Prečo je dôležitá vhodná akustika tried?

Akustika tried takmer šesťtisíc vzdelávacích inštitúcií fungujúcich v Maďarsku je vo väčšine prípadov stále nedostatočná. Popri nedostatkoch zvukovej izolácie (hlukov prenikajúcich zvonka) to možno vo väčšine prípadov pripísať nevhodnému priestorovoakustickému stvárneniu. Priame účinky nedostatočnej akustiky triedy:

• zvýšený hluk v triede
• ťažko zrozumiteľná reč smerom do zadných radov triedy
• rýchlejšie sa unavujúci žiaci a učitelia, škodlivé zdravotné účinky
• zhoršenie schopnosti sústredenia.

Bez akustických riešení v triedach dlhších ako 7 metrov napríklad typicky nie je zrozumiteľná približne dvojtretina učiteľovej reči. Priemerne je v triedach v zadných radoch zrozumiteľná len polovica reči. Ľahko si predstaviť, že vhodné akustické podmienky majú významný vplyv aj na študijné výsledky.

Moderné priestorovoakustické stvárnenie v učebni dejepisu Fazekas Mihály Gimnázium

Využijúc výsledky a skúsenosti viacerých našich predchádzajúcich akustických projektových prác v školách a jedného relevantného výskumného projektu, a v záujme podpory nami iniciovaného procesu maďarskej priestorovoakustickej normalizácie sme sa v roku 2017 rozhodli vytvoriť akustickú referenčnú učebňu, na čo sme hľadali podporovateľov. Pri výbere školy sme nasledovali jednoduché princípy: chceli sme opraviť najhoršiu učebňu najlepšej školy. Tak sme sa dostali do učebne 315/A v starej budove Budapesti Fazekas Mihály Általános Iskola és Gimnázium. Táto učebňa je špeciálna aj preto, že sa v nej nielen učia žiaci, ale prebieha v nej aj ďalšie vzdelávanie učiteľov.

Učebňa nie je novostavbou, preto bolo pred projektovaním potrebné — objektívnymi metódami — zhodnotiť súčasné pomery. To sme dosiahli prostredníctvom akustických meraní, ktoré slúžili ako základ na zostavenie počítačového kalibrovaného priestorovoakustického modelu. Kalibráciu na frekvenčne závislé vlastnosti pohlcovania zvuku existujúcich materiálov sme uskutočnili genetickým algoritmom. To je vyhľadávací postup, pomocou ktorého kalibrujeme údaje modelovania na merané údaje, čím v modeli dostaneme stav mimoriadne blízky realite.

Cieľom dimenzovania a projektovania bolo dosiahnutie zadanej hodnoty indexu prenosu reči (STI) nad 0,75 v prípade použitia bežného neozvučeného hovoriaceho, tzv. zvýšeného hlasového úsilia (raised vocal effort) od učiteľského stola. Cieľom bolo dosiahnuť alebo prekročiť túto hodnotu na čo najviac miestach v triede. Index prenosu reči komplexne opisuje možnosť vzniku zrozumiteľnosti reči a jej akustické obmedzenia a v súčasnosti je najvhodnejším objektívnym parametrom na dimenzovanie priestorov určených na reč. Množstvo, kvalitu a typ obkladov, ktoré sa majú aplikovať, je v súčasnosti najefektívnejšie a najbezpečnejšie možné určiť počítačovým projektovaním — numerickými simuláciami.

Ideálne priestorovoakustické stvárnenie školskej triedy možno spravidla dosiahnuť spoločným uplatnením troch hlavných riešení riešením optimalizačnej úlohy:

1. Diferencovaný zvukovo pohlcujúci-odrážajúci podhľad
2. Zvukovo pohlcujúci obklad stien
3. Zabezpečenie pohlcovania nízkych frekvencií

Diferencovaný zvukovo pohlcujúci-odrážajúci obklad znamená, že podhľad nemá v celej ploche homogénne akustické vlastnosti, ale na potrebných miestach pohlcuje zvuk a inde ho odráža, aby podporil šírenie zvuku pri tichých rečových zdrojoch, no pohltil odrazy škodlivé z hľadiska zabezpečenia zrozumiteľnosti reči. To je dôležité najmä pri väčších triedach, v tejto situácii postačovalo uplatniť čisto zvukovo pohlcujúci podhľad. Zvukovo pohlcujúce obklady stien v zadných radoch výrazne zvyšujú zrozumiteľnosť reči — bez nich sa vhodná zrozumiteľnosť reči často ani nedá zabezpečiť. Realizácia pohlcovania nízkych frekvencií je zase spravidla kritická z hľadiska obmedzenia základného hluku, resp. pri použití ozvučenia, ale v tomto rozsahu sú dominantné frekvencie aj pri mužských učiteľských hlasoch.

Po vykonaní meraní sme videli, že v učebni je hodnota indexu prenosu reči nízka a doba dozvuku mimoriadne vysoká kvôli prítomnosti kamennej podlahy, omietnutých stien a iných tvrdých povrchov odrážajúcich zvuk. Pri takých úlohách najľahšie merateľnou hodnotou akustického parametra je doba dozvuku, ktorá názorne ukazuje, za aký čas v miestnosti klesne hladina akustického tlaku vyvolaná náhle vypnutým, nepretržite prevádzkovaným zdrojom zvuku na jednu milióntinu (o 60 decibelov). Táto hodnota prirodzene závisí aj od miesta poslucháča a od výšky tónu, no priemerne v miestnosti z nej možno získať jediné charakteristické číslo, ktoré síce výrazne zjednodušujúco, ale predsa objektívne zobrazuje akustické pomery miestnosti a orientuje projektanta. Ukázalo sa, že dobu dozvuku musíme znížiť na štvrtinu, aby sme dosiahli želanú hodnotu zrozumiteľnosti reči. To nie je triviálna úloha, ale s dostupnou svetlou výškou a možnosťou umiestnenia stenového obkladu sa úloha ukázala ako riešiteľná.

Keďže zvukovo pohlcujúce materiály fungujúce v širokom rozsahu výšky tónu sú spravidla mäkké, na obklad steny sme vybrali materiál so špeciálnym náterom, ktorý je odolný proti nárazom, ba dokonca doň možno zapichnúť aj špendlík, takže mohol bez straty funkcie nahradiť aj zadnú nástenku triedy.

Vďaka použitým materiálom a riešeniam sa základný hluk v učebni znížil o viac ako 6 dB tak, že nebolo potrebné meniť výplne otvorov ani realizovať znižovanie hluku technického zariadenia budov. To dobre ukazuje, že priestorovoakustické riešenia súčasne riešia viaceré problémy: zlepšujú zrozumiteľnosť reči, znižujú hluk, znižujú dobu dozvuku. A ak k tomu pridáme, že ani nestoja významnú sumu, je zrejmé, že ich oplatí použiť. Ak to predpíše aj domáca technická regulácia, nielen oprí sa to oplatiť, ale vhodné akustické stvárnenie tried bude aj samozrejmé.

Popri akustických riešeniach sme zároveň obnovili aj osvetlenie. Do učebne sa dostali moderné stmievateľné LED svietidlá, takže teraz nielen počuť, ale aj vidieť v triede.

Realizácia moderných priestorovoakustických riešení je nevyhnutne potrebná v triedach. Nielen v spoločenských priestoroch, ale aj v menších miestnostiach a z dôvodov znižovania hluku aj na chodbách. S modernými projekčnými parametrami a metódami možno aktualizovať školskú stavebnú infraštruktúru aj v technicky náročných situáciách rekonštrukcie.