Akustika, trokšņi, vibrācijas: nozīme būvniecībā

Par akustiku pastiprināti sāk runāt tad, kad piemin koncertzāles. Bet kā ir ar pārējām būvēm? Kādos gadījumos par ēku saka, ka tai ir slikta akustika? Kādi ir labas akustikas piemēri? Vai akustikas kļūdas ir glābjamas, un kā? Vai akustiķis var radikāli mainīt arhitekta ieceri, konstrukciju, ja prasība ir laba akustika, bet arhitekta iecere ar to «neiet kopā»?

Vienkāršoti un īsi saka, ka akustika pēta elastīgo svārstību un skaņu viļņu izplatīšanos, to mijiedarbību ar vidi, kurā šīs svārstības izplatās. Šo svārstību dzirdamās frekvence atrodas intervālā starp 16 Hz un 16 kHz. Skaņas ar frekvenci zem 16 Hz sauc par infraskaņām, skaņas virs 16 kHz ir ultraskaņas. Būvakustikas klasiskais frekvenču diapazons ir vēl šaurāks – no 10 Hz līdz 3150 Hz.

Dažāda drukāta un interneta vidē atrodamā informācija liecina, ka akustiku iedala vispārīgajā akustikā, kas eksperimentāli un teorētiski pēta svārstību un skaņas viļņu izplatīšanos un ar uztveršanu saistītas parādības, un lietišķajā akustikā, kas pēta elastīgo svārstību izmantošanu mūzikā, radiosakaros, svārstību izplatīšanās īpatnības atmosfērā, ūdenī, celtnēs. Tā pēta arī trokšņu un vibrāciju iedarbību uz mūsu dzirdi un veselību un izstrādā metodes to samazināšanai.

Mūsdienu būvakustika aptver plašu jautājumu loku, ieskaitot telpu (arhitektūras) akustiku, konstrukciju skaņas izolāciju un ēku inženieriekārtu trokšņa slāpēšanu, kā arī apbūves (pilsētbūvniecības) akustiku. Būvakustiskie mērījumi ietver visa veida apbūvē sastopamo skaņas avotu parametru mērīšanu, gaisa un triecientrokšņa izolācijas mērījumus un telpu akustisko parametru mērījumus. Būtiska pētījumu sastāvdaļa ir akustiskie mērījumi absorbcijas un reverberācijas mērkamerās.
Par akustiku vēlējāmies parunāt ar pasaules līmeņa zinātnieku, praktiķi, pētnieku, lektoru, daudzu grāmatu un metodisko norādījumu autoru, kurš ar savām zināšanām dalījies ne vien Eiropā, bet arī Dienvidamerikā, Āzijā un citur. Tas ir liepājnieks Ivars Veits, kuru dzīve piecu gadu vecumā (1941. gadā) aizveda uz Vāciju. Izglītību viņš ieguva Ilmenavas Tehniskajā universitātē. Doktora grāds inženierzinātnēs Ivaram Veitam tika piešķirts Āhenes Tehniskajā universitātē pēc disertācijas aizstāvēšanas akustikā.

Viņa darbība bijusi saistīta ar elektronu optiku un pusvadītāju tehnoloģiju, elektroakustiskiem dzirdes aparātiem un audiometriem, hidroakustiku, troksni un tā iedarbību uz cilvēka dzirdi, svārstībām un vibrācijām. Viņš izstrādājis pirmo aktīvo tehnisko aizsardzības metodi pret troksni, izlietojot «anti» skaņas principu. Šis izgudrojums tiek izmantots dažādos ražojumos, sevišķi zemo un vidējo frekvenču diapazonā.

Kopš 2002. gada Ivars Veits ir neatkarīgs konsultants akustikas jautājumos, it īpaši telpu un būvju akustikā, trokšņu mērīšanas metodēs, to tehnikā un noteikumos, trokšņu avotu lokalizācijā, trokšņu nelabvēlīgā iedarbībā uz mūsu veselību un to novēršanā, vides aizsardzībā pret trokšņiem u. c.

Ivaram Veitam ir vairāk nekā 200 zinātnisko publikāciju vācu, spāņu, angļu un latviešu valodā par akustiskiem tematiem, tostarp arī sešas grāmatas, piemēram, Metodiskie norādījumi būvakustikā, kas izdota 2006. gadā.

Viņš bijis ilggadējs pasniedzējs Ķīles universitātē, Nirnbergas Inženieru skolā un Eslingenes Tehniskajā akadēmijā. Jau desmit gadus Ivars Veits ir profesors Vīsbādenes augstskolā, kur lasa lekcijas par elektroakustiku. Bez tam viņš regulāri veic studentu un mācībspēku apmācību Latvijas Lauksaimniecības universitātes (LLU) Inženieru fakultātē akustikas jautājumos, vadot seminārus vairāku dienu garumā, kas neietilpst obligātajā apmācības programmā. Daloties ar savu pieredzi un zināšanām, veicinājis akustikas virziena izveidošanos un attīstību LLU, kur patlaban izveidota vislabāk aprīkotā akustikas mācību laboratorija Latvijā. Ivars Veits ir arī vieslektors Liepājas Universitātes Dabas un inženierzinātnes fakultātē.
Tā kā tiekamies Liepājā, aplūkojam Lielo dzintaru, un saruna par akustiku sākas.

Kas jāzina, pirms rada projektu akustikai?
Galvenais ir zināt, kādam mērķim ēka tiek celta. Vai tajā lielajā zālē rādīs teātri vai teiks runas, vai tur būs koncerti? Ja telpai jābūt daudzpusīgi lietojamai, tas ir uzdevums, ko nemaz nav tik vienkārši atrisināt. Jāzina, kur ir smaguma punkts.

Liepājas koncertzālē akcents tiek likts uz simfonisko mūziku. Taču ir precedenti, ka pasūtītāju vidū rodas ķīviņi, par finansēm atbildīgais vēlas kā akcentu mūziku, bet mākslinieciskais vadītājs – runu.
Šveicē, Lucernā, ir zāle, kur sānos ir vairākas tonnas smagas betona daļas. Tās var bīdīt uz iekšpusi un uz ārpusi, tādā veidā variējot telpas tilpumu un reverberācijas laikus pēc nepieciešamības – tie var kļūt gan īsāki, gan garāki. Ir daudz paņēmienu, kā izpausties, ja vajag gan runu, gan mūziku, bet tas ļoti sadārdzina projekta izmaksas.
Vācieši par akustiku saka: sadzirdams klusums (burtiski pārtulkojot). Tādas telpas ir akustiski stipri slāpētas, un pēcskaņa nav manāma.

Projektējot ēku, akustika ir specifiska koncertzālei?
Esmu izmeklējis un sastādījis optimālus reverberācijas laikus. Tie ir atkarīgi no tā, ko cilvēks tādās telpās vēlas darīt, piemēram, lasīt lekcijas auditorijā vai rīkot ērģeļkoncertus. Telpās bez attiecīgiem reverberācijas laikiem ērģeles vispār neskan. Ja priekšroka ir simfoniskajam orķestrim, jānosprauž cits mērķis: jāzina, kā un kur sēdēs publika, kāds būs materiāls, cik daudz vietu un tā tālāk. Viena lieta ir, ja telpa ir tukša, pavisam kas cits, kad tā ir pilna ar publiku. Bez tam ir jāzina, kādi krēsli paredzēti zālē. Tie iepriekš jāizgatavo un akustiski jāpārbauda reverberācijas kamerā. To dara ar vismaz 12 tādiem krēsliem.
Krēsliem ir sava funkcija. Akustiskās īpašības stipri atšķiras atkarībā no tā, vai zāle ir tukša vai pilna. Vācijā tādām pārbaudēm izgatavo īpašas lelles cilvēka augumā ar apģērbu. Paņem krēslus un novieto kamerās. Mēra pēcskaņu ar lellēm un bez tām. Novērtē rezultātus un secina, kādiem vajadzētu būt krēsliem, kad zāle ir pilna ar publiku. Tukšā zālē skan pavisam citādi.

Ja krēsli, piemēram, ir no tērauda...
Tad ļoti svarīga ir attiecīgo audumu izvēle, kas noteic skaņas slāpējošās īpašības.

Ja tas ir industriālais stils?
Paneļi iekšpusē arī nav nesvarīgi. Visiem materiāliem, visiem audumiem absorbcija pieaug ar frekvenci. Izņemot koku. Tas izturas pretēji. Koka paneļi lielās zālēs netiek lietoti tikai izskata dēļ vien, ar koku var daudz ko izlīdzināt. Ir telpas ar īpatnēju reverberācijas laiku atkarībā no frekvences. Frekvenču līknē parādās atsevišķas smailes (peak), kas telpās ļoti nepatīkami izklausās. Šādus peak dabūt nost nemaz nav tik viegli. Atceros gadījumu, par ko uzzināju vienā kongresā no kolēģa, proti, kādā lielā halle, cik atceros, Novosibirskā reverberācijas laikā parādījās tāds ļoti traucējošs peak. Ja or ķestris spēlēja, visā zālē to varēja dzirdēt. Ko darīt? Vajadzētu iebūvēt rezonanses absorbentu. Kur dabūt? Nekā jau nebija. Bet tajā laikā esot bijušas piena pudeles, ko ražoja pēc kaut kādiem GOST standartiem. Un kāda nejaušība, pudeles rezonanses frekvence esot saskanējusi kopā ar tieši šo peak. Atlika tikai aiz skatuves izvietot vairākus simtus pudeļu, un problēma bija atrisināta. Tā dažreiz ar vienkāršiem līdzekļiem situāciju var izlabot. Tādos gadījumos arī bez lielas teorijas, vienkārši eksperimentējot, var sasniegt mērķi. Un ja attiecīgs «materiāls», piemēram, pudeles, atrodas pie rokas, vēl labāk.
Mēs jau dikti ilgi runājam par iespēju uzbūvēt lielu mērkameru, kur varētu notikt mērījumi, piemēram, RTU.

Kamerā mēra 12 krēslus, un viss šķiet kārtībā, bet vai kārtībā ir arī 1000 skatītāju zālē?
Mērkamerā var salikt 10, 15 vai arī 20 krēslus un izmērīt viņu absorbcijas koeficientus. Tad paskatās, kāds iznākums. Un no iegūtajiem rezultātiem diezgan precīzi var secināt, kā izturēsies arī 1000 krēsli.
Tagad vēl dažas piezīmes par tā saukto aktīvo trokšņa slāpēšanu ar antiskaņām. Izmantojot šo paņēmienu, troksni uzņem ar mikrofonu, pārstrādā uzņemtos trokšņa signālus digitāli tā, ka tos ar pretējo fāzi atkal var izstarot kā antiskaņu, tā ka rezultējošais trokšņa līmenis kļūst jūtami zemāks.
Kad ar šo jautājumu sāku nodarboties, kolēģi teica: «Ko tu ar savām antiskaņam?», bet šodien tas visur ir pats par sevi saprotams paņēmiens. Tāpat ir arī ar antivibrācijam, ar kurām var jūtami samazināt traucējošas vibrācijas.

Vai akustiķa konsultācija nepieciešama, kad būvē mūzikas skolu un koncertzāli, vai tomēr normāli būtu, būvējot jebkuru objektu, pieaicināt akustiķi?
Pirms vācu Bundestāgs, tas ir vācu parlaments, beidzot pārvācas uz Berlīni, parlamenta plenārzāle atradās kādā pagaidu ēkā Bonnā, kur arhitektiem bija jāizdomā un jāizveido izskatīga un reprezentabla plenārzāle. Tas arī izdevās, tikai «neskanēja». Kolēģi atstāstīja, ka tika pieaicināti akustiķi, lai nu palīdz. Tur aizritēja divi mēneši, pirms parādījās rezultāts. Lai izskats netiktu sabojāts, caurspīdīgajā materiālā ieurba caurumiņus 0,3 mm diametrā. Tādas plāksnes ar neskaitāmiem tūkstošiem caurumiņu, kas uzlaboja absorbciju, tika ievietotas zālē. Tā ar vienkāršiem paņēmieniem var daudz ko sasniegt. Vācijā arhitekti mācību laikā par akustiku maz ko uzzina. Un ne tikai Vācijā vien! Citās zemēs situācija ir vēl sliktāka. Arhitekti sevi tik un tā uzskata par māksliniekiem, un inženieri un tehniķi viņu acīs ir tikai tādi palīgi, kas viņiem nokārto piegādes darbus. Šodien, kad sākas tādi projekti, ar akustiķiem sadarbojas no paša sākuma.

Iedomāsimies situāciju: nekonsultējoties ar akustiķi, uzbūvē, saprot, ka nav labi, un meklē speciālistu. Kaut ko var labot vai arī jānojauc un jāceļ no jauna?
Labot ir grūti. Dažreiz izmaksas ir lielākas nekā visai būvei. Piemēram, dārdēšana, kas rodas, kad staigā pa lielām, mazslāpētām grīdām. Tas ir efekts, ko no sākuma nevar paredzēt, ko ietekmē dažādi fizikas likumi un nejaušības. Piemēram, peldošais klons, ko parasti uzliek uz pamatgrīdas jeb pārseguma, var sākt vibrēt kādā no savām pašfrekvencēm. Atceros tādu gadījumu: liela telpa – paklāji izklāti simtos kvadrātmetru. Izskatījās forši, bet, kad gāja pāri, izklausījās ka skan zvans. Arhitekti nesaprata, ko nu darīt. Vienīgā izeja bija peldošo klonu sazāģēt nevienādos gabalos un spraugas noblīvēt ar elastīgu materiālu. Paklāju gan vajadzēja jaunu. Tas viss maksāja naudu.

Vai akustiķiem ir bijuši negatīvi piemēri?
Kā lai nebūtu? Ir, turklāt daudz. Viens no maniem kolēģiem sarakstījis diezgan biezu grāmatu par visām kļūdām, kas laika gaitā ir radušās, kur kas ir noticis un kā vēlāk tas ticis labots. Akustika objektā diemžēl ienāk samērā vēlu. Piemēram, iekšā jāiekabina difuzori. Arī tādā veidā var likvidēt pašfrekvences. Svarīgi, ja kādam ir akustiskā virsuzraudzība. Vienam jābūt atbildīgam. Viņš sadala uzdevumus saviem līdzstrādniekiem. Troksnis, kas nāk no ārpuses, arī iekšpusē var ierosināt pašfrekvences. Ļoti nepatīkamas akustiķim ir tā saucamās multifunk-cionālās telpas. Es tās salīdzinu ar Šveices kabatas nazīšiem. Divdesmit asmeņi, un neviens tā īsti negriež. Apvienot visus pretrunīgos mērķus nav viegli. Ja uztaisīs kādā citā projektā, var rasties kļūdas.

Arhitektam ir lieliska ideja, viņš pieaicina akustiķi, bet tas pasaka, ka arhitekta izvēlētie materiāli konkrētajam mērķim neder. Tad darbs turpinās meklējumos, bet vai ir tā, ka akustiķis iesaistās tikai tad, kad būvniecības process ir sācies?
Dažreiz tiešām tā ir, un tu vari tikai kaut ko labot. Es atceros kādu lielu halli Vācijas dienvidos, kur notika Vācijas armijas orķestra mēģinājumi. Halles galvenais materiāls bija ķieģeļi ar caurejošiem caurumiem Tie bija skaisti, dekoratīvi ķieģeļi uz sienas, bet aiz ķieģeļu sienas bija 10 centimetru dzelzsbetona siena. Pūtēju orķestris spēlēja, taču skaņa pazuda bez mazākās pēcskaņas telpā. Reverberācijas laiku tikpat kā nebija iespējams izmērīt. Izskatīgums ir viena lieta, bet ēkas izmantošanas mērķi arī ir svarīgi.

Kad ēkas būvniecības laikā būtu jāsāk kontrolmērījumi?
Mērīt var no tā brīža, kad visas telpas ir uz ārpusi slēgtas. Ja logi vēl nav ielikti, mērīšana ir pilnīgi bezjēdzīga. Protams, jāmēra arī, kādus trokšņus pārvada grīda.

Tad kad tīrā grīda?
Jāzina, cik liels vispār ir pašas pamatgrīdas triecientrokšņa slāpējums.

Vai studentus akustikā būtu iespējams apmācīt objekta būvniecības laikā, lai viņi veic kontrolmērījumus?
Tas būtu pat vēlams. Vācijā jau ilgi tā notiek. Tur akustika jau sen pastāv kā pilnīgi atsevišķa mācību disciplīna ar visādām nozarēm. Piemēram, hidroakustika – mācība, kā skaņa izplatās ūdenī. Tāpat skaņa gaisā vai arī cietos ķermeņos. Arī cilvēka ķermeni var aplūkot un analizēt no mehāniskā viedokļa. Pašfrekvences var izmērīt sirdij, aknām, kuņģim, smadzenēm. Tās atrodas starp 2 un 8 herciem (Hz), tas arī ir iemesls, kāpēc cilvēkiem, ar kuģīti vai laivu šūpojoties jūrā, paliek slikta dūša. Ir arī datorprogrammas, ar kurām visu cilvēka ķermeni var attēlot ar masām, atsperēm un berzes pretestībām, un ar analogu palīdzību to var aprēķināt, tā kā elektriķis.

Tad jau koncertzālē jārēķinās ne tikai ar krēsliem, bet arī ar cilvēkiem, kas aplaudē.
Tik lielas skaņas enerģijas netiks pārnestas, citādi būtu drausmīgi, jo sāktu plīst logi. Bet mēs zinām, ka skaņas var iet cauri arī biezām sienām, vismaz zināmās frekvencēs, atkarīgs, no kāda virziena krīt skaņa.

Cik lielā mērā pēc akustikas var spriest par būvniecības kvalitāti? Ja ir laba akustika, cik lielā mērā var pateikt, ka ir bijis kvalitatīvs būvniecības process?
Būvniecības procesa nobeigumā tik un tā parasti notiek gala mērījumi, kas attiecas uz skaņas izolāciju un vibrāciju pārnešanas īpašībām.

Cik drošs var būt projekta vadītājs, ka ar akustiku būs viss kārtībā. Ja viss akustiski pareizi, vai tas dod arī stabilitāti?
Var tikai nospraust mērķus, ko vēlas sasniegt: ugunsdrošību, siltumizolāciju un akustiku. Beigās var redzēt, vai tie sasniegti. Akustikā ir tāpat kā pārējās dabaszinātnēs, visu var aprēķināt, tikai būvakustikā tas neizdodas. Tur parasti notiek tikai aptuveni aprēķini. Svarīgi, kādi materiāli, kā sienas ir savienotas, kā mezgli uzbūvēti. Arī tas ietekmē rezultātu, vai strādnieks būvgružus savācis vai ieslaucījis spraugās.

Kuras ir labākās koncertzāles pasaulē?
Pasaulē ir daudz koncertzāļu. Kuras ir labākās, grūti teikt. Nerunāsim par pasauli, Eiropā vien ir ļoti daudzas slavenas koncertzāles, ne tikai Alberthola (Royal Albert Hall) Anglijā un Lucernas koncertzāle Šveicē, arī citur ir ļoti labas koncertzāles, piemēram, Itālijā, Nīderlandē, Vācijā.

To, ko raksta normatīvos, likumdošanā, vajag pārbaudīt?
Rakstītais pamatojas uz mērtehnisku pārbaudīšanu. Vācijā ir pieci akreditēti institūti. Tiem ir zīmogs, un viņi ir tiesīgi mērījumus pārbaudīt un sertificēt. Ik pēc diviem gadiem mērinstrumenti jākalibrē. Atceros, kā savulaik kādā konferencē viens francūzis uztraucās, ka vāciešiem katram niekam vajag normatīvu.

Tīri praktiski mēs koncentrējamies uz cilvēku. Ja būvējam ēku kvalitatīvi, tas parāda, ka būvējam pareizi un ņemam vērā būvfiziku.
Ar lidmašīnu troksni, piemēram, Frankfurtes tuvumā ir problēmas. Lidmašīnu troksnim lidostas tuvumā vācieši pievērš ļoti lielu uzmanību. Tur mājām jābūt sevišķi labi izolētām pret troksni.

Latvijā notiek pretējs process – pacelt skaņas līmeni augstāk.
Atkarībā no meteoroloģiskiem apstākļiem skaņas izplatās ļoti atšķirīgi. Parasti virs zemes temperatūra ir augstāka nekā lielā augstumā. Pretējā gadījumā, ja iestājas temperatūras inversija, skaņa tiek lauzta uz leju un traucē lielus apdzīvotus apgabalus. Tas gan nebojā dzirdi, bet paaugstināto skaņas līmeņu dēļ cilvēki tādā laikā vairāk cieš.

Vai akustiku izjūtam kā iespēju celt būves prestižu, vai arī tas ir apgrūtinājums, kas jāizpilda?
Tā ir brīvprātīga izvēle. Tā ir energonoturība. Būvniecībai ir jāievēro standarta noteikumi. Ir apsveicami, ja mūsu dzīvokļos ir silts un netraucē troksnis. Energoauditu nepamanu uzreiz, ja nav ziemas mēnesis. Akustiskus uzlabojumus turpretim jūt uzreiz. Ja mēs redzam potenciālu, varam sakārtot likumdošanu. Energoaudits Vācijā ir obligāts. Katrs sīkums, kas notiek Eiropas valstīs, tiek noteikts; ja nav, tad būs.
Vēl viena piezīme, kas attiecas uz akustiku: skaņas spiediena līmenis ir atkarīgs no attāluma. Te ir daudzas iespējas cilvēka spējīgumu «ietekmēt» troksni objektīvi novērtēt. Ir gadījumi, kur būtu pareizāk runāt par cilvēka akustisko izjušanas spējas «apmānīšanu». Akustiski korekts lielums trokšņa avota raksturošanai katrā gadījumā ir skaņas jauda, respektīvi, skaņas jaudas līmenis. Skaņas jauda nav atkarīga no attāluma.

Andris Veinbergs
SIA "Knauf" tehniskais vadītājs
Mārīte Šperberga
Žurnāla "Būvinženieris" galvenā redaktore

Žurnāls "Būvinženieris" 2014. gada aprīlis
 

Foto: STOCK.XCHNG.