Over het HOE en WAAROM

Inleiding Bouwakoestiek Over het HOE en WAAROM Studiedag CEDUBO 10-12-2013 BEHEER VAN GEBOUWEN Provinciaal Centrum voor Milieuonderzoek Claude Bataillie Begrippen bouw akoestiek Geluid: wat? Intensiteit v.h. geluid geluidsdrukniveau: Lp Decibel Evolutie van het Lp in de tijd A-gewogen Equivalent geluidsdrukniveau: LAeq,T Statistische analyse Frequentie, golflengte, snelheid van het geluid Frequentieanalyse 1

Begrippen bouw akoestiek Geluidsuitbreiding: type bronnen Buiten (vrije veld) Binnen (vrije veld + nagalmveld) Reflecties Nagalmtijd Geluidsabsorptie -absorptiecoëfficiënt Geluidsisolatie i l Geluidsisolatieindex Onderscheid ISOLATIE ABSORPTIE: voorbeelden Basis akoestiek 2

Geluid wat? Geluid = "het opwekken, de voortplanting en de ontvangst van trillingsenergie onder de vorm van golven in een elastisch medium Snelheid(c) frequentie(f) golflengte( ) Geluidsnelheid: c = / T =. f = 343 m/s (20 C) 3

Longitudinale golven Transversale golven Vb.1: Golven op wateroppervlak Vb.2: buiggolven op een plaat: -vrije -gedwongen -> >bij invallend geluid Geluidsdrukniveau decibel Lp = 10 x Log (p²/p² 0 ) 20 x Log (p / p 0 ) p 0 = 2.10-5 Pa 4

Geluidsvermogenniveau Lw = 10 x Log (W/W 0 ) W 0 = 1 pw SOM en VERSCHIL van Lp 10 x 80 = 90 db 100 x 80 = 100 db 1000 x 80 = 110 db 80 + 70 = 80 db 80 70 = 80 db 5

Hoe luid klinkt het nu? Geluidsreducties: 0 db 1 db 3 db 10 db 20 db Geluidsdrukniveau Voorbeelden Stille gebieden overdag: Verkeersgeluid naast weg: Muziekgeluid dancing: < 35 db(a) 65 75 db(a) 95 105 db(a) 6

Equivalent geluidsdrukniveau %001.M24 in Calculations db 80 Energetisch gemiddelde 70 60 LAeq,T = 55,7 50 40 30 19:08:00 19:09:00 19:10:00 19:11:00 19:12:00 19:13:00 19:14:00 19:15:00 19:16:00 19:17:00 19:18:00 LAeq Cursor: 23/03/2003 19:08:00-19:08:01 LAeq=45,8 db Statistische analyse %001.M24 in Calculations db 80 70 LA5,T = 59,7 60 LAeq,T = 55,7 50 LA50,T = 52 40 30 19:08:00 19:09:00 19:10:00 19:11:00 19:12:00 19:13:00 19:14:00 19:15:00 19:16:00 19:17:00 19:18:00 LAeq Cursor: 23/03/2003 19:08:00-19:08:01 LAeq=45,8 db LA95,T = 39,3 7

Frequentie analyse 1 samengestelde Ruis f 2 x f 4 x f Tonale ruis Regenbui Frequentie analyse 2 Octaafband analyse 70 60 50 Lp (db) 40 30 20 10 0 16 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000 Frequentie (Hz) 8

Frequentie analyse 3 Tertsbandanalyse 70 60 50 Lp (db) 40 30 20 10 0 12,5 20 31,5 50 80 125 200 315 Frequentie (Hz) 500 800 1250 2000 3150 5000 8000 12500 20000 Frequentie analyse 4 Smallere Bandbreedte mogelijk: 1/12 octaaf 1/24 octaaf 1/48 octaaf Smalband analyse FFT 9

Frequentiegevoelig gehoor A-weging 10

A-weging Octaafband analyse p (db) 70 60 50 40 Lpzonder 30 20 10 0 16 31,5 63 125 250 500 1000 2000 Frequentie (Hz) 4000 8000 16000 Octaafband analyse 45 40 Lp (db) 35 30 25 20 15 met 10 5 0 16 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000 Frequentie (Hz) Geluidsuitbreiding BUITEN 11

Geluidsoverdracht Geluidsuitbreiding buiten: vrije veld Lp = Lw 10. Log(S) + 10. Log q Puntbron (geen directiviteit): Lp = Lw 20.Log (r) - 11 Lijnbron (geen directiviteit): Lp = Lw -10.Log (r) - 8 Vlakke bron: Lp = constant 12

Types Geluidsbronnen Puntbron: -6 dbper afstandsverdubbeling Lijnbron: -3 dbper afstandsverdubbeling Vlakke bron: 0 db per afstandsverdubbeling Geluidsuitbreiding buiten: vrije veld Geluidsuitbreiding: Puntbron Lijnbron: 13

Geluidsuitbreiding BINNEN Geluidsuitbreiding binnen Geluidsvermogenbalans: ONDERSCHEID :! ABSORPTIE ISOLATIE! 14

Geluidsuitbreiding binnen Duidelijk verschil met open lucht vrije veld. Aanwezigheid van begrenzing reflecterende oppervlakken, absorberende oppervlakken Geluidsenergie wordt verdeeld over: Gereflecteerd geluid Geabsorbeerd geluid Geluid doorgelaten doorheen de begrenzende oppervlakken GELUID ISOLATIE Reflectie, absorptie en isolatie frequentieafhankelijk Reflecties opbouw van GALMVELD Nagalm, Geluidsabsorptie 15

Reflectie, spiegelbron, galm Eén puls Bron TU Delft Constante stroom geluidspulsen geluidsveld van gereflecteerde golven: het GALMVELD Geluidsuitbreiding binnen Onderscheid van 3 soorten binnenruimtes Zeer kleine ruimtes: afmetingen niet groot t.o.v. van beschouwde geluid Zeer grote ruimtes: Zeer grote afmetingen t.o.v. van beschouwde geluid nagalmveld vertoont afname in functie van afstand 16

Geluidsuitbreiding binnen Onderscheid van 3 soorten binnenruimtes Normale ruimtes : Afmetingen* groot t.o.v. van beschouwde geluid *Afmetingen gemiddelde vrije weglengte : d = 4V/S hxbxl=2,7x4x5 d~ 2,5m f ~ 138 Hz nagalmveld constant Diffuus nagalmveld: Homogeen : geluidsintens. onafhankelijk van locatie Isotroop : onafhankelijk van de richting Geluidsabsorptie Begrenzende oppervlakken reflecteren - absorberen niet perfect: Bij absorptie : absorptiefactor: = E a / E i Bij reflectie : reflectiefactor: r = E r / E i Verband absorptie reflectie: = 1 - r 100% absorptie = 1 waarden: eenheid loos empirisch bepaald metingen onder genormeerde omstandigheden - in galmkamers met diffuus geluidsveld. 17

Nagalmtijd Nagalmtijd ~ Volume ~ 1/ absorptie Nagalmtijd bij een bepaalde frequentie: Tijd die overeenstemt met een afname in geluidsdrukniveau van 60 db (één miljoenste van de oorspronkelijke geluidsenergie) Sabine Formule van Formule van SABINE: (regelmatige ruimtes diffuus veld) T g = 0,161. V / A A = A 1 + + A n = S + + n S n T in s V in m³ A in m² 0,161 in s/m Formule geldig in lucht bij 20 C c = 343 m/s Eenheid absorptie: de Sabine = equivalent van 1m² perfect absorberende oppervlakte = 1m² open raam 18

Sabine Formule van Formule van SABINE bij luchtabsorptie aanpassing voor hoge frequenties: T g = 0,161. V / (A + 4mV) m verzwakkingscoëfficiënt (eenheid 1/m), afhankelijk van temp., vochtigh. en frequentie Nagalmtijd Nagalmtijd niet te groot, ook niet te klein samenhangend met gebruik of functionaliteit van de ruimte samenhangend met persoonlijke voorkeuren Voorbeelden: Ruimtetype Gewenste Tg (s) Huiskamer 0,5 Collegezaal 0,5 1,0 Bioscoop 0,7 1,0 Schouwburg 0,9 1,3 "Kleine zaal" 1,2 1,5 Opera 1,2 1,6 Concertzaal 1,7 2,3 Kerk 1,5 2,5 Bron: dr. Ir. D. De Vries 19

Direct geluidsniveau Direct veld: puntbron 6 db reductie per verdubbeling afstand Gelijkaardig aan uitbreiding buiten L pd = L w + 10. Log (Q/4..r²) =L w 20.Log(r) - 11 + 10.LogQ Q = 1 + 0 db bron vrij in de ruimte Q = 2 + 3 db bron tegen één wand Q = 4 + 6 db bron tegen scheiding van twee wanden Q = 8 + 9 db bron tegen scheiding van drie wanden Gereflecteerd geluidsniveau Diffuus nagalmveld: Homogeen : geluidsintens. onafhankelijk van locatie Isotroop : onafhankelijk van de richting L pr = L w + 10. Log (4/A) A = absorptie =. S (in m² open raam ) Lpr = 10. Log (A na / A voor ) in diffuus veld (A na / A voor) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Lpr (db) 0,0 3,0 4,8 6,0 7,0 7,8 8,5 9,0 9,5 10,0 10,4 10,8 11,1 11,5 11,8 20

Direct en gereflecteerd geluidsniveau Absorptiecoëfficiënten van enkele materialen: Direct en gereflecteerd geluidsniveau Som Direct veld en gereflecteerd veld: L ptot = L pd + L pr L ptot = L w + 10. Log [(Q/4..r²) + (4/A)] 21

Geluidsabsorptie Geluidsabsorptiemechanismen: 1/ materiaal met porositeit: glaswol, rotswol 2/ resonantie: materialen met resonantieholten (perforaties) 3/ membraan of paneelwerking Geluidsabsorptie ook afhankelijk van invalshoek geluid Geluidsabsorptie Beste absorptie bij dikte = / 4 figuur Voorbeeld combinatie paneel absorber met resonatorwerking en poreus materiaal: Geluidsabsorptie ook afhankelijk van invalshoek geluid 22

Geluidsisolatie Luchtgeluidsisolatie Geluidsisolatie => geluidsverzwakkingsindex R = - 10. Log (d) d = transmissiecoëfficiënt d = W d / W i Bruto geluidsisolatie: D = L z L o Genormaliseerde Bruto geluidsisolatie: i l D n = D 10. Log ( A / A 0 ) met voor België: A 0 = 10 m² D n = D 10. Log ( T / T 0 ) met voor Nederland: T 0 = 0,5 s 23

Luchtgeluidsisolatie Bepalende elementen: schematische voorstelling Bron: Handbook for Sound Engineers 2nd Edition Luchtgeluidsisolatie Bepalende elementen: Oppervlaktemassa MASSAWET: R = 20. Log (f.m) -42 Geldig voor loodrechte inval van geluid [m] = kg/m² / [ f ] = Hz / R = geluidsisolatie In praktijk (wisselende invalshoeken): R = 20. Log (f.m) -47 6 db winst per verdubbeling m f R 24

Luchtgeluidsisolatie Bepalende elementen: Lage frequenties: resonantiefrequentie resonanties: R Coïncidentie: ontstaan van buiggolven in vaste materialen f c grensfrequentie freq. buiggolven = freq. invallend geluid : de laagste INVALSHOEK waarbij eerste coïncidentie optreedt : f c sin( )= / b R met invalshoek in graden Luchtgeluidsisolatie Grensfrequentie - enkele voorbeelden voor klassieke bouwmaterialen: Grensfrequenties (f g ) Materiaal Dikte (cm) Grensfrequentie (Hz) Bakstenen muur 25,40 67 Betonmuur 20,32 100 Bakstenen muur 12,70 130 Multiplex hout 1,91 700 Glasplaat 0,64 1600 Gipskartonplaat 1,25 2800 Bron: Handbook for Sound Engineers 2nd edition Berekening op basis van 'Rettinger' 'Acoustic Design and Noise Control' 25

Luchtgeluidsisolatie Probleem: hoge oppervlakte massa s bieden doorgaans hoge stijfheid Verlaagde f g voor coïncidenties coïncidentiedips! verlaagde geluidsisolatie Compromis: buigslappe voorzetwanden: Bron: HCA- Cursus Bouwakoestiek Prof. Vermeir Luchtgeluidsisolatie Isolatie - waarden: Spectraal: 26

Luchtgeluidsisolatie Isolatie - waarden: Bepaling Rw (ISO 717) werkt met refentiecurven Luchtgeluidsisolatie Waarden Rw waarden: één-getalsaanduiding f (Hz) Ref Curve (db) Meetwaarden (db) Verschoven Ref C (db) Verschil 100 33 33 36 3 125 36 36 39 3 160 39 38 42 4 200 42 40 45 5 250 45 44 48 4 315 48 46 51 5 400 51 50 54 4 500 52 54 55 1 630 53 57 56 0 800 54 57 57 0 1000 55 60 58 0 1250 56 62 59 0 1600 56 61 59 0 2000 56 60 59 0 2500 56 61 59 0 3150 56 62 59 0 29 Gemidd. onderschrijding 1,81 <2 27

Luchtgeluidsisolatie Rw (C,Ctr): C: correctie voor roze ruis weinig laagfrequent geluid C tr : correctie voor stadsverkeer veel laagfrequent geluid Rw : Rw is een globale eenheid: eenzelfde eenheid kan met verschillende akoestische isolatiecurves overeenstemmen! Meer informatie wordt bekomen door de curve van de R- verzwakkingsindex rechtstreeks te vergelijken met het geluidsspectrum: Bron: Rockfon Website Contactgeluidsisolatie In praktijk bepaald door gebruik van genormaliseerde hamermachine Bron: Coflex Bouw en Infra - website Bron: Technisch bureau Van Eeden - www.tbve.nl 28

Contactgeluidsisolatie Weergegeven door genormaliseerd geluidsdrukniveau van het contactgeluid (klopgeluid) in de ontvangstruimte In België: L n = L c + 10.Log ( A / A 0 ) met: Ln : genormaliseerd contactgeluidniveau Lc: contactgeluidniveau A 0 = 10 m² OPGELET! Hoe lager deze waarde hoe minder klopgeluid in ontvangstruimte hoorbaar hoe BETER de contactgeluidsisolatie!!! Contactgeluidsisolatie Eéngetals-aanduiding (ISO 717): L nw Genormaliseerd, gewogen contactgeluidsniveau Bepaling gelijkaardig aan bepaling R w Gebruik van referentiecurve Let op! Gemiddelde nemen van de overschrijdingen t.o.v. verschoven referentiecurve. Voorbeeld: L nw =64dB f (Hz) 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 Ref Curve (db) 62 62 62 62 62 62 61 60 59 58 57 54 51 48 45 42 Meetwaarden (db) 62 63 63 65 66 67 66 65 64 63 62 61 57 55 54 52 Verschoven Ref C (db) 66 66 66 66 66 66 65 64 63 62 61 58 55 52 49 46 Verschil 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 3 2 3 5 6 25 Gemidd. overschrijding 1,56 <2 29

Samenvatting: Overzicht basisparameters geluid: Geluidssterkte, db, frequentie, golflengte, parameters voor fluctuerende geluiden (L eq,t, statistische niveaus) Meettechnieken - geluidsmeters - frequentieanalyse Geluidsuitbreiding, buiten, binnen: direct veld - nagalmveld Reflecties, nagalmveld, nagalmtijd absorptie Geluidsisolatie Luchtgeluid Contactgeluid 59 Referenties: Overzicht basisparameters geluid: Bruël & Kjaer website Prof. Dr. Ir. G. Vermeir (2012) Cursus Bouwakoestiek k HCA Prof. Dr. Ir. De Vries (2003) Cursus Zaalakoestiek HCA Prof. E. Gerretsen (2003) Cursus Bouwakoestiek HCA 01dB Mediacoustic Teaching Acoustics by Computer - cd Glen M. Ballou (1998) Handbook for Sound Engineers Prof. Dr. H. Myncke en Dr. A. Cops (1985) Lawaaibeheersing TU Delft Library - website 60 30