Ruis veroorzaakt door andere sprekers

Een bijzonder geval van "ruis" doet zich voor indien een spreker wordt omringd door andere sprekers die ongeveer evenveel akoestisch vermogen produceren. In drukke situaties storen die sprekers de spraak van de gesprekspartner. Het effect wordt in het Nederlands "cocktailparty-effect" genoemd; Amerikanen spreken veelal over het "café-effect".

Met behulp van formules (zie elders in de site) kan worden aangetoond dat er een paar effecten een rol spelen:

·      Meestal bevindt de "gewenste spreker" zich op korte afstand. Afhankelijk van de herrie varieert de afstand tussen 2 meter en 10 centimeter.

·      De stoorsprekers bevinden zich vrijwel altijd op grotere afstand. Ter vereenvoudiging van de berekeningen wordt daarbij zelfs een afstand van een paar meter aangehouden, maar soms is dat niet juist [[1]].

 

We veronderstellen nu dat in het schoollokaal uit de vorige delen (8 × 6.25 × 3.2 m³) een cocktailparty wordt gehouden. Daarbij wordt alleen gepraat; muziek, zang en dans ontbreken (nog). De gemiddelde absorptiecoëfficiënt was in het klaslokaal in de orde van 32% gekozen, maar die veronderstellen we thans variabel.

Het totale oppervlak van het lokaal is gelijk aan 191 m². De totale hoeveelheid absorberend oppervlak A kan dan in de praktijk variëren van ca. 10 m² in een glazen schoollokaal, tot 100 m² in een zwaar gedempt lokaal. Het vloeroppervlak bedraagt 50 m². In extreme gevallen passen daar wel 100 mensen op, waarvan er dus 50 zouden kunnen spreken. Het aantal sprekers zullen we met N aanduiden.

Zoals elders wordt uiteengezet blijkt de grootheid A/N maatgevend. In theorie zouden we in het overvolle klaslokaal als ondergrens de waarde A/N = 0.2 kunnen vinden (10 m² absorptie van de wanden gedeeld door 50 sprekers). Dat zou leiden tot tomeloos lawaai, maar in de praktijk valt het wel mee omdat de aanwezigen ook (door hun kleding) absorptie meebrengen. Een mens vertegenwoordigt ongeveer 0.5 m² absorberend oppervlak, zodat de som van alle absorberende oppervlakken wordt gevonden bij ca. 60 m², zodat A/N = 1.2.

In het klaslokaal met 32% absorptie is het absorberend oppervlak ongeveer gelijk aan A = 60 m². Bij 12 aanwezigen waarvan 3 stoorsprekers (nog niet alle gasten zijn gearriveerd) vinden we dus A/N = (60 + 6)/3 = 22. Op het hoogtepunt van de party zijn er wellicht 60 aanwezigen en 20 stoorsprekers en daalt de waarde tot A/N = (60+30)/20 = 4.5 m² [[2]]. Dat is dus bijna vier maal zoveel als in voornoemd "glazen" schoollokaal.

 

Figuur 1: Het directe geluidniveau van een spreker (rood) en het stoorgeluid van N sprekers berekend in een ruimte van 8 × 6.25 × 3.2 m³. Het akoestisch vermogen van alle sprekers is gelijk gekozen aan L_W = 60 dB(A). Dat komt overeen met ontspannen gebabbel. Later zal dat een wat onrealistische keuze blijken, maar de verhouding tussen direct en stoorgeluid blijft gelijk bij iedere waarde van L_W .

 

Figuur 1 geeft een grafiek waarin twee grootheden worden vergeleken. In rood zien we het geluid van de "gewenste" spreker, waarbij uitsluitend de bijdrage van het directe geluid wordt meegerekend. De groene lijnen geven het geluidniveau veroorzaakt door de combinatie van de hoeveelheid aanwezige absorptie (A) en het stoorgeluid van N andere sprekers [[3]].

Het verschil tussen de rode en de groene lijn kunnen we de signaal-ruisverhouding SR noemen. We vinden dus SR = 0 waar de rode en de groene lijn elkaar snijden. Die afstand is ruim 1 meter in een (goede) situatie waarin A/N = 48 m². Bij meer sprekers of bij minder absorptie daalt de afstand en spreker en toehoorder moeten elkaar dichter naderen. Dat is ook verreweg de meest gebruikte truc van mensen in een lawaaiige omgeving.

Ons systeem van gehoororgaan plus hersenen is vrij aardig in staat om menselijke spraak uit rumoer te abstraheren. We letten vooral ook op timbreverschillen tussen verschillende stemmen. De spraakverstaanbaarheid bij SR = 0 is daarom nog zeer redelijk [[4]]. De ondergrens voor spraakverstaan ligt bij ongeveer SR = -6 dB. Als dus SR = 0 dB bij 1 m wordt gevonden, ligt de ondergrens voor spraakverstaan bij 2 m [[5]].

 

De grootte van de ruimte

In figuur 1 is gerekend met een ruimte ter grootte van een schoolklas. Fascinerend is echter dat de enige maatgevende grootheid voor het stoorniveau de waarde van A/N is. De grootte van de ruimte doet er dus in dit model niet toe. Stel bijvoorbeeld dat het klaslokaal uit het voorbeeld voorzien is van een absorberend plafond, dan wordt A overwegend door dat plafond bepaald. Als we nu lengte en breedte van de ruimte met twee vermenigvuldigen worden het vloeroppervlak en A vier maal zo groot. Maar dan kunnen we op de cocktailparty ook vier maal zoveel sprekers verwachten zodat A/N gelijk blijft. Het geluidniveau in het diffuse veld, en dus het stoorniveau, blijven dan ook gelijk.

Door dit effect kan een berekening worden gemaakt die de spraakverstaanbaarheid voorspelt als functie van A/N, (vrijwel) onafhankelijk van de grootte van de ruimte [[6]]. Figuur 2 geeft daarvan het resultaat.

 

Figuur 2:  De spraakverstaanbaarheid opgedeeld in categorieën "matig" tot "uitstekend" als functie van A/N, de hoeveelheid absorberend oppervlak gedeeld door het aantal storende sprekers. De afstand r’ tussen bron en ontvanger is gegeven als parameter.

 

Uit de figuur blijkt dat twee mensen elkaar alleen uitstekend kunnen verstaan als ze elkaar dicht naderen en de waarde van A/N tot waarden stijgt boven 35 m² [[7]].

 

De gecorrigeerde afstand

In het figuuronderschrift van figuur 1 staat het woord "afstand" tussen aanhalingstekens. Het is eigenlijk een gecorrigeerde waarde r’. De waarde is gelijk aan de echte afstand indien we een geluidbron nemen die in alle richtingen evenveel geluidenergie afstraalt en een luisteraar die vanuit alle richtingen even goed hoort. Het menselijke hoofd heeft echter de eigenschap dat recht voor de mond een hogere geluiddruk heerst dan naar opzij of aan de achterkant. Een soortgelijk effect treffen we aan bij het horen. Onze twee oren zorgen ervoor dat we een stem beter uit de herrie kunnen pikken dan wanneer we slechts één oor zouden hebben. Genoemde richtingseffecten zorgen ervoor dat de afstand met ongeveer 1.5 mag worden vermenigvuldigd als spreker en toehoorder elkaar aankijken [[8]]. Als de spreker wegkijkt van de toehoorder wordt de gecorrigeerde afstand echter kleiner dan gegeven in figuur 1. In figuur 2 was de gecorrigeerde afstand r’ gegeven. Als daar een afstand van 0.5 m wordt aangehouden, kan de werkelijke afstand op 0.8 m worden gesteld, maar eigenlijk alleen bij een duo-gesprek.

Strikt genomen zitten bouwkundige toevoegingen niet in de formules. De invloed van "vroege" reflecties waren tot nu toe ook veronachtzaamd. Het geluidniveau van de spreker stijgt echter wel degelijk indien de spreker bijvoorbeeld in een restaurant aan een houten tafel zit. Een winst van 2 à 3 dB kan worden geboekt, hetgeen kan worden vertaald in een "afstandswinst"  van een factor 1.3 à 1.4.

 

Het Lombardeffect

Mensen gaan harder praten in een lawaaiige omgeving om zich verstaanbaar te maken. Het effect wordt meestal Lombard-effect genoemd naar de Franse onderzoeker die het in 1911 voor het eerst beschreef [[9]]. Waarom mensen harder gaan spreken is ook een eeuw na Lombard niet opgelost. Het is duidelijk dat iemand die een rumoerig café binnen stapt zich aanpast en ook luider gaat spreken dan gebruikelijk bij "normale" spraak. Maar het helpt niet om de spraakverstaanbaarheid te verbeteren. Indien alle mensen in het café 6 dB zachter gaan spreken, blijven de onderlinge verhoudingen gelijk, en dus ook de signaal-ruisverhouding en de spraakverstaanbaarheid. Het gezelschap past zich uiteraard wel aan aan de luidste spreker in het gezelschap (en er zijn grote individuele verschillen), maar dit effect verklaart het Lombardeffect toch slechts te dele [[10]].

In de berekeningen voor figuur 1 was uitgegaan van L­_W­ = 60 dB(A). Dat staat gelijk met "ontspannen" spraak. Het geluidvermogen van "normale" spraak ligt 6 dB hoger, maar in het drukke café moeten we onze stem nog veel verder verheffen, soms tot schreeuwens toe. In een vollopend café gaat het geluidniveau dus ten eerste omhoog doordat het aantal bronnen toeneemt, ten tweede loopt ook het vermogen van die bronnen op.

 

Het Lombardeffect is niet verklaarbaar, maar het is anderzijds wel degelijk mogelijk om het geluidniveau in een ruimte te voorspellen. Het resultaat staat in figuur 3.

 

Figuur 3: Een voorspelling van het geluidniveau in een situatie met (uitsluitend) sprekers als functie van het absorberend oppervlak per spreker. De lijn is opzettelijk breed gekozen, omdat de situatie nog wel eens een paar dB kan toevoegen. De waarden zijn echter onafhankelijk  van de grootte van de ruimte. Het is verstandig om een ondergrens van drie sprekers aan te houden. Aangepaste versie uit [[11]].

 

De helling van de curve toont ongeveer 6 dB indien de hoeveelheid absorptie in een ruimte wordt verdubbeld. Daarvan is ruwweg 3 dB toe te schrijven aan de verdubbeling van de absorptie [[12]] en de overige 3 dB komt omdat de aanwezigen zachter gaan spreken. Dit laatste effect helpt echter niet om de spraakverstaanbaarheid te verbeteren [[13]].

 

De hoeveelheid absorptie in de praktijk

Figuur 3 geeft de mogelijkheid om het geluidniveau te voorspellen. In een restaurant of kantine is 80 dB een hels kabaal; het is ook ongeveer het maximum (zonder muziek) dat in de praktijk wordt aangetroffen, maar dan uitsluitend in restaurants met veel glas, een trendy stucplafond [[14]] en een niet-absorberende vloer. Figuur 2 laat zien dat dan alleen tweegesprekken op korte afstand mogelijk zijn.

Bij een waarde van A/N in de orde van 4 à 5 m² is het geluidniveau ongeveer 70 dB en is de spraakverstaanbaarheid (afhankelijk van de afstand) gestegen van "matig" tot "redelijk". Het is ook ongeveer de grens waarbij het mogelijk is om met meer dan twee mensen aan een gesprek deel te nemen. In een restaurant kan de uitbater dus het akoestisch klimaat bepalen met de hoeveelheid absorberend materiaal en de dichtheid van de tafels. Wellicht mikt een uitbater bewust op duo-gesprkken, maar gezien het aantal wanhopige restauranthouders gaat het in de praktijk toch niet altijd goed. Extra kleedjes of extra absorptie op stoelen blijken dan meestal niet te werken omdat het extra absorberend oppervlak onvoldoende toeneemt. Een substantiële (en veelal voldoende) winst van 6 dB wordt pas bereikt met een verdubbeling van het absorberend oppervlak.