Projektowanie komór bezechowych dla Państwowego Urzędu Metrologicznego

Co się dzieje, gdy wejdziesz w idealną ciszę? W tych komorach poziom ciśnienia akustycznego (SPL) spada poniżej progu percepcji człowieka. Twoje kroki natychmiast się rozmywają, oddech wydaje się wzmocniony, a bicie serca staje się nieprzyjemnie głośne. Po kilku minutach większość ludzi zaczyna tracić równowagę. Niektórzy twierdzą, że słyszą własny przepływ krwi lub zgrzytanie w stawach.

Większość ludzi wytrzymuje zaledwie kilka minut, zanim pojawią się zawroty głowy, mdłości, a nawet lekka panika. To nie eksperyment myślowy, lecz udowodniona reakcja fizjologiczna. Orientacja człowieka zależy od subtelnych odbić dźwięku, a kiedy te sygnały znikają w komorze bezechowej, ciało zaczyna się buntować. Badania opublikowane w czasopiśmie „Journal of the Acoustical Society of America” pokazują, że większość ludzi nie jest w stanie długo przebywać w takim środowisku, zanim pojawi się dyskomfort.

Po co więc celowo budować tak dezorientujące środowisko? Ponieważ cisza, kontrolowana i projektowana, staje się narzędziem o niezwykłej precyzji. Cisza pozwala naukowcom mierzyć to, co niemierzalne, przemysłom udoskonalać najcichsze technologie , a społeczeństwom lepiej chronić dobrostan człowieka przed szkodliwym hałasem.

Oto historia o tym, jak firma DECIBEL, wspólnie z partnerami w Polsce, stworzyła jedno z najnowocześniejszych urządzeń akustycznych w Europie: komory bezechowe dla Głównego Urzędu Metrologii (GUM).

 

Cisza jako instrument naukowy na całym świecie

Na całym świecie tylko kilka komór osiąga częstotliwości graniczne sięgające zaledwie 50 Hz. Laboratoria Microsoft Audio Labs w Redmond, komora Orfield Labs w Minneapolis czy ośrodek NTT Facility w Japonii są często określane mianem „najcichszych miejsc na Ziemi”. Każde z nich to katedra ciszy, wykorzystywana nie do medytacji, lecz do najnowocześniejszych pomiarów : od testowania mikrofonów smartfonów, przez udoskonalanie medycznych aparatów słuchowych, po kalibrację instrumentów lotniczych.

 

 

Nowe obiekty GUM w Kielcach dołączają do tego ekskluzywnego grona. Dzięki komorom bezechowym 50 Hz i 100 Hz, GUM wpisał się na międzynarodową mapę najnowocześniejszych instytucji metrologicznych. Komory te to nie tylko imponujące konstrukcje; to instrumenty same w sobie, zaprojektowane z chirurgiczną precyzją, aby zagwarantować Polsce pozycję lidera w dziedzinie badań nad dźwiękiem i drganiami.

 

Jak wyjaśnia prezes firmy DECIBEL , dr inż. Tsvetan Nedkov: „Projekty takie jak ten pokazują, dlaczego akustyka to nie tylko redukcja hałasu, ale postęp. Te komory pozwolą Polsce stać się liderem w dziedzinie metrologii i pokażą, jak cisza, zaprojektowana z precyzją, staje się globalnym źródłem innowacji”.

 

Wymagania klienta dotyczące doskonałości

Państwowy Urząd Metrologii oczekiwał nie tylko imponujących specyfikacji; oczekiwał też wzorców, które zapewniłyby Polsce miejsce w światowej czołówce.

• Dwie komory bezechowe: jedna duża o kubaturze 1402 metrów sześciennych, pracująca z częstotliwością odcięcia 50 Hz, oraz mniejsza o kubaturze 319 metrów sześciennych, pracująca z częstotliwością odcięcia 100 Hz. Obie przestrzenie musiały stworzyć warunki prawdziwego pola swobodnego, w którym dźwięk zanika, jakby znajdował się na otwartej przestrzeni.
• Ochrona przed wibracjami: czynne kamieniołomy oddalone o zaledwie pięć kilometrów oznaczały, że odporność na wibracje musiała zostać zaprojektowana zgodnie z normą klasy V0 - najsurowszą kategorią izolacji wibracji, wymagającą, aby ruchy gruntu w komorze nie przekraczały 4 mikrometrów na sekundę dla wszystkich istotnych częstotliwości, co zapewnia niemal całkowitą odporność na wibracje zewnętrzne i gwarantuje, że nawet najsłabsze zewnętrzne drgania nie zakłócą pomiarów.
• Kontrola hałasu: Poziom hałasu wewnętrznego musiał mieścić się poniżej krzywej NR5 (krzywej odniesienia dla ultraniskiego poziomu hałasu, odpowiadającej ekstremalnie cichym środowiskom akustycznym, znacznie cichszym niż studio nagraniowe, stosowanej tutaj do określenia maksymalnego dopuszczalnego poziomu hałasu tła w komorach), zgodnie z normą ISO 8253-2 (międzynarodową normą badań audiometrycznych, która określa sposób pomiaru i kontroli pól dźwiękowych w celu zagwarantowania dokładnej oceny słuchu i kalibracji urządzeń). Zapewniło to dokładność i wiarygodność testów urządzeń medycznych, technologii słuchowych i emisji hałasu przemysłowego.

 

Inżynieryjne podejście do ciszy

1. Konstrukcja pudełko-w-pudełku

Aby spełnić te standardy, firma DECIBEL i jej partnerzy przyjęli zasadę „pudełko w pudełku”, budując każdą komorę jako żelbetową konstrukcję odizolowaną od otoczenia. W rezultacie powstały dwie wyspy akustyczne wewnątrz kompleksu laboratoryjnego.

 

 

2. Systemy izolacji drgań

Następnym krokiem była kontrola wibracji.

• Komora 100 Hz: wzmocniona elastomerowymi podkładkami o średnicy 100 mm (f₀ ≈ 5 Hz - naturalna częstotliwość rezonansowa układu izolacji drgań, co oznacza, że układ filtruje drgania powyżej tej częstotliwości i zapobiega ich oddziaływaniu na komorę).
• Komora 50 Hz: Zbudowana na sprężynach stalowych 2,5 Hz z elastomerowymi podporami, zaprojektowana z opcją modernizacji do sprężyn pneumatycznych z aktywnym tłumieniem, jeśli zajdzie taka potrzeba.
  Symulacje metodą elementów skończonych (MES) (technika inżynierska oparta na komputerach, która dzieli złożone konstrukcje na tysiące małych elementów, aby przewidzieć, jak zareagują one na siły, takie jak drgania wywoływane wybuchami w kamieniołomie lub pracą ciężkiego sprzętu), w połączeniu z rzeczywistymi pomiarami drgań na miejscu podczas detonacji w kamieniołomie, potwierdziły, że system nie tylko spełnił, ale wręcz przekroczył wymagania klienta.

 

 

Kierownik projektu tak podsumowuje ten etap: „Nasza komunikacja z GUM była równie ważna, jak sama inżynieria. Każde wymaganie musiało zostać zweryfikowane pod kątem rzeczywistych warunków budowy. Praca w środowisku z czynnymi kamieniołomami oznaczała, że symulacje drgań i testy na miejscu musiały być precyzyjnie zsynchronizowane. Było to wyzwanie logistyczne i techniczne, wymagające perfekcyjnej koordynacji”.

 

3. Kliny pochłaniające dźwięk

Wewnątrz ściany i sufity wyłożono klinami z poliuretanu polieterowego, które nadały komnatom charakterystyczny wygląd:

• 170 cm długości w komorze 50 Hz
• 86 cm długości w komorze 100 Hz

Te kliny zapobiegają odbiciom, pochłaniając dźwięk tak całkowicie, że nawet kroki znikają bez śladu. Dla instalatorów było to niezwykle delikatne zadanie. „Kliny poliuretanowe nie zostały po prostu przyklejone do ścian” – wspomina jeden z członków zespołu instalacyjnego. „Każdy klin został precyzyjnie wycięty na specjalistycznym sprzęcie 3D CNC. Montaż i wyrównanie zostały wykonane z milimetrową precyzją przez naszych wykwalifikowanych instalatorów. Praca w ograniczonej przestrzeni między konstrukcją wewnętrzną a zewnętrzną w celu zainstalowania systemu wentylacji była wymagająca. Ale kiedy ostatni klin był już na miejscu, wiedzieliśmy, że stworzyliśmy coś naprawdę wyjątkowego. Stojąc po raz pierwszy w komorze, poczuliśmy ciszę; zbudowaliśmy ją własnymi rękami”.

 

 

4. Cicha wentylacja

Wentylacja była prawdopodobnie najbardziej paradoksalnym wyzwaniem: jak wtłaczać i wypuszczać powietrze z pomieszczenia, nie generując przy tym najmniejszego śladu dźwięku. Zaprojektowano 13-metrowy kanał HVAC z wyściółką z wełny mineralnej i tłumikami dzielonymi, aby zapewnić tłumienie w zakresie wszystkich krytycznych częstotliwości.

• Przy wysokich częstotliwościach (4-8 kHz) tłumiki rozmieszczone schodkowo blokowały transmisję dźwięku w polu widzenia.
• Przy niskich częstotliwościach (63 Hz) wprowadzono dodatkowe elementy tłumiące w celu wzmocnienia tłumienia.

W rezultacie powstało komfortowe, oddychające środowisko, które pozostało niesłyszalne ani dla ludzkiego ucha, ani dla delikatnych instrumentów.

 

 

Konkretne rezultaty dla przemysłu i nauki

Oddziaływanie komór GUM jest wielopłaszczyznowe. Teraz będą one:

• Zapewnianie środowisk testowych zgodnych ze standardami ISO na potrzeby przemysłu i badań.
• Umożliwia kalibrację audiometryczną, niezbędną w przypadku urządzeń medycznych i technologii słuchowych.
• Umożliwia przeprowadzanie testów hałasu w przemyśle, pomagając producentom w tworzeniu cichszych i bezpieczniejszych maszyn.
• Wspieranie badań podstawowych, pozycjonujących Polskę jako europejskie centrum nauk akustycznych.

Polski Główny Urząd Metrologii dysponuje obecnie jedną z najnowocześniejszych infrastruktur akustycznych w Europie. Dla DECIBEL ten projekt jest zarówno triumfem technicznym, jak i deklaracją misji. Pokazuje, że ciszę można zaprojektować, że ma ona wymierną wartość i może kształtować zdrowsze społeczeństwa. Jak podsumowuje prezes DECIBEL: „Te komory to nie tylko akustyka, to budowanie warunków dla postępu”.

 

 

Nawet najbardziej skomplikowane środowiska można opanować dzięki precyzji, współpracy i innowacji.

Skontaktuj się z naszym zespołem już dziś, aby uzyskać indywidualną konsultację dotyczącą Twojego projektu akustycznego lub wygłuszającego, zapoznaj się z naszymi studiami przypadku lub dowiedz się, w jaki sposób nasze produkty i rozwiązania mogą przekształcić Twoje wyzwania w mierzalny sukces.