Opleiding Duurzaam Gebouw : Akoestiek : ontwerp en realisatie Leefmilieu Brussel DE AKOESTISCHE VERZWAKKINGSINDEX VAN MATERIALEN Manuel VAN DAMME Acoustical Expert VK Group
Doelstelling(en) van de presentatie Basis die de mogelijkheid biedt voor het kiezen van behandelingen voor akoestische isolatie. 2
Algemeen schema van de presentatie De akoestische indexen, Invloed van het materiaal op de geluidsgedragingen van enkele wand, Geluidsgedragingen van dubbele wanden Geluidsgedragingen van milieuvriendelijke materialen en uitvoeringsaanduidingen 3
Akoestische typering van materialen De akoestische verzwakkingsindex = weerstand van 1 m² van een bouwelement tegen de doorgang van het geluid Energie invallend R ( db ) 10 lg E E incidente transmise 20 db = verhouding E van 100 40 db = verhouding van 10.000 60 db = verhouding van 1.000.000 Energie weerkaatst Energie overgebracht Energie geabsorbeerd 4
Akoestische typering van materialen Laboratoriummeting van de akoestische verzwakkingsindex bij luchtgeluiden 5
Montage de l élément 6
Laboratoriumopstelling van het te testen element Meting verplicht in laboratorium rechtstreekse weg ontvangst emissie Voornaamste kenmerk van testcellen: uiterst zwakke flankerende overdracht 7
Types van geteste elementen in laboratorium Geteste elementen in het laboratorium en gekenmerkt door de verzwakkingsindex R : Muren, binnenwanden, gevels, vloeren, plafonds, daken, schermen langs de autoweg, vensters, beglazing,deuren... 8
Laboratoriumopstelling van het te testen element Voor de kleine elementen : aangepaste opening 9
Niveau (db) Meting van de akoestische verzwakkingsindex Bepalingsprincipe van de akoestische verzwakkingsindex in het laboratorium. Gebruikte geluidsbron : de roze ruis zelfde energie per frequentieband 120 100 80 60 40 20 0 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 Fréquence (Hz) 10
Meting van de akoestische verzwakkingsindex Bepalingsprincipe van de akoestische verzwakkingsindex R w in het laboratorium. Men meet : het emissieniveau L 1 (roze ruis +/- 100 db ), per 1/3 octaaf, het ontvangstniveau L 2, per 1/3 octaaf, de nagalmtijd van de ontvangstzaal T, per 1/3 octaaf, de oppervlakte van het geteste element S en het volume van de ontvangstzaal V. Vanuit deze waarden berekent men R door : R L L 1 2 10 lg S A A 0. 161 V T R is dus geen eengetal-aanduiding maar wel een waarde per 1/3 octaaf: Zo heeft men het spectrum van waarden R tot 100, 125, 160... 5000 Hz. 11
R (db) Meting van de akoestische verzwakkingsindex: unieke waarde R w 60.0 50.0 40.0 Unieke waarde R w 30.0 20.0 Procedure genormaliseerd door ISO 717-1 10.0 0.0 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 Fréquence (Hz) 12
Akoestische indexen Typering van het geluid L geluidsdrukniveau (in db) bijv.: L Ainstall,nT Typering van de geluidsabsorptie α absorptiecoëfficënt Typering van de geluidsisolatie (indexen met unieke waarden (w), in db) Contactgeluiden Luchtgeluiden Metingen in situ L nt,w Gestandaardiseerd contactgeluidsdrukniveau gemeten in situ Metingen in laboratorium Geeft het geluidsniveau afkomstig van de onderkant van de vloer L n,w Contactgeluidsdrukniveau gemeten in het labo Geeft het geluidsniveau afkomstig van de onderkant van de vloer D nt,w Gestandaardiseerde geluidsisolatie gemeten in situ tussen twee lokalen Geeft de vermindering van het gemeten geluid R w akoestische verzwakkingsindex gemeten in het labo Kenmerkt de aanleg van een materiaal of wand om de directe transmissie van het geluid af te zwakken
20 31,5 50 80 125 200 315 500 800 1250 2000 3150 5000 8000 db Aanpassingstermen C en C tr Belang van het soort bron 80 Overheersing hoge frequenties 75 Globaal geluidsniveau 70 65 Spectraalanalyse 60 55 50 45 Overheersing lage frequenties 40 freq. (Hz) 14
Aanpassingstermen C en C tr IN ISO 717 Unieke waarde en aanpassingstermen C en C tr B ru its à fré q u e n c e s d o m in a n te s m o y e n n e s e t h a u te s R w + C A c tiv ité s h u m a in e s (p a ro le, ra d io, té lé v is io n ) je u x d e n fa n ts B ru its à fré q u e n c e s d o m in a n te s b a s s e s R w + C tr D is c o th è q u e tra fic a u to ro u tie r ra p id e (> 8 0 k m /h ) tra fic ro u tie r le n t (u rb a in ) tra fic fe rro v ia ire à v ite s s e m o y e n n e o u é le v é e tra fic fe rro v ia ire à b a s s e v ite s s e a v io n s à ré a c tio n à c o u rte d is ta n c e b ru it d e l in d u s trie a v e c fré q u e n c e s p rin c ip a le m e n t m e d iu m s e t a ig u ës a v io n s à ré a c tio n à g ra n d e d is ta n c e a v io n s à h é lic e s b ru it d e l in d u s trie a v e c fré q u e n c e s p rin c ip a le m e n t g ra v e s 15
R (db) Meting van de akoestische verzwakkingsindex: unieke waarde R w 60.0 50.0 40.0 Unieke waarde R w 30.0 20.0 10.0 R spectrum aldus teruggebracht tot een eengetalswaarde Rw, gecorrigeerd door twee termen R w (C,C tr ) = 30 (-2;-3) db Module : zie www.normen.be 0.0 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 Fréquence (Hz) 16
Geluidsisolatie <> Verzwakkingsindex ontvangst emissie 1. Rechtstreekse transmissie Labo : R w ontvangst emissie 2. Onrechtstreekse (of laterale) transmissies In situ : X R D w nt,w (D nt,w < R w ) De R-waarden gemeten in het laboratorium mogen dus niet rechtstreeks op het terrein gebruikt worden rekenmodellen! Opgelet want de twee grootheden worden in db uitgedrukt! 17
Akoestische typering van materialen De akoestische verzwakkingsindex = weerstand van 1 m² van een bouwelement tegen de doorgang van het geluid Energie invallend R ( db ) 10 lg E E incidente transmise 20 db = verhouding E van 100 40 db = verhouding van 10.000 60 db = verhouding van 1.000.000 Energie weerkaatst Energie overgebracht Energie geabsorbeerd 18
De akoestische verzwakkingsindex Twee grote families in akoestische isolatie tegen luchtgeluid : 1. Massieve (of enkelvoudige) tussenwanden : pleisterblokken, betonblokken, cellenbeton, terracotta, gietbeton... 2. Tussenwanden met skelet (of dubbele): houtskelet, metaal, houtplaten of gekartonneerde pleister enrobé de carton 19
De akoestische verzwakkingsindex van een massieve wand De massawet : de verzwakkingsindex van een enkelvoudige wand verhoogt met zijn massa 20
R (db) Verzwakkingsindex afhankelijk van de frequentie 80.0 70.0 De isolatiecurve vertoont 5 gebieden : A B C ZONE C : De isolatie wordt bepaald door de massa en de frequentie R ( db ) 60.0 fct. m.2 f 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 50 6380 100 125160 200 250315 400 500630 Frequentie (Hz) 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000 10000 Variatie volgens 20 lg( mf R verhoogt met 6 db door verdubbeling van de frequentie= wet van de frequentie In de praktijk, helling van4 tot 6 db/oct. Gebied C dikwijls tussen 100 Hz en 3kHz 21 )
R (db) Verzwakkingsindex afhankelijk van de frequentie 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 De isolatiecurve vertoont 5 gebieden : 50 6380 A B C D 100 125160 200 250315 400 500630 Frequentie (Hz) 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000 10000 ZONE D : De isolatie vertoont een daling bij de kritieke frequentie die afhankelijk is van het type materiaal, zijn dikte en zijn stijfheid. Hoe harder het materiaal, hoe laag wordt f c en hoe dieper het dal. indien de kritieke frequentie in een gebied is waar het oor gevoelig is wordt de daling van de isolatie duidelijk waargenomen. Opgelet voor materialen waar 100 Hz < f c < 3000 Hz!
R (db) Verzwakkingsindex afhankelijk van de frequentie 80.0 70.0 A B C D 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 50 6380 100 125160 200 250315 400 500630 Frequentie (Hz) 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000 10000 De reëel Rw < Rw die gegeven zou worden indien enkel de massa van de wand zou inwerken. Men moet dus vermijden om zich op de experimentele massawet alleen te baseren.
Tabel van kritieke frequenties Kritieke frequentie voor verschillende materialen c2 f c = 1.9hc 1 Materiaal Longitudinale snelheid c1 (m/s) Staal 5050 Aluminium 5150 Glas 4900 Beton 3400 Volle baksteen 3000 Pleisterkalk 2400 Lood 1250 Met : f c : kritieke frequentie van het materiaal (Hz), c : snelheid van het geluid in de lucht = 340 m/s, h : dikte van het materiaal (m), c 1 : long. snelheid van het geluid in het materiaal (m/s) Voorbeeld: voor een glasblad van 8 mm : f c = 340²/(1.9*0.008*4900) = 1552 Hz
Kritieke frequentie voor de courante materialen Lichte en soepele platen (v.b. gipsplaten) Zware blokken Lichte blokken b.v. gipstegels, celbetonblokken lage 100 Hz 400 Hz 2500 Hz hoge 25
Rw van enkelvoudige wanden : blokken (tegels) van gips kritieke frequentie 26 Massieve gipsblokken, bepleisterd : 70 mm R w = 30 db 70 mm akoestisch R w = 35 db 100 mm R w = 38 db Volumieke massa : 950 kg/m³ «Zware» blokken : 1100 1250 kg/m³
Rw des parois simples : blocs de plâtre 27
Rw des parois simples : blocs de plâtre 28
Rw van enkelvoudige wanden : celbetonblokken Volumieke massa : 550 kg/m³ Licht vanuit akoestisch oogpunt 29 Bron YTONG Bron YTONG
Rw van enkelvoudige wanden : celbetonblokken Celbeton, massieve blokken 550 kg/m³, bepleisterd : Blokken 100 mm R w = 41 (-1;-4) db (vierkantjes) 30 Blokken 150 mm Blokken 200 mm R w = 44 (-2;-4) db (kruisjes) R w = 49 (-1;-4) db (plusteken) Source YTONG
Rw van enkelvoudige wanden : geëxpandeerde kleiblokken 31 Beton van geëxpandeerde klei, holle blokken, geplafonneerd : Blokken 90 mm R w = 40 (-1;-3) db Blokken 140 mm Blokken 190 mm R w = 44 (0;-3) db R w = 47 (0;-4) db
Invloed van bepleistering op de gemetselde blokken Source YTONG 32
Invloed van bepleistering op de gemetselde blokken Celbetonblokken 14 cm zonder pleister R w = 25 (-1;-4) één bepleisterde kant R w = 43 (-1;-4) 2 bepleisterde kanten R w = 44 (0;-3) Hoe poreuzer het blok, hoe duidelijker de verbetering 33
Rw van enkelvoudige wanden : terracottablokken 35 Volumieke massa : 1100 1500 kg/m³
Rw van enkelvoudige wanden : kalkzandsteenblokken Enkelvoudige wanden : kalkzandsteenblokken (massief) Bepleisterde blokken 150 mm : R w = 50 db II b 36 Bepleisterde blokken 175 mm : R w = 52 db II b Bepleisterde blokken 214 mm : R w = 55 db II a Bepleisterde blokken 300mm : R w = 57 db / 58 db II a / I b
Rw van enkelvoudige wanden : betonblokken R w van enkelvoudige wanden 37 Enkelvoudige wanden : Betonblokken Zware beton, holle blokken, bepleisterd: Blokken 90 mm R w = 49 (-2;-5) db Blokken 140 mm Blokken 190 mm R w = 54 (-2;-6) db R w = 57 (-1;-5) db Zware beton, holle blokken, bepleisterd: Blokken 90 mm R w = 50 (-1;-5) db Blokken 140 mm R w = 56 (-1;-5) db
Rw van enkelvoudige wanden : CLT wanden Massieve houtpanelen (450 kg/m³) Massief hout (dwarsgekleefd/-genageld) 450 kg/m³ R w (C;C tr ) (db) Wanden 90 mm 35 Wanden Leno 135 mm 39 Wanden KLH 5 plooien 145 mm 39 www.cstc.be www.cstc.be
Rw van enkelvoudige wanden : Strobalen www.curbain.be Stroblok, 150 kg/m³, 20-30 mm kleipleister R w (C;C tr ) (db) Muren 320 mm 45 vandamme.manu@gmail.com www.curbain.b e Kalk-hennep blok (300 350 kg/m³) vandamme.manu@gmail.com Kalk-hennep blok, 350 kg/m³, bepleisterd R w (C;C tr ) (db) Blok 150 mm 50 (*) www.chanvreervice.com
Rw van enkelvoudige wanden : Blok puimsteen (700 kg/m³) BLG Blok ongebakken aarde (2200-2400 kg/m³) empreinte.asso.fr
Rw van enkelvoudige wanden : Gipskartonplaat (10-12,5 kg/m²) Gipskartonplaat 10 kg/m² R w (C;C tr ) (db) Plaat BA13 12,5 mm 28 www.cstc.be Fermacell-plaat (1000-1250 kg/m³) Enkele Fermacell-plaat R w (C;C tr ) (db) Plaat 10 mm 31 Plaat 12,5 mm 32 Plaat 15 mm 32
Rw van enkelvoudige wanden : Hoge densiteit houtpanelen www.ipbs-isolation.fr www.pavatex.fr kleipanelen www.curbain.b e www.claytec.be
Rw van enkelvoudige wanden : conclusies De geluidsisolatie verhoogt met de massa, tegen 4 db per verdubbeling van massa. De geluidsisolatie verhoogt met de frequentie, tegen 6 db per octaafverdubbeling.. Alle materialen hebben een kritische frequentie waarop hun isolatie geringer is. De kritische frequentie van lichte blokken (gipsblokken, celbeton...) bevindt zich in een gebied van frequenties (middenfrequenties) waar het gehoor bijzonder gevoelig is. Deze materialen zijn dus minder aanbevolen voor geluidsisolatiewerken. Op de kritische frequentie van materialen daalt hun geluidsisolatie des te meer naarmate de materialen stijf zijn. De luchtdichtheid heeft veel invloed op de geluidsisolatie van gemetselde muren, daarom verbetert het aanbrengen van pleister de prestaties van de muur, vooral wanneer deze van poreuze materialen zijn gemaakt.
Rw van dubbele wanden Massa-veer-massa d m 1 m 2 Wanden met skelet (of dubbele): metaalskelet, hout houtplaten of gekartonneerde pleister Source : CSTC - CNRJ dubbele beglazing 45
Application concrète de la double paroi flexibele structuur ontkoppelingsstrip absorberend materiaal Luchtdicht randafwerking met elastische mastiek 46
Samenvatting over de werking van dubbele wanden Gedrag van dubbele wanden R A [db] Drie belangrijke gebieden in de curve A. Het systeem volgt de massawet lage Freq. [Hz] hoge 47
Samenvatting over de werking van dubbele wanden R A B d [db] m 1 m 2 A. Het systeem volgt de massawet B. De isolatie daalt bij de resonantiefrequentie f res = 90 d æ ç è 1 + 1 m' 1 m' 2 ö ø lage Freq. [Hz] hoge 48
Samenvatting over de werking van dubbele wanden Probleem van de resonantie van dubbele wanden R [db] De laagst mogelijke resonantie m-v-m sturen 1.5 tot 2 x lager dan de frequentie waarvoor een goede isolatie noodzakelijk is! d, m 1 en/of m 2 verhogen f r lage 100 Hz Freq. [Hz] hoge 49
Samenvatting over de werking van dubbele wanden Drie belangrijke gebieden in de curve R A B C A. Het systeem volgt de massawet B. De isolatie daalt bij de resonantiefrequentie [db] C. De veerkracht brengt de akoestische golf slecht over en de isolatie is veel groter dan verwacht volgens de massawet. lage Freq. [Hz] hoge 50
Samenvatting over de werking van dubbele wanden R A B C A. Het systeem volgt de massawet B. De isolatie daalt bij de resonantiefrequentie [db] C. De veerkracht brengt de akoestische golf slecht over en de isolatie is veel groter dan verwacht volgens de massawet. Daling van de isolatie bij de kritieke frequentie van de twee wanden basses Freq. [Hz] hoge 51
Kritieke frequentie van dubbele wanden m1 = m2 m1 >< m2 Geringere dalen dan in het geval van een enkelvoudige wand In het geval waar de parementen zich zouden kunnen verspreiden tot op de frequenties waar het oor gevoeliger is : voor dubbele wanden is het beter om twee materialen te gebruiken met verschillende kritieke frequenties aan elke kant van de wand 52
Staande golven tussen de twee parementen Frequentie waarvan de golflengte overeenstemt met een kwart van de afstand f pivot = c 4d = 343 4.0,022 = 3898Hz Dubbele beglazing 4 mm 22 mm 8 mm Lp(x) x 53
Staande golven tussen de twee parementen Lp(x) x Het inbrengen van een akoestische absorbens in de spouw heft de staande golven op 54
100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1k 1,25k 1,6k 2k 2,5k 3,15k R [db] Beperking van de prestaties van dubbele wanden Structurele koppelingen beperken sterk de prestaties van de «veerkracht» van de dubbele wand 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 Volledige scheiding Aan elkaar bevestigd door stijlen 2 x 12 mm triplex 0 55
R (db) De akoestische verzwakkingsindex R w : twee grote isolatieprincipes 1. Massieve wanden : enkelvoudige of dubbele muur met contacten tussen de muren 100 14 cm betonblokken : R w = 54 db 2 x 14 cm in verband geplaatste blokken : R w = 58 db 90 80 70 60 50 2. Dubbele wanden : dubbele muur zonder contacten 2 x 14 cm losgekoppelde blokken : R w = 84 db!! m 1 40 30 20 Mur blocs 2x14 cm totalement découplés - Rw=84dB Mur blocs 2x14 cm avec liaisons - Rw=58dB Mur blocs 2x14 cm en partie avec liaisons - Rw=67dB 100 160 250 400 630 1000 1600 2500 4000 f (Hz) d m 1 m 2
Rw van dubbele wanden Hoe deze structurele koppelingen vermijden? Als de twee wanden licht zijn (in het geval van een constructie met skelet), kan men het skelet ontdubbelen of buigzame profielijzers gebruiken. 57
Ossatures métalliques 58 Bron : CSTC BI
Ossatures métalliques 59 Bron : Isover
Rol van de absorbens in de holle ruimte Dikte van de absorberende materialen in de holle ruimte : weinig invloed Constructie in gipsplaten: 9.5 mm holle ruimte 80 mm - 9.5 mm 60
Rol van de absorbens in de holle ruimte Dichtheid van de absorberende materialen in de holle ruimte : geen enkele invloed! Constructie in gipsplaten: 9.5 mm holle ruimte 80 mm - 9.5 mm Volledige opvulling Verschillende dichtheden 61
Rw van de wanden met metaalskelet 62
Rw van de wanden met metaalskelet 63 Met 3 platen aan elke kant, tot 69 db
Rw van de wanden met houtskelet 1 gipsplaat 12,5 mm dik aan iedere zijde diepte skelet 50 mm 70 mm 100 mm HOUT 37 38 38 METAAL 42 45 47
Rw van de wanden met ontkoppeld houtskelet 2 gipsplaten 12,5 mm dik aan iedere zijde 100 mm absorbens Tot 60 db
Rw van dubbele wanden Absorberende materialen Minerale wollen Masker en handschoenen! glaswol rotswol
Rw van dubbele wanden Absorberende materialen Natuurlijke wollen Soepele structuur met open cellen, zoals minerale wollen hennep cellulosevlokken Ook: vlas, schaapswol, verenmatras, gerecycleerde PET, hooipanelen houtswol katoenwol
100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 R (db) Rw van dubbele wanden Invloed van het type isolatie ecologische materialen Basiswand : MS 50 mm + 2x2 gipsplaten van 12,5 mm 80 70 R w = 43 db 60 50 40 30 20 10 f (Hz)
Rw van dubbele wanden Invloed van het type isolatie ecologische materialen Geteste configuraties Basiswand : MS 50 mm + 2x2 gipsplaten van 12,5 mm Basiswand + minerale wol 50 mm Basiswand + celluloseschuim 40 mm (70 Kg/m³) Basiswand + hennepwol 30 mm (30-42 Kg/m³) Basiswand + houtwol 50 mm (40 Kg/m³) R w 43 db 50 db 50 db 49 db 48 db Vergelijkbare resultaten in isolatie voor de verschillende absorbentia (maar opgelet : schuim met gesloten cellen functioneert niet op akoestisch vlak PU, XPS, EPS )
Akoestische voorzetwand op buitenmuren Op ontkoppelde structuur - 8,5 cm min d m 1 m 2 Massa veer massa Ontkoppeling Absorptie - Dichtheid
Voorzetwand Alle akoestische isolatiematerialen zijn ook thermisch isolerend maar het omgekeerde geldt niet: het gebruik van harde isolatie en materialen met gesloten celstructuur beschadigt meestal de situatie Een thermische verdubbeling waar niet goed aangedacht is kan de akoestische prestaties van de wanden verslechten.
Ontkoppelingsmaterialen PVCschuim polyethyleen polyethyleen Ook: gerecycleerde banden, latex, elastische PU- of polyesterschuim Meer milieuvriendelijk : cocos, jutte of kurk gerecycleerd rubber cocos kurk
Nuttige hulpmiddellen, websites, enz. : L isolation phonique écologique J.L. Beaumier - éd. Terre Vivante 2011
Nuttige hulpmiddellen, websites, enz. : Gids duurzame gebouwen www.ibgebim.be http://gidsduurzamegebouwen.leefmilieubrussel.be 75
Nuttige hulpmiddellen, websites, enz. : ACOUSTIQUE PRATIQUE J. Desmons EDIPA, Paris 2004. BOUWAKOESTIEK B. Ingelaere Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf, Limelette 2002. Artikelen/slides van het WTCB 2001-2014 - www.wtcb.be www.normen.be INITIATION A L ACOUSTIQUE A. Fischetti BELIN, Paris 2003. ACOUSTIQUE R. Josse Centre Scientifique et Technique du Bâtiment, Grenoble. ET LUTTE CONTRE LE BRUIT- J.J. Embrechts Université de Liège, Faculté des Sciences Appliquées 2001. BOUWAKOESTIEK B. Ingelaere Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf, Limelette 2002. LA PRATIQUE DE L ISOLATION ACOUSTIQUE DES BÂTIMENTS J. Pujolle Editions du Moniteur, Paris 1978. 76
Contact Manuel VAN DAMME Acoustical Expert Coördinaten : : 0478/98.98.42 E-mail : vandamme.manu@gmail.com 77