אקוסטיקה בבנייה המודרנית
המאמר סוקר את גורמי הרעש העיקריים ומציג חומרים לבידוד אקוסטי ותקנות ותקנים מרכזיים בתחום. בין הנושאים הנדונים בו: אקוסטיקת חללים, רעשי קול הולם וקול נישא באוויר, רעשי מיזוג אוויר, מעליות ואינסטלציה וכן בעיות הדהוד ורעש בחללים של מבני ציבור ומבני תעשייה.
מבוא
התפתחות הטכנולוגיה בבנייה המודרנית הביאה לשימוש בחומרים קלים מבעבר. בד בבד גרמה
העלייה ברמת החיים לשימוש במערכות מכניות ואלקטרו מכניות בעלות מאפיינים רועשים
המחייבים התייחסות אקוסטית נאותה. גם התגברות רעשי התחבורה והמטוסים המאפיינת את
תקופתנו מחייבת התייחסות הולמת בבנייה המודרנית.
במאמר זה אנסה לנתח בקצרה את המאפיינים העיקריים של גורמי הרעש השונים ואת האמצעים
ההנדסיים לטיפול בגורמים אלה. נגדיר גם מושגי יסוד הנדרשים להכרת הנושא ולהבנת דרישות
התקנים והתקנות האקוסטיים וכן לצורך הבנת הפתרונות האקוסטיים המתבקשים.
מושגי יסוד
הקול - צורת אנרגיה גלית המועברת אל האוזן כתוצאה משינויי לחץ באוויר.
תדירות הקול - f -מספר המחזורים של שינויי הלחץ בשנייה (הרץ).
עוצמת הקול - I - כמות אנרגיית הקול העוברת ביחידת זמן דרך יחידת שטח.
לצורך נוחות השימוש הוגדרו יחידות רמות הקול, הדציבלים, כיחידות לוגריתמיות על פי הנוסחה: dB)L = 10 Log I/I0)
כאשר - I0= 10-16 watt/cm2 - סף השמיעה.
תחום רמות הקול הנקלטות על ידי אוזן האדם הוא: 130-0 דציבלים.
תחום תדירויות הקול הנשמעות (גובה הצליל) הוא כ- 20,000-20 תנודות בשנייה (הרץ). ניתן להגדיר את הקול בצורה גרפית כפונקציה של תדירויות הקול וכן ביחידות של מפלס רעש שווה ערך, Leq, המתאר את ההשפעה שיש למפלסי הרעש השונים במשך המדידה על ידי ערך חד מספרי.
השימוש ב-Leq מקובל בתקנות הרעש כפי שיתואר בהמשך.
תקנות ותקנים
התקנות המרכזיות בנושא הרעש הן התקנות למניעת מפגעים (רעש בלתי סביר), התש"ן -1990 .
בתקנות אלה מוגדר מהו רעש בלתי סביר כפונקציה של האזור שבו נשמע הרעש, משך הרעש וזמן הופעתו: יום או לילה.
לדוגמה: רעש בלתי סביר בשעות הלילה באזור מגורים (אזור ב), כאשר משך הרעש עולה על 30 דקות, הוא רעש העולה על A) Leq=40dB) , כאשר המדידה מבוצעת בחדר מגורים עם חלון פתוח.
appreciated decibel) (A)dB) היא יחידת רום קול הנותנת ביטוי למפלסי הרעש בתחום תדירויות השמע עם תיקון מסוים המתאים לרגישות השונה של אוזן האדם בתדירויות השונות. תקנות רעש נוספות הן התקנות למניעת מפגעים (מניעת רעש), תקנות הבטיחות בעבודה (גיהות תעסוקתית ובריאות העובדים ברעש), ועוד.
תחום אחר, המהווה חלק מחוק התכנון והבנייה, הוא תחום התקנים הישראליים. התקן המרכזי הוא ת"י 1004, בידוד אקוסטי בבנייני מגורים. תחומי התקן הם בידוד רעשי קול נישא באוויר ורעש קול הולם אשר נגדירם בהמשך, וכן בידוד רעש מעליות. תקנים אקוסטיים נוספים עוסקים ברעשי אינסטלציה ועוד. קיימות גם הנחיות של המרכז לאיכות הסביבה לבידוד מפני רעשי
תחבורה, והנחיות מינהל התעופה לבידוד מפני רעש מטוסים. בהתחשב בכל גורמי הרעש שצוינו לעיל נדרשים גורמי התכנון, באמצעות היועצים האקוסטיים, להגיש תסקירים אקוסטיים להגנת מבני המגורים ומבני הציבור מרעשים כחלק מהתנאים לקבלת היתרי בנייה.
אקוסטיקת החללים ( Room Acoustics )
יש להבחין בין חומרים אקוסטיים לבליעה קולית לבין חומרים אקוסטיים למניעת מעבר רעש ורעידות. לפיכך נתייחס בקצרה לנושא אקוסטיקת החללים אשר ניתן להעלותו בצורה מקיפה רק במסגרת מאמר נפרד.
תופעה המאפיינת את אקוסטיקת החללים היא ההדהוד (reverberation) הנובע מהחזרות גלי הקול הפוגעים במשטחי החלל. כאשר משטחי החלל מחזירי קול, קצב דעיכת הקול איטי וקיימת חפיפה של הברות הדיבור הגורמת לקשיים במובנות הדיבור ולהגברת מפלס הרעש בחלל הנדון.
השימוש בחומרים בולעי קול מאפשר בקרה וויסות של קצב דעיכת הקול כפי שיפורט בהמשך.
מגדירים את זמן ההדהוד כזמן שבו דועך מפלס הקול ב-60 דציבלים לאחר הפסקת מקור הקול.
ניתן לקבוע את זמן ההדהוד T על ידי נוסחת סבין שלפיה: T=0.16 V/A שניות. כאשר: V הוא נפח החלל, ו-A הוא סכום שטחי הבליעה האקוויוולנטיים, דהיינו סכום המכפלות של משטחי החלל במקדמי הבליעה שלהם.
מקדמי הבליעה תלויים במידת הנקבוביות של החומרים, הגורמת להפחתת החזרות גלי הקול עקב החיכוך בין חלקיקי האוויר עם חומרי הבליעה. חומרים בולעי קול הם: צמר סלעים, צמר זכוכית, שטיחים, ספוגים בעלי תאים פתוחים וכדומה.
קיימים קריטריונים לזמני הדהוד מומלצים בהתאם לשימוש בחלל ולנפחו. למטרות של מובנות דיבור מומלץ זמן הדהוד הנמוך משנייה אחת, ולמטרות מוסיקליות מומלץ זמן הדהוד גבוה יותר. גורם תכנוני נוסף בתחום אקוסטיקת החללים הוא תכנון פיזור הקול הנדרש בחלל, באמצעות מפזרי קול העשויים מחומרים קשים וכדומה. בליעת הקול מתאפשרת לרוב על ידי תקרות
אקוסטיות העשויות מלוחות מינרליים מצמר סלעים או מצמר זכוכית, עם גמר דקורטיבי לא אטום. יש גם תקרות עשויות ממגשי פח או מלוחות גבס מחוררים עם מזרנים מחומרים בולעים מעליהם.
אנו מגדירים את תכונות הבליעה של הפלטות האקוסטיות באמצעות מקדם הבליעה של החומר NRC (Noise Reduction Class), המתאר את היחס בין אנרגיית הקול הנבלעת לבין האנרגיה הפוגעת במשטח. ערכי NRC נעים בין 0 ל-1 , כאשר מקדם הבליעה של זכוכית הינו 0.01 ושל פנל אקוסטי ברמה גבוהה: 0.8 ומעלה. לעיתים, מגדירים גם תכונה נוספת של הפנלים האקוסטיים, לצורך בלימת מעבר רעש דרכם, בהתאם לצפיפות חומר הפנלים. תכונה זו מוגדרת כ-CAC
(Celing Attenuation Class), כפי שנראה בהמשך. השימוש בתקרות אקוסטיות ובגופים אחרים בעלי כושר בליעת קול מקובל כיום בכל מבני הציבור (בתי ספר, בתי מלון, בתי חולים וכו') וכן במבני תעשייה ובחללים ספציפיים של מבני מגורים.
מבין הבעיות המודרניות בתחום אקוסטיקת החללים נזכיר את הנושא של החלל הפתוח (pen space) אשר לא ניתן להקיפו במסגרת מאמר זה.
בידוד רעש קול נישא באוויר (Air Borne Noise)
בניגוד לחומרים הנקבוביים המשמשים לבליעה קולית, מתקבלת ההפרדה האקוסטית בין חללים באמצעות חומרים קשיחים ואטומים בעלי צפיפות גבוהה. ההפרדה הבסיסית המוכרת היא על ידי חומרי בנייה מסיביים והומוגניים כגון: בטון, בלוקים וכו'. מידת הפחתת הרעש (Sound Transmission Sound) STC, של קיר או של תקרה, היא פונקציה לוגריתמית של מסת החומר, כאשר הערך הנדרש להפרדה בין דירות מגורים הוא STC=50 (dB) A.
השימוש בבנייה המודרנית במחיצות גבס מאפשר קבלת ערכים גבוהים של בידוד אקוסטי למניעת מעבר רעש על ידי קירות קלים יחסית. הסיבה לכך היא השימוש במחיצות כפולות דופן עם חלל אוויר ביניהן אשר ניתן להגדירן כאלמנט בעל שתי קליפות או יותר ללא גשרי קול ביניהן. מרווח האוויר בין שתי הקליפות פועל כקפיץ המקטין את העברת התנודות של גלי הקול ביניהן (ראה פרט 1).
יצוין כי תוספת מזרן צמר סלעים או צמר זכוכית בחלל הקיר הכפול, תגדיל את כושר הבידוד האקוסטי שלו בכ-5 -3 דציבלים, כתוצאה מריסון גלים עומדים הנוצרים בחלל הקיר הכפול. על ידי שימוש בקיר גבס דו קרומי ניתן להגיע לערכים של (dB (A50 הזהים לקיר הומוגני בעובי 20 ס"מ ובעל מסה קלה, כ-500 ק"ג למ"ר.
יש להקפיד על אטימה מלאה של הקירות בין הרצפה לבין התקרה הקונסטרוקטיבית ולהימנע מהפסקת המחיצות בגובה התקרות האקוסטיות. במקרים מיוחדים ניתן לבחון שימוש בתקרות אקוסטיות צפופות יחסית בעלות ערך CAC לבלימת מעבר רעש, אם כי ברור שמקדם בליעת הקול של תקרות אלה יהיה נמוך יותר: NRC=0.5-0.6.
כאשר בחלל שמעל לתקרות האקוסטיות מותקנות יחידות מיזוג אוויר רועשות יחסית, ניתן להשתמש בפנלים כנ"ל ולקבל זמן הדהוד העונה על הדרישות האקוסטיות, יחד עם הפחתת מעבר רעש דרך התקרה האקוסטית. גם חלונות ודלתות מהווים אלמנטים למניעת מעבר רעש בין חללי הבניין או דרך מעטפת הבניין. באלמנטים אלה יש להקפיד על מסה מירבית הניתנת להשגה על ידי עץ, פלדה, זכוכית וכדומה. הזכוכית הנדרשת לקבלת בידוד אקוסטי גבוה היא זכוכית בידודית או זכוכית רב שכבתית (טריפלקס) עם שכבת ויניל בין שכבות הזכוכית.
חשוב להדגיש כי כושר הבידוד של החלונות מותנה במידת האטימה בין כנפי החלון והמשקוף שעל הקיר. אטימה טובה ניתנת להשגה על ידי גומיות איטום. החלונות הטובים יותר מבחינה אקוסטית הם חלונות ציריים.
בדלתות אקוסטיות יש להבטיח, מלבד אטימה סביב הדלת, את אטימת החריץ שבתחתית הדלת על ידי מברשות איטום או אלמנטים אקוסטיים קפיציים מיוחדים כדוגמת Athmer.
בידוד רעש קול הולם (Solid Borne Noise)
רעש קול הולם הנקרא Impact Noise הוא רעש הנובע ממגע קשיח בין מקור הרעש למבנה, כגון רעש צעדים, רעשי ויברציות של מתקני מיזוג אוויר המותקנים על גג הבניין, גנרטורים, משאבות וכו'. מניעת רעשים מסוג זה, השכיחים במרכיבי הבנייה המודרנית, היא בעלת חשיבות גדולה. זאת במיוחד מאחר שהתפשטות רעשים אלה מתבצעת לא רק בין חללים סמוכים בבניין אלא מתפשטת דרך מסת הבניין למרחקים.
הפתרון הבסיסי לבעיה זו היא מניעת מגע קשיח בין מקור הרעש ובין המבנה, הניתנת לביצוע על ידי שימוש בבסיסים "צפים" למתקנים השונים. היסודות הצפים עשויים שכבת בטון המשמשת כמסה אינרטית המונחת על גבי שכבת חומר גמיש העשוי מפולימר על בסיס פוליסטירן בעל תאים סגורים, כדוגמת איזוצף. יש גם יסודות צפים העשויים מחומרים על בסיס פוליאוריטן מוקצף בעלי תאים סגורים כדוגמת פלציב או ורנדופלס (ראה פרטים2 ו-3 )
כל זאת, בנוסף לקפיצים של היחידות עצמן המתוכננים לשקיעה סטטית מתאימה בהתאם לעומסים המופעלים עליהם. גם רעידת צנרת מים כתוצאה מזרימת מים שייכת לקטגוריה זו. הפרדת הצנרת מהמבנה מתבצעת על ידי שימוש בשרוולים גמישים.
נושא הבידוד של רעשי צעדים בין הקומות בבנייני מגורים קיבל משמעות מיוחדת בשנים האחרונות עם הופעת השימוש בחול מיוצב בצמנט על פי ת"י 1629. חול זה גרם למצע קשיח מתחת לריצוף ולהעברת רעש הצעדים בין הקומות. למניעת תופעה זו משתמשים כיום ברצפות "צפות", על ידי הנחת שכבת פולימר גמיש על גבי התקרה הקונסטרוקטיבית לפני הנחת שכבת החול או מדה + ריצוף. יודגש, כי בעיית מעבר רעש הצעדים אינה ניתנת לפתרון לאחר גמר ולכן יש להקפיד על ביצועה לפני הנחת הריצוף.
בעיה נוספת בתחום האקוסטיקה היא בעיית רעש המעליות המהווה מטרד חמור, במיוחד בקומות העליונות הסמוכות לחדר המעלית או בחדרים של דירות גג דו-מפלסיות הצמודות לחדר המעליות.
ניתן להשקיט רעש זה על פי דרישות ת"י 1004 חלק 3: רעש ממעליות. זאת, באמצעות יסוד צף על גבי קפיצים כדוגמת שיטת Jack Up System של חברות Mason או על ידי שיטות מקצועיות דומות להשקטת רעשים המשמשות גם להצבת מתקני מיזוג אוויר על גגות של מבני ציבור ובנייני מגורים (ראה פרט 4).
סיכום
מאמר זה סקר את גורמי הרעש העיקריים וכן חומרים אקוסטיים ואמצעים לטיפול בגורמים אלה.
הודגשה הבחנה בין חומרים אקוסטיים לבליעה קולית, המתבססים על חומרים נקבוביים המאפשרים חדירת אנרגיית הקול דרכם, לבין חומרים מסיביים, המשמשים למניעת מעבר רעש בין חללי הבניין ולהגנת מעטפת הבניין מרעשים חיצוניים. הוזכרו בקצרה התקנות והתקנים המרכזיים בתחום האקוסטיקה וכן ניתנה סקירה תמציתית של נושא אקוסטיקת החללים. הוזכרו בעיות הרעש העיקריות בבניינים המחייבות טיפול אקוסטי, כגון: רעשי קול הולם וקול נישא באוויר, רעשי מתקני מיזוג אוויר, מעליות ואינסטלציה וכן בעיות הדהוד ורעש בחללים של מבני ציבור ומבני תעשייה. במציאות ובדרישות של היום לא ניתן לתכנן מבנים ללא ייעוץ מקצועי של יועץ אקוסטי מוסמך.
לאור המודעות הגוברת לנושאי הרעש, במקביל ליתר נושאי איכות הסביבה, יש חשיבות להרחבת המידע בנושאים אקוסטיים נוספים, ביניהם פתרונות למטרדי רעש חיצוניים של מתקנים רועשים, רעשי תחבורה רגילים וכן רעשי מטוסים ורכבות, אשר לא ניתן היה להקיפם במסגרת מאמר זה.
כותב המאמר הוא סגן ראש ועדת התקינה לאקוסטיקה במכון התקנים הישראלי.