartment. Under current legislation, the problem is in the Czech Republic at present insoluble. Therefore, this work explores ways evaluation of impact sound and delivery is determined conclusions. With the low-frequency impact sound insulation is also related to the latter part of this dissertation, where the computing program ANSYS (version 14.0) is simulated laboratory measurements of impact sound insulation of the real structure. The paper presents the results of simulation, and the sound pressure level in the receiving room to třetinooktávového band 630 Hz. These results are compared with measured values modeled in the laboratory. Model in the ANSYS program is designed for future use in the development of materials for floor layers and materials for specifying the technical parameters of an alternative source of impact noise.

Klíčová slova: nízkofrekvenční zvuk, kročejová neprůzvučnost, spektrální analýza, stropní konstrukce, nášlapná vrstva lamino, subjektivní vnímání, výpočetní program, přijímací místnost, laboratorní měření, model Key words: low frequency sound, impact sound insulation, spectral analysis, ceiling construction, wear-layer laminate, subjective perception, computer program, reception room, laboratory measurements, model

Bibliografická citace VŠKP: BERKOVÁ, Petra. Predikce zvukoizolačních vlastností dělících stavebních konstrukcí a zabezpečení akustické pohody v interiéru budov. Disertační práce. Brno, 2012. 130 stran, 3 přílohy. Vysoké učení technické v Brně. Fakulta stavební. Ústav pozemního stavitelství. Vedoucí disertační práce Doc. Ing. Milan Vlček, CSc.

Poděkování: Touto cestou bych chtěla poděkovat mému školiteli Doc. Ing. Milanu Vlčkovi, CSc. za vedení mého doktorského studia a podporu v mé práci. Dále děkuji manželovi Ing. Pavlu Berkovi, Ph.D. a rodičům Ing. Karlu Čuprovi, CSc. a Ing. Danuši Čuprové, CSc. za pomoc při měřeních, odborné rady a cenné podněty. V souvislosti s výpočetními programy ANSYS a MATLAB děkuji za pomoc a odborné rady Ing. Pavlu Švancarovi, Ph.D.

OBSAH 1 ÚVOD.. 2 1.1 Vnímání zvuku člověkem 2 1.2 Pronásledováni hlukem ve dne v noci. 5 2 SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY.. 8 2.1 Základy fyzikální akustiky... 8 2.1.1 Zvukové pole a stavební konstrukce.. 8 2.1.2 Šíření zvukových vln ve stavebních konstrukcích. 11 2.2 Požadavky a legislativa v oblasti akustiky.. 19 2.2.1 Požadavky v ČR 20 2.2.2 Současná legislativa ve vybraných státech Evropy.. 24 2.3 Akustický analyzátor, váhové filtry. 31 2.4 Trendy ve stavebnictví. 35 2.4.1 Materiály ve stavebnictví... 35 2.4.2 Projektování budov z hlediska akustických požadavků. 35 2.4.3 Hlukový smog v současnosti.. 37 2.5 Možnosti zjišťování zvukoizolačních vlastností dělících konstrukcí.. 38 2.5.1 Predikční modely.. 38 2.5.2 Laboratorní měření... 39 2.5.3 Měření in-situ 40 3 APLIKOVANÝ POSTUP MĚŘENÍ A VYHODNOCENÍ NEPRŮZVUČNOSTÍ. 42 3.1 Měření a vyhodnocení vzduchové neprůzvučnosti.. 42 3.2 Měření a vyhodnocení kročejové neprůzvučnosti... 49 4 CÍLE DISERTAČNÍ PRÁCE 55 4.1 Důvody volby cílů... 55 4.2 Prostředky ke splnění cílů... 56 5 ZVOLENÉ METODY ZPRACOVÁNÍ 58 5.1 Zvolené metody zpracování ke splnění 1. cíle 59 5.2 Zvolené metody zpracování ke splnění 2. cíle. 63 5.3 Přístrojové vybavení 64

6 ANALÝZA POUŽÍVANÝCH ZPŮSOBŮ HODNOCENÍ KROČEJOVÉ NEPRŮZVUČNOSTI. 67 6.1 Použité výpočty pro vyhodnocení... 75 6.2 Regresní analýza.. 80 7 SIMULACE LABORATORNÍHO MĚŘENÍ KROČEJOVÉ NEPRŮZVUČNOSTI... 95 8 ZÁVĚRY A VÝSLEDKY 117 8.1 Závěry z analýzy používaných způsobů hodnocení kročejové neprůzvučnosti... 117 8.1.1 Vyhodnocení kročejové neprůzvučnosti konstrukcí s nášlapnou vrstvou tvořenou laminem... 118 8.1.2 Vyhodnocení kročejové neprůzvučnosti konstrukcí s nášlapnou vrstvou tvořenou dlažbou... 120 8.1.3 Srovnání různých způsobů vyhodnocení kročejové neprůzvučnosti měřených stropních konstrukcí s podlahou... 121 8.1.4 Posouzení vhodnosti použití normalizovaného zdroje kročejového zvuku... 121 8.2 Výsledky pro 1. cíl... 123 8.3 Závěry ze simulace laboratorního měření kročejové neprůzvučnosti 124 8.4 Výsledky pro 2. cíl... 124 9 MOŽNOSTI DALŠÍHO VÝZKUMU... 128 10 PŘÍNOS PRO TEORII A PRAXI... 130 10.1 Přínos pro teorii... 130 10.2 Přínos pro praxi... 130 11 SEZNAMY 11.1 Seznam použitých zdrojů 11.2 Seznam použitých zkratek a symbolů 11.3 Seznam publikační činnosti autora 11.4 Seznam příloh PŘÍLOHA 1 PŘÍLOHA 2 PŘÍLOHA 3

ÚVOD Vnímání zvuku člověkem Pronásledováni hlukem ve dne v noci

Úvod 1 ÚVOD Spolu s člověkem prošel i pohled na zvuk, včetně jeho hodnocení, dlouhou cestou vývoje. Je nedílnou součástí našeho životního prostředí, přináší nám důležitý podíl informací o okolním světě a hraje podstatnou úlohu při dorozumívání. Dnešní doba přichází s velkým množstvím nových zdrojů zvuku, které vytvářejí její charakteristickou kulisu. V důsledku toho neustále rostou požadavky na zabezpečení akustické pohody ve stavbách bytových, občanských i průmyslových. Aby bylo možné tuto akustickou pohodu uživatelům zabezpečit, musí být problematika škodlivého zvuku řešena komplexně již v ranném stádiu projektování stavby. Prvním krokem, vedoucím ke splnění akustických požadavků, je vhodné umístění objektu dle jeho předpokládaného využití, např. objekt s požadavky nízké hlukové zátěže ve vnitřních prostorech by měl být situován do klidného prostředí. Koncept objektu je třeba řešit tak, aby akusticky exponované prostory přímo nesousedily s prostory akusticky chráněnými. Je to preventivní zajištění ochrany těchto prostorů od hluku, které lze dosáhnout správným dispozičním řešením budovy. Dispoziční řešení, které akceptuje i akustické hledisko, umožní uspořit investiční náklady, jichž by bylo jinak třeba na pořízení zvukoizolačních konstrukcí. Problematiku zajištění akustické pohody je nutné řešit již v počátečních stádiích projektu budovy. Pro konečný úspěch navrhovaných akustických úprav musí být věnována pozornost i všem detailům. Pozdější akustické úpravy jsou obtížně realizovatelné a zbytečně zvyšují investiční náklady. 1.1 VNÍMÁNÍ ZVUKU ČLOVĚKEM Nejdůležitější úlohou zvuku je možnost poskytovat člověku informace o jeho okolí. Pokud v určitém prostředí člověk pobývá déle nebo častěji, začne zvuky, které se zde vyskytují, považovat za normální, běžné, např. při jízdě automobilem. Vyskytne-li se zde nový zvuk, byť s nepatrnou intenzitou, je řidič schopen ho zaregistrovat a může v něm vyvolat nepříznivé emoční pocity. O míře škodlivosti zvuku rozhoduje především jeho intenzita a doba trvání. Každý typ prostředí má vlastní charakteristické spektrum zvuku, které je pro ně typické. Se škodlivými účinky hluku se můžeme setkat nejen při práci, ale i odpočinku. Velice výrazným fenoménem současné doby se stala závislost člověka na hudbě [15]. S nejvíce 2

Úvod negativními účinky se setkáváme u takzvané rockové hudby, která podle Dr. J. Desmonda vyvolává u člověka specifický druh svalové únavy. Vyplývá to především z toho, že převážná část rockové hudby je komponována v rytmu protikladném rytmu srdeční soustavy. U některých hudebních skupin, jako je např. Metallica, byla zaznamenána hladina akustického tlaku 120 db, což lze označit za extrémně silný hluk a považovat ho za hodnotu se zákazem pobytu osob. Již při osmihodinové expozici posluchače dochází k chronickým poruchám sluchu. Vysoká hlasitost této hudby v interiéru budov a její monotónní rytmus uvádí posluchače do stresového stavu. Účinky začínají nastupovat v bdělém stavu, pokud hladina akustického tlaku A přesahuje 65 db. Stresový stav je vyvolán nadměrným uvolňováním stresového hormonu adrenalinu. Pokud tento hormon není dostatečně rychle odbourán, dochází k jeho přeměně na adrenochrom, který má obdobné účinky jako např. Pervitin, LSD, Mescalin atd.. Též se přidružuje vznik endorfinních látek v mozku, jejichž účinek je obdobný morfinu. Jsou zaznamenány i případy úmrtí návštěvníků rockového koncertu, u kterých došlo k zástavě srdce. Hudba, i když to zní neuvěřitelně, může vést až k vytvoření takzvané zvukové závislosti, která má obdobné účinky jako užívání drog [12]. Dnešní člověk je podrobován velké psychické zátěži. Ve svém bytě se pak snaží najít určitou dávku soukromí a klidu. Z hlediska sociálně-kulturního míra škodlivého hluku úzce souvisí s výší životního standardu, zejména při bydlení. Dle Nařízení vlády č. 272/2011 Sb. o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací můžeme hluk rozčlenit do několika typů, které ovlivňují subjektivní vnímání hluku člověkem. Jedná se o: hluk ustálený, jehož hladina akustického tlaku se v daném místě nemění v závislosti na čase o více než 5 db; hluk proměnný, jehož hladina akustického tlaku se v daném místě mění v závislosti na čase o více než 5 db; vysokoenergetický impulsní hluk tvořený zvukovými impulsy, jako jsou např. výbuchy v lomech, střelba z těžkých zbraní, apod.; vysoce impulsní hluk tvořený zvukovými impulsy ve venkovním prostoru, např. střelbou z lehkých zbraní, apod. Dále o subjektivním vnímání hluku rozhoduje jeho intenzita a spektrální charakteristika. 3

Úvod Obr. 1.1 Rozsah slyšení u zdravého mladého člověka v závislosti na intenzitě zvuku a kmitočtu [14]. Ultrazvuk - je akustické vlnění, jehož frekvence leží nad hranicí slyšitelnosti lidského ucha, tj. cca 20 khz. Přestože má tedy stejnou fyzikální podstatu jako zvuk, je pro lidské ucho neslyšitelný, ale řada živočichů může část ultrazvukového spektra vnímat (delfíni, psi, netopýři). Vlnová délka ultrazvuku je menší než vlnová délka zvukového vlnění, proto je ultrazvuk méně ovlivněn ohybem. Výrazný je jeho odraz od překážek a je méně pohlcován kapalinami a pevnými látkami. [32] Infrazvuk - je zvuk o tak nízkém kmitočtu, že ho lidské ucho není schopné zaznamenat. Přesná hranice mezi slyšitelným zvukem a infrazvukem neexistuje, ale udává se mezi 16 až 20 Hz. Spodní hranice se udává mezi 0,001 a 0,2 Hz. Je známo, že velryby, sloni, hroši, nosorožci, okapi a aligátoři používají infrazvuk k dorozumívání. [32] 4

Úvod Práh slyšení je nejnižší hladina akustického tlaku určitého zvuku, jenž může vyvolat sluchový pocit (pro 1000 Hz je normální práh slyšení přibližně 0 db). [15] Práh bolesti je nejnižší hladina akustického tlaku určitého zvuku, jenž může vyvolat pocit bolesti (pro 1000 Hz je normální práh bolesti přibližně 130 db). [15] Slyšitelné kmitočty u zdravého mladého člověka začínají na (16 20) Hz a končí mezi (16 000 20 000) Hz. S přibývajícím věkem se rychle zhoršuje slyšitelnost v oblasti vysokých frekvencí. Vysokou citlivost vykazuje sluch v oblasti středních frekvencí, cca mezi (500 5000) Hz. Mezi (500 2000) Hz se nacházejí kmitočty, které jsou důležité pro slyšení řeči. Směrem k nízkým frekvencím se citlivost sluchu výrazně snižuje. Nejnižší slyšitelné tóny musí mít o (60 70) db větší intenzitu, aby byly vnímány stejně hlasitě jako tón 1000 Hz. Z této vlastnosti sluchu vychází váhový filtr A, který obsahuje pro jednotlivá frekvenční pásma mezinárodně normované váhové korekce. Hodnoty, měřené s použitím váhového filtru A odpovídají sluchovému vjemu člověka, vyjadřují hlasitost zvuku a naměřené veličiny se nazývají hladiny akustického tlaku L pa [db] [14]. Blíže se k váhovým filtrům věnuji v kapitole 2.2. 1.2 PRONÁSLEDOVÁNI HLUKEM VE DNE V NOCI V rámci prováděných měření in situ jsem shromažďovala informace o subjektivním hodnocení akustické pohody v interiéru obytných staveb. Na základě vyhodnocení takto získaných informací si uživatelé bytů především stěžují na hluk: ze sousedství způsobený uživateli sousedních bytů hluk, způsobený pohybem osob (především dětí) v sousedních bytech a komunikačních prostorech subjektivně natolik rušivý, že uživateli bytů byl hodnocen jako neúnosný; hlasové projevy sousedů, např. velice častým problémem je nedostatečná vzduchová neprůzvučnost stěny, oddělující ložnici jednoho bytu a dětský pokoj druhého bytu; 5

Úvod hluk ze sousedství způsobený technickým vybavením bytu např. tekoucí voda v koupelně, splachování, apod. Např. uživatel bytu rozpozná, kdo právě využívá a jakým způsobem toaletu u sousedů, což má za důsledek, že sousedé raději využívají toaletu v práci. Výše uvedené typy zdrojů hluku mají značný psychický dopad na jednotlivé uživatele objektu a jejich naprostou ztrátu soukromí. Dále jsou uživatelé bytu rušeni hlukem: z okolních provozoven (hudba, řeč, VZT); z městské dopravy (železniční a silniční), ale ve většině případů potvrzují, že na daný typ zdroje hluku je možné si zvyknout a přestat ho vnímat rušivě; ze značně specifického zdroje hluku kostelní zvony. 6

SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY Základy fyzikální akustiky Požadavky a legislativa v oblasti akustiky Akustický analyzátor, váhové filtry Trendy ve stavebnictví Možnosti zjišťování zvukoizolačních vlastností dělících konstrukcí 7

Současný stav řešené problematiky 2 SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY 2.1 ZÁKLADY FYZIKÁLNÍ AKUSTIKY 2.1.1 Zvukové pole a stavební konstrukce Zvukové vlny můžeme označit jako zvláštní případ obecné třídy vln, známých jako elastické vlny. Tyto elastické vlny se mohou vyskytnout v hmotných a pružných prostředích. Pružnost prostředí způsobuje, že částice vychýlené ze své klidové polohy je vrácena zpět do této polohy podobně, jako je tomu u pružin. Pružná vazba mezi molekulami a jejich setrvačná hmota způsobují, že pohyb každé následující je o určitý nepatrný čas zpožděný neboli fázově posunutý proti předcházející. V důsledku toho pak např. okamžik maximálního vychýlení nenastává v celém prostředí současně, ale šíří se od místa vzniku. Zvuk se šíří vzduchem v podobě tzv. podélného vlnění, při kterém jednotlivé částice prostředí (molekuly vzduchu) kmitají ve směru jeho šíření a vytvářejí místa zhušťování a zřeďování prostředí. Za zvuk tedy můžeme označit tlakové změny ve vzduchu v podobě podélného vlnění. Tyto nepatrné tlakové změny šířící se vzduchem mohou být vybuzeny jiným prostředím, než ve kterém vznikly. V případě, že zvuková vlna tvořená kmitáním jednotlivých částic vzduchu dopadá na hmotný prvek, dochází vlivem zvukové energie k jeho rozkmitání a vzniku nového zdroje. V tuhých tělesech se setkáváme s ohybovým vlněním, které vzniká kombinací tlakových a smykových vln. Toto vlnění je spojeno s velkými příčnými posuvy, které se velmi těsnou vazbou mohou přenášet do okolního prostředí. Šíření zvuku stavebními konstrukcemi lze označit za všeobecně složitý jev. Kmitání se na povrchu konstrukce nešíří konstantní rychlostí. Rozložení rychlostí kmitání je často velice rozdílné díky různorodosti povrchových struktur a zejména rozdílnému působení vnitřních budících sil, které působí v různých směrech. Abychom byli schopni vektorově znázornit akustické pole, musíme zkoumat blízké akustické pole ve vzdálenosti od kmitající konstrukce. Vytvoření akustického pole na základě vibrací povrchů konstrukcí je značně složité, protože vzniklé vlny okamžitě interferují s dalšími vlnami, které generují ostatní časti konstrukce na jiných kmitočtech. [17] 8

Současný stav řešené problematiky Dále je nutné zjišťovat, jakým způsobem dochází k šíření akustické energie v konstrukci mezi zdrojem hluku a chráněnou místností. Podstatnou úlohu zde hraje typ zdroje hluku viz. obr. 2.1. Z obrázku 2.2 je patrné, že šíření zvuku mezi zdrojem a chráněnou místností zprostředkovávají i boční přenosové cesty. P Z P P K1 K1 K1 Šíření akustické energie vzduchem Vybuzením dělící konstrukce Kmitáním dělící stěny Obr. 2.1 Způsoby šíření akustické energie [12] Z zdroj hluku P přijímač W 1 akustický výkon dopadající na zkoušený dělící prvek [W] W 2 + W 3 celkový akustický výkon přenesený do přijímací místnosti [W] W 3 akustický výkon přenesený bočními konstrukcemi nebo jinými cestami [W] akustický výkon přenesený dělícím prvkem [W] W 2 Obr. 2.2 Cesty šíření akustické energie konstrukcí V tuhých tělesech dochází k šíření zvuku převážně podélným vlněním. Toto podélné vlnění dává vzniknout místům se zhuštěným a zředěným prostředím, aniž by těleso samo vykonávalo kmity na rozdíl od ohybového kmitání desek, při němž dochází k vyzařování zvukové energie. Útlum zvukové energie pak nastává v důsledku odporu, kladenému třením hmotných částic tuhé hmoty. Mechanické impulsy (vybuzené normalizovaným zdrojem kročejového zvuku, který je v přímém kontaktu s konstrukcí) budí v konstrukci ohybové vlny, které se šíří různými rychlostmi z místa vzniku a uvádějí konstrukci do difúzního chvění. Výsledkem je konstrukcí vyzařovaný kročejový zvuk v chráněném prostoru, který náleží do oblasti chvění (od 20 Hz výše). 9

Současný stav řešené problematiky Největšího útlumu dosáhneme v případě přechodu zvuku z jednoho prostředí do druhého s rozdílnými vlnovými odpory. Této vlastnosti je využíváno např. pro zvýšení neprůzvučnosti stropních konstrukcí pomocí plovoucích podlah, jejichž roznášecí horní deska (beton, anhydrit, systémové montované desky) je pružně oddělena od konstrukce stropu, svislých stěn i prostupů instalací. V případě těžké plovoucí podlahy vznikne elastická soustava složená z hmoty (roznášecí deska) o hmotnosti m [kg] a pružiny (tlumící podložky) o dynamické tuhosti s [MN.m -2 ]. Tlumící podložky do podlah jsou především charakterizovány svoji dynamickou tuhostí s [MN.m -2 ] a pružností ε [%]. Plovoucí podlaha je vždy složena z tlumící podložky uložené na nosné konstrukci stropu, roznášecí vrstvy a dále z nášlapné vrstvy => nelze proto chápat jako plovoucí podlahu např. velmi oblíbenou laminátovou podlahu, položenou pouze na tlumící podložce typu Miralon tloušťky v rozmezí (1 3) mm, v obchodech velmi často uváděnou jako plovoucí podlaha. Hlavní zásadou při ochraně proti kročejovému zvuku je střídání vrstev se setrvačným a pružným odporem proti rozkmitání. Tedy vrstev akusticky tvrdých (f k < 3150 Hz) a akusticky měkkých (f k > 3150 Hz), což plně splňují plovoucí podlahy. Rozhodujícím parametrem u těchto podlah je především dynamická tuhost s [MN.m -2 ] pružné podložky, která souvisí s její tloušťkou v nezatíženém stavu. Útlum podélných zvukových vln [db] můžeme u dvou rozdílných materiálů vyjádřit vztahem [17] h2 E = 20 log λ E 1 1 2 + 10 [db] (2.1) kde E 1 a E 2 jsou moduly pružnosti konstrukce a vložky [N.m -2 ], vlnový odpor z 2 << z 1, h 2 λ 1 je tloušťka vložky [m], největší délka podélné vlny je větší než délka konstrukce [m], tloušťka izolační vložky h 2 < λ 1 /6. E 1 E 2 h2 E 1 Obr. 2.3 Omezení zvuku šířícího se tuhou hmotou vložením tlumící vložky do skladby podlahy [12] h1 10

Současný stav řešené problematiky 2.1.2 Šíření zvukových vln ve stavebních konstrukcích Problematiku přenosu a vyzařování zvukových vln v tuhých tělesech a konstrukcích uvádí podrobně ve své práci Leo L. Beranek [13]. V elastickém prostředí se šíří dva druhy zvukových vln: tlakové a smykové. Nejdůležitějšími vlnami v tuhých tělesech jsou vlny ohybové, vznikající jejich kombinací. Ohybové vlny se snadno vybudí zvukovými vlnami a snadno se vyzařují z tuhých těles. Chvění zdroje může vyvolat ohybové vlny v podlaze (nebo stěnách) a tyto vlny po cestě podlahou nebo stěnami vybudí vlny ve vzduchu. Leo L. Beranek [13] uvažuje za dělící stěnu konstrukci ležící mezi prostorem se zdrojem zvuku a prostorem s přijímačem. Jedná se o desku na svých okrajích vetknutou, takže by jak její posuv, tak sklon byly omezeny na nulu. Obr. 2.4 Rozdělení vlastností panelu do tří kmitočtových oblastí: (I) oblast závislosti na tuhosti a rezonanci, (II) oblast závislosti na hmotě, (III) oblast závislosti na vlnové koincidenci [13]. 11

Současný stav řešené problematiky Pod nejnižším rezonančním kmitočtem se pohyb desky řídí pouze její tuhostí. To znamená, že její hmota a tlumení nejsou důležité. Nad prvními několika rezonančními kmitočty je hmota velmi důležitá. Neznamená to ale, že při všech kmitočtech vyšších než nejnižší rezonanční rozhoduje hmota. Rovnice 2 2 n n x y fn + xn y = 0,45 cl h [Hz] [13] l x l y (2.2) kde fn x n y je vlastní kmitočet [Hz], přičemž n x a n y jsou libovolné celé hodnoty, c L rychlost podélné vlny [m.s -1 ], h tloušťka desky [m], l x, l y jsou příčné rozměry [m]. Oblast řízená hmotou se může rozprostírat v intervalu od dvojnásobku až trojnásobku rezonančního kmitotu až ke kritickému kmitočtu. Kritickým kmitočtem f k rozumíme kmitočet, při němž se vlnová délka λ 0 ohybové vlny v desce rovná vlnové délce λ zvuku, vyzařovaného do druhého prostředí. Nad kritickým kmitočtem velmi silně vzrůstá význam tuhosti desky. Kritický kmitočet je také definován jako nejnižší kmitočet, při němž dochází k vlnové koincidenci, tj. je to kmitočet, při němž λ = λ 0 nebo c 0 = c. Jinými slovy, kritický kmitočet je nejnižší možný koincidenční kmitočet a nastává v případě tečného dopadu zvuku, tj. pro Φ = 90º. Pro vlnovou délku ohybové vlny v desce platí rovnice [13]: c0 1,8 h c L λ 0 = = [m] (2.3) f f kde c c L L E = ρ p 1 2 [m.s -1 ] (2.4) kde c L je rychlost podélných vln (v tyči) [m.s -1 ], c L rychlost podélných vln (v desce) [m.s -1 ], c 0 rychlost šíření zvuku [m.s -1 ], E modul pružnosti [N.m -2 ], ρ p měrná hmotnost materiálu desky [kg.m -3 ], λ 0 λ vlnová délka ohybové vlny [m], vlnová délka ve vzduchu [m]. 12

Současný stav řešené problematiky Pro c = c 0 vyplývá ze vztahu (2.3) kritický kmitočet f k 2 c = 1,8 h c L 2 c 1.8 h kde c je rychlost šíření zvuku [m.s -1 ], h tloušťka desky [m]. ρ p E [Hz] (2.5) Rovnice platí přesně jen tehdy, je-li vlnová délka ohybové vlny asi šestkrát větší než tloušťka h desky, tj. λ 0 > 6h. Nad kritickým kmitočtem může být vlnová délka ohybové vlny v desce λ 0 rovna vlnové délce ve vzduchu λ, takže vznikne těsná vazba mezi vzduchem a deskou. Tuto podmínku rovnosti vlnových délek v desce a ve vzduchu nazýváme vlnová koincidence. Dopadá-li zvuková vlna ve vzduchu na desku při takovém kmitočtu a úhlu dopadu, způsobující koincidenci, dochází ke kmitání desky, jako by byla v rezonanci. Obr. 2.5 Vlnová koincidence [13] K obr. 2.5: Vlnová délka ohybové vlny v panelu je λ 0. Zvuková vlna ve vzduchu, λ s délkou λ dopadá na panel pod úhlem Φ. Je-li = λ0, blíží se intenzita přenesené vlny sin Φ intenzitě dopadající vlny. Kmitočet, pro nějž platí λ = λ 0, se nazývá kritický. 13

Současný stav řešené problematiky Za těchto podmínek deska kmitá s amplitudou téměř rovnou amplitudě vzduchových částic dopadající vlny. Deska pak vyzařuje dopadající vlnu s téměř stejnou amplitudou a pod úhlem Φ. Jinými slovy, deska vyzařuje zvukovou vlnu (procházející) s téměř stejnou intenzitou, jakou má vlna budící (dopadající). Stupeň neprůzvučnosti je tedy při tomto kmitočtu a úhlu dopadu malý. Podmínka vlnové koincidence je λ sin Φ = dle [13] (2.6) λ 0 Chování tuhého panelu vzhledem ke skutečnosti, že u tuhého panelu dochází k vlnovému pohybu také ve stěně, je nutné uvažovat ohybovou tuhost panelu. Dle Cremera je impedance stěny Z 12 c Φ + j ω M 2 2 3 4 2 2 η cl M s h ω sin c L M s h T = 4 s 4 12 c 3 ω sin kde M s je hmota na jednotkovou plochu [kg.m -2 ], ω = 2 π f, ω úhlový kmitočet [rad.s -1 ] c rychlost šíření zvuku [m.s -1 ], Ф úhel dopadající zvukové vlny ze vzduchu [º], η činitel tlumení [-] v komplexním modulu pružnosti daném rovnicí: ( + η ) E = E 1 j, kde j = 1. 4 Φ [kg.m -2.s -1 ] (2.7) 2 3 η cl M s h ω sin První člen v rovnici (2.7) ( 4 12 c 2 4 Φ )odpovídá tlumení, protože obsahuje η a protože obsahuje reálnou část impedance. Má na něj vliv také tuhost panelu. 2 3 cl M s h ω sin Druhý člen ( ω Ms) je určen pouze plošnou hmotností. Třetí člen ( 4 12 c obsahuje hlavní informaci o tuhosti. 2 4 Φ ) 14

Současný stav řešené problematiky Nespojitosti konstrukcí U ohybových vln dochází k útlumu, šíří-li se ohybem nebo rohem konstrukce. Při šíření tuhým rohem konstrukce je útlum ohybové vlny asi (3 5) db. S vrstvou pryže tloušťky asi 3 mm vloženou do rohu podle obr. 2.6 se dosahuje útlumu asi 20 db, s vrstvou pryže 5 mm asi 25 db a s vrstvou 30 mm asi 35 db. Při použití kloubu je útlum asi 12 db. [13] Obr. 2.6 Znázornění přenosu ohybovými vlnami kolem rohu 90º u tří typů konstrukce: a) tuhý styčník, b) kloubový styčník, c) pružný styčník [13] Akustické můstky Akustickým můstkem se může např. stát tyč přenášející tlakové vlny a budící tak ohybové vlny ve vyzařující stěně. Vliv takové spojky nebo můstku analyzoval ve své práci L. Cremer. Zkoumal zvláštní případ betonové desky tloušťky 38 mm, uložené ve vzdálenosti 10 mm nad betonovou deskou tloušťky 114 mm. Zjistil, že akustický můstek představovaný tyčí o průřezu (13 40) mm 2 zvětšuje přenos kročejového zvuku o (10 30) db proti stavu bez můstku. Zděné dvojité příčky bývají často z konstrukčních důvodů spojovány pružnými kovovými kotvami. Škodlivý vliv těchto kotev není velký, jsou-li příčky velmi těžké. Použijíli se však ke spojení dvou ohybově měkkých panelů, mohou značně snížit stupeň neprůzvučnosti dvojité stěny. 15

Současný stav řešené problematiky Proto, abychom dosáhli požadované neprůzvučnosti, se musíme ubírat tímto směrem [13]: vhodně volit kritický kmitočet, tj. obvykle hodně vysoký; stěny dělat z několika tenkých desek, pokud možno s pórovitým zvukově pohltivým materiálem mezi deskami; v konstrukcích navrhovat nespojitosti; navrhnout optimální tlumení; zvolit speciální konstrukce, u nichž rychlost ohybové vlny nestoupá s kmitočtem. Kročejová neprůzvučnost Šíří-li se strukturální zvuk stavební konstrukcí, závisí jeho útlum na rezonančních vlastnostech kmitající soustavy dělící konstrukce a na rozdílném vlnovém odporu použitých materiálů. U horizontálních stavebních dělících konstrukcí bývají zvukově izolačním médiem měkké a pružné materiály, které jsou schopny konstrukci nést a mají přitom tlumící účinek. Roznášecí tuhá část podlahy je uložena na poddajné podložce, jejíž zvukově izolační vlastnosti je možno rozdělit na složku vyjádřenou dynamickou tuhostí a složku vyjádřenou ztrátovým činitelem. Pro posouzení kvality zvukově izolační podložky s ohledem na trvalost zvukově izolačního efektu je nutno sledovat také její statické relaxační vlastnosti: pružnost a stlačitelnost [1]. Touto problematikou se ve své práci podrobně zabýval Doc. Ing. Ján Fehér, CSc. [35]. Rozhodujícím parametrem pro velikost izolačního účinku pružných (plovoucích) a polopružných podlah je dynamická tuhost s [MPam -1 ] zvukoizolační podložky. Rozlišujeme tři základní typy podložek: Typ podložky Pružnost ε % při zatížení 2 kpa pružná ε 90 % polopružná 50 % ε < 90 % nepružná ε < 50 % Tab. 2.1 Typy podložek dle pružnosti [1] 16

Současný stav řešené problematiky Ed s = [MPa.m -1 ] [35] (2.8) d kde Ed je dynamický modul pružnosti [Pa], d je tloušťka v zabudovaném stavu [m]. q d = d0 1 [m] [35] (2.9) E kde d 0 je tloušťka zvukoizolační podložky před zabudováním (v nezatíženém stavu) [m], q tlak na zvukoizolační podložku od zatížení [Pa], E modul pružnosti látky zvukoizolační podložky [N.m -2 ]. Izolační účinek podlahy bude o to větší, čím menší je dynamická tuhost s zvukoizolační podložky. Dynamická tuhost se skládá ze dvou složek a to: z dynamické tuhosti kostry s k (tj. vlákna, zrna, apod.) [MPa.m -1 ]; z dynamické tuhosti vzduchu obsaženého ve zvukoizolační podložce s v [MPa.m -1 ]. s = s + s [MPa.m -1 ] [35] (2.10) k v Zvukoizolační podložky rozdělujeme podle jejich dynamické tuhosti na tři kategorie následující: Kategorie podložky Dynamická tuhost s [MPa.m -1 ] I. kategorie s 30 II. kategorie 30 < s 200 III. kategorie s > 200 Tab. 2.2 Typy podložek dle dynamické tuhosti [1] Postup při určování izolačního účinku pružné (plovoucí) nebo polopružné podlahy je Použitím zvukoizolační podložky rozčleníme horizontální dělící konstrukci na tři části: 1. část podlahy nad zvukoizolační podložkou (roznášecí a nášlapná vrstva) s plošnou hmotností m 1 [kg.m -2 ]; 2. zvukoizolační podložku s dynamickou tuhostí s [MPa.m -1 ]; 3. nosnou stropní konstrukci s plošnou hmotností m 2 [kg.m -2 ]. 17

Současný stav řešené problematiky Vlastní (rezonanční) kmitočet podlahy na zvukoizolační podložce je dle [7]: f 0 s = 160 [Hz] (2.11) m 1 kde s je dynamická tuhost na jednotku plochy v [MPa.m -1 ], m 1 plošná hmotnost plovoucí podlahy [kg.m -2 ]. Izolační účinek podlahy ΔL se určuje jinak pro nízké kmitočty a jinak pro vyšší kmitočty. Hranicí mezi nízkými a vyššími kmitočty stanovuje přibližně hraničný kmitočet f h, určený dle [35] f h m 1 f0 [Hz] (2.12) m2 µ = m m 2 1 Pro nízké kmitočty f < f h se izolační účinek podlahy určuje podle vztahu [35] + = µ 2 1 µ + ν ν 1 2 2 L 10 log 2 [db] (2.13) µ µ kde f ν =, což je znázorněno v grafu 2.1. f 0 Graf 2.1 Graf pro určování ΔL podle vztahu (2.13) [35] 18

Současný stav řešené problematiky Teorie zvukové izolace kročejového zvuku vede ke vztahu 2.14, který se vztahuje k nekonečným deskám. Experimentální výsledky však ukazují, že pro praktické situace poskytuje tento vztah výsledky s bezpečnou rezervou [7]. f L = 40 lg [Hz] [7] (2.14) f 0 Z uvedeného postupu vyplývá, že se snižující se dynamickou tuhostí s a zvyšující se plošnou hmotností m 1 se zvyšuje zvukoizolační účinek podlahy na pružné podložce. 2.2 POŽADAVKY A LEGISLATIVA V OBLASTI AKUSTIKY Jako kritérium pro hodnocení zvukoizolačních vlastností stavebních konstrukcí v budovách byla do praxe zavedena z hlediska vzduchové neprůzvučnosti jednočíselná veličina vážená stavební neprůzvučnost R w [db], vážená laboratorní neprůzvučnost R w [db], a vážený normalizovaný rozdíl hladin D nt,w [db]. Z hlediska kročejové neprůzvučnosti je touto veličinou vážená normalizovaná hladina akustického tlaku kročejového zvuku L n,w [db], L n,w [db] pro místnosti se společnou plochou stropu se zkoušenou podlahou a vážená normalizovaná hladina akustického tlaku kročejového zvuku L nt,w [db] pro místnosti, kde zkoušená podlaha není součástí společného stropu. Mimo jiné se při vyhodnocování vzduchové a kročejové neprůzvučnosti přistupuje k využití takzvaných faktorů přizpůsobení spektru C, C tr, C I a měření v rozšířeném kmitočtovém rozsahu (50 5000) Hz. Měřením v budovách, tzn. v reálných podmínkách, se získávají jednočíselné hodnoty nutné pro posouzení stavebních konstrukcí, a to dle následujících norem: Měření v třetinooktávových pásmech : ČSN EN ISO 140 4: 2000 Akustika Měření zvukové izolace stavebních konstrukcí a v budovách Část 4: Měření vzduchové neprůzvučnosti mezi místnostmi v budovách [2] 19

Současný stav řešené problematiky ČSN EN ISO 140 7: 2000 Akustika Měření zvukové izolace stavebních konstrukcí a v budovách Část 7: Měření kročejové neprůzvučnosti stropních konstrukcí v budovách [3] Související norma ČSN EN ISO 3382 2: 2009 Akustika Měření parametrů prostorové akustiky Část 2: Doba dozvuku v běžných prostorech [8]. Pro určení hodnot jednočíselných veličin: ČSN EN ISO 717 1/ZA1: 1998, 2007 Akustika Hodnocení zvukové izolace stavebních konstrukcí a v budovách Část 1: Vzduchová neprůzvučnost [4] ČSN EN ISO 717 2/ZA1: 1998, 2007 Akustika Hodnocení zvukové izolace stavebních konstrukcí a v budovách Část 2: Kročejová neprůzvučnost [5] 2.2.1 Požadavky v ČR 1) Požadavky na zvukovou izolaci dělících stavebních konstrukcí stanovuje česká technická norma ČSN 73 0532: 2010 Akustika Ochrana proti hluku v budovách a posuzování akustických vlastností stavebních výrobků Požadavky, Únor 2010 [1]. Posuzování vzduchové neprůzvučnosti mezi místnostmi dle [1]: vážená stavební neprůzvučnosti R w a vážený normalizovaný rozdíl hladin D nt,w - pro stěny a stropy, určená vážením podle ČSN EN ISO 717 1/ZA1: 1998, 2007 [4] z třetinooktávových hodnot veličin, změřených podle ČSN EN ISO 140 4: 2000 [2], nesmí být nižší než hodnoty požadované dle ČSN 73 0532: 2010 [1]. Konstrukce stropů a stěn mezi místnostmi v budovách musí vyhovovat minimálním požadovaným hodnotám R w, D nt,w (viz. tab. 2.3); vážená normalizovaná hladina akustického tlaku kročejového zvuku L n, w, L nt, w - určená vážením podle ČSN EN ISO 717 2/ZA1: 1998, 2007 [5] z třetinooktávových hodnot veličin, změřených podle ČSN EN ISO 140 7: 2000 [3], nesmí být vyšší než požadované hodnoty dle ČSN 73 0532: 2010 [1] (viz. tab. 2.3). 20

Současný stav řešené problematiky Tab. 2.3 Požadavky na zvukovou izolaci mezi místnostmi v budovách [1] Vysvětlivka 1): Požadavek se vztahuje pouze na starou, zejména panelovou výstavbu, pokud neumožňuje dodatečná zvukově izolační opatření. Vysvětlivky 2) - 10) jsou popsány v [1] 21

Současný stav řešené problematiky Doporučení pro zvýšenou ochranu místností bytu před hlukem Tato norma uvádí také doporučené zvýšené požadavky a další opatření pro zlepšení protihlukové ochrany bytů. Tato doporučení mají charakter nadstandardního doporučení a mohou být uplatňovány pouze na základě dohodnutých smluvních podmínek. Dosažení požadovaných parametrů se doporučuje prokázat měřením. ČSN 73 0532: 2010 [1] zavádí způsob kategorizace bytů z hlediska zvýšené zvukové izolace ve formě tříd zvýšené zvukové izolace bytu (TZZI). Tab. 2.4 Zvýšené požadavky na zvukovou izolaci mezi místnostmi v budovách [1] Vysvětlivky jsou popsány v [1] 2) Požadavky na hygienické limity v chráněných vnitřních prostorách staveb stanovuje Nařízení vlády č. 272/2011 Sb. o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací [9]. Jedním z požadavků Nařízení vlády č. 272/2011 Sb. o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací [9] je hygienický limit pro maximální hladinu akustického tlaku A L Amax (db), stanovenou pro hluky šířící se ze zdrojů uvnitř objektu součtem základní maximální hladiny akustického tlaku A L Amax = 40 db a korekcí 22

Současný stav řešené problematiky přihlížejících ke druhu chráněného vnitřního prostoru a denní a noční době podle přílohy č. 2 k Nařízení vlády. Pro obytné místnosti je korekce pro denní dobu (6:00 22:00 hod.) rovna 0 db a pro noční dobu (22:00 6:00 hod.) rovna 10 db. Tomu odpovídají nejvyšší přípustné hodnoty L Amax = 40 db pro denní dobu a L Amax = 30 db pro noční dobu. Obsahuje-li hluk tónové složky nebo má-li výrazný informační charakter, přičítá se další korekce 5 db. Tomu odpovídají nejvyšší přípustné hodnoty L Amax = 35 db pro denní dobu a L Amax = 25 db pro noční dobu. Hluk s tónovými složkami: je hluk, v jehož kmitočtovém spektru je hladina akustického tlaku v třetinooktávovém pásmu, případně i ve dvou bezprostředně sousedících třetinooktávových pásmech, o více než 5 db vyšší než hladiny akustického tlaku v obou sousedních třetinooktávových pásmech a v pásmu kmitočtu 10 Hz až 160 Hz je ekvivalentní hladina akustického tlaku v tomto třetinooktávovém pásmu L eq,t vyšší než hladina prahu slyšení stanovená pro toto kmitočtové pásmo podle tabulky 2.5. Hlukem s tónovými složkami je vždy hudba nebo zpěv [9]. f t [Hz] 10 12,5 16 20 25 31,5 40 50 63 80 100 125 160 L ps [db] 92 87 83 74 64 56 49 43 42 40 38 36 34 Tab. 2.5 Hladina prahu slyšení [9] Nařízení vlády č. 272/2011 Sb. se nevztahuje na sousedský hluk. Sousedský hluk je hluk působený hlasovými projevy lidí a zvířat a činnostmi spojenými s běžným užíváním bytu, bytového domu, rodinného domu, stavby pro rodinnou rekreaci a pozemků k nim náležících [9]. Dle [9] za hluk z běžného užívání bytu (tzv. sousedský, resp. náhodný hluk), lze považovat hluk působený mimo jiné i přemisťováním osob, manipulací s předměty, hlasovými projevy osob a zvířat apod. 23

Současný stav řešené problematiky 2.2.2 Současná legislativa ve vybraných státech Evropy Dům nebo byt je pravděpodobně největší životní investicí většiny občanů, ve kterém stráví mnoho času. Bohužel se setkáváme s nedostatkem objektivních informací o jeho akustických podmínkách. Akustický komfort je velice důležitý, ale jedná se o skrytou kvalitu, kterou lze těžko finančně vyčíslit. Proto je v řadě evropských zemích zavedená tzv. akustická klasifikace, jakožto nástroj pro specifikaci akustického klimatu. Země Označení třídy (1) CS reference (poslední vydání) BC ve spojení s CS BC odvolané na CS Komentář Třídy pro rek. objekty DK A / B / C / D DS 490 (2007) + třída C D FI A / B / C / D SFS 5907 (2004) (+) (třída C) BC ~ třída C D IS A / B / C / D IST 45 (2003) ( -) žádný (3) D NO A / B / C / D NS 8175 (2008) + třída C D SE A / B / C / D SS 25267 (2004) + třída C D LT A / B / C / D / E STR 2.01.07 (2003) + třída C D,E NL I / II / III / IV / V NEN 1070 (1999) - žádný BC ~ třída III IV,V DE III / II / I VDI 4100 (2007) - žádný BC ~ třída I žádný FR QLAC / QL (2) Qualitel (2008) žádný (4) žádný Zkratky: BC = stavební předpisy (building code) CS = klasifikační schéma (classification scheme) (1) Třídy jsou označovány v sestupném pořadí, to znamená nejlepší je ta první. (2) Označení tříd bylo aplikováno pro vzduchovou neprůzvučnost mezi místnostmi v budovách, ale zde je pouze jedna prováděcí třída pro vzduchovou neprůzvučnost fasády. (3) Pro vzduchovou neprůzvučnost mezi místnostmi v budovách, BC doporučuje limitní hodnotu jako třídu C, přestože požadavky v BC jsou nižší než třída C. (4) Třída / označení QL (class/label) pro vzduchovou neprůzvučnost mezi místnostmi v budovách je stejná jako BC požadavek. Pro kročejovou neprůzvučnost, QL je o 3 db přísnější než BC. Tab. 2.6 Přehled Evropských schémat pro klasifikaci bytů [19] V ČR žádná akustická klasifikace bytů není. V případě dohody smluvních stran lze byty zařadit do kategorizace bytů z hlediska zvýšené zvukové izolace (TZZI). 24

Současný stav řešené problematiky V tabulce 2.7 je uveden příklad rozdělení a specifikace akustických tříd podle DS 490: 2007 (Dánsko). Akustické třídy popisující akustické podmínky v budovách Vyhodnocení obyvatel Třída Charakteristiky podle DS 490 Dobrý / Přehled vycházející z informací v DS 490 velmi dobrý Špatný Výborné akustické podmínky A Akustická třída odpovídá obzvláště dobrému akustickému klimatu, kde jsou > 90% uživatelé rušeni zvukem nebo hlukem pouze výjimečně. B Značně lepší akustické podmínky v porovnání s minimálními požadavky pro budovy podle stavebních řádů dané pro třídu C 70% - 85% < 10% Obyvatelé můžou být vyrušováni zvukem nebo hlukem pouze občas. C Akustická třída určená jako minimální požadovaná pro nové budovy Méně než 20% obyvatel očekávají, že budou vyrušováni zvukem nebo hlukem. 50% - 65% < 20% D Akustická třída pro starší budovy s méně vyhovujícími akustickými 25% - podmínkami 30% - 45% 40% Určená pro např. rekonstruované budovy. Není určená pro nové budovy. Poznámka: V rámci každé akustické třídy se procenta spokojených nebo nespokojených obyvatel mohou nepatrně lišit mezi jednotlivými akustickými kritérii. Seskupení je hlavně založeno na subjektivním ohodnocení vzduchové a kročejové neprůzvučnosti mezi budovami. Detailně popsáno v DS 490. Tab. 2.7 Očekávaná spokojenost obyvatel pro rozdílné akustické třídy podle DS 490: 2007 [19] V grafu 2.2 je uvedená korelace hodnot kročejové neprůzvučnosti včetně faktoru přizpůsobení spektru v rozšířeném kmitočtovém rozsahu L n,w + C I,50-2500 se subjektivním ohodnocením, která byla vytvořena ve Švédsku. Subjektivní vyhodnocení probíhalo formou dotazníku. Nájemníci různých bytů různých pater dostaly dotazníky s otázkami týkajícími se akustické pohody ve svých bytech. Minimální doba na zvážení odpovědí byla rok, poté mohli dotazník vyplnit. Hodnota S = 4.4 byla stanovena jako minimální hodnota uspokojivosti obyvatel, získaná ze subjektivního vnímaní. Mohla by být do budoucna přijata jako limit přijatelnosti pro stavební předpisy. V případě dosazení hodnot 4,4, 5,4 a 6,4 do rovnice lineární regresní analýzy (2.15) získáme požadované hodnoty pro jednotlivé akustické třídy. Pro akustickou třídu A je požadovaná hodnota L n,w + C I,50-2500 = 48 db. Pro akustickou třídu B je požadovaná hodnota L n,w + C I,50-2500 = 52 db. Pro akustickou třídu C je požadovaná hodnota L n,w + C I,50-2500 = 56 db. 25

Současný stav řešené problematiky Hodnota L nw + CI,50-2500 56 db minimální požadovaná hodnota = třída C 52 db pro akustickou třídu představující vyšší akustickou pohodu = třída B 48 db pro akustickou třídu představující výborné akustické vlastnosti = třída A Docela neuspokojivý Stupnice subjektivního ohodnocení Docela uspokojivý Graf 2.2 Vyhodnocení požadavků kročejové neprůzvučnosti ve Švédsku dle Klas G. Hagberga [18], [20] Podstatná skutečnost je, že hodnoty neprůzvučnosti se uvádějí se započítáním faktoru přizpůsobení spektru. Rovnice lineární regresní analýzy pro L n,w + C I,50-2500 je dle [18]: L n,w + C I,50-2500 = 74,40 4,17 S [r = 84%, n = 22] (2.15) Rovnice lineární regresní analýzy pro L n,w je: L n,w = 73,35 4,58 S [r = 74%, n = 22] (2.16) Rovnice lineární regresní analýzy pro L n,w + C I je: L n,w + C I = 73,31 4,22 S [r = 79%, n = 22] (2.17) kde S = 4,4. 4,4 je hodnota vybraná ze sedmistupňové škály bodů vyhodnocená obyvateli. 26

Současný stav řešené problematiky Přehled a srovnání požadavků 24 států Evropy na vzduchovou a kročejovou neprůzvučnost z roku 2008. Graf 2.3 Přehled požadavků 24 států Evropy na zvukovou izolaci mezi místnostmi v budovách vzduchová neprůzvučnost [19] Graf 2.4 Přehled požadavků 24 států Evropy na zvukovou izolaci mezi místnostmi v budovách kročejová neprůzvučnost [19] Co se týče vzduchové neprůzvučnosti, požadavky jsou daleko vyrovnanější než požadavky na kročejovou neprůzvučnost. Limitní hodnoty pro vzduchovou neprůzvučnost se pohybují pro obytné budovy od 50 db do 55 db a pro řadové rodinné domy od 50 db do 60 db. Co se týče limitních hodnot pro kročejovou neprůzvučnost, pro obytné budovy se pohybují v rozmezí od 47 db do 64 db a pro řadové rodinné domy od 42 db do 64 db. 27

Současný stav řešené problematiky V Nordických zemích je tendence o změnu vyhodnocovací normy ČSN EN ISO 717 2/ZA1: 1998, 2007. Jedná se především o změnu tvaru směrné křivky a dále o pravidlo pro součet nepříznivé odchylky. Dále se uvažuje s vyhodnocením v závislosti na velikosti přijímací místnosti a době dozvuku. Průběhy vyvíjených směrných křivek jsou uvedeny v grafech 2.5 2.10 [20]. Graf 2.5 Směrná křivka dle ČSN EN ISO 717-2 [20] Graf 2.6 Směrná křivka dle Göseleho [20] 28

Současný stav řešené problematiky Graf 2.7 Směrná křivka dle Fasolda (1965) [20] Graf 2.8 Směrná křivka dle Dutch metod [20] Graf 2.9 Směrná křivka dle Bodlunda (1985) [20] 29

Současný stav řešené problematiky Graf 2.10 Směrná křivka dle Hagberga (2009) [20] 30

Současný stav řešené problematiky 2.3 AKUSTICKÝ ANALYZÁTOR, VÁHOVÉ FILTRY Při akustických měřeních se setkáváme s proměnnými zvukovými poli. Pro jejich hodnocení se využívá ekvivalentní hladina akustického tlaku L eq,t. Jedná se o takovou stálou hladinu zvolené veličiny (obvykle tlaku nebo intenzity), která má stejný účinek jako hodnocený proměnný hluk, za shodný časový interval. Z fyziologického hlediska tuto hodnotu nejlépe vyjadřuje energetická střední hodnota, která je pro akustický tlak definovaná vztahem dle [33]: L eq, T ( t) T 2 1 p = 10 log dt [db] (2.18) 2 T 0 p0 kde T je doba trvání proměnného zvuku [s]. Ekvivalentní hladina akustického tlaku L eq,t je základní veličina, kterou měří akustický analyzátor. Jedno z možných klasických schémat zvukoměru je zobrazeno na obrázku 2.7. Využívá se při většině akustických a vibračních měření. Nejdůležitějším rozšířením, které přinesla moderní digitální technika, je zabudovaný frekvenční analyzátor v reálném čase, který je v tomto schématu vyznačen jen jako sada filtrů. Obr. 2.7 Blokové schéma zvukoměru [33] 31

Současný stav řešené problematiky Váhové filtry Lidský sluch má všeobecně nestejnou citlivost pro různé kmitočty. Při vnímání zvuku tedy dochází ke zkreslení. Z tohoto důvodu se zavádí váhové filtry A, B a C, které jsou inverzní ke křivkám stejné hlasitosti při hladinách 40 db, 80 db a 120 db. Nejčastěji se používá váhový filtr typu A. U váhových filtrů jsou zavedeny tzv. korekce. Zvukoměry jsou běžně vybaveny některým z těchto filtrů. Ke každé skutečně změřené hladině zvuku přičte příslušnou korekci a přepočte hladinu zvuku tak, jak ji vnímá lidský sluch. V grafu 2.11 jsou uvedeny frekvenční závislosti korekcí filtrů A, B a C. V tab. 2.8 jsou uvedeny konkrétní hodnoty korekcí těchto filtrů v závislosti na střední frekvenci. 100,0 80,0 60,0 A B C Práh slyšení 40,0 Korekce Ki (db) 20,0 0,0-20,0 6,3 10 16 25 40 63 100 160 250 400 630 1k 1,6k 2,5k 4k 6,3k -40,0-60,0-80,0 f (Hz) Graf 2.11 Průběh váhových křivek filtrů typů A, B a C [16] 32

Současný stav řešené problematiky f [Hz] Filtr A [db] Filtr B [db] Filtr C [db] Hladiny prahu slyšení L PS [db] 6,3 8 10-70,4-38,2-14,3 92 12,5-63,4-33,2-11,2 87 16-56,7-28,5-8,5 82 20-50,5-24,2-6,2 74 25-44,7-20,4-4,4 64 31,5-39,4-17,1-3,0 56 40-34,6-14,2-2,0 49 50-30,2-11,6-1,3 43 63-26,2-9,3-0,8 42 80-22,5-7,4-0,5 40 100-19,1-5,6-0,3 38 125-16,1-4,2-0,2 36 160-13,4-3,0-0,1 34 200-10,9-2,0 0,0 250-8,6-1,3 0,0 315-6,6-0,8 0,0 400-4,8-0,5 0,0 500-3,2-0,3 0,0 630-1,9-0,1 0,0 800-0,8 0,0 0,0 1k 0,0 0,0 0,0 1,25k 0,6 0,0 0,0 1,6k 1,0 0,0-0,1 2k 1,2-0,1-0,2 2,5k 1,3-0,2-0,3 3,15k 1,2-0,4-0,5 4k 1,0-0,7-0,8 5k 0,5-1,2-1,1 6,3k -0,1-1,9-2,0 8k -1,1-2,9-3,0 10k -2,5-4,3-4,4 12,5k 16k 20k Tab. 2.8 Korekce K i váhových filtrů A, B, C + hladina prahu slyšení [16] Pro korekce K i [db] jednotlivých typů filtrů platí následující vztahy [33]: K K K A B C ( f ) ( f ) ( f ) A ( f ) ( 1000) R = 20 log (2.19) R A B ( f ) ( 1000) R = 20 log (2.20) R B C ( f ) ( 1000) R = 20 log (2.21) R C 33

Současný stav řešené problematiky 2 4 12200 f R A = (2.22) kde ( f ) ( f ) 2 2 2 2 2 2 2 2 ( f + 20,6 )( f + 12200 ) ( f + 107,7 )( f + 737,9 ) 2 3 12200 f R B = (2.23) ( f ) 2 2 2 2 2 2 ( f + 20,6 )( f + 12200 ) ( f + 158,5 ) 2 2 12200 f R C = (2.24) 2 2 2 2 ( f + 20,6 )( f + 12200 ) Lidský sluch je nejcitlivější v oblasti okolo f = 1000 Hz. Proto při této frekvenci jsou nulové korekce u jednotlivých filtrů. Ze známých hladin lze následně pro dané pásmo přepočítat hladinu zvuku s vlivem korekcí, tzn. hladinu, kterou skutečně vnímá lidský sluch. Např. pro hladinu akustického tlaku váženou filtrem typu A platí rovnice [16]: L pa n i= 1 Lpi + K Ai 10 = 10 log 10 [db] (2.25) kde L pi je hladina akustického tlaku v příslušném pásmu [db], K Ai korekce při dané střední frekvenci v daném pásmu [-]. Kromě váhových filtrů A, B a C se v letecké dopravě používá i filtr typu D. 34

Současný stav řešené problematiky 2.4 TRENDY VE STAVEBNICTVÍ 2.4.1 Materiály ve stavebnictví Stavební konstrukce dnes musí splňovat současně velké množství požadavků (požadavky tepelně technické, akustické, statické, atd.), které jsou často protichůdné. Trendem současné doby je vylehčování stavebních konstrukcí, využívání přesných zdících prvků s nižší objemovou hmotností, lepících tmelů a zavádění suchých technologických postupů. Tato skutečnost, vyplývající např. z tepelně technických a statických požadavků, nepříznivě ovlivňuje akustické parametry konstrukce, závislé mimo jiné na její plošné hmotnosti. Ve stavební akustice je tradičně využíván pro hodnocení zvukoizolačních vlastností konstrukcí frekvenční rozsah (100 3150) Hz. Nicméně trend využívání nových stavebních materiálů a technologických postupů (např. přesné tvarovky a lepící tmely) přináší nárůst problémů v oblasti nižších kmitočtů. Tak vzniká potřeba hodnotit konstrukci i v závislosti na charakteristickém spektru. Tato problematika je v současné době řešena prostřednictvím faktorů přizpůsobení spektru C, C tr, C I a doporučením posuzovat konstrukci v rozšířeném kmitočtovém rozsahu (50 5000) Hz. Většina výrobců stavebních materiálů uvádí ve své technické dokumentaci hodnoty, popisující zvukoizolační vlastnosti konstrukce zhotovené ze svých produktů. U stěnových konstrukcí se jedná především o hodnoty vážené laboratorní neprůzvučnosti R w [db]. Tyto hodnoty mohou být získané na základě laboratorních měření nebo výpočtem. V případě horizontálních dělících konstrukcí jsou udávanými deskriptory hodnoty vážené laboratorní neprůzvučnosti R w [db] a vážené laboratorní normalizované hladiny akustického tlaku kročejového zvuku L n,w [db]. Dále pak přírůstky váženého zvýšení neprůzvučnosti R w [db] a váženého snížení hladiny kročejového zvuku L n,w [db] vlivem přídavných vrstev. 2.4.2 Projektování budov z hlediska akustických požadavků V případě projektování se setkáváme s nevhodným: materiálovým a konstrukčním řešením; urbanistickým začleněním objektu; dispozičním řešením objektů. 35