Het ontwerpproces
Indien daadwerkelijk een ruimte moet worden
ontworpen, moet een voorspelling worden gemaakt van de akoestische
kwaliteit in een ruimte. De eerst stap is dan steeds een
inventarisatie van de materialen in een ruimte met hun afmetingen en
hun absorberende eigenschappen. Uit die tabel worden akoestische
grootheden berekend die worden getoetst aan “eisen”, die kunnen zijn
opgesteld door de opdrachtgever (in een bestek) of soms zijn
vastgelegd in wettelijke normen. Als de eis dan niet wordt gehaald
zal bijstelling van de materiaalverdeling en materiaalkeuze
noodzakelijk zijn.
In dit theoretische deel van de site wordt
uitsluitend uitgelegd hoe de ontwerptabel tot stand komt en wat er
uit kan worden afgeleid. De tabel wordt hier gegeven voor een ruimte
met de afmetingen van een flinke woonkamer In andere delen van de
site worden ook andere ruimten op dezelfde manier doorgerekend.
De toetsing aan normen komt in deel D van deze site (het
ontwerpdeel) aan de orde, er daarbij vanuit gaand dat die normen ook
daadwerkelijk bestaan.
Tabel met absorptiecoëfficiënten voor enkele veel voorkomende materialen
Voorafgaand aan de berekeningen worden een paar absorptiecoëfficiënten gegeven
voor gangbare materialen. Zij gelden bij de belangrijkste frekwenties voor
spraak, dus globaal over 500 tot 2000 Hz. Laagfrekwent zijn de prestaties van
veel materialen minder, met name omdat vaak de laagdikte niet groot genoeg is.
materiaal |
abs. coëff. |
toelichting |
|
|
|
glas |
< 0.05 |
|
moderne stuc |
< 0.05 |
|
antieke stuc |
0.05 - 0.20 |
antieke stuc heeft vaak open poriën |
gespoten akoestische pleister |
0.20 - 0.60 |
afhankelijk van de laagdikte |
pleister op minerale wol |
0.60 - 1.00 |
afhankelijk van de laagdikten |
metaal |
< 0.05 |
|
geperforeerd metaal |
0.40 - 1.00 |
afhankelijk van laag minerale wol achter plaat1 |
beton |
< 0.05 |
|
bimsbeton |
0.40 - 0.60 |
|
baksteen geverfd |
< 0.05 |
|
baksteen binnenkwaliteit |
0.05 - 0.20 |
hogere absorptie indien poreuzer |
hout geverfd |
< 0.05 |
|
kaal hout |
0.05 - 0.10 |
|
parket |
0.05 |
|
geperforeerd hout,
gaten of sleuven |
0.40 - 0.90 |
afhankelijk van laag minerale wol achter plaat1 |
gipskarton ongeperforeerd |
0.05 |
|
gipskarton geperforeerd |
0.40 - 0.90 |
afhankelijk van laag minerale wol achter plaat1 |
kunststoffolie op minerale wol |
0.05 - 0.60 |
werkt slechts bij één resonantiefrekwentie |
microporeuze folie |
0.40 - 0.90 |
afhankelijk van laag minerale wol1 |
gordijnen |
0.05 - 0.80 |
afhankelijk van dikte, plooigraad |
linoleum |
0.05 |
|
vloerbedekking |
0.05 - 0.60 |
afhankelijk van dikte en onderlaag |
houten meubilair |
0.05 |
|
gestoffeerde meubilair |
0.30 - 0.60 |
speciale stoelen voor concertzalen meer dan 0.90 |
vezelplaat harde achtergrond |
0.30 - 0.50 |
|
vezelplaat met luchtlaag |
0.40 - 0.80 |
|
absorberende tegels/platen |
0.60 - 1.00 |
aanbod en constructies te divers voor deze tabel |
geschuimde kunststoffen |
0.10 - 1.00 |
afhankelijk van laagdikte en type schuim2 |
één persoon |
0.40 - 0.50 |
of liever: 0.4 - 0.5 m2 absorptie per
persoon |
vol bezet publieksvlak |
0.90 - 1.00 |
|
Noot 1:
Constructies met gaatjes ontlenen hun absorberende
werking aan een laag absorptiemateriaal achter de gaatjesplaat. De absorptie
dient tegen de gaatjesplaat te worden aangebracht; dat gaat in de praktijk lang
niet altijd goed.
Noot 2:
Vooral het percentage open cellen is essentieel. Het
aantal open cellen is bijvoorbeeld te laag bij harde schuimen en te hoog bij matrassenschuim.
De (gemiddelde) absorptiecoëfficiënt en de
nagalmtijd
De gemiddelde absorptiecoëfficiënt van een
ruimte wordt berekend door te sommeren over het product van
oppervlaktes en absorptiecoëfficiënten. Dat geschiedt hier in
tabelvorm; elders zullen we dieper ingaan op de mathematische
relatie tussen absorptie en nagalmtijd.
In tabel 1 staat een voorbeeld voor een
ruimte van 10 × 5 × 2.5 m3. In een instelling wordt dat
vaak een huiskamer genoemd; in woningen zijn huiskamers veelal kleiner. In de linker kolom staat
een omschrijving van het element; dan volgt de materiaalkeuze. Ieder
element heeft een geometrische maat en een absorptiecoëfficiënt. In
de meest rechtse kolom staat telkens het product van de elementen
uit de kolommen drie en vier. Deze grootheid A wordt het
“absorberend oppervlak” genoemd.
Tabel 1: Een voorbeeld van een
galmende "huiskamer" van 10 × 5 × 2.5 m3.
Element
|
Materiaal
|
oppervlak
|
absorptie-coëfficiënt
|
absorberend oppervlak
|
[m2]
|
[-]
|
[m2]
|
vloer
|
linoleum
|
50
|
0.05
|
2.5
|
plafond
|
stuc
|
50
|
0.05
|
2.5
|
raamzijde
|
glas
|
12.5
|
0.05
|
0.6
|
achterzijde
|
glas
|
12.5
|
0.05
|
0.6
|
zijwand 1
|
behang
|
25
|
0.1
|
2.5
|
zijwand 2
|
behang
|
25
|
0.1
|
2.5
|
meubels
|
nauwelijks abs.
|
4
|
0.2
|
0.8
|
gordijnen
|
vrij dun
|
10
|
0.3
|
3
|
vloerkleed
|
vrij dik
|
6
|
0.5
|
3
|
boeken in open kast
|
|
3
|
0.5
|
1.5
|
|
|
|
|
|
totaal oppervlak
|
|
198
|
|
19.5
|
gemiddelde absorptiecoëfficiënt
[-]
|
19.5 / 198 = 0.10
|
Volume [m3]
|
125
|
nagalmtijd [s]
|
125 / (6×19.5) = 1.0
|
Zowel het geometrisch oppervlak als het absorberend
oppervlak worden nu gesommeerd. Die waarden zijn gegeven in de rij "totaal
oppervlak". De
gemiddelde absorptiecoëfficiënt wordt nu berekend uit het quotiënt, en
bedraagt dit geval 0.10.
Er is nog een rij toegevoegd die de berekening van de
nagalmtijd geeft, berekend met de formule van Sabine:
|

|
(1)
|
De berekening levert een waarde van 1.0 s. De nagalmtijd is
nog niet aan de orde gekomen maar zal later zeker worden toegelicht. Het is de
meest gebruikte formule uit de ruimteakoestiek.
De confrontatie van de rekenuitkomsten aan streefwaarden
geschiedt ook elders, maar hier zij reeds vermeld dat de berekende
waarde van 10% (T = 1.0 s) zeer mager is. Het representeert
een woonkamer waarin zeer wel te wonen valt als het aantal
geluidbronnen laag is, maar spelende kinderen of de gasten op een
verjaarspartijtje kunnen het geluidniveau tot grote hoogte opvoeren.
Voor een huiskamer in een instelling voor gehandicapten is dit geval
meestal onacceptabel (en desondanks wel degelijk gebouwd).
Toevoeging van absorptie
Een waarde van 14 à 15% vormt ongeveer de
ondergrens; een “goed” akoestisch milieu begint bij 20%; in sommige
gevallen zal 30% zelfs gewenst zijn. Dat betekent dus puzzelen in de
tabel, die meestal in de vorm van een Excelsheet zal zijn gegoten.
Ruwweg kan worden gesteld dat het totale
absorberende oppervlak naar 30 m2 moet om de ondergrens te bereiken
of naar 40 m2 voor een goede akoestische situatie. Er kan voor
worden gekozen om de absorptiecoëfficiënt te verhogen van een paar
elementen en/of het oppervlak te vergroten. Het vloerkleed uit tabel
1 heeft een zeer redelijke absorptie, maar het is domweg veel te
klein. Als het tapijt wordt uitgevoerd als vloerbedekking is het
absorberend oppervlak van de vloer gelijk aan 25 m2. Dan
is het probleem dus meestal opgelost.
Tabel 2: Een voorbeeld voor een
"huiskamer" van 10 × 5 × 2.5 m3 indien absorptie wordt
toegevoegd.
Element
|
Materiaal
|
oppervlak
|
absorptie-coëfficiënt
|
absorberend oppervlak
|
[m2]
|
[-]
|
[m2]
|
vloer
|
vrij dik tapijt
|
50
|
0.5
|
25
|
plafond
|
stuc
|
50
|
0.05
|
2.5
|
raamzijde
|
glas
|
12.5
|
0.05
|
0.6
|
achterzijde
|
glas
|
12.5
|
0.05
|
0.6
|
zijwand 1
|
behang
|
25
|
0.1
|
2.5
|
zijwand 2
|
behang
|
25
|
0.1
|
2.5
|
meubels
|
nauwelijks abs.
|
4
|
0.2
|
0.8
|
gordijnen
|
vrij dun
|
10
|
0.3
|
3
|
boeken in open kast
|
|
3
|
0.5
|
1.5
|
|
|
|
|
|
totaal oppervlak
|
|
198
|
|
39
|
gemiddelde absorptiecoëfficiënt
[-]
|
39 / 198 = 0.20
|
Volume [m3]
|
125
|
nagalmtijd [s]
|
125 / (6×39) = 0.5
|
Indien zachte vloerbedekking ongewenst is
omdat het lastig schoon te houden is, kan de absorptie tegen het
plafond of op de wanden worden aangebracht. Dat is in gewone
woonkamers niet gebruikelijk [],
maar in een woonkamer in een instelling of in een schoollokaal zou het toch een
standaardprocedure moeten zijn. In dat geval kan zelfs de absorptiecoëfficiënt
nog hoger worden ingeschat.