Zdroje zvuku v životním a pracovním prostředí – veličiny akustické emise

Jako zdroje zvuku se jeví předměty nebo vymezené oblasti prostředí, od kterých se do okolí šíří akustické vlnění. Charakter akustického vlnění v okolí zdroje zvuku je ovlivněn velikostí zdroje. Z tohoto hlediska rozlišujeme:

• bodové zdroje – vlnění se šíří v kulových vlnoplochách
• přímkové zdroje – převažuje jeden rozměr a vlnoplochy mají tvar válce
• plošné zdroje – vlnoplochy jsou rovinné.

Normy definují bodový zdroj zvuku jako takový, jehož rozměry jsou velmi malé ve srovnání s vlnovou délkou vyzařovaného zvuku. Pro praktické úvahy je důležitá i vzdálenost mezi zdrojem a místem příjmu zvuku. Je-li tato vzdálenost větší než 1,5násobek největšího rozměru zdroje zvuku, lze přibližně tento zdroj již považovat za bodový.

Jiná možnost rozdělení zdrojů zvuku je členění na zdroje stacionární a mobilní. Stacionární zdroje (průmyslové závody, provozovny, hřiště, stadiony, staveniště) jsou zpravidla posuzovány z hlediska jejich hlučnosti přísněji ve srovnání se zdroji mobilními (doprava, zemědělské stroje). Je to dáno odlišnou reakcí obyvatelstva i možnostmi účinnějších opatření proti hluku u stacionárních zdrojů. Z časového hlediska lze rozlišovat zdroje, které působí trvale, a zdroje působící po časově omezenou dobu. U časově omezených zdrojů zvuku se známým nebo ohlášeným režimem působení lze usilovat u orgánů státní správy o výjimku z nejvyšších přípustných hodnot. Režim takového zdroje spolu s informací o jeho účelu a nezbytnosti je nutno účinným způsobem zveřejnit.

Dosud bylo pojednáno o akustických veličinách, které charakterizují zvuk v místě jeho příjmu – o veličinách akustické imise. Jsou to:

• L [dB] – hladina akustického tlaku (udávaná většinou v oktávových pásmech)
• L_A [dB] – hladina akustického tlaku A
• L_Aeq [dB] – ekvivalentní hladina akustického tlaku A

Veličiny akustické imise mají při hodnocení vlivu hluku na člověka a jeho zdraví a při hodnocení ochrany lidí před hlukem naprostou prioritu a jiná kritéria by se k těmto účelům neměla používat. Výjimkou může být hodnocení nedefinovatelného zvuku v budovách, u kterého je ochrana uživatelů budov zajištěna limity veličin zvukové izolace. Chceme-li hodnotu některé z těchto veličin akustické imise předpovědět výpočtem, musíme mít k dispozici údaje o zdroji zvuku. Tyto údaje poskytují veličiny akustické emise:

• L_W [dB] – hladina akustického výkonu
• Q [-] – činitel směrovosti

Akustický výkon P [W] je množství akustické energie, kterou zdroj vyzáří do okolního prostoru za jednotku času. Akustický výkon vyjádřený v logaritmické míře se nazývá hladina akustického výkonu L_W [dB] někdy také označovaná jako L_P [dB].

(35)

kde P_ref = 10⁻¹² W je referenční hodnota.

Hladina akustického výkonu různých zdrojů zvuku se přednostně udává v oktávových pásmech nebo jednočíselně jako L_WA dB (tj. s uplatněnou korekcí podle váhového filtru zvukoměru). Jednočíselný údaj však nevypovídá nic o kmitočtovém složení vyzařovaného zvuku a může proto pro většinu akustických výpočtů sloužit jen jako velmi hrubá orientace. Stejně tak nedostatečné může být, jestliže jsou údaje o zdroji zvuku vyjádřeny pomocí veličin akustické imise, např. pomocí hodnot hladin akustického tlaku změřených v jeho okolí. Takové údaje mohou být spolehlivé jedině tehdy, jestliže je přesně známo v jakém prostředí, v jaké vzdálenosti od zdroje, za jakých podmínek atd. se měřilo.

Obr. 9: Typické hodnoty činitele směrovosti Q [-]

Činitel směrovosti Q [-] je bezrozměrné číslo, které charakterizuje směrové vyzařování zvuku zdrojem. Hodnota činitele směrovosti je ovlivněna odraznými plochami vyskytujícími se v blízkosti zdroje zvuku a souvisí s tím, do jak velké části prostoru je zvuk vyzařován. Nejčastěji je zdroj zvuku umístěn na odrazné ploše (terénu). Pak je zvuk vyzařován do poloprostoru a činitel směrovosti se přibližně rovná 2. Obdobně je-li zdroj umístěn u paty rozměrného stavebního objektu, pak je zvuk vyzařován do 1/4 prostoru a Q = 4 atd. Jestliže se zvuk šíří od zdroje neomezeně do všech směrů, potom Q = 1.

Častými zdroji zvuku v pracovním a životním prostředí jsou různé stroje a technická zařízení budov. Hodnota akustického výkonu těchto zařízení závisí nejen na jejich konstrukčním uspořádání, ale bude se měnit i v závislosti na technickém stavu, seřízení a údržbě. Díky tomu, že k vyjádření velikosti akustických veličin používáme decibelovou stupnici, nebude mít tato variabilita takový vliv na přesnost a věrohodnost akustických úvah a výpočtů, jak by se na první pohled mohlo zdát. Jak se musí změnit hodnota akustického výkonu P [W], aby došlo ke změně hladiny akustického výkonu L o jeden decibel, řeší následující příklad.

(36)

Dosazením X = 1 resp. X = −1 do vztahu (36) lze ukázat, že změna jednoho decibelu vyžaduje zvýšení akustického výkonu P [W] o více než 25 % resp. jeho snížení o cca 20 %. Proto také často bývá neúspěšná snaha změnit nepříznivou hlukovou situaci jen pouhým seřízením stroje (čerpadla, ventilátoru a pod.) nebo jeho výměnou za jiný stejného typu. Výrazného snížení hlučnosti lze dosáhnout jen promyšlenou změnou konstrukce stroje nebo i celé koncepce technologického procesu (např. výměna valivých ložisek za kluzná, náhrada nýtování svařováním, náhrada rázů při technologickém procesu plynulými pohyby ap.) Protože akustický výkon je úměrný ploše, která v důsledku svého chvění vyzařuje hluk, je omezení těchto ploch (např. pružným oddělením nosné konstrukce a krytu stroje od vlastního zdroje kmitání) další možností, jak snížit akustický výkon celého zařízení.

Problematiku snižování hluku můžeme rozdělit do tří základních oblastí. První oblast představují problémy, které se vztahují ke zdroji zvuku. Druhá oblast se týká cest šíření zvuku od zdroje k příjemci a třetí oblastí je vlastní příjemce zvuku – člověk a jeho specifický způsob vnímání a prožívání hlukové situace. Cesty šíření zvuku mají podstatný význam pro technická řešení, protože se zde může závažným způsobem omezovat intenzita šířeného zvuku. Obecně platí pravidlo: čím blíže ke zdroji se opatření proti hluku na jeho cestě provádí, tím obvykle bývá účinnější a často i technicky méně náročné a ekonomicky výhodnější.