Pomiar czasu pogłosu – jak wyznaczać i o czym mówi ten parametr?

Jako czas pogłosu określa się czas potrzebny do spadku poziomu dźwięku o 60 dB po wyłączeniu jego źródła, czyli po wyłączeniu dźwięku w pomieszczeniu. Jak widać na Rys. 1 dźwięk ten spada aż do osiągnięcia poziomu tła akustycznego.

Rys. 1. Przykładowa krzywa zaniku otrzymana z wykorzystaniem miernika poziomu dźwięku SVANTEK

W większości przypadków zbyt długi czas pogłosu nie jest pożądanym zjawiskiem. Jego długość wpływa m.in. na zrozumiałość mowy, poziom ciśnienia akustycznego od źródeł hałasu oraz na odczucie intymności w salach koncertowych. Im dłuższy jest czas pogłosu, tym wyższy jest poziom hałasu pogłosowego i niższa zrozumiałość mowy. Spowodowane jest to tym, że fala akustyczna wielokrotnie odbija się od różnych powierzchni w pomieszczeniu, w związku z tym dźwięki się nakładają i jednocześnie do słuchacza dociera sygnał bezpośredni wraz z opóźnionym sygnałem odbitym.

Istnieje kilka czynników, które mają znaczący wpływ na długość czasu pogłosu. Istotna jest chłonność akustyczna wnętrza, czyli jego zdolność do pochłaniania energii akustycznej. Im więcej w pomieszczeniu znajduje się miękkich, porowatych przedmiotów, tym większy jest współczynnik pochłaniania dźwięku i to przekłada się na skrócenie czasu pogłosu. Zdolność danego przedmiotu do tego, jak dobrze potrafi rozproszyć dźwięk również będzie miała istotny wpływ.

Oprócz wyposażenia obiektu, kluczową kwestią jest objętość i kształt pomieszczenia. Im pomieszczenie jest większe, o bardziej złożonym kształcie, tym fala akustyczna musi pokonać większą odległość, zanim się odbije od powierzchni go ograniczającej. Jest to powodem znacznego wydłużenia czasu pogłosu, co można zaobserwować między innymi w szkolnych salach gimnastycznych, halach sportowych czy różnych bazylikach i kościołach.

Powiązane z tym jest również umiejscowienie źródła dźwięku. Jeżeli znajduje się ono blisko powierzchni, od której bezpośrednia fala akustyczna się odbije, to może spowodować szybkie, częściowe jej pochłonięcie. Jeśli natomiast źródło zwrócone jest ku dużej, niezapełnionej przestrzeni, minie więcej czasu zanim dźwięk odbije się od najbliższej powierzchni, co wydłuży czas pogłosu.

W przypadku pomieszczeń o dużych objętościach, istotna może być również temperatura i wilgotność panująca w nich. W bardzo dużym obiekcie tłumienie wywołane przez obecność powietrza może powodować pochłanianie dźwięku w wysokich częstotliwościach, co również może mieć wpływ na skrócenie czasu pogłosu w danych pasmach. Obrazuje to niżej przedstawiony wzór na wyznaczanie czasu pogłosu metodą Sabine’a, uzupełniony o współczynnik zależny od wilgotności:

gdzie:  T – czas pogłosu pomieszczenia [s],

V – objętość pomieszczenia [m³],

S – powierzchnia ograniczająca pomieszczenie [m²],

A – chłonność akustyczna pomieszczenia [m²],

α_śr – średni współczynnik pochłaniania dźwięku.

m – współczynnik zależny od temperatury i wilgotności pomieszczenia.

Poprawka 4mV stosowana jest w przypadku pomieszczeń o objętości większej niż 1000 m³.

Wymagania dotyczące czasu pogłosu zostały zawarte w normie PN-B-02151-4, powołanej w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury ws. warunków jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Obejmują one w dużej mierze pomieszczenia przeznaczone do komunikacji werbalnej, ponieważ, jak już zostało wcześniej wspomniane, czas pogłosu ma duży wpływ na zrozumiałość mowy. W takich miejscach, w zależności od ich objętości, może on wynosić maksymalnie od 0,6 s do 1 s. Do innych obiektów, dla jakich została określona dopuszczalna długość czasu pogłosu, należą różnego rodzaju miejsca publiczne. Wśród nich znajdują się m.in. stołówki szkolne i restauracje, hotele, galerie wystawowe, gabinety lekarskie, terminale portów lotniczych, dworce kolejowe i autobusowe, a także pokoje biurowe, nauczycielskie czy socjalne znajdujące się w szkołach i przedszkolach. Najniższą dopuszczalną wartość należy zapewnić w salach w żłobkach i przedszkolach, i wynosi ona 0,4 s. Najwyższa zaś, mierząca 2,5 s, może występować w galeriach wystawowych i salach ekspozycyjnych o wysokości większej niż 16 m.

Dopuszczalne wartości czasu pogłosu często są uzależnione od kubatury pomieszczenia. W wielu przypadkach wartości te są odgórnie narzucone przez normę, lecz dla niektórych obiektów wymagania dotyczące czasu pogłosu należy określić indywidualnie. Dotyczy to między innymi pomieszczeń sakralnych, kościołów, kaplic, sal restauracyjnych, a także sal i pracowni szkolnych, audytoryjnych, wykładowych, sal konferencyjnych i rozpraw sądowych, których objętość przekracza 2000 m³. W Tab. 1 oraz Tab. 2 zostały przedstawione wymagania normowe dotyczące czasu pogłosu w poszczególnych rodzajach pomieszczeń, w zależności od ich kubatury.

Tab. 1. Wymagania dotyczące czasu pogłosu T w pomieszczeniach przeznaczonych do komunikacji słownej, w zależności od jego objętości. Źródło: PN-B-02151-4:2015-06.

Tab. 2. Wymagania dotyczące czasu pogłosu T w pozostałych pomieszczeniach, w zależności od ich objętości. Źródło: PN-B-02151-4:2015-06.

Istnieją również pomieszczenia, które nie znajdują się na powyższej liście, ale zapewnienie odpowiednich warunków akustycznych w nich jest kluczowe. Mowa tu o salach koncertowych, teatrach, audytoriach słownych, pomieszczeniach prób muzycznych, czy wnętrzach sakralnych. W literaturze można znaleźć zalecane dla nich wartości czasu pogłosu w zależności od objętości tych obiektów oraz rodzajów występów, do jakich są przeznaczone. W literaturze znajduje się wiele różnych wytycznych, dotyczących dopuszczalnego czasu pogłosu, w zależności od funkcji wnętrza i jego objętości. Przykłady takich wymagań zostały przedstawione na rys. 2 oraz rys. 3.

Rys. 2. Zalecane wartości czasu pogłosu dla różnego rodzaju produkcji dźwiękowej wg normy niemieckiej TLG 10687/04: 1 – muzyka organowa, 2 – muzyka symfoniczna, 3 – występy solowe i muzyka kameralna, 4 – teatry operowe i pomieszczenia wielofunkcyjne dla muzyki i mowy, 5 – teatry o przeznaczeniu słownym, sale zebrań i odczytów. Źródło: Kulowski A. Akustyka sal.

Rys. 3. Zalecane wartości czasu pogłosu dla różnego rodzaju produkcji dźwiękowej wg Brückmayera: 1 – sale chóru, 2 – teatry słowne, 3 – teatry słowno-muzyczne, 4 – teatry operowe, 5 – sale koncertowe. Źródło: Kulowski A. Akustyka sal.

Poza wymaganiami zawartymi w normie, istnieją inne standardy, które służą do oceny warunków akustycznych budynków. W uproszczeniu – są to certyfikaty określające, w jakim stopniu dany obiekt jest przyjazny dla środowiska naturalnego oraz jaki komfort zapewnia jego użytkownikom. Najczęściej spotykane certyfikaty to BREEAM, LEED i WELL, które charakteryzują się nieco innymi wymaganiami, ale ich wspólnym celem jest zagwarantowanie jak najlepszych warunków użytkowania przy zachowaniu jak najbardziej zdrowego i ekologicznego podejścia do inwestycji i eksploatacji obiektu.

Przykładowo, wymagania określone w certyfikacie BREEAM, skupiają się wokół pomieszczeń do przekazu słownego oraz pomieszczeń muzycznych. Wymagania te są znacznie mniej precyzyjne niż te opisane w normie PN-B-02151-4:2015, ponieważ jest ich mniej, a do tego wymagania dotyczą tylko pasm częstotliwości 500, 1000 oraz 2000 Hz, a nie  jak w przypadku polskiej normy pasm 125-8000 Hz lub 250-8000 Hz. Dopuszczalny czas pogłosu wg instrukcji BREEAM został przedstawiony w Tab. 3.

Tab.3 Dopuszczalny czas pogłosu wg instrukcji BREEAM International New Construction 2016.

Poza wymaganiami opisanymi w normach i danych literaturowych, niezwykle ważnymi wytycznymi dotyczącymi dopuszczalnego czasu pogłosu jest po prostu zdrowy rozsądek oraz faktyczna funkcja pomieszczeń. Pisząc ten artykuł pracujemy np. nad projektem muzeum, którego częścią centralną jest miejsce pamięci i skupienia. Kierując się wymaganiami normy należałoby zapewnić tam dobrą komunikację słowną i krótki czas pogłosu. Jednak cel architektów był zupełnie inny, a mianowicie stworzenie tam strefy ciszy, zadumy, ew. miejsca do odprawiania nabożeństw. Czas pogłosu musiał zatem łączyć ze sobą funkcję komunikacji słownej oraz wnętrza sakralnego o dłuższym pogłosie, w takich sytuacjach podciąganie funkcji wnętrza pod kategorię z wymagań normowych staje się niewłaściwe.

Podobna sytuacja ma miejsce np. w pomieszczeniach open space, gdzie dopuszczalna chłonność akustyczna pomieszczenia wg normy PN-B-02151-4:2015 jest zdecydowanie niewystarczająca, aby osiągnąć poprawne warunki akustyczne. Wnętrze wykonane zgodnie z normą PN-EN ISO 3382-3, dotyczącą biur open space, będzie się charakteryzowało czasem pogłosu bliższym T= 0,3s niż T=1s, co będzie miało miejsce w przypadku kierowania się wyłącznie chłonnością akustyczną opisaną w normie PN-B-02151-4:2015. Świadczy to również o tym, że czas pogłosu nie jest jedynym parametrem akustycznym pomieszczenia i zdarza się, że nawet nie jest kluczowym.

Na usługę tę najczęściej decydują się właściciele nieruchomości, takich jak restauracje, hotele, biurowce, czy prywatne mieszkania, gdy warunki akustyczne w ich lokalach wymagają poprawy. Badania czasu pogłosu wykonujemy również często na etapie projektu akustycznego. W przypadku projektu adaptacji akustycznej, np. sali wielofunkcyjnej, określenie czasu pogłosu jest często pierwszym krokiem do zaproponowania poprawnej adaptacji akustycznej. Kolejnym, częstym powodem wykonywania badań są pomiary odbiorowe po wybudowaniu danego budynku lub jego wykończenia.

Czas przeprowadzenia takich badań jest w dużej mierze zależny od wielkości pomieszczenia oraz liczby badań. W przypadku mniejszych pomieszczeń cała procedura pomiarowa wraz z rozstawieniem i złożeniem sprzętu może zamknąć się w ok 1 godzinie. W większych obiektach, takich jak restauracje czy sale gimnastyczne, badania trwają do 2 godzin. Im więcej pomieszczeń, tym czas badań może być dłuższy.

Rys 4. Zdjęcie podczas pomiarów czasu pogłosu w hotelu.

Procedura opisująca wygląd i przebieg badań czasu pogłosu została zawarta w normie PN-EN-ISO 3382-1, która dotyczy pomieszczeń specjalnych oraz w normie PN-EN ISO 3382-2 dotyczącej pomieszczeń zwyczajnych. W obu przypadkach procedury są bardzo do siebie zbliżone i możliwe jest zastosowanie dwóch różnych metod – metody szumu przerywanego lub metody odwrotnego całkowania odpowiedzi impulsowej. Różnią się one doborem sygnału testowego oraz tym, jakie parametry chcemy otrzymać w wyniku pomiaru. W przypadku metody impulsowej, o której również wspominaliśmy w artykule o pomiarach zrozumiałości mowy, w wyniku odpowiednich obliczeń otrzymuje się również inne parametry, między innymi: STI, STIPA, STITEL, RASTI, ALcons czy D50. Do badania metodą całkowania, odpowiedzi impulsowej wykorzystujemy oprogramowanie Dirac. Wykorzystanie metody szumu przerywanego gwarantuje uzyskanie jedynie czasu pogłosu. Badania tą metodą wykonujemy z reguły z wykorzystaniem aparatury firmy SVANTEK.

Z tego powodu metodę przerywanego szumu często stosujemy podczas pomiarów izolacyjności, ze względu na jej szybkość. Metoda impulsowa natomiast jest wymagana zawsze, gdy badamy pomieszczenia o akustyce kwalifikowanej oraz robimy badania w trudnych warunkach, np. z wysokim poziomem tła akustycznego.

Niezależnie od wybranego sposobu przeprowadzenia badania, pomiar można wykonać na trzech poziomach dokładności: przybliżonym, technicznym i precyzyjnym. Główną różnicą pomiędzy nimi stanowi dobór liczby punktów pomiarowych, co również przekłada się na czas przeprowadzenia całej procedury. W przypadku pomiarów precyzyjnych, powinno się również zmierzyć temperaturę oraz wilgotność w pomieszczeniu bezpośrednio przed i po wykonaniu właściwych badań.

Rozmieszczenie punktów pomiarowych i ustawienia głośnika jest zależne od rodzaju badanego pomieszczenia. Źródło dźwięku powinno być wszechkierunkowe, umieszczone w takim obszarze obiektu, gdzie w normalnych warunkach znajdowałby się mówca lub głośnik. Ustawione powinno być tak, aby jego środek akustyczny znajdował się na wysokości 1,5 m. Mikrofony natomiast należy rozstawić na obszarze widowni, na wysokości 1,2 m, co symuluje słuchacza w pozycji siedzącej. Trzeba zwrócić szczególną uwagę na dystans pomiędzy źródłem a odbiornikiem, gdyż ustawienie ich w zbyt bliskiej odległości od siebie może spowodować otrzymanie fałszywie skróconego czasu pogłosu.

Bardzo istotne jest również to, żeby głośnik generował wystarczająco wysoki poziom dźwięku, minimum 35 dB powyżej poziomu tła akustycznego. Niespełnienie tego warunku także może negatywnie wpłynąć na uzyskane wyniki.

Jeżeli badany obiekt jest pomieszczeniem zwyczajnym, podczas przeprowadzania pomiarów mogą znajdować się w nim maksymalnie 2 osoby odpowiedzialne za obsługę miernika dźwięku. W przypadku pomieszczeń specjalnych, takich jak teatry lub sale koncertowe, badania mogą być przeprowadzone z udziałem publiczności. Warto również przeprowadzić osobne pomiary dla różnych ustawień poszczególnych elementów, np. z kurtyną opuszczoną i podniesioną lub kanałem orkiestry zamkniętym i otwartym, a także z orkiestrą znajdującą się na scenie z obudową koncertową bądź bez niej. W raporcie z pomiarów należy zamieścić stosowną informację o tym, jaki był stan zajęcia pomieszczenia oraz jego wyposażenie w trakcie badań.

Czas pogłosu, z definicji określa spadek poziomu dźwięku po wyłączeniu źródła o 60 dB. Niestety, w praktyce często osiągnięcie różnicy między poziomem dźwięku a tłem akustycznym w wysokości 60 dB jest niemożliwe, dlatego z reguły określa się spadek poziomu dźwięku o 60 dB na podstawie ekstrapolacji krzywej zaniku. Wyróżnia się kilka podstawowych parametrów, w zależności od tego, w jakim zakresie przeprowadza się ekstrapolację:

EDT – określa czas pogłosu na podstawie spadku od 0 dB do – 10 dB

T₁₀ – określa czas pogłosu na podstawie spadku od -5 dB do – 15 dB

T₂₀ – określa czas pogłosu na podstawie spadku od -5 dB do – 25 dB

T₃₀ – określa czas pogłosu na podstawie spadku od -5 dB do – 35 dB

Czas pogłosu z reguły podaje się w pasmach oktawowych lub tercjowych. Chatrakterystyka częstotliwościowa pozwala uzyskać informacje o tym, czy czas pogłosu jest równomierny w całym paśmie, czy może jest on dominujący w jakimś wąskim zakresie częstotliwości. Taka analiza pozwala precyzyjnie dobrać wymaganą adaptację akustyczną.

W celu przeprowadzenia badań należy zastosować kilka podstawowych zasad, aby uzyskać poprawne wyniki pomiarów:

• Pomieszczenie musi być umeblowane oraz wykończone. Często jest to komplikacją np. przy badaniach odbiorowych, gdzie nieraz, aby budowa szła zgodnie z harmonogramem, badania powinny być wykonane przed pełnym umeblowaniem pomieszczeń. Niestety nie jest to metodologicznie poprawne i często może prowadzić do przekroczeń dopuszczalnych wartości. Można natomiast pominąć aspekty np. nieszczelności w drzwiach, czy brak nawiewników, bo nie mają one znaczącego wpływu na czas pogłosu.
• Należy wyłączyć wszystkie techniczne źródła zakłóceń. Różnego rodzaju hałas, np. wentylacji, czy pracy narzędzi budowlanych może powodować zakłócenia pomiarów i uniemożliwić ich przeprowadzenie.
• Konieczne jest unikanie zakłóceń „ludzkich”. Często spotykanym problemem podczas pomiarów jest ciągłe przeszkadzania przez innych uczestników budynku. W celu przeprowadzenia poprawnych badań konieczne jest zapewnienie ciszy również od innych uczestników budynku.
• Badania wymagają dostępu do gniazdka elektrycznego 230V, dlatego dostęp do prądu w odległości do 30 m od badanego pomieszczenia jest konieczny. Jeżeli jest z tym problem, to poradzimy sobie z tym przygotowując zapasowe źródło zasilania. Dlatego też potrzebujemy otrzymać o tym informację przed pomiarami.

W niniejszym artykule przedstawiliśmy najważniejsze wymagania dotyczące czasu pogłosu oraz metody pomiaru tego zjawiska. Jeżeli zauważyłeś w swoim wnętrzu problemy z akustyką, chciałbyś sprawdzić czasu pogłosu lub chcesz dowiedzieć się więcej na temat takich pomiarów, skontaktuj się z nami. Udzielamy bezpłatnych konsultacji w zakresie pomiarów akustycznych.

Jeżeli pomieszczenie, w którym chcesz zmierzyć czas pogłosu jeszcze nie istnieje, być może potrzebujesz symulacji akustycznej?