HOMOGENE absorptie, alfa = 28% PLAFOND 72 %, alle andere vlakken 6%, gemiddeld 28%

Transcriptie

1 2 B.12 DE VERDELING VAN ABSORPTIEMATERIALEN OVER DE RUIMTE 1. Inhomogene absorptie In de voorgaande webpagina is de vorm van de ruimte behandeld. Juist om de vorm te benadrukken waren plafond, vloer en wanden van die ruimten steeds bekleed met hetzelfde absorptiemateriaal. Dat was wel instructief, maar niet erg realistisch en daarom zal thans de inhomogene verdeling van absorberende materialen aan de orde komen. Bovendien werd in de voorgaande pagina vrijwel uitsluitend het geluidniveau getoond; slechts eenmaal werd de nagalmtijd gegeven om aan te tonen dat daaraan nauwelijks iets zinnigs kon worden ontleend. Ditmaal zullen, naast het geluidniveau, ook de nagalmtijd en de spraakverstaanbaarheidsmaat STI worden gegeven. Daarbij moet worden aangetekend dat (indien de volgorde van de webpagina s wordt aangehouden) de grootheid STI nog niet behandeld is. Er wordt overigens slechts één inhomogeen geval behandeld: het absorberend plafond. Dat komt ook verreweg het meeste voor in de praktijk. Dat betekent niet dat absorptie aan de wanden weinig invloed heeft. Met name in een sporthal kan de combinatie van een sterk absorberend plafond, harde vloeren en wanden plus het ontbreken van verstrooiend meubilair tot teleurstelling leiden bij oplevering van de hal. De nagalmtijd blijkt dan veel langer dan vooraf berekend met Sabine's formule en aangezien de norm voor sportzalen is gebaseerd op een maximale nagalmtijd wordt de zaal dan afgekeurd. Toevoeging van absorptie op de wanden kan het probleem dan oplossen. 2. Absorberende plafonds in standaardplattegronden 2.1 Een rechthoek Figuur 1 geeft een voorbeeld van de plattegrond van een rechthoekige ruimte waarbij links de absorptie gelijkmatig is verdeeld en rechts het grootste deel van de absorptie tegen het plafond is bevestigd. De bovenste twee geven het geluidniveau, de onderste twee de nagalmtijd. In de rechter figuren wordt de absorptie van alle vlakken (inclusief de vloer maar exclusief het plafond) op 6% gezet. Daarna wordt de plafondabsorptie berekend zodat de gemiddelde absorptiecoëfficiënt links en rechts gelijk is. Dat betekent dat volgens Sabine's theorie zowel het geluidniveau als de nagalmtijd links en rechts gelijk zijn. In de formules komen namelijk slechts het volume, het geometrisch oppervlak en de gemiddelde absorptiecoëfficiënt voor en die zijn alle drie gelijk HOMOGENE absorptie, alfa = 28% PLAFOND 72 %, alle andere vlakken 6%, gemiddeld 28% Figuur 1a: Vergelijking van de geluidniveaus in twee ruimten met een rechthoekige plattegrond. Alle berekeningen in deze webpagina zijn gemaakt met het ray tracing programma Catt Acoustic. De ruimten zijn 3. m hoog. Op het punt (2., 2., 1.) bevindt zich een geluidbron. Het bronvermogen is gelijk aan dat van een spreker op "normale" sterkte, maar een echte spreker straalt recht naar voren meer geluid uit dan naar achteren. Hier is een rondomstralende bron gebruikt. De mikrofoonpunten zijn berekend op 1.2 m hoogte. Het geluidniveau volgens Sabine (SPL diffuus) = 3. db. TU Delft, Faculteit Bouwkunde Pagina 1/

2 HOMOGENE absorptie, alfa = 28% PLAFOND 72 %, alle andere vlakken 6%, gemiddeld 28% Figuur 1b: Vergelijking van de nagalmtijden in twee gelijke rechthoeken. RT volgens Sabine =.7 s. Overige gegevens als in figuur 1a. Het geluidniveau stijgt aan de rechterzijde met ca. 1 db. Dat betekent dat de werkzame absorptie in de orde ligt van 21% in plaats van 28%. Of andersom: eigenlijk moeten we bij een Sabine berekening vooraf de absorptie ophogen naar 3% als we 28% zouden willen halen in de uiteindelijke situatie. Echter, als we naar de nagalmtijd kijken in de onderste figuur moeten we de absorptie met een factor 2. ophogen, dus naar gemiddeld 7%. Dat is technisch volstrekt onmogelijk. Als de nagalmtijd normgevend zou zijn (hetgeen zeer vaak het geval is), moeten we ons heil dus zoeken in een andere verdeling van de absorptie door de ruimte. Als juist het geluidniveau maatgevend is voldoet de rechter figuur haast net zo goed als de linker. De verschillen in de nagalmtijd door de ruimte zijn veel kleiner dan die in het geluidniveau. Als we nu een meting willen doen om de ruimte te karakteriseren lijkt de nagalmtijd in het voordeel omdat de spreiding in de resultaten gering is. Maar helaas kan een mooi constante nagalmtijd tamelijk nietszeggend zijn over het geluidniveau in de ruimte, terwijl dat juist de akoestische kwaliteit van de ruimte kan bepalen, bijvoorbeeld in een restaurant. De nagalmtijd zegt in dat soort situaties eigenlijk heel weinig. 2.2 Een corridor, een langwerpige plattegrond Als het merendeel van de absorptie in een corridor op het plafond wordt aangebracht zien we in het voorbeeld van figuur 2a een ophoging van 2 à 3 db ten opzichte van het homogene geval. Dat is niet veel, maar zeker niet verwaarloosbaar. Het verschil in de nagalmtijd (figuur2 b) is niet zo extreem als in figuur 1b, maar nu is juist weer het constante verloop door de ruimte verdwenen. HOMOGEEN PLAFOND Figuur 2a: Vergelijking van de geluidniveaus in een ruimte met een langwerpige plattegrond (een corridor). Boven: homogene absorptie, alfa=28%. Onder: plafond 81 %, alle andere vlakken 6%, gemiddeld 28%. Overige gegevens als in figuur 1a. SPL diffuus = 3. db. TU Delft, Faculteit Bouwkunde Pagina 2/

3 .8 bk.nijsnet.com HOMOGEEN PLAFOND Figuur 2b: Vergelijking van de nagalmtijden in een corridor. Boven: homogene absorptie, alfa=28%. Onder: plafond 81 %, alle andere vlakken 6%, gemiddeld 28%. Overige gegevens als in figuur 1a. RT volgens Sabine =. s. In figuur 2c is te zien waardoor de afwijkingen ten opzichte van Sabine's waarde worden veroorzaakt. De linker figuur heeft homogene absorptie, maar de reflecties tegen de kopse kanten komen veel minder vaak voor dan tegen de zijwanden en tegen plafond/vloer. Daardoor ontstaat een trapjescurve waarin een heen en weergaande reflectie zichtbaar is van 6 m, die (bij 343 m/s geluidsnelheid) overeenkomt met 174 ms. De helling van de curve bepaalt de nagalmtijd; die wordt minder steil en daardoor stijgt de nagalmtijd. In de rechter figuur zijn de trapjes veroorzaakt door reflecties tegen de kopse kanten ook te zien. Maar nu is de absorptiecoëfficiënt van de kopse wanden 6% in plaats van 28%, waardoor de steilheid van de curve nog minder wordt. Voor een uitgebreidere verhandeling wordt verwezen naar de onderliggende theoriepagina. db 2k db 2k -1.77s s -2.99s s ms ms 1 2 HOMOGENE absorptie, 28% PLAFOND 81%, rest 6%, gemiddeld 28% Figuur 2c: Twee nagalmcurven voor het mikrofoonpunt op (., 4., 1.2). De linker curve is voor de corridor waar alle oppervlakken 28% absorptie hebben. Bij de rechter curve is, net als in figuur 2b, het grootste deel van de absorptie op het plafond aangebracht, maar de gemiddelde absorptiecoëfficiënt blijft 28%. De nagalmtijd volgens Sabine is gelijk aan. s. De figuren tonen telkens twee nagalmtijden. De rode waarde en lijn geven de helling tussen en 2 db; de zwarte waarden gaan uit van en 3 db. In de figuren zoals figuur 2b wordt voor ieder mikrofoonpunt steeds de rode waarde genomen. TU Delft, Faculteit Bouwkunde Pagina 3/

4 2 43 bk.nijsnet.com Figuur 2d laat een grootheid zien die nog niet was besproken in de voorgaande webpagina s: de spraakverstaanbaarheid uitgedrukt in STI [1]. De getallen die behoren bij STI geven een glijdende schaal tussen en 1. Een getal boven 7 geeft een excellente spraakverstaanbaarheid (dus de donkergroene gebieden). Indien STI tussen 6 en 7 ligt noemen we de spraakverstaanbaarheid goed (lichtgroen). Een geel gebied betekent dat STI tussen 4 en 6 ligt en "redelijk" kan worden genoemd. We constateren in figuur 2d dat de spraakverstaanbaarheid vrijwel overal minstens goed is (op een paar gele vlakjes na). Dat komt doordat de gemiddelde absorptie vrij hoog is. Als het merendeel van de absorptie op het plafond wordt aangebracht neemt de galm tussen de verticale wanden toe waardoor de spraakverstaanbaarheid globaal 12 punten (dus bijna een klasse van 1 punten) minder is [2]. HOMOGEEN PLAFOND Figuur 2d: Vergelijking van de spraakverstaanbaarheid in een corridor. Boven: homogene absorptie, alfa=28%. Onder: plafond 81 %, alle andere vlakken 6%, gemiddeld 28%. Overige gegevens als in figuur 1a. 2.3 Een U vormige plattegrond HOMOGENE absorptie, alfa = 28% PLAFOND 82 %, alle andere vlakken 6%, gemiddeld 28% Figuur 3a: Vergelijking van de geluidniveaus in een ruimte met een U vormige plattegrond. SPL diffuus = 3.8 db Overige gegevens als in figuur 1a STI moet worden berekend in de gebruikelijke oktaafbanden van 12 tot 4 Hz, waarna een gewogen gemiddelde wordt berekend met de nadruk op de spraakfrekwenties, 1 en 2 Hz. Dat is hier niet gebeurd; er is slechts in één frekwentieband gerekend en het is dan eigenlijk correcter om die waarde TI te noemen in plaats van STI. De waarden van STI worden overigens meestal uitgedrukt tussen en 1. Hier staat STI dus eigenlijk in procenten. 2 Er wordt vanuit gegaan dat er vrijwel geen ruis aanwezig is. Ook ruis kan de spraakverstaanbaarheid storen, hetgeen in STI kan worden meegenomen. TU Delft, Faculteit Bouwkunde Pagina 4/

5 HOMOGENE absorptie, alfa = 28% PLAFOND 82 %, alle andere vlakken 6%, gemiddeld 28% Figuur 3b: Vergelijking van de nagalmtijden. RT diffuus =. s. Overige gegevens als in figuur 1a HOMOGENE absorptie, alfa = 28% PLAFOND 82 %, alle andere vlakken 6%, gemiddeld 28% Figuur 3c: Vergelijking van de spraakverstaanbaarheid STI. Overige gegevens als in figuur 1a. In een U vorm zijn de verschillen in het geluidniveau in het rechter deel ongeveer 3 db. Dat is ook logisch, want juist de weinig absorberende verticale wanden spiegelen het geluid van het linker ruimtedeel naar rechts. De nagalmtijd vertoont een beeld dat meer overeenkomt met de rechthoek uit figuur 1, inclusief de grote verschillen tussen het homogene geval links en de situatie met plafondabsorptie rechts. De spraakverstaanbaarheid neemt in de rechter figuur af. In hoofdstuk 4 zullen we ons bezighouden met de vraag of we dat moeten betreuren dan wel toejuichen. 3. Gedeeltelijke plafondabsorptie; is lawaaibestrijding bij de bron zinvol? 3.1 Een corridor In het voorgaande deel is aangetoond dat de positie van absorberende materialen invloed heeft op het geluidniveau, de nagalmtijd en de spraakverstaanbaarheid. De nagalmtijd blijkt dan het gevoeligst, waaruit zelfs de voorzichtige conclusie kan worden getrokken dat de nagalmtijd lang niet altijd geschikt is als normstellende grootheid. In al die gevallen was de absorptie "volvlaks" op het plafond aangebracht; thans zal worden nagegaan wat de invloed is van een gedeeltelijke bekleding van het plafond. Het eerste voorbeeld geeft de geluidniveaus in een corridor. Daarbij zien we van boven naar beneden: Een situatie zonder plafondabsorptie. Alle oppervlakken zijn uitgevoerd in een hard materiaal dat 6% absorbeert [3]. In feite is dit dus een homogene situatie die we in een voorgaande webpagina al hebben gezien. De situatie is hier opgenomen ter vergelijking. De nagalmtijd volgens Sabine is gelijk aan 2.3 s, het geluidniveau is 6.9 db. Alle oppervlakken hebben 6% absorptie, maar de linkerhelft van het plafond is bekleed met een materiaal dat 81% absorbeert. De gemiddelde absorptiecoëfficiënt stijgt naar 17%. De nagalmtijd volgens Sabine is gelijk aan.83 s, het geluidniveau is.8 db. 3 Dat is overigens nog steeds meer dan de absorptiecoëfficiënt van glas of beton; die is in de orde van 3%. Dat is dus nog eens een halvering TU Delft, Faculteit Bouwkunde Pagina /

6 Ook nu is de helft van het plafond bekleed, maar ditmaal de rechterzijde. Uiteraard is de gemiddelde absorptiecoëfficiënt ook hier 17%. De nagalmtijd volgens Sabine is gelijk aan.83 s, het geluidniveau is.8 db. In de onderste figuur is het gehele plafond bekleed; de gemiddelde absorptiecoëfficiënt stijgt naar 28%. Ook deze figuur is eerder getoond en dient ter vergelijking. De nagalmtijd volgens Sabine is gelijk aan. s, het geluidniveau is 3. db. HOMOGEEN 6% PLAFOND LINKS PLAFOND RECHTS GEHELE PLAFOND Figuur 4a: De geluidniveaus in vier varianten van plafondabsorptie, respectievelijk "geen absorptie", "linker helft bekleed", "rechter helft", totale bekleding van het plafond". De geluidniveaus in de half beklede varianten liggen uiteraard tussen het kale plafond en het geheel beklede plafond. Maar de plaats van de plafondabsorptie heeft wel degelijk invloed. Aan de uiterste rechterzijde van de ruimten is geen verschil te zien; beide geluidniveaus zijn gelijk aan 2 db. De akoestische theorie voorspelt dat ook, zonder dat we daar verder op ingaan. Maar de verschillen tussen de geluidniveaus in de tweede en derde plattegrond zijn rond 1 m in de orde van db. Het hangt van de gebruiksfunctie van de ruimte af welke van de twee situaties te verkiezen valt. We komen daarop terug in hoofdstuk TU Delft, Faculteit Bouwkunde Pagina 6/

7 6 4 7 bk.nijsnet.com HOMOGEEN 6% PLAFOND LINKS PLAFOND RECHTS GEHELE PLAFOND Figuur 4b: De spraakverstaanbaarheid in vier varianten van plafondabsorptie, respectievelijk "geen absorptie", "linker helft bekleed", "rechter helft", totale bekleding van het plafond". In figuur 4b is de spraakverstaanbaarheid uitgezet. De spraakverstaanbaarheid in de bovenste situatie is matig tot slecht. Dat is ook te verwachten in een galmput. De spraakverstaanbaarheid in de onderste situatie is veel hoger; een gemiddelde waarde van 28% absorptie staat daar vrijwel altijd borg voor. Maar welke van de twee halve plafondsituaties moeten we nu kiezen? Aan de rechterrand van de plattegronden zien we weer gelijke waarden, maar de verspreiding van geluid is veel minder indien de absorptie dicht bij een geluidbron wordt aangebracht. Dat kan wenselijk zijn, bijvoorbeeld in een open kantoor of wanneer in een restaurant de geluiden van een open keuken of luidruchtige gasten moeten worden gedempt. Maar de situatie met het absorberend plafond aan de rechterzijde heeft een veel constanter verloop door de ruimte en de waarden van STI liggen in het middengebied hoger. In figuur 4a zien we bovendien dat die situatie in het middendeel een hoger geluidniveau heeft en daarom wordt dit soort gedeeltelijke bekledingen nogal eens toegepast in spreekzalen. Rond de spreker worden harde materialen toegepast; op wat grotere afstand van de spreker wordt absorptie aangebracht. Maar hieruit mag overigens niet worden geconcludeerd dat figuur 4b een blauwdruk geeft van een goede spreekzaal, daarvoor is de gemiddelde absorptiecoëfficiënt (17%) te laag. Ophoging van de absorptie kan ervoor zorg dragen dat de spraakverstaanbaarheid altijd minimaal "goed" is. Bovendien kiest men in een spreekzaal altijd een veel rechthoekiger vloerplan waardoor de afstanden tot de bron gunstiger zijn. TU Delft, Faculteit Bouwkunde Pagina 7/

8 3.2 Een U vorm In figuur staat een plattegrond van een U vorm, waarin is aangegeven waar eventuele gedeeltelijke absorptie zich op het plafond bevindt. plafondabsorptie links plafondabsorptie rechts Figuur : Een U vormige plattegrond met een gedeeltelijk akoestisch plafond. Het linkerdeel of het rechterdeel zijn bekleed met materiaal met een absorptiecoëfficiënt van 82%. Bij een onbekleed plafond is de gemiddelde absorptie gelijk aan 6%; bij een totale bekleding is dat 28%. Indien 2/de van het plafond is bekleed, is de gemiddelde absorptiecoëfficiënt gelijk aan 1% HOMOGEEN 6 % SPL diffuus =.6 db PLAFOND 82 %, LINKS alfa gemiddeld = 1%, SPL diffuus = 8. db PLAFOND 82 %, RECHTS, alfa gemiddeld = 1%, SPL diffuus = 8. db GEHELE PLAFOND 82 % alfa gemiddeld = 28%, SPL diffuus = 3.8 db 46 Figuur 6a: De geluidniveaus in vier varianten van plafondabsorptie. Zie voor aanvullende gegevens het onderschrift van figuur 1a. Net als in het voorgaande voorbeeld van de corridor zien we dat absorptie rondom de bron de geluidniveaus in het middendeel met db kan doen dalen ten opzichte van de gespiegelde situatie. Als we dat combineren met de gegevens voor de spraakverstaanbaarheid uit figuur 6b weten we nu precies waar in bijvoorbeeld de gemeenschappelijke ruimte van een instelling de keuken of de TV hoek moet worden gesitueerd. TU Delft, Faculteit Bouwkunde Pagina 8/

9 HOMOGEEN 6 % PLAFOND 82 %, LINKS, alfa gemiddeld = 1% PLAFOND 82 %, RECHTS, alfa gemiddeld = 1% GEHELE PLAFOND 82 %, alfa gemiddeld = 28% Figuur 6b: De spraakverstaanbaarheidsmaat STI in de vier varianten van plafondabsorptie uit figuur. 4. Een homogene ruimte is dus beter? 4.1 Conclusies uit de voorgaande figuren Het is natuurlijk niet toegestaan om aan de hand van een paar voorbeelden conclusies te trekken die in iedere ruimte geldig zijn. Toch durven we wel de stelling aan dat het geluidniveau altijd stijgt bij een overgang van een homogene ruimte naar een ruimte waarin het grootste deel van de absorptie op het plafond is geconcentreerd. Maar de verschillen zijn relatief klein en als we dus geluidniveaus willen beperken in een lawaaiige omgeving ligt plafondabsorptie voor de hand. Helaas is plafondabsorptie onvoldoende indien we de nagalmtijd willen beperken. Het horizontale galmveld blijft dan lang doorklinken door reflecties tegen de niet absorberende wanden [4]. De vraag is of dat erg is. Waarom zouden we in een restaurant of een sportzaal een lage nagalmtijd wensen als de herrie er via plafondabsorptie al afdoende bestreden is? Het probleem is vaak dat de nagalmtijd wordt gebruikt als grootheid om een ruimte te karakteriseren. Alle absorptie aan het plafond betekent dan vaak dat de nagalm norm niet wordt gehaald. Maar dat betekent dus eigenlijk dat de norm niet deugt, omdat de nagalmtijd een inadequate maat is voor de beschrijving van de akoestische kwaliteit van een ruimte. Anderzijds kan een ontwerper er toch maar beter voor zorgen dat het horizontale nagalmveld wordt bestreden. Een poging tot aanpassing van de norm is waarschijnlijk een stuk tijdrovender dan het vinden van een architectonische oplossing. Bij een gedeeltelijke bekleding van het plafond wordt het zeer lastig om een algemene conclusie te trekken over de situering van de absorptie. Absorptie rond de bron doet het geluidniveau dalen en ook de spraakverstaanbaarheid daalt. Het hangt dan af van de functie van de ruimte of dat wenselijk is; in een spreekzaal is een goede spraakverstaanbaarheid door de gehele ruimte gewenst, maar in een open kantoor of een gemeenschappelijke ruimte van een instelling willen we een hoge STI vlak bij de bron en een lage STI op alle andere plaatsen. Dat heet dan een hoge "speech privacy". 4 Een situatie met gelijke absorptiecoëfficiënt op alle vlakken geeft altijd een lage nagalmtijd. Maar het kan nog lager door juist op de kopse wanden de hoogste absorptiecoëfficiënt te kiezen. Zie de onderliggende theoriepagina's voor uitleg. TU Delft, Faculteit Bouwkunde Pagina 9/

10 In dit laatste geval laat de theorie zien dat we de nagalm maar beter kunnen doen toenemen. En zo komen we bij het grote dilemma van een lage spraakverstaanbaarheid: in een galmput is zowel de spraakprivacy als de herrie maximaal. Aan het dilemma is overigens wel te ontsnappen door STI te berekenen in een omgeving met ruis van andere geluidbronnen. Dat is in de huidige webpagina niet gedaan, zodat we eigenlijk nog geen conclusies kunnen trekken. 4.2 Het homogeniseren van de ruimte Een homogene ruimte waarin alle oppervlakken dezelfde absorptiecoëfficiënt hebben is in de architectuurpraktijk uiteraard ondenkbaar. Plafondabsorptie wordt graag gekozen omdat het enerzijds vele vierkante meters beslaat en anderzijds kwetsbare materialen op een veilige plaats situeert. Toch zijn er wel wat aanvullende mogelijkheden om een ruimte te homogeniseren, althans minder inhomogeen te maken: Uiteraard kunnen de wanden op strategische plaatsen worden voorzien van extra absorptie. Gordijnen bijvoorbeeld zullen zelden voldoende absorptie aandragen, maar ze kunnen een welkome aanvulling zijn. Meubilair kan absorberende eigenschappen hebben, maar het zorgt er zeker ook voor dat geluid (enigszins) wordt verstrooid. Via reflecties worden geluidstralen naar het plafond gestuurd waardoor de effectiviteit van het plafond wordt verhoogd. Met name open boekenkasten kunnen vaak een verrassend aardige bijdrage leveren zowel aan de absorptie als aan de verstrooiing. Indien we rekenen aan het absorberend oppervlak van losse schermen in open kantoren, is de bijdrage vrijwel nihil. Maar ze kunnen wel bijdragen om de effectiviteit van het aanwezige absorberende plafond te vergroten en ze kunnen bovendien (enige) invloed hebben op de verdeling van de spraakverstaanbaarheid door de ruimte. Verstrooiing van geluid kan ook worden toegepast door wanden bewust schuin te zetten. Dit komt echter slechts zeer sporadisch voor. Er moet eerder worden gewaakt voor het omgekeerde effect. Wanden staan dan schuin om architectonische redenen, maar als onbedoeld effect wordt dan het geluid een richting ingestuurd die ongewenst is. TU Delft, Faculteit Bouwkunde Pagina 1/