Początek historii pierwszych zastosowań akustycznych w budowlach sięga starożytnej Grecji.
Starożytni grecy dysponowali ogromną wiedzą o zjawiskach znanych obecnie jako „rozproszenie dźwięku” i „czas pogłosu”. Wyraźnym tego dowodem są budowane przez nich amfiteatry.
Po zakończeniu budowy amfiteatr w Epidaurus mógł pomieścić 12.000 osób siedzących na półokrągłych tarasach umieszczonych na stoku o dużym kącie nachylenia. Dzięki temu wszyscy mogli dobrze widzieć i słyszeć, a znajdująca się za sceną wysoka kamienna ściana, od której odbijał się dźwięk pozwalała publiczności słyszeć wyraźnie strofy wygłaszane przez aktorów. Dodatkowo głos aktorów był wzmacniany poprzez specjalne maski teatralne uformowane w kształcie głośników.
Najstarszą znaną analizę dźwięku przeprowadził w ok. 600 roku p.n.e. Pitagoras w swoim studium poświęconym instrumentom muzycznym, natomiast Arystoteles zajmował się problematyką akustyki w swoich kronikach „De Anima” i „De Audibilibus”.
Arystoteles podkreślał w nich znaczenie echa i powietrza jako medium, jednak do końca nie zdawał sobie sprawy ze znaczenia zjawiska ruchu fal. Kolejne przykłady budowli to grecka agora i rzymskie forum i bazylika będąca centralnym miejscem kultu religijnego w Imperium Rzymskim.
Prawdziwym centrum nauki i wiedzy w średniowieczu był kościół. Rozwój budownictwa sakralnego w Europie postępował równolegle z rozwojem wiedzy o zjawisku pogłosu.
Przed okresem reformacji, ogłoszenia i wiadomości przedstawiano publicznie w postaci pieśni. Miało to bardzo dobry efekt w większości kościołów, dźwięki ich konstrukcji zapewniającej długi czas pogłosu. Ksiądz musiał mówić powoli i wyraźnie, tak by jego słowa mogły być usłyszane.
Po reformacji słowo mówione stało się ważniejszym nośnikiem informacji niż pieśń.. Jednak stare siedziby kościołów nie bardzo nadawały się jako miejsca głoszenia słowa.
Podejmowano próby zmniejszenia pogłosu umieszczając np. puste butelki w dolnych partiach ścian i tworzenia wgłębień pochłaniających dźwięk, stosując specjalnie wydrążone cegły.
Epoka renesansu zapoczątkowała nową er ę w historii akustyki. Włoski naukowiec Galileo Galilelei rozpoczął badania nad drganiami ciał i dźwiękami. W XVIII i XIX w.
Akustykę studiowali głównie matematycy, ale prezentowane przez nich rozwiązania nie miały żadnego praktycznego zastosowania. Prawdziwy przełom w rozwoju akustyki nastąpił w roku 1877 po opublikowaniu „Teorii dźwięku” angielskiego fizyka Lorda Rayleigh^a, późniejszego laureata nagrody Nobla. Przedstawione w tej publikacji teorie i rozwiązania praktyczne stały się podstawą dalszych badań w tej dziedzinie.
W roku 1895, podczas próby poprawy jakości dźwięku w sali wykładowej na Uniwersytecie Harwarda, amerykański fizyk Wallace Clement Sabine odkrył, jak ważnym czynnikiem w akustyce pomieszczeń jest czas pogłosu. W konsekwencji jego odkrycia pojawił się nowy element wiedzy o konstrukcji budynków: planowanie akustyczne, którym zajmowali się nowi eksperci: akustycy ( jak jest dzisiaj). Już w pierwszej połowie XX w. Akustyka stała się kompleksową dziedziną wiedzy.
Metody pomiaru i obliczeń były coraz dokładniejsze, choć ich praktyczne zastosowanie rozpowszechniło się dopiero w latach 50.
W 60 tych latach pojawiły się na rynku nowe poradniki techniczne dotyczące akustyki. Był to dowód, iż zaczęto wdrażać w praktyce wcześniejsze teorie naukowe.
Pojawili się pierwsi wytwórcy wprowadzający na rynek kilka rodzajów materiałów absorbujących dźwięk, wykonanych z wełny mineralnej, pilśni, pianki z tworzywa, tkanin, filcu o powłokach odlanych z gipsu. Konstrukcja tych materiałów opierała się na systemie przegród lub ekranów z zaczepami do podwieszenia. Stosowano przeróżne sposoby tłumienia hałasu, na rynku pojawiły się sufity akustyczne, zalecano stosowanie wykładzin, używano również ekranów i ścian krytych tkaniną itp.
W Polsce w budownictwie z różnych względów zagadnienia akustyki nie najlepiej lub w wcale nie były uwzględniane do lat 90 tych oraz obecnie.
ROLA SŁUCHU
Od początku istnienia ludzkiego gatunku dobry słuch decydował o życiu lub śmierci. Głównym zadaniem zmysłu słuchu było ostrzeganie przed niebezpieczeństwem.
Nasi przodkowie na podstawie bodźców słuchowych decydowali czy podjąć walkę, czy też ratować się ucieczką. Obecnie najważniejszą rola słuchu jest pośredniczenie w komunikacji pomiędzy ludźmi.
Sposób odbierania i reakcji na dźwięki zasadniczo nie zmienił się na przestrzeni tysiącleci. Narząd słuchu nadal przystosowany jest do pełnienia funkcji ostrzegawczej. Dlatego w przeciwieństwie do wzroku, nie możemy zamknąć uszu ani w żaden sposób wyłączyć słuchu. Nasz mózg bezustannie rejestruje i przetwarza bodźce słuchowe, zarówno podczas snu i czuwania. Gatunek ludzki przybrał obecna formę tysiące lat temu, a szybki rozwój cywilizacji zdecydowanie wyprzedził zdolność naszego ciała do ewolucji.
Słuch wciąż jest przystosowany do odbierania dźwięków, które istnieją w naturze.
Nasze uszy, po prostu, nigdy nie były stworzone po to, aby funkcjonować w świecie pełnych silników odrzutowych, młotów pneumatycznych, motocykli, samochodów itp. Na każdym kroku ponosimy ryzyko uszkodzenia słuchu. Dlatego też niezwykle ważne jest, aby wszędzie tam gdzie to jest możliwe, za wszelką cenę stworzyć dobre środowisko akustyczne.
Jak reagujemy na dźwięk
-Zwrócenie uwagi:
Słyszymy cichy lub niezbyt głośny dźwięk, nasza głowa i oczy kierują się w stronę jego źródła. W ten sposób ciało przygotowuje się na odbiór informacj
-Reakcja na zaskoczenie:
Nagle słyszymy bardzo głośny hałas lub sygnał alarmowy. Odruchowo mrużymy oczy. Jednocześnie otwieramy usta, naprężamy mięśnie i chowamy szyję w ramiona. Jesteśmy niemal sparaliżowani. Wszystko to trwa ułamki sekund. Trudno jest się powstrzymać od reakcji na zaskoczenie. Reakcja następuje nawet wtedy, gdy możemy kontrolować źródło dźwięk
-Reakcja obronna:
Słyszymy groźne dźwięki. Nasze ciało przygotowuje się do walki. Mózg znajduje się w pełnej gotowości. Jednocześnie nasze emocje ulegają silnym zaburzeniom. Zmienia się napięcie mięśni, tętno i oddech stają się szybsze niż normalnie, zwiększa się także wydzielanie śliny i kwasu żołądkowego. Reakcja obronna jest również trudna do powstrzymania.
Prawidłowo funkcjonujący słuch zapewnia nam bezpieczeństwo, pomaga odebrać i zinterpretować sygnały otoczenia. Dzięki temu, że mamy dwoje uszu, potrafimy określić położenie i odległość od źródła dźwięku. Nasze uszy funkcjonują obecnie na granicy swoich możliwości. Do pewnej granicy, otaczające nas dźwięki stymulują organizm. Jednak, gdy limit indywidualnej wytrzymałości zostanie przekroczony, stajemy się zmęczeni i poirytowani. Ogarnia nas stres.
Wcześniej czy później dusz i ciało mają dość!!
Najlepszym sposobem rozwiązania problemu jest wyeliminowanie jego źródła.
Miarą sukcesu i dobrego samopoczucia jest najlepsza fizyczna i umysłowa relacja z otoczeniem
FIZYKA I AKUSTYKA
Energia jest jednym z podstawowych pojęć używanych w fizyce. Występuje w różnych formach i może przechodzić z jednej postaci w drugą. Energia nie powstaje z niczego. Nie można jej także unicestwić. Dźwięk jest właśnie jedną z form energii.
Aby wydobyć dźwięk, musimy najpierw wprawić w ruch cząsteczki materii. Innymi słowy trzeba zaburzyć ich stan spoczynku. Dźwięk powstaje w wyniku oscylacji cząsteczek różnych ośrodków. Ośrodkiem może być ciało stałe, ciecz lub gaz.
Dźwięk rozchodzi się z różną prędkością, w zależności od ośrodka. Dźwięk rozchodzi się jak fala i jest falą mechaniczną.
Dźwięk może rozchodzić się tylko w ośrodku składającym się z cząsteczek np. w powietrzu. Jeśli nie działa na nie żadna siła, ilość cząsteczek w medium jest identyczna w każdej jednostce objętości.
PARAMETRY DŹWIĘKU:
-AMPLITUDA I DŁUGOŚĆ FALI
-CZĘSTOTLIWOŚĆ I ZAKRES (Hz) infra <20, ultra>20.000
-CIŚNIENIE DŹWIĘKU I DECYBELE
Zmiany ciśnienia, które powstają w powietrzu podczas rozchodzenia się fali dźwiękowej, nazywane są ciśnieniem akustycznym.
Najniższe odczuwalne ciśnienie akustyczne nazywane jest progiem słyszalności, które potrafi zarejestrować ludzkie ucho, co odpowiada poziomowi 0 dB.
Najwyższe ciśnienie akustyczne, które nasz organizm jest w stanie tolerować, nazywane jest progiem bólu. Ciśnienie akustyczne w progu bólu jest milion razy wyższe niż próg słyszalności, co odpowiada poziomowi 120 dB.
Dźwięk w wolnej przestrzeni rozchodzi się na duże odległości, lecz im bardziej oddalamy się od źródła, tym słabszy dźwięk dociera do naszych uszu. W pomieszczeniu zamkniętym, w przeciwieństwie do wolnej przestrzeni, dźwięk nie może rozchodzić się swobodnie. Dźwięk odbija się od ścian, sufitu, podłogi oraz mebli.
Pole akustyczne wewnątrz pomieszczenia obejmuje dźwięk odbity ( taki, który uległ odbiciu raz lub wiele razy wewnątrz pomieszczenia).
O tym jak dobra może być akustyka pomieszczenia decyduje równowaga pomiędzy wieloma czynnikami..
Im lepsze pochłanianie dźwięku tym krótszy czas pogłosu. Im krótszy jest ten czas, tym łatwiej i lepiej rozumiemy mowę.
POCHŁANIANIE DŹWIĘKU
Polega na przekształceniu energii w inną formę. Im lepszy materiał jest zastosowany, tym więcej energii zostaje zamieniona w ciepło. Powierzchnie materiałów dźwiękochłonnych znajdujących się w pomieszczeniu mogą spełniać wielorakie funkcje.
Do najważniejszych należy redukcja poziomu dźwięku i skrócenie czasu pogłosu.
CZAS POGŁOSU
Zdarza się, że dźwięk rozbrzmiewa nadal, mimo, że jego źródło umilkło. To zjawisko nazywamy pogłosem. Miarą długości pogłosu jest czas, który upłynął od wyłączenia źródła dźwięku do momentu, gdy ciśnienie akustyczne spada o 60 dB.
Długość czasu pogłosu nie zależy od siły dźwięku.
Różni się jednak w zależności od częstotliwości.
Pogłos
Wszystkie powierzchnie i przedmioty, pochłaniając dźwięk w różnym stopniu, powodują zróżnicowaną absorpcję, która się zwiększa wraz ze wzrostem częstotliwości. Adaptacja akustyczna pomieszczenia polega na celowym dobraniu i rozmieszczeniu w pokoju odsłuchowym odpowiednich materiałów i przedmiotów zarówno pochłaniających, jak zapewniających dostateczne rozproszenie dźwięku w całej objętości pomieszczenia. Dysponując współczynnikami pochłaniania, możemy obliczyć czas pogłosu, czyli czas, w którym intensywność dźwięku w pomieszczeniu wywołana przez źródło dźwięku działające w sposób ciągły spada do jeden milionowej. Zjawisko pogłosu następuje, gdy źródło dźwięku zamilknie. Czas pogłosu (T) został zdefiniowany przez akustyka W. C. Sabine'a: T=0,163 * V/A
V - objętość akustyczna pomieszczenia, wyrażona w m3
A - przeciętna absorpcja (suma iloczynów każdej powierzchni składowej i odnośnych współczynników)
Obliczamy czas pogłosu przy wartości 1000 Hz, znając właściwości ścian, podłogi i sufitu oraz zestawu przedmiotów wyposażenia pomieszczenia.
Dokładność powyższej metody zależy naturalnie od precyzyjnej analizy pomieszczenia i jego wyposażenia. Jednakże nie należy z ową precyzją przesadzać.
Uczucie istnienia czasu pogłosowego pojawia się np. w wielkim kościele. Atmosfera występująca w pomieszczeniu o dużym pogłosie, w którym brzmienie organów może się szczególnie efektownie rozwinąć, odpowiada czasowi pogłosowemu od 2 do 3 sekund przy częstotliwości 1000 Hz. W wielkich salach koncertowych czas pogłosu wynosi niewiele poniżej 2 sekund. Natomiast w pomieszczeniach mieszkalnych 0,6 do 0,8 sekundy stanowi wartość optymalną. Jeśli pogłos jest zbyt duży mamy trudności ze zrozumieniem mowy. Jednakże przy zbyt małym, akustyka wywiera nienaturalnie martwy efekt
ZROZUMIAŁOŚĆ MOWY
Im krótszy czas pogłosu, tym lepsza „rozdzielczość” „zrozumiałość mowy
Na zrozumiałość słów wpływa nie tylko czas pogłosu. Ważny jest także stosunek poziomu dźwięku sygnału do poziomu tła. Na czystość mowy wpływa także geometria wnętrza i własności akustyczne powierzchni ograniczających go..
Nie bez znaczenia pozostaje charakterystyka głosu mówiącego i słuch odbiorcy.
POZIOM TŁA
W budynkach i pomieszczeniach szum w tle mogą generować hałaśliwe urządzenia wentylacyjne, grzewcze, dzwoniące telefony, rozmowy, kroki na korytarzach, a także ruch pojazdów i odgłosy z ulicy. Poziom tła, nad którym nie mamy kontroli, wywołuje u nas zmęczenie i irytację. Zmniejsza naszą zdolność koncentracji i zwiększa ryzyko pomyłek.
Na zakończenie a zarazem jako wstęp do II części przytoczę myśl Peter Russel:
„ Cisza jest w dzisiejszych czasach towarem deficytowym.
Otaczający nas nieprzerwanie hałas podwyższa
zapotrzebowanie na ciszę, która jest zjawiskiem coraz
rzadszym, a przez to coraz cenniejszym dla nas, ludzi.”
