Akoestische aspecten bij het ontwerp van hoge glasoverkapte ruimten

Transcriptie

1 Symposium IBPSA 11 December 2003 Akoestische aspecten bij het ontwerp van hoge glasoverkapte ruimten Marcelo Blasco WTCB

2 Glasoverkapte ruimtes (atria) In: Musea / Expo Kantoorgebouwen Publieke gebouwen Pleinen tss gebouwen

3 Voorbeelden ATRIA

4 Wat is geluid? Golffronten celeriteit lucht: c = λ. f ~ 340 m/s vloeistoffen: c ~ 1400 m/s vaste stoffen: c ~ 5000 m/s

5 Isolatie Absorptie Wi Isolatie (akoestisch): R θ,f = 10 log (W i /W d ) [db] θ Wr θ Wa θ Wd Absorptie: α θ, W + W = d a f W i [-]

6 Isolatie Absorptie Isolatie tegen geluid: (volle barrières) toepasbaar tussen ruimten onderling Absorptie: annuleren van resonanties,weergalming in een spouw of ruimte (minerale wol, geperforeerde panelen, ) toepasbaar op 1 enkele ruimte

7 Isolatie Absorptie voorbeeld: Glaswolplaat (5 cm - 60 kg/m³) akoestische isolatie (lucht): 5 db akoestische absorptie (gem.): 0.7 ABSORPTIE Glas (10 mm kg/m³) akoestische isolatie (lucht): 37 db akoestische absorptie (gem.): 0.1 ISOLATIE

8 Hinder

9 Hinder Akoestisch comfort Geluidsniveau Frequenties Tijdsfluctuatie Herkenbaarheid geluid Achtergrondniveau Signal to Noise ratio (S/N) Verstaanbaarheid

10 Hinder - Geluidsveld Diffuus veld Direct veld Reëel veld Bron r G = Q.A 16π

11 Is een atrium akoestisch hinderlijk? 2 volumes met gelijke absorptie index r GA < r GB Conclusie: In B moet geluidsvermogen hoger zijn om impact nagalm te ondervinden atria «hinderlijk» bij hoge aanwezige geluidsvermogens B A

12 Is een atrium akoestisch hinderlijk? Laag geluidsvermogen: Directe veld Nagalm niet duidelijk hoorbaar Vocale prestatie db(a) Vocale prestatie db(a) Fluisteren 32 Zacht 37 Relaxed 42 Normaal (privé) 47 Opgeheven 57 Luid 62 Zeer luid 67 Roepen 72 Normaal(publiek) 52 Max. roep 77

13 Is een atrium akoestisch hinderlijk? Hoog geluidsvermogen: Directe veld + Diffuus veld Nagalm wordt duidelijk hoorbaar 50 db + 50 db = 53 db 100 personen: + 20 db

14 Is een atrium akoestisch hinderlijk? Directe geluid + gereflecteerde geluid Afh. van vorm, behandeling en oppervlaktemateriaal: 1. Lang aanhoudende, veelvuldig gereflecteerd geluid nagalm 2. Stationair gebied in 3D (bep. freq.band) staande golven of resonantie 3. Serie (korte) echo s (beprekte freq. omvang) (flutter) echo

15 Parameters: Nagalmtijd T / EDT GELUIDDRUKNIVEAU in een punt [db] 60 db 15 db t 1 T 60 t 2 TIJD [s]

16 Nagalm 1. Belangrijk criterium in een ruimte nagalmtijd (spectraal) 2. Afhankelijk van functie! 3. Gemiddelde nagalmtijd = ½(T T 1000 ) (in seconden) 4. Als nagalm te groot geluid absorberen (Sabine)

17 Correctie nagalm T Hoge nagalm : m³/persoon Lagere nagalm : 3-8 m³/persoon of veel absorptie T met 50% verminderd Lp is 3 db lager Nagalmtijd ruimte: gem. bij 500 en 1000 Hz Men kan T verlagen nooit verhogen (enkel digitaal) Absorptie mbv. baffles, absorberend plafond, panelen, absorberende pleisterwerk,

18 Absorptiematerialen ter verlaging T Type A: Poreuze materialen (dikte, type, vorm) (Doorschijnende geperforeerde folies) Type B: Resonatoren: membranen (spouwdikte, massa) Helmholtz (vorm) Type C: Combinaties

19 Type A: Poreuze materialen Dikte absorptiemateriaal invloed op frequentiegamma Hoe dikker, hoe meer absorptie bij lagere frequenties.

20 type b: Membraan resonator Helmholtz resonator Gebruikt voor absorptie van freq. < 250 Hz Helmholtz: perforatie -> mid-hoog freq. absorptie

21 Absorptie INLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

22 Vermijden staande golven Correcte evenredige verdeling van resonantiemodi belangrijk (onregelmatige zaalvorm) (parameter = afmetingsverhoudingen) Vermijd ruimtes met (h,b,l)=(x,nx,nx) Geen 2 parallele «kale» wanden Grote volumes veel staande golven positief

23 Ideale afmetingsverhouding (Louden) Voor regelmatige ruimte Evenredige verdeling resonantiemodi Zeer slecht = modi volgens X,Y,Z vallen samen Kwaliteit hoogte x-factor y-factor

24 Diffusering geluid Homogeen verspreiden geluid Spraakverstaanbaarheid +/-overal gelijk Vermijden echo s Afmeting onregelmatigheid oppervlak ~ de te diffuseren frequentie Praktisch: binnenbekleding, decoratie,

25 Gebogen plafonds Bolle (convexe) vlakken : verstrooiing (diffusering) geluid auditorium

26 Gebogen plafonds Holle (concave) vlakken : focusering geluid vergaderruimte

27 Reflectie

28 Reflectie Diffusering

29 Aanpak akoestische studie Eénvoudig geval: Akoestische studie na architecturale Bereken nagalm Bepaal vereiste nagalm Kies absorptie techniek: bepaal A Plaats materiaal doordacht Complex geval: Zaalakoestische studie tesamen met architecturale parameters: functie, vorm, flexibiliteit, capaciteit, gespecialiseerd studiebureau (simulaties) Absorptie kan leiden tot tonaliteitverandering en een te korte nagalmtijd Objectieve parameters: Nagalm / Vroege nagalm / Klaarheid- Definitie / Ruimtelijke impressie / Verstaanbaarheid

30 Vlaams Parlement (Brussel) Vergaderzaal Amfitheater, hellende «parterre» Elektrische versterking Direct + Diffuus absorptie stijgen Absorptie door: Tapijt Absorberende pleister Absorb. tussenschotten Rugleuningen zetels Personen Openingen

31 Absorptie Personen (S = 1.7 m²) Absorptiematten Absorberende pleister

32 Absorptie index α Geluidabsorptie poreuze materialen Frequentie (Hz) materiaal dikte (mm) glaswol (12 kg/m³) glaswol (55 kg/m³) PU opencellig Betonsteen Geluidabsorptie vlakke panelen materiaal multiplex 4mm op regelwerk (2.9 kg/m²) met spouw 60 mm idem met 40mm minerale wol Absorptie door meubelen, gordijnen, bekleding, hoog frequentie absorptie resonatoren laagfrequente absorptie

33 Absorptie index panelen absorptie index (frequentie in Hz) Hardboard: 3.5 mm op regelwerk: m''=3.3 kg/m² -spouw 60 mm idem + 40 mm Mwol spouw 120 mm idem + 40 mm Mwol Multiplex: 4 mm op regelwerk: m"=2.9 kg/m² -spouw 60 mm idem + 40 mm Mwol spouw 120 mm idem + 40 mm Mwol Spaanplaat: 19 mm op regelwerk: m"=13.5 kg/m² -spouw 60 mm idem + 40 mm Mwol spouw 120 mm idem + 40 mm Mwol

34 Simulaties

35 Designprocedure Glasoverkapte ruimte Functie ruimte Eisen Vorm Volume Configuratie Absorptie Diffusering Flexibiliteit? Comfort? Andere aspecten

36 Geometrische en digitale zaalakoestiek Oude theaterzalen Moderne cinema s Sterk reflecterende ruimtes (ATRIA)

37 Lage en hoge frequenties modale akoestiek geometrische akoestiek grens afh. van dimensies ruimte in bep. ruimtelijke vorm: zoveel mogelijk resonanties voor bepaald V, vooral laagfrequente resonanties modaal gedrag (f <<) raytracing (f >>) Hoge frequenties: gemakkelijk absorbeerbaar ( treble ) Lage frequenties: moeilijker, buigen om hindernissen ( bas )

38 Zaalvorm Vermijden echo s: l < 17 m (Haas-effect) Muziektoepassingen: l < 27 m helling, hoogte zaal (reflectie panelen) Moderne cinemazalen: geen reflectie (meestal balkvormige ruimte)

39 Zaalvorm Mogelijkheid tot spraakversterking doch met echo s, beter is

40 Simulatiesoftware Empirisme en ervaring toch zeer belangrijk controles achteraf: fine tuning flexibiliteit kan belangrijk zijn