Akoestiek in gebouwen

Transcriptie

1 Akoestiek in gebouwen Het begrip goede akoestiek kan op een aantal verschillende manieren worden gebruikt, met verschillende bedoelingen. In het algemeen verwijst het begrip naar een balans tussen nagalmtijd, achtergrondgeluid en geluidsisolatie. Een ruimte met een goede akoestiek zal de gewenste geluiden benadrukken en ongewenste geluiden buitensluiten of zodanig dempen dat deze niet langer als storend worden ervaren. Drie belangrijke akoestische concepten in een gebouw Ruimteakoestiek heeft betrekking op de geluidsomgeving in een bepaalde ruimte, zoals een klaslokaal of kantoor. In dit geval ligt de nadruk op het meten van de nagalmtijd. In ruimtes waar informatieoverdracht en communicatie van informatie van groot belang zijn, kunnen echter ook andere methodes worden gebruikt voor het meten van de spraakverstaanbaarheid of privacy. In alle gevallen is geluidsabsorptie het cruciale element voor het bepalen van de gewenste akoestiek in een gebouw. Geluidsisolatie is gerelateerd aan het vermogen van een bouwconstructie om te voorkomen dat geluid zich van de ene naar de andere ruimte kan verspreiden. Hierbij wordt verwezen naar twee vormen van geluidsisolatie: luchtgeluidsisolatie en contactgeluidsisolatie. Lawaai is gerelateerd aan extern geluid van auto's, treinen of achtergrondgeluid van ventilatoren, lichtarmaturen, elektrische en elektronische installaties. Ook door de aanwezige mensen in de ruimte wordt geluid voortgebracht, zoals het verschuiven van stoelen, hoesten, praten, enz. Korte nagalmtijden duiden op een goede akoestiek In de meeste ruimtes hangt een prettige ruimteakoestiek direct samen met een korte nagalmtijd. Zo gelden voor vergaderruimtes of ruimtes waar een hoge mate van privacy is vereist, meestal korte nagalmtijden. De makkelijkste en meest kostenbesparende manier voor het bereiken van een prettige akoestische omgeving is het van wand-tot-wand installeren van een akoestisch plafond zodat wordt De nagalmtijd (T) is de tijd waarin het geluidsniveau met 60 db afneemt. voorzien in een hoge geluidsabsorptie. Het geluid in een ruimte blijft nog even hoorbaar nadat de geluidsbron is uitgeschakeld. Dat komt doordat het geluid gedeeltelijk wordt gereflecteerd door de oppervlakken in de ruimte, waardoor een echo ontstaat. Ook het volume en de vorm van de ruimte, de hoeveelheid geluidsabsorberende materialen en de diffusie van het geluidsveld hebben invloed op de nagalmtijd. Onder ideale omstandigheden kan de nagalmtijd worden geschat met behulp van de formule van Sabine. In veel gevallen leveren dergelijke berekeningen door een gebrek aan diffusie te lage waarden op. In een diffuus geluidsveld worden geluidsgolven gelijkmatig door de ruimte verdeeld. Er zijn verschillende andere, meer bruikbare methodes om de nagalmtijd te berekenen, maar deze mogen alleen worden toegepast door experts op het gebied van akoestiek. De totale hoeveelheid geluidsabsorptie in een ruimte, en dus de nagalmtijd, is vooral van belang voor de spraakverstaanbaarheid, privacy en geluidsniveaus e.d.

2 Omgevingen die vragen om speciale akoestische aandacht In situaties waar communicatie met en tussen een publiek centraal staat, is het van groot belang dat de spreker duidelijk te horen en te verstaan is. Het gesproken woord moet concurreren met veel irrelevant geluid. Hierbij valt met name te denken aan ventilatoren, schrapende stoelen, voetstappen, ritselende papieren en ongewenste geluidsreflecties, die de spraakverstaanbaarheid kunnen storen. Gymzaal/Sporthal/Zwembad (<1500 m³) Gymnastiek, balspelen, zwemmen en spelletjes in het water gaan gepaard met een hoog geluidsniveau. Het is van belang te kunnen communiceren - instructies moeten kunnen worden gegeven en gehoord. Natuurlijk moet ook aan een aantal veiligheidsaspecten worden voldaan om het juiste geluidsmilieu in dergelijke ruimtes te creëren. Akoestiek Grote open ruimtes nodigen uit tot gesprekken over langere afstand, waardoor graag met stemverheffing wordt gesproken om elkaar te overstemmen. Geluid voedt geluid, en wordt een storende "mengelmoes van lawaai". Harde afwerkingmaterialen creëren een hinderlijke versterking en verspreiding van geluid. Geluid wordt over een lange afstand getransporteerd en stoort op die manier heel veel mensen. Voetstappen veroorzaken veel lawaai op harde vloermaterialen. Richtlijn In Normen gymnastieklokalen en sportzalen/delen van sporthallen met schoolgebruik 2005 (Projectgroep normen KVLO) wordt voor een gymzaal (afmeting 13m x 22m x 7m) uitgegaan van een gemiddelde nagalmtijd van 1,1 seconde voor het frequentiegebied van Hz. De maximale toegestane waarde per frequentiegebied is 1,5 seconde. Mechanische eigenschappen Het akoestisch plafond moet worden voorzien van een versterkt oppervlak met het oog op beschadigingen en balvastheid.

3 Geluidsabsorptie De geluidsabsorberende eigenschappen van een materiaal worden uitgedrukt in absorptiecoëfficiënt a (alpha), als functie van de frequentie. Coëfficiënt a varieert van 0 (volledige reflectie) tot 1,00 (volledige absorptie). 1. Doorgevoerde energie 2. Omgezette energie 3. Inkomende energie 4. Gereflecteerde energie 2. Omgezette energie 1. Doorgevoerde energie 3. Inkomende energie *absorptiecoëfficiënt Als een geluidsgolf een vlak in een ruimte raakt, wordt een deel van de geluidsenergie gereflecteerd in de ruimte en een deel van de energie dringt door in het oppervlak. Vervolgens wordt een deel van de energie van de geluidsgolf geabsorbeerd door omzetting in warmte in het materiaal, terwijl de rest wordt doorgelaten. De hoeveelheid omgezette energie hangt af van de geluidsabsorberende eigenschappen van het materiaal. De absorptiecoëfficiënt kan op twee verschillende manieren worden gemeten: met de nagalmkamermethode en de buismethode. De nagalmkamermethode wordt gewoonlijk gebruikt voor het weergeven van productgegevens en voor invoergegevens in rekenmodellen. De meetmethode volgt de internationale standaard EN- ISO 354. De overeenkomende Amerikaanse standaard is ASTM C 423 (metingen volgens de laatste methode geven altijd een wat hogere uitslag in de grafieken). De metingen worden uitgevoerd in een grote ruimte met een diffuus geluidsveld, d.w.z. dat het geluid gelijkmatig door de ruimte wordt verdeeld en onder verschillende invalshoeken het testvlak bereikt. Spraakverstaanbaarheid De spraakverstaanbaarheid meet hoeveel van de gesproken informatie verstaanbaar is in een bepaalde omgeving. De spraakverstaanbaarheid wordt beïnvloed door nagalmtijd, achtergrondlawaai of eigenlijk de verhouding signaallawaai, volume van de ruimte en plaats van geluidsreflecterende en geluidsabsorberende oppervlakken. Naarmate de nagalmtijd korter wordt, wordt de spraakverstaanbaarheid beter, totdat het achtergrondlawaai gaat overheersen. Verminderd gehoor door leeftijd, een gewone verkoudheid of gehoorverlies stelt hogere eisen aan een goede akoestiek. Het is ook bekend dat jonge en oudere mensen een goede akoestische omgeving vragen. In een ruimte met een lange nagalmtijd krijgt een woord niet de gelegenheid te dempen, voordat het volgende woord de luisteraar bereikt. De spraakverstaanbaarheid is dus slecht.

4 Methodes en waarden Er zijn verschillende methodes om de spraakverstaanbaarheid in een ruimte te meten en beoordelen. Van alle objectieve methodes zullen er drie worden behandeld: STI en RASTI De afkorting STI betekent Speech Transmission Index en RASTI betekent Rapid Speech Transmission Index. Beide worden op een vergelijkbare manier gemeten, waarbij STI echter betrekking heeft op meer frequenties. Derhalve zijn de grafieken vrijwel identiek, ook al kunnen grote frequentieverschillen afwijkingen opleveren. De grafieken zullen echter, afhankelijk van het volume in de ruimte, verschillen STIen RASTI-waarden variëren tussen 0 en 1,00, waarbij 0 staat voor volledig onverstaanbaar, terwijl 1,00 staat voor volledig verstaanbaar. In een normaal klaslokaal worden waarden boven 0,75-0,80 als goed beschouwd. %-Alcons %-Alcons is percentage 'Articulation Loss of CONSonants'. Deze waarde houdt met andere woorden rekening met het gesproken woord, dat van het grootste belang is voor de spraakverstaanbaarheid. In het algemeen wordt aangenomen dat een verlies van meer dan 15% van de medeklinkers (15% Alcons) onacceptabel is, ongeacht de vorm van communicatie. Waarden onder 10-5%-Alcons worden beschouwd als goede tot zeer goede luistervoorwaarden. Signaal-lawaai ratio (S/N) Een ander belangrijke parameter die de spraakverstaanbaarheid beïnvloedt is het achtergrondlawaai, of meer specifiek de signaal-lawaai ratio (S/N). Dit is de verhouding tussen het signaal (bijv. spraak) en het achtergrondlawaai (bijv. ventilatiegeluiden). Om een goede spraakverstaanbaarheid te bereiken moet een geluid tenminste 15 db boven het achtergrondlawaai uitkomen. Voor personen met een gehoorbeschadiging moet deze waarde zelfs groter zijn; een verhouding van tenminste 20 db wordt vaak als leidraad genomen. Anderzijds, indien de geluidsverhouding veel minder bedraagt, of indien het signaal lager is dan het geluid, wordt het signaal gedeeltelijk gemaskeerd. Zo kan een bepaalde privacy bereikt worden. De methodes kunnen worden gebruikt om de spraakverstaanbaarheid tussen twee punten op een simpele, objectieve manier te beoordelen. De resultaten laten zien hoe verstaanbaar het gesprokene daadwerkelijk is. De waarden voor spraakverstaanbaarheid zijn over het algemeen gebaseerd op de beleving van jongvolwassenen met een gemiddeld gehoor. Het is echter de moeite van het onthouden waard dat circa 5% van de bevolking gebruik maakt van een gehoorapparaat of andere technische hulpmiddel. Een nog veel groter percentage heeft een minder ernstige afname van het gehoor, waardoor problemen ontstaan bij het verstaan van gesprekken in een lawaaierige omgeving. Een gewone verkoudheid kan al tot tijdelijk gehoorverlies leiden. Vooral oude mensen en kinderen zijn afhankelijk van een goede spraakverstaanbaarheid, omdat zij de informatie anders opnemen dan jongvolwassenen. Bovendien is aangetoond dat ook mensen die naar een andere taal dan hun moedertaal luisteren, baat hebben bij een zeer goede akoestische omgeving. Spraakprivacy tussen werkplekken Conform de Amerikaanse standaard ASTM E 1130 kan de spraakprivacy tussen werkplekken objectief worden gemeten in kantoortuinen en andere ruimtes met een open lay-out. Dergelijke metingen gelden alleen voor specifieke configuraties en zijn afhankelijk van bepaalde parameters: geluidsabsorptie-efficiëntie van het akoestisch plafond en andere oppervlakken geluidsisolatie-efficiëntie van scheidingswanden lay-out van werkplekken achtergrondgeluidsniveau spraakspectrum en niveau Toenemend achtergrondlawaai - onwenselijk Toenemend achtergrondlawaai kan op de lange termijn negatieve effecten hebben, zoals ziekte, vermoeidheid, verminderde productiviteit en efficiëntie. Daarom wordt het afgeraden een betere spraakprivacy te bereiken door middel van het verhogen van het lawaai van ventilatoren of het gebruik van andere geluidsmaskerende systemen. Bovendien moet u niet vergeten dat mensen geluid en lawaai verschillend ervaren. Privacy en afzondering in open ruimtes kunnen alleen naar tevredenheid worden bereikt door het creëren van afzonderlijke ruimtes voor vertrouwelijke discussies en taken die een hoge mate van concentratie vragen.

5 Verklarende woordenlijst Akoestiek Akoestiek De studie van geluid. In het dagelijkse taalgebruik ook wel gebruikt om te beschrijven hoe geluid ontvangen wordt in een specifieke ruimte. Articulatieklasse (AC) Een classificatie van verlaagde plafondsystemen naar hun vermogen een bijdrage te leveren aan de akoestische privacy tussen werkstations. AC wordt berekend uit de Interzone Attenuation conform ASTM E Verminderde verstaanbaarheid van medeklinkers (%-Alcons) Een methode voor het objectief meten van de spraakverstaanbaarheid is de bepaling van de verminderde verstaanbaarheid van medeklinkers (%-Alcons), een maat die aangeeft welk percentage medeklinkers niet juist of onjuist wordt verstaan. Medeklinkers spelen een belangrijkere rol in de spraakverstaanbaarheid dan klinkers. Wanneer de medeklinkers duidelijk verstaan worden, kan een gesprek gemakkelijker gevolgd worden. Achtergrondgeluid (eenheid: db(a)) Het geheel van geluiden afkomstig van vaak niet afzonderlijk herkenbare, verder weg gelegen geluidsbronnen. Afhankelijk van de situatie kunnen dit zeer verschillende geluiden zijn, bijvoorbeeld afkomstig van zoemende ventilatoren, schuivende stoelen, verkeer, machines en apparatuur, geluid van gangen, personen in aangrenzende ruimtes of op speelplaatsen. Dn,c,w (eenheid: db) Eengetalswaarde, conform EN ISO 717-1, voor de laboratoriumwaarde van de geluidsisolatie van een verlaagd plafond, gemeten tussen twee ruimten volgens ISO Deze meting betreft alleen de geluidsoverdracht die plaatsvindt via het verlaagde plafond en niet de andere mogelijke overdrachtswegen, zoals via de wand. Flutterecho Snelle opeenvolging van echo's tussen twee parallelle geluidsreflecterende oppervlakken. Frequentie (f) Grootheid met als eenheid Hz (hertz). Hoe hoger de waarde, des te hoger de toon. Het menselijke oor neemt frequenties waar van circa 20 Hz tot een kleine Hz. De belangrijkste frequenties van spraak liggen tussen de 125 en 8000 Hz. Lawaai Ongewenst geluid. Lawaai is een subjectief begrip: wat de één waarneemt als lawaai kan voor de ander een aangenaam of nuttig geluid zijn. Geluidsreductiecoëfficiënt (NRC) Eengetalswaarde voor geluidsabsorptie conform ASTM C 423, bepaald als het gemiddelde van de absorptiecoëfficiënten bij 250, 500, 1000 en 2000 Hz. Privacy Akoestische privacy (afzondering) tussen werkplekken in een open kantoorruimte of kantoortuin kan worden gekwantificeerd met de Articulatieklasse (AC). RApid Speech Transmission Index (RASTI) RASTI is een objectieve maat voor de spraakverstaanbaarheid in een ruimte. De methode voor de bepaling is een vereenvoudigde variant van die voor de bepaling van de Speech Transmission Index (zie STI). De metingen beperken zich tot de frequentiebanden van 500 Hz en 2000 Hz.

6 Nagalmtijd, (T of RT in seconden) De tijd die nodig is om het geluidsdrukniveau in een ruimte met 60 db te laten afnemen nadat een geluidsbron wordt uitgeschakeld. De nagalmtijd is afhankelijk van de frequentie. Het meten van de nagalmtijd stelt ons in staat om de totale geluidsabsorptie in de ruimte te berekenen. Sabine De natuurkundige Wallace Clement Sabine ( ) ontwikkelde in Riverbank, ten westen van Chicago, de bekende formule van Sabine (T=0,16xV/A), die de relatie geeft tussen nagalmtijd (T s), ruimte volume (V in m³) en de totale hoeveelheid geluidsabsorptie (A in m²). (image): Sabine's formula Geluidabsorbers Materialen en structuren met het vermogen om de akoestische energie(geluid) om te zetten in andere vormen van energie. Zij kunnen de ruimteakoestiek verbeteren door het verminderen van de reflectie van geluid, waardoor de nagalmtijd en het galmniveau dalen. Geluidsabsorptie De omzetting van akoestische energie in mechanische energie (trillingen) en/of thermische energie (warmte). De mate van geluidsabsorptie wordt uitgedrukt in de geluidsabsorptiecoëfficiënt a, die afhankelijk is van de frequentie. Gemiddelde geluidsabsorptie (SAA) Eengetalswaarde voor de geluidsabsorptie conform ASTM C 423, gebaseerd op de absorptiecoëfficiënt in de tertsbanden van 200 Hz tot en met 2500 Hz. Geluidsisolatie Het vermogen van een gebouwelement of -structuur om de geluidsoverdracht te verminderen. De geluidsisolatie is afhankelijk van de frequentie en wordt normaal gemeten tussen 100 en 3150 Hz. Luchtgeluidsisolatie kan worden uitgedrukt in eengetalswaarden, I lu, D n,c,w, R w of R' w. Contact-geluidsisolatie kan worden uitgedrukt in de eengetalswaarde I co, L n,w of L' n,w. Geluidsdrukniveau (eenheid: db of db (A) De drukvariatie veroorzaakt door geluidsgolven in de lucht wordt geluidsdruk genoemd. Het laagste geluidsdrukniveau dat kan worden waargenomen is 0 db, bekend als geluidsdrempel. Het geluidsdrukniveau van 120 db is zo hoog dat het geluid juist als pijnlijk wordt ervaren, dit noemt men de pijngrens. Geluidssterkte db (A), db (C) Het menselijk oor is niet even gevoelig voor alle frequenties in het hoorbare gebied. Met name de zeer lage en de hoge frequenties worden veel slechter waargenomen dan de frequenties in het middengebied. Teneinde een goede maat voor de hinderlijkheid van geluid te krijgen wordt het gemeten geluidsdrukniveau (Lp in db) daarom vaak gewogen met de zogeheten A-weging. Deze is vergelijkbaar met de gevoeligheid van het oor voor relatief lage niveaus. Het A-gewogen geluidsniveau (L pa ) wordt uitgedrukt in db (A). Bij hoge niveaus is het verloop met de frequentie van de gevoeligheid van het oor anders. De C-weging is hierop gebaseerd. Bijvoorbeeld bij het piekgeluid van machines. Het C-gewogen geluidsniveau (L pc ) wordt uitgedrukt in db (C). Spraakverstaanbaarheid Spraakverstaanbaarheid is afhankelijk van het niveau van achtergrondgeluid, de nagalmtijd van de ruimte en de vorm van de ruimte. Verschillende maten worden gebruikt om de spraakverstaanbaarheid te kwantificeren, de meest gebruikte zijn RASTI, STI en %-Alcons. Speech Transmissie Index (STI) STI is een objectieve maat voor de spraakverstaanbaarheid in een ruimte. Hiertoe worden metingen verricht waarbij een luidspreker zich bevindt op de plaats waar gewoonlijk de spreker zich bevindt en een microfoon daar waar de toehoorders zich bevinden. De metingen worden verricht in het frequentiegebied van Hz.