Samenvatting akoestische maatregelen voor spreekzalen
-
Een
spreekzaal dient vooral klein te zijn: 3 à 4 m3 per
toehoorder. Daarin onderscheidt de spreekzaal zich sterk van een muziekzaal
waar 8 tot 12 m3 gebruikelijk is.
-
Dat
betekent dus dat een zaal altijd zo laag is als projectiemogelijkheden,
ventilatie, e.d. toelaten.
-
In een
spreekzaal is absorptie gewenst. Een publieksvlak levert absorptie, maar
slechts in uitzonderingsgevallen (een schouwburg uit vroeger tijden met veel
balkons) levert het publieksvlak voldoende absorptie.
-
Vrijwel
altijd moet dus geluidabsorberend materiaal worden toegevoegd. Vooral het
plafond komt daartoe in aanmerking, in tweede instantie moet aan de achterwand
worden gedacht.
-
In
relatief lage zalen ligt de absorptiecoëfficiënt in de orde van 30
tot 40%.
-
In
hogere zalen moet een hoger percentage worden gekozen. Normaliter daalt echter
de gemiddelde absorptiecoëfficiënt bij ophoging van het plafond,
zodat problemen onvermijdelijk zijn.
De akoestische kwaliteit van een spreekzaal
In een spreekzaal probeert een spreker een verhaal
over te dragen aan een aantal toehoorders. In dit sitedeel wordt ingegaan op
de vraag hoe een architect rekening dient te houden met de akoestische
wetmatigheden. Gepoogd wordt om iedere zaalgrootte te vatten van een
huiskamer tot een zaal met een paar duizend toehoorders. Een schoollokaal
staat dus midden in de rij der spreekzalen en wordt ook als zodanig
behandeld. Toch is het schoollokaal als afzonderlijk hoofdstuk in deze site
opgenomen. Dat komt omdat er een overweldigende hoeveelheid literatuur over
schoollokalen is, veel meer dan over spreekzalen. Daardoor is de akoestiek
van een schoollokaal eerder een startpunt waarvanuit de akoestiek van andere
spreekzalen is afgeleid. Dat is dus in de opbouw van deze site terug te
vinden.
In de ideale spreekzaal is alleen het geluid
hoorbaar van de spreker; in de praktijk lukt dat nooit. Er is altijd wel
geluid hoorbaar van de ventilatie en in een goed gevulde zaal hoort men
altijd het publiek. Zelfs ademhaling is hoorbaar. In een spreekzaal is dus
ook altijd de "signaal-ruisverhouding" van belang, met name op de achterste
rijen waar het signaal van de spreker vrij laag kan zijn in verhouding tot
de ruis uit de zaal.
Het stralenmodel, vroeg en laat geluid (herhaling)
In het theoriedeel van deze site is een model
geïntroduceerd dat was gebaseerd op geluidstralen die via spiegeling tegen
de wanden geconstrueerd worden. Figuur 1 herhaalt een figuur uit het
hoofdstul over klaslokalen [[1]].
We nemen even aan dat een doorsnede is getekend met vloer en plafond, maar
het zou evengoed een horizontale doorsnede kunnen zijn.
Figuur 1: Drie geluidstralen van een geluidbron
naar een ontvanger. In de praktijk zijn er duizenden.
Allereerst kan het directe geluid worden getekend.
De sterkte van het direct hangt sterk af van de afstand tussen bron en
ontvanger, maar wordt niet beïnvloed door de akoestische eigenschappen van
de ruimte. Verder is één straal getekend die tegen de vloer reflecteert.
Soortgelijke stralen tegen de wanden en het plafond zijn weggelaten om de
tekening enigszins helder te houden. In totaal zijn er zes enkelvoudige
reflecties tegen zes grensoppervlakken. Er is een tweede straal getekend die
tweemaal reflecteert, tegen het plafond en een wand. Van deze tweevoudige
reflecties zijn er 18 mogelijk. Het aantal loopt razendsnel op bij drie,
vier, enz. reflecties.
Een gereflecteerde straal is altijd minder luid dan
het directe geluid. Allereerst is de afgelegde afstand groter, maar een
straal verliest ook nog energie bij iedere reflectie. Bij glas is het
energieverlies zeer gering (maar niet helemaal nul); bij speciale
geluidabsorberende materialen kan meer dan 80% van de energie verloren gaan
[[2]].
Onze oren en hersenen zijn te traag om de afzonderlijke reflecties te
onderscheiden. We ervaren het samenspel van stralen als nagalm.
Nagalm stoort de spraak
In normale spraak kunnen vijf klanken per seconde
voorkomen [[3]].
Een klank van een spreker kan dus worden gestoord door de nagalm van een
eerdere klank: het "late" geluid stoort de spraak. Stralen die vlak na het
directe geluid arriveren, het "vroege" geluid, verbeteren de
spraakverstaanbaarheid meestal wel, vooral omdat de totale vroege energie
een stuk groter kan zijn dan het directe geluid. De scheiding tussen vroeg
en laat geluid wordt voor spraak gesteld op 0.05 s (dus 50 ms). Omgerekend
naar een afstand is dat dus 17 m, zodat in een kleinere zaal enkel- en
tweevoudige reflecties behulpzaam zijn bij het spraakverstaan. In grote
zalen zijn de wanden soms zo ver weg dat er nauwelijks energie via de wanden
de toehoorder bereikt. Een spreker in een sportzaal levert alleen direct
geluid plus een reflectie tegen de vloer.
De spraakverstaanbaarheid staat of valt dus met de
verhouding tussen vroege en late energie en dat is weer afhankelijk van de
toepassing van akoestische materialen. Een spreekzaal zonder aanvullend
absorptiemateriaal is onbruikbaar [[4]].
Het is gebruikelijk om de hoeveelheid galm in een
ruimte vast te leggen door middel van de nagalmtijd. In deze site wordt dat
nog wel eens ontraden, vooral omdat de nagalmtijd stijgt bij toenemende
zaalgrootte. Er worden daarom voor sommige ruimten alternatieve grootheden
aangedragen. Echter, voor spreekzalen is het ons niet gelukt om een betere
grootheid te vinden of te ontwikkelen.
Achtergrondruis stoort de spraak
In een zaal die volgens de regelen der kunst is
ontworpen kan de spraakverstaanbaarheid toch nog onvoldoende zijn omdat de
verhouding tussen het "signaal" van de spreker en de "ruis" (bijvoorbeeld
van het ventilatiesysteem of van de toehoorders zelf) te laag is. Die
verhouding wordt de signaal-ruisverhouding genoemd en aangeduid met SN.
Het signaal, de luidheid van de spraak, wordt
beïnvloed door de akoestiek van de zaal. Dat geldt ook voor de ruis. Het
resulterende geluidniveau van een ventilatiesysteem is in een galmende
ruimte hoger dan in een ruimte bekleed met veel absorptiemateriaal.
Elektronische spraakversterking
Het geluidniveau van het stoorsignaal van de
toehoorders is vrij constant bij variërende zaalgrootten. In een grote zaal
zit meer absorberend oppervlak dan in een kleine, maar het aantal
geluidproducerende toehoorders is er groter en de twee effecten heffen
elkaar vrijwel op.
Het signaal van de spreker wordt echter steeds lager
naarmate de zaalgrootte toeneemt. Hij of zij kan dat compenseren door in een
grote zaal te gaan schreeuwen, maar gebruikelijker is om de elektronica te
hulp te roepen en het geluid te versterken. Dat geeft bovendien de
mogelijkheid om de plaats van de luidsprekers uit te kienen en de
luidsprekers te richten op het publiek.
De "akoestische kwaliteit" van spraak uitgedrukt in meetbare
grootheden
In een ander deel van de site is aangetoond dat er
verschillende maten zijn voor de spraakverstaanbaarheid. Ze blijken allemaal
in hoge mate te correleren en hoewel de speech transmission index STI
allerwegen als een goede maat wordt beschouwd, wordt hier de waarde van U50
gebruikt omdat die veel simpeler af te leiden valt dan STI. Dat mag dus
omdat de correlatie zo hoog is. In tabel 2 worden aan de getallen
kwaliteitscriteria gekoppeld die zijn getoetst bij de ontwikkeling van STI
sinds 1980 en die ondertussen (voor STI) zijn vastgelegd in normbladen.
Tabel 2: Omschrijvingen van de
spraakverstaanbaarheid gekoppeld aan de waarden van STI en U50.
|
spraakverstaanbaarheid
|
STI [-]
|
U50 [dB]
|
|
....
|
|
|
|
uitstekend
|
groter dan 0.75
|
groter dan 6
|
|
goed
|
tussen 0.60 en 0.75
|
tussen 1 en 6
|
|
redelijk
|
tussen 0.45 en 0.60
|
tussen -4 en 1
|
|
matig
|
tussen 0.30 en 0.45
|
tussen -9 en -4
|
|
slecht
(onverstaanbaar)
|
kleiner dan 0.30
|
kleiner dan -9
|
In deze site worden nogal eens de waarden U50
gelijk aan 1 of 6 dB gehanteerd. Dat wordt dan respectievelijk "goede" en
"uitstekende" spraakverstaanbaarheid genoemd. Dat is wel een beetje
gevaarlijk, want zoals te zien valt dat is dus de ondergrens van de
categorieën.
In zijn simpelste vorm is U50
rechtstreeks gekoppeld aan de nagalmtijd. Dat geldt als de invloed van het
directe geluid (figuur 1) te verwaarlozen valt ten opzichte van de vroege
reflecties in de ruimte. Tabel 2 geeft enkele waarden.
Tabel 1: De waarde van de
spraakverstaanbaarheidsmaat U50 als functie van de
nagalmtijd. De afstand tussen bron en ontvanger is dusdanig groot dat de
directe spraak geen invloed heeft.
|
RT [s]
|
0.31
|
0.38
|
0.48
|
0.63
|
0.85
|
1.00
|
1.18
|
1.70
|
|
U50[dB]
|
9
|
7
|
5
|
3
|
1
|
0
|
-1
|
-3
|
Relatief dicht bij de bron mag de invloed van het
directe geluid niet worden verwaarloosd. Daardoor stijgt voor in de zaal de
spraakverstaanbaarheid en dus U50. In de tabel staan dus
de ongunstigste cijfers die gelden achterin de zaal. Zie elders voor meer
details.
De "ideale" curve voor de nagalmtijd in spreekzalen
In een theoretisch verhandeling over spreekzalen is
de "ideale nagalmtijd" afgeleid [[5]].
De resulterende grafiek staat in figuur 1.
Figuur 2: Ontwerprichtlijnen voor de nagalmtijd
in spreekzalen als functie van het vloeroppervlak. De spraakverstaanbaarheid
is afhankelijk van de signaal-ruisverhouding SN. De ontwerplijn geeft
de curve zoals die elders in de site via curve fitting is afgeleid.
De kwaliteitscriteria "uitstekend", "goed", "redelijk" gelden achter in de
zaal. Voor in de zaal is de spraakverstaanbaarheid beter.
De nagalmtijd geldt inclusief de absorptie van
een voltallig publiek; die bijdrage is namelijk aanzienlijk en een lege zaal
kan slechter presteren dan een volle.
Langs de horizontale as staat het vloeroppervlak van
de ruimte uit. Gebruikelijker is om het volume te nemen, maar uiteraard is
het aantal toehoorders de belangrijkste startgrootheid en die grootheid
leidt direct tot het vloeroppervlak.
Bij afwezigheid van ruis vertegenwoordigt het rode
deel een "redelijke" spraakverstaanbaarheid. Om een "goede" of "uitstekende"
spraakverstaanbaarheid te bereiken moet de nagalmtijd steeds lager worden
gekozen. Zeer lage nagalmtijden zijn vereist indien SN niet optimaal
is [[6]].
In een schoollokaal (50 m2
vloeroppervlak) is een "uitstekende" spraakverstaanbaarheid te bereiken
indien de nagalmtijd 0.4 s is. De gemiddelde absorptiecoëfficiënt van het
schoollokaal is dan 35%. Dat is technisch zeer wel te realiseren met een
goed absorberend plafond. De eis voor "uitstekende" spraakverstaanbaarheid
is nodig indien een klas dagelijks wordt gebruikt. Echter, indien een even
grote ruimte wordt gebruikt voor incidentele groepen, kan de eis wat lager
kunnen worden gesteld. Minder absorptie volstaat dan en er kan bijvoorbeeld
worden gemikt op 0.7 s waar een gemiddelde absorptiecoëfficiënt bij hoort
van 20%. Nog steeds moet dan absorberend materiaal worden toegevoegd.
In een grote zaal is uitstekende
spraakverstaanbaarheid technisch vrijwel onmogelijk. Een nagalmtijd van 0.4
s in een zaal met 2000 m2 vraagt een gemiddelde
absorptiecoëfficiënt van meer dan 80%. Een compromis is dus vereist, gegeven
als "ontwerplijn" in de grafiek. Die lijn houdt rekening met de eisen voor
een schoolklas, maar ook met de technische haalbaarheid in een grote zaal.
De curve valt min of meer samen met een gemiddelde absorptiecoëfficiënt van
35% (ongeacht het voeroppervlak) in zalen met een tamelijk lage
plafondhoogte (we komen op de zaalhoogte uitgebreid terug). Het grijze
gebied geeft aan dat er wat variatie in de nagalmtijd mogelijk is; zo
gevoelig zijn onze oren nu ook weer niet. De zwarte lijn in het hart van het
grijze gebied is gebaseerd op curve-fitting van een groot aantal
theoretische gevallen.
Voor de liefhebbers: de akoestische ontwerplijn in formulevorm
Indien een architect daadwerkelijk overgaat tot het
ontwerp van een spreekzaal, kan de ideale nagalmtijd via de "ontwerplijn"
uit de figuur worden afgelezen. Het probleem is dat zowel de horizontale als
de verticale as logaritmisch zijn weergegeven. Omdat bij het ontwerp toch
meestal een Excelsheetje wordt gebruikt is het handiger om de ideale
nagalmtijd RT te berekenen met de onderliggende formule:
.
(1)
Hierin is h de hoogte van de ruimte en Svloer
het vloeroppervlak.
Nu kan ook worden overgegaan naar een andere
variabele via Sabine's nagalmtijdformule:
,
(2)
waarin het volume van de ruimte gegeven wordt door
Vol. Dit volume is uiteraard niets anders dan het product van
vloeroppervlak en hoogte, waarbij een gemiddelde hoogte moet worden genomen
bij schuin oplopende publieksvlakken.
Het totaal absorberend oppervlak wordt
gerepresenteerd door A en geeft de belangrijkste akoestische
grootheid voor de architect. Het geeft een indicatie van de hoeveelheid
absorberend materiaal die uiteindelijk in de zaal moet worden gemonteerd.
Zoals op meer plaatsen in de site lijkt het ons
handig om de waarde van A te vergelijken met de grootte van het
vloeroppervlak. Combinatie van formules (1) en (2) en eliminatie van RT
geeft dan:
.
(3)
Dit is de formule die in onderstaand voorbeeld zal
worden gehanteerd om de hoeveelheid absorptie te becijferen [[7]].
Het akoestisch zaalontwerp aan de hand van een voorbeeld
De werkwijze bij het ontwerpen van een zaal(tje) is
het beste te illustreren met een voorbeeld. In het voorbeeld gaan we uit van
een zaal met ca. 200 toehoorders. Voor het gemak wordt de vloer rechthoekig
gedacht, maar in de praktijk worden vaak zalen ontworpen die bij de
achterste rijen breder worden [[8]].
De tabel geeft de verschillende stappen van het ontwerpproces.
Figuur 3: Layout van een zaal voor 198 personen,
zoals gebruikt in het rekenvoorbeeld.
|
1
|
Bepaal de grootte van de zitplaats. Een
veelgebruikte maat is een breedte van 55 cm en een rij-afstand van
90 cm. Daarmee passen er precies twee toehoorders op een vierkante
meter.
|
0.55 × 0.90 = 0.50 m2
|
|
2
|
Het aantal van ca. 200 mensen moet worden
verdeeld over een aantal rijen. De figuur geeft 11 rijen van 18
plaatsen. Het publieksvlak is daarmee vierkant, waardoor de kortste
afstand tot de spreker wordt verkregen. De zaal zelf heeft dan een
enigszins langwerpig vloeroppervlak. Zalen waarvan de totale lengte
groter is dan twee maal de breedte dienen eigenlijk te worden
vermeden.
|
11× 18 = 198 plaatsen
|
|
3
|
Bepaal het "bezeten"oppervlak
|
9.9 × 9.9 = 99.8 m2
|
|
4
|
Er bestaan diverse gegevens van de absorptie
van publiek in allerlei typen stoelen. In de spraakfrekwenties
variëren de waarden tussen 80 en 100%. We nemen hier aan dat de
absorptie van het publiek (inclusief de vloer) totaal is.
Het absorberend oppervlak is dus bekend.
|
Apubliek = 99.8 m2
|
|
5
|
Bepaal de ruimte aan de voorzijde en van de
gangpaden. Daaruit ontstaat het totale vloeroppervlak.
|
Svloer =12.3 ×14.3 = 175.9 m2
|
|
6
|
Moet het publieksvlak oplopen?
In dit geval is het aantal rijen zo groot
dat dat wenselijk wordt. Eventueel kan een stap worden ingevoegd per
twee rijen. In dit voorbeeld wordt 20 cm opgehoogd per rij.
Het totale verschil tussen de voorste en de
achterste rij is dus bekend.
|
10 treden van 20 cm
levert 2.0 m ophoging
|
|
7
|
Bepaal de zaalhoogte.
Dit is een zeer heikel punt. De
spraakverstaanbaarheid hangt namelijk sterk af van de zaalhoogte.
Hoe kleiner het volume van de de zaal des te beter. Kosten's
Bouwfysicaboek beveelt 3 à 4 m3 per persoon aan. Wij
rekenen hier met 2.40 hoogte voor de achterste rij, waardoor de
hoogte boven de voorste rij 4.40 m is.
Dat is voldoende om lichtbeelden te kunnen
projecteren.
|
Gemiddelde hoogte
hgem = 3.53 m
Volume per persoon is:
|
|
8
|
Bereken het absorberend oppervlak in relatie
tot het vloeroppervlak. Daartoe kan het beste formule (3) worden
gebruikt:
|
|
|
9
|
Het totaal benodigde absorberende oppervlak
Atot volgt hier dus direct uit.
|
|
|
10
|
Bereken het totale geometrische oppervlak
voor vloer, plafond en alle wanden tezamen (gelijk aan 533.2 m2),
minus het publieksvlak.
|
533.2 - 99.8 = 433.4
|
|
11
|
Niet echt nodig, wel interessant.
De gemiddelde absorptiecoëfficiënt berekend
uit Atot en het totale geometrische oppervlak van
vloer, wanden en plafond,.
|
|
|
12
|
Niet echt nodig, wel interessant
De nagalmtijd bij volle bezetting:
|
|
|
13
|
Niet echt nodig in deze rekenfase, wel
interessant: de nagalmtijd bij afwezigheid van publiek [[9]].
De absorptiecoëfficiënt van het publieksvlak
wordt nu geheel bepaald door rijen houten stoelen met een
absorptiecoëfficiënt van 10%.
|
|
|
14
|
Reken ca. 4% absorptie voor kale wanden van
glas en beton. Meestal wordt dat nog wat lager ingeschat, maar er is
altijd wel wat verstrooiing van wat meubilair buiten de stoelen.
|
0.04 × 432.9 = 17.3 m2
|
|
15
|
Nu kan het tekort aan absorberend oppervlak
worden berekend uit het benodigde absorberend oppervlak minus het
absorberende publieksvlak en de absorptie van de overige vlakken.
|
198 - 99.8 - 17.3 = 80.9 m2
|
Stel nu dat alle absorptie tegen het plafond wordt
aangebracht, dan kan dus het materiaal worden besteld. Mogelijk is 175.9 m2
met een absorptiecoëfficiënt van nog geen 50%. Een kleiner oppervlak met een
hogere absorptiecoëfficiënt kan natuurlijk ook.
Lege stoelen
De berekening is gemaakt bij volle bezetting, maar wat
gebeurt er als er maar 50 mensen in de zaal zitten?
Bij een onderbezetting van 150 mensen komen we 75 m2
absorptie te kort. Daarbij gelden de volgende overwegingen:
-
We zouden
niets kunnen doen. De berekeningen zijn uitgevoerd voor de achterste rijen;
dichterbij de spreker is de spraakverstaanbaarheid altijd wat hoger. Het is een
bekende truc van een spreker om de bezoekers uit te nodigen de voorste rijen in
te nemen.
-
Stijlvoller
is om absorberende stoelen te gebruiken. In een concertzaal moet deze
truc worden toegepast. Dan worden de stoelen erop uitgezocht dat ze bezet en
onbezet dezelfde absorptie leveren. Dat betekent automatisch dat de laagdikte
tamelijke groot, in de orde van 10 cm, moet worden gekozen.
-
Stoelen
in spreekzalen zijn minder kritisch dan in concertzalen omdat de
spraakfrekwenties hoger liggen dan bij muziek. Een laagdikte van een paar centimeter
volstaat meestal wel.
-
Juist
in onderbezette zalen (met niet-absorberende stoelen) wil nog wel eens een
hinderlijke reflectie van de achterwand hoorbaar zijn. Dat is op te lossen door
die wand absorberend en/of verstrooiend te maken.
De invloed van de zaalhoogte op de spraakverstaanbaarheid
Eigenlijk viel de benodigde hoeveelheid absorberend
materiaal in het voorbeeld nog wel mee. Dat komt omdat de zaal, volgens de
regelen der akoestische kunst, zo compact mogelijk is gehouden. De "straf"
voor een hogere zaal is niet mis, wat zal worden aangetoond in de volgende
tabel.
Tabel 2: De invloed van de gemiddelde
plafondhoogte bij twee waarden 3.40 en 5.00 m.
|
|
|
hoogte 3.40 m
|
hoogte 5.00 m
|
|
3
|
"Bezeten"oppervlak
|
99.8 m2
|
99.8 m2
|
|
4
|
Absorberend oppervlak publiek (100%)
|
99.8 m2
|
99.8 m2
|
|
5
|
Totaal vloeroppervlak
|
175.9 m2
|
175.9 m2
|
|
7
|
Zaalhoogte
(hier per definitie)
|
3.40 m
|
5.00 m
|
|
8
|
Absorberend oppervlak per vloeroppervlak.
|
|
|
|
9
|
Totaal benodigd absorberende oppervlak
|
|
|
|
10
|
Totaal geometrisch oppervlak minus
publieksvlak
|
533.2 - 99.8 = 433.4
|
617.8 - 99.8 = 518.0
|
|
14
|
4% absorptie voor kale wanden van glas en
beton
|
0.04 × 433.4 = 17.3 m2
|
0.04 × 518.0 = 20.7 m2
|
|
15
|
Deficit aan absorberend oppervlak
|
198 - 99.8 - 17.3 = 80.9 m2
|
269 - 99.8 - 20.7 = 148.5 m2
|
Inderdaad stijgt de hoeveelheid benodigd absorberend
oppervlak dramatisch. Dit is met de gebruikelijke absorptiematerialen niet
meer in het plafond op te vangen en er moet aanvullende absorptie worden
gezocht op de wanden, waarbij allereerst de achterwand in aanmerking komt.
De conclusie is simpel: houd een spreekzaal vooral
klein.
Spraakvermogen en elektronische versterking
Figuur 2 gaf een "ontwerplijn" die een compromis was
tussen technische haalbaarheid en goede spraakverstaanbaarheid, met name bij
grotere zalen. Uit figuur 2 is ook af te leiden dat een "uitstekende"
spraakverstaanbaarheid niet te bereiken valt bij een vloeroppervlak boven 70
m2. Een "goede" spraakverstaanbaarheid is altijd wel te halen, al
is het nipt bij 2000 m2.
Zoals boven uitgelegd is de ruis in een zaal is
vrijwel onafhankelijk van de grootte. Het niveau van het vroege geluid daalt
echter drastisch als de zaalgrootte toeneemt. Een spreker kan dat
compenseren door luider te gaan praten of zelfs te gaan schreeuwen.
Stijlvoller is om de spreker een mikrofoon ter beschikking te stellen en het
geluid elektronisch te versterken.
Thans wordt aangegeven hoe luid het vermogen van een
spreker moet zijn. De rekenmethode in dit ontwerphoofdstuk is gebaseerd op
een onderliggende theoretische verhandeling. Daar werd ook afgeleid wat het
benodigde spraakvermogen is voor een bepaalde kwaliteit van de
spraakverstaanbaarheid. De uitkomsten worden weergegeven in figuur 4.
Figuur 4: Het spraakvermogen als functie van het
vloeroppervlak indien de "ontwerplijn " uit figuur 2 wordt verondersteld. De
vermogens zijn afgeleid uit geluidniveaus door een richtingsfactor Q
= 2 te gebruiken, hetgeen gebruikelijk is voor de voorzijde van een spreker.
Voor een goed uitgekiende toespreekinstallatie is een hogere factor
mogelijk. Maar dat is niet gebruikt.
In de figuur staat horizontaal weer het
vloeroppervlak; verticaal staat het benodigde spraakvermogen. De
spraakvermogens zijn gekoppeld aan de geluidniveaus zoals die uit eigen
onderzoek naar voren komen ("conversatie") dan wel in normbladen zijn
vastgelegd ("normal", "enhanced", "loud", "very loud"). Daarbij is "normal"
een niveau dat we bij een goed getrainde leerkracht in een schoollokaal
zullen vinden. Hij of zij dient dan wel degelijk de stem iets te verheffen
ten opzichte van een conversatie op 1 m [[10]].
Bij 50 m2 vloeroppervlak is de
spraakverstaanbaarheid achter in de ruimte direct afhankelijk van het
vermogen van de spreker. Boven 70 m2 is een "uitstekende"
spraakverstaanbaarheid niet haalbaar, zelfs niet bij elektronische
spraakversterking. De galm heeft dan al teveel invloed. Dat is ook
rechtstreeks af te leiden uit figuur 2 waar de ontwerplijn de grens tussen
"goed" en "uitstekend" snijdt bij 70 m2.
De zaal van 180 m2 uit ons voorbeeld is
door een spreker met een goede stem zonder mikrofoon te bespreken. Maar de
spreiding tussen sprekers onderling is groot. We hebben zelf verschillen
gemeten van maarliefst 12 dB tussen de zachtste en de luidste spreker. De
figuur geeft slechts een gemiddelde waarde. Het is dus verstandig om in de
zaal een mikrofoon gereed te houden voor de sprekers met een zachte stem.
Bij een zaal van 1000 m2 is altijd elektronische versterking
noodzakelijk.
De figuur is berekend voor een ruisniveau van 40 dB.
Bij een andere waarde mogen ook de waarden langs de verticale as met
hetzelfde verschil worden verschoven. Een waarde van 40 dB wordt gevonden
bij knisperend papier en voetgeschuifel. Bij een ademloos publiek kan 30 dB
worden gevonden, maar juist in een spreekzaal moet het publiek altijd wel
wat opschrijven en dus geluid maken.
Klankkaatsers en luidsprekerophanging
Het geluid in een zaal kan enigszins worden
gemanipuleerd met de positie van bron en toehoorders. Figuur 5 geeft daarvan
een voorbeeld.
Figuur 5: Het geluidniveau ter plaatse van een
toehoorder hangt af van de hoek tussen publieksvlak en de geluidstraal
tussen geluidbron en toehoorder. Een grotere hoek helpt.
Indien geluid zich voortplant boven een absorberend
publieksvlak gaat extra geluidenergie verloren bij toenemende afstand [[11]].
De hoeveelheid verlies hangt af van de hoek
b in figuur 5: hoe groter de
hoek, des te beter de spraakverstaanbaarheid. In kerken is daartoe al eeuwen
geleden het fenomeen preekstoel ontwikkeld, in schouwburgen het verhoogde
toneel. Tegenwoordig kantelen we meestal het publieksvlak hetgeen uiteraard
op hetzelfde neerkomt [[12]].
Een apart fenomeen is de klankkaatser. In theorie
levert een extra reflectievlak slecht één extra (vroege) reflectie en het
aantal dB's winst blijft dan beperkt tot 1 à 2 dB. Een voorbeeld staat in
figuur 6.
Figuur 6: Reflecties tegen klankkaatsers leveren
een bijdrage aan de spraakverstaanbaarheid.
Er zijn enkele fenomenen waarom de winst wat groter kan
zijn:
-
De
hoek b uit figuur 5 wordt
gunstiger
-
Klankkaatsers
kunnen goed worden uitgericht waardoor de reflectie naar het publiek op de
juiste plek terecht komt. Ze zijn daartoe soms uitgericht met een spiegeltje
zodat met een laserstraal de reflectie kan worden ingesteld.
-
In de
tekening staat de klankkaatser boven de spreker (veelal twee stuks in de hoeken
boven het bord bijvoorbeeld), maar er zijn voorbeelden [[13]] waar
er zes worden gebruikt, drie aan weerszijden van het publiek.
-
Echter,
als de zaal teveel galmt helpen klankkaatsers ook niet echt.
Indien luidsprekers worden gebruikt om spraak weer te
geven, gelden dezelfde overwegingen. Hoewel het installeren van
toespreekinstallaties het vermogen van de meeste architecten te boven zal gaan
en meestal een specialist zal moeten worden geraadpleegd, zijn er nog de
volgende opmerkingen te maken:
-
Ze
worden ook altijd boven de spreker opgehangen om de hoek
b uit figuur 5 te vergroten
-
Ook
luidsprekers worden zoveel mogelijk op het publiek gericht. Sterker: een hoge
directiviteit (dus een smalle bundel) vergroot het vroege geluid. Het late
geluid (de galm) wordt nauwelijks versterkt omdat het publieksvlak sterk
absorberend is.
-
In
sterk galmende ruimten gaat die vlieger niet meer op. Dan wordt dus ook de galm
versterkt en blijft een slechte spraakverstaanbaarheid ook slecht. Met name in
grote kerken wordt daarom een systeem met allemaal aparte luidsprekers aan de
pilaren toegepast. Die bestrijken ieder een afzonderlijk deel van het publiek
dat zich dus binnen het directe geluid van die luidspreker bevindt. Dat gaat
vooral ook goed omdat de galm in een grote kerk wel lang is, maar niet veel
energie draagt. Meestal zijn dergelijke luidsprekers uitgevoerd als
"zuiltjes" van een serie luidsprekertjes. Die hebben dan in het
verticale vlak een sterkere bundeling dan wanneer één luidspreker
wordt gebruikt.