1. Inhomogene absorptie
In de voorgaande webpagina is de vorm van de
ruimte behandeld. Juist om de vorm te benadrukken waren plafond, vloer en
wanden van die ruimten steeds bekleed met hetzelfde absorptiemateriaal. Dat was
wel instructief, maar niet erg realistisch en daarom zal thans de inhomogene
verdeling van absorberende materialen aan de orde komen. Bovendien werd in de
voorgaande pagina vrijwel uitsluitend het geluidniveau getoond; slechts eenmaal
werd de nagalmtijd gegeven om aan te tonen dat daaraan nauwelijks iets zinnigs
kon worden ontleend. Ditmaal zullen, naast het geluidniveau, ook de nagalmtijd
en de spraakverstaanbaarheidsmaat STI worden gegeven. Daarbij moet worden
aangetekend dat (indien de volgorde van de webpagina’s wordt aangehouden)
de grootheid STI nog niet behandeld is.
Er wordt overigens slechts één inhomogeen geval
behandeld: het absorberend plafond. Dat komt ook verreweg het meeste voor in de
praktijk. Dat betekent niet dat absorptie aan de wanden weinig invloed heeft.
Met name in een sporthal kan de combinatie van een sterk absorberend plafond,
harde vloeren en wanden plus het ontbreken van verstrooiend meubilair tot
teleurstelling leiden bij oplevering van de hal. De nagalmtijd blijkt dan veel
langer dan vooraf berekend met Sabine's formule en aangezien de norm voor
sportzalen is gebaseerd op een maximale nagalmtijd wordt de zaal dan afgekeurd.
Toevoeging van absorptie op de wanden kan het probleem dan oplossen.
2. Absorberende plafonds in
standaardplattegronden
2.1 Een rechthoek
Figuur 1 geeft een voorbeeld van de plattegrond van een
rechthoekige ruimte waarbij links de absorptie gelijkmatig is verdeeld en
rechts het grootste deel van de absorptie tegen het plafond is bevestigd. De
bovenste twee geven het geluidniveau, de onderste twee de nagalmtijd.
In de rechter figuur wordt de absorptie van alle vlakken (inclusief de
vloer maar exclusief het plafond) op 6% gezet. Daarna wordt de plafondabsorptie berekend zodat de gemiddelde
absorptiecoëfficiënt links en rechts gelijk is. Dat betekent dat
volgens Sabine's theorie zowel het geluidniveau als de nagalmtijd links en
rechts gelijk zijn. In de formules komen namelijk slechts het volume, het
geometrisch oppervlak en de gemiddelde absorptiecoëfficiënt voor en
die zijn alle drie gelijk.
|
|
|
|
HOMOGENE absorptie, alfa = 28%
|
PLAFOND 72 %, alle andere vlakken 6%, gemiddeld 28%
|
Figuur 1a: Vergelijking van de geluidniveaus in twee ruimten
met een rechthoekige plattegrond. Alle berekeningen in deze webpagina zijn
gemaakt met het ray-tracing-programma Catt Acoustic.
De ruimten zijn 3.0 m hoog. Op het punt (2.5, 2.5, 1.5)
bevindt zich een geluidbron. Het bronvermogen is gelijk aan dat van een spreker
op "normale" sterkte, maar een echte spreker straalt recht naar voren
meer geluid uit dan naar achteren. Hier is een rondomstralende bron gebruikt. De
mikrofoonpunten zijn berekend op 1.2 m hoogte. Het geluidniveau volgens Sabine (SPL-diffuus) = 53.5 dB.
|
|
|
|
HOMOGENE absorptie, alfa = 28%
|
PLAFOND 72 %, alle andere vlakken 6%, gemiddeld 28%
|
Figuur 1b: Vergelijking van de nagalmtijden in twee gelijke
rechthoeken. RT volgens Sabine = 0.57 s.
Overige gegevens als boven in figuur 1a.
Het geluidniveau stijgt aan de rechterzijde met ca. 1 dB.
Dat betekent dat de werkzame absorptie in de orde ligt van 21% in plaats van
28%. Of andersom: eigenlijk moeten we bij een Sabine-berekening vooraf de absorptie
ophogen naar 35% als we 28% zouden willen halen in de uiteindelijke situatie.
Echter, als we naar de nagalmtijd kijken in de onderste
figuur moeten we de absorptie met een factor 2.5 ophogen, dus naar gemiddeld
70%. Dat is technisch volstrekt onmogelijk. Als de nagalmtijd normgevend zou
zijn (hetgeen zeer vaak het geval is), moeten we ons heil dus zoeken in een
andere verdeling van de absorptie door de ruimte. Als juist het geluidniveau
maatgevend is voldoet de rechter figuur haast net zo goed als de linker.
De verschillen in de nagalmtijd door de ruimte zijn veel
kleiner dan die in het geluidniveau. Als we nu een meting willen doen om de
ruimte te karakteriseren lijkt de nagalmtijd in het voordeel omdat de spreiding
in de resultaten gering is. Maar helaas kan een mooi constante nagalmtijd
tamelijk nietszeggend zijn over het geluidniveau in de ruimte, terwijl dat
juist de akoestische kwaliteit van de ruimte kan bepalen, bijvoorbeeld in een
restaurant. De nagalmtijd zegt in dat soort situaties eigenlijk heel weinig.
2.2 Een corridor, een langwerpige
plattegrond
Als het merendeel van de absorptie in een corridor op het
plafond wordt aangebracht zien we in het voorbeeld van figuur 2a een ophoging
van 2 à 3 dB ten opzichte van het homogene geval. Dat is niet veel, maar
zeker niet verwaarloosbaar. Het verschil in de nagalmtijd (figuur2 b) is niet
zo extreem als in figuur 1b, maar nu is juist weer het constante verloop door
de ruimte verdwenen.
Figuur 2a: Vergelijking van de geluidniveaus in een ruimte
met een langwerpige plattegrond (een corridor).
Boven: homogene absorptie, alfa=28%. Onder: plafond
81 %, alle andere vlakken 6%, gemiddeld 28%.
Overige gegevens als in figuur 1a. SPL diffuus = 53.0 dB.
Figuur 2b: Vergelijking van de nagalmtijden in een corridor.
Boven: homogene absorptie, alfa=28%. Onder: plafond
81 %, alle andere vlakken 6%, gemiddeld 28%.
Overige gegevens als in figuur 1a. RT volgens Sabine = 0.50
s.
In figuur 2c is te zien waardoor de afwijkingen ten
opzichte van Sabine's waarde worden veroorzaakt. De linker figuur heeft
homogene absorptie, maar de reflecties tegen de kopse kanten komen veel minder
vaak voor dan tegen de zijwanden en tegen plafond/vloer. Daardoor ontstaat een
trapjescurve waarin een heen-en-weer-gaande reflectie zichtbaar is van 60 m,
die (bij 343 m/s geluidsnelheid) overeenkomt met 174 ms. De helling van de
curve bepaalt de nagalmtijd; die wordt minder steil en daardoor stijgt de
nagalmtijd.
In de rechter figuur zijn de trapjes veroorzaakt door
reflecties tegen de kopse kanten ook te zien. Maar nu is de
absorptiecoëfficiënt van de kopse wanden 6% in plaats van 28%,
waardoor de steilheid van de curve nog minder wordt. Voor een uitgebreidere
verhandeling wordt verwezen naar de onderliggende theoriepagina.
|
|
|
HHOMOGENE absorptie, 28%
|
PLAFOND 81%, rest 6%, gemiddeld 28%
|
Figuur 2c: Twee nagalmcurven voor het mikrofoonpunt
op (5.0, 4.0, 1.2). De linker curve is voor de corridor waar alle oppervlakken
28% absorptie hebben. Bij de rechter curve is, net als in figuur 2b, het
grootste deel van de absorptie op het plafond aangebracht, maar de gemiddelde absorptiecoëfficiënt
blijft 28%. De nagalmtijd volgens Sabine is gelijk aan 0.50 s.
De figuren tonen telkens twee nagalmtijden. De rode waarde
en lijn geven de helling tussen -5 en -20 dB; de zwarte waarden gaan uit van -5
en -35 dB. In de figuren zoals figuur 2b wordt voor ieder mikrofoonpunt steeds de
rode waarde genomen.
Figuur 2d laat een grootheid zien die nog niet was
besproken in de voorgaande webpagina’s: de spraakverstaanbaarheid
uitgedrukt in STI [[1]]
De getallen die behoren bij STI geven een glijdende
schaal tussen 0 en 100. Een getal boven 75 geeft een “excellente”
spraakverstaanbaarheid (dus de donkergroene gebieden). Indien STI tussen 60 en
75 ligt noemen we de spraakverstaanbaarheid “goed” (lichtgroen).
Een geel gebied betekent dat STI tussen 45 en 60 ligt en "redelijk"
kan worden genoemd.
We constateren in figuur 2d dat de spraakverstaanbaarheid
vrijwel overal minstens “goed” is (op een paar gele vlakjes na).
Dat komt doordat de gemiddelde absorptie vrij hoog is. Als het merendeel van de
absorptie op het plafond wordt aangebracht neemt de galm
tussen de verticale wanden toe waardoor de spraakverstaanbaarheid globaal 12
punten (dus bijna een klasse van 15 punten) minder is [[2]].
Figuur 2d: Vergelijking van de spraakverstaanbaarheid
in een corridor.
Boven: homogene absorptie, alfa=28%. Onder: plafond
81 %, alle andere vlakken 6%, gemiddeld 28%.
Overige gegevens als in figuur 1a.
2.3 Een U-vormige plattegrond
|
|
|
|
HHOMOGENE absorptie, alfa = 28%
|
PLAFOND 82 %, alle andere vlakken 6%, gemiddeld 28%
|
Figuur 3a: Vergelijking van de geluidniveaus in een
ruimte met een U-vormige plattegrond. SPL diffuus = 53.8 dB
Overige gegevens als in figuur 1a.
|
|
|
|
HOMOGENE absorptie, alfa = 28%
|
PPLAFOND 82 %, alle andere vlakken 6%, gemiddeld 28%
|
Figuur 3b: Vergelijking van de nagalmtijden. RT
diffuus = 0.50 s. Overige gegevens als in figuur 1a.
|
|
|
|
HOMOGENE absorptie, alfa = 28%
|
PPLAFOND 82 %, alle andere vlakken 6%, gemiddeld 28%
|
Figuur 3c: Vergelijking van de spraakverstaanbaarheid
STI. Overige gegevens als in figuur 1a.
In een U-vorm zijn de verschillen in het geluidniveau in
het rechter deel ongeveer 3 dB. Dat is ook logisch, want juist de weinig absorberende
verticale wanden spiegelen het geluid van het linker ruimtedeel naar rechts. De
nagalmtijd vertoont een beeld dat meer overeenkomt met de rechthoek uit figuur
1, inclusief de grote verschillen tussen het homogene geval links en de situatie
met plafondabsorptie rechts. De spraakverstaanbaarheid neemt in de rechter
figuur af. In hoofdstuk 4 zullen we ons bezighouden met de vraag of we dat
moeten betreuren dan wel toejuichen.
3. Gedeeltelijke plafondabsorptie;
is lawaaibestrijding bij de bron zinvol?
3.1 Een corridor
In het voorgaande deel is aangetoond dat de positie van
absorberende materialen invloed heeft op het geluidniveau, de nagalmtijd en de
spraakverstaanbaarheid. De nagalmtijd blijkt dan het gevoeligst, waaruit zelfs
de voorzichtige conclusie kan worden getrokken dat de nagalmtijd lang niet
altijd geschikt is als normstellende grootheid. In al die gevallen was de
absorptie "volvlaks" op het plafond aangebracht; thans zal worden
nagegaan wat de invloed is van een gedeeltelijke bekleding van het plafond.
Het eerste voorbeeld geeft de geluidniveaus in een
corridor. Daarbij zien we van boven naar beneden:
-
Een situatie zonder plafondabsorptie. Alle oppervlakken
zijn uitgevoerd in een hard materiaal dat 6% absorbeert [[3]]. In
feite is dit dus een homogene situatie die we in een voorgaande webpagina al
hebben gezien. De situatie is hier opgenomen ter vergelijking. De nagalmtijd volgens
Sabine is gelijk aan 2.35 s, het geluidniveau is 60.9 dB.
-
Alle oppervlakken hebben 6% absorptie, maar de
linkerhelft van het plafond is bekleed met een materiaal dat 81% absorbeert. De
gemiddelde absorptiecoëfficiënt stijgt naar 17%. De nagalmtijd
volgens Sabine is gelijk aan 0.83 s, het geluidniveau is 55.8 dB.
-
Ook nu is de helft van het plafond bekleed, maar ditmaal
de rechterzijde. Uiteraard is de gemiddelde absorptiecoëfficiënt ook
hier 17%. De nagalmtijd volgens Sabine is gelijk aan 0.83 s, het geluidniveau
is 55.8 dB.
-
In de onderste figuur is het gehele plafond bekleed; de
gemiddelde absorptiecoëfficiënt stijgt naar 28%. Ook deze figuur is
eerder getoond en dient ter vergelijking. De nagalmtijd volgens Sabine is
gelijk aan 0.50 s, het geluidniveau is 53.0 dB.
Figuur 4a: De geluidniveaus in vier varianten van
plafondabsorptie, respectievelijk "geen absorptie", "linker
helft bekleed", "rechter helft", totale bekleding van het
plafond".
De geluidniveaus in de half-beklede varianten liggen
uiteraard tussen het kale plafond en het geheel beklede plafond. Maar de plaats
van de plafondabsorptie heeft wel degelijk invloed. Aan de uiterste
rechterzijde van de ruimten is geen verschil te zien; beide geluidniveaus zijn
gelijk aan 52 dB. De akoestische theorie voorspelt dat ook, zonder dat we daar
verder op ingaan. Maar de verschillen tussen de geluidniveaus in de tweede en
derde plattegrond zijn rond 10 m in de orde van 5 dB. Het hangt van de
gebruiksfunctie van de ruimte af welke van de twee situaties te verkiezen valt.
We komen daarop terug in hoofdstuk 4.
Figuur 4b: De spraakverstaanbaarheid in vier
varianten van plafondabsorptie, respectievelijk "geen absorptie",
"linker helft bekleed", "rechter helft", totale bekleding
van het plafond".
In figuur 4b is de spraakverstaanbaarheid uitgezet. De
spraakverstaanbaarheid in de bovenste situatie is matig tot slecht. Dat is ook
te verwachten in een galmput. De spraakverstaanbaarheid in de onderste situatie
is veel hoger; een gemiddelde waarde van 28% absorptie staat daar vrijwel
altijd borg voor.
Maar welke van de twee halve-plafondsituaties moeten we
nu kiezen? Aan de rechterrand van de plattegronden zien we weer gelijke
waarden, maar de verspreiding van geluid is veel minder indien de absorptie
dicht bij een geluidbron wordt aangebracht. Dat kan wenselijk zijn,
bijvoorbeeld in een open kantoor of wanneer in een restaurant de geluiden van
een open keuken of luidruchtige gasten moeten worden gedempt. Maar de situatie
met het absorberend plafond aan de rechterzijde heeft een veel constanter
verloop door de ruimte en de waarden van STI liggen in het middengebied hoger.
In figuur 4a zien we bovendien dat die situatie in het middendeel een hoger
geluidniveau heeft en daarom wordt dit soort gedeeltelijke bekledingen nogal
eens toegepast in spreekzalen. Rond de spreker worden harde materialen
toegepast; op wat grotere afstand van de spreker wordt absorptie aangebracht. Maar
hieruit mag overigens niet worden geconcludeerd dat
figuur 4b een blauwdruk geeft van een goede spreekzaal, daarvoor is de
gemiddelde absorptiecoëfficiënt (17%) te laag. Ophoging van de
absorptie kan ervoor zorgdragen dat de spraakverstaanbaarheid altijd minimaal
"goed" is. Bovendien kiest men in een spreekzaal altijd een veel
rechthoekiger vloerplan waardoor de afstanden tot de bron gunstiger zijn.
3.2 Een U-vorm
In figuur 5 staat een plattegrond van een U-vorm, waarin
is aangegeven waar eventuele gedeeltelijke absorptie zich op het plafond
bevindt.
Figuur 5: Een U-vormige plattegrond met een
gedeeltelijk akoestisch plafond. Het linkerdeel of het rechterdeel zijn bekleed
met materiaal met een absorptiecoëfficiënt van 82%.
Bij een onbekleed plafond is de gemiddelde absorptie gelijk
aan 6%; bij een totale bekleding is dat 28%. Indien 2/5de van het plafond is
bekleed, is de gemiddelde absorptiecoëfficiënt gelijk aan 15%
|
|
|
|
HOMOGEEN 6 %,
SPL diffuus = 61.6 dB
|
PLAFOND 82 %, LINKS, alfa-gemiddeld = 15%,
SPL diffuus = 58.0 dB
|
|
|
|
|
PLAFOND 82 %, RECHTS, alfa-gemiddeld = 15%,
SPL diffuus = 58.0 dB
|
GEHELE PLAFOND 82 %, alfa-gemiddeld = 28%,
SPL diffuus = 53.8 dB
|
Figuur 6a: De geluidniveaus in vier varianten van
plafondabsorptie. Zie voor aanvullende gegevens het onderschrift van figuur 1a.
Net als in het voorgaande voorbeeld van de corridor zien
we dat absorptie rondom de bron de geluidniveaus in het middendeel met 5 dB kan
doen dalen ten opzichte van de gespiegelde situatie. Als we dat combineren met
de gegevens voor de spraakverstaanbaarheid uit figuur 6b weten we nu
precies waar in bijvoorbeeld de gemeenschappelijke ruimte van een instelling de keuken of de
TV-hoek moet worden gesitueerd.
|
|
|
|
HOMOGEEN 6 %
|
PLAFOND 82 %, LINKS, alfa-gemiddeld = 15%
|
|
|
|
|
PLAFOND 82 %, RECHTS, alfa-gemiddeld = 15%
|
GEHELE PLAFOND 82 %, alfa-gemiddeld = 28%
|
Figuur 6b: De spraakverstaanbaarheidsmaat STI in de vier
varianten van plafondabsorptie uit figuur 5.
4. Een homogene ruimte is dus beter?
4.1 Conclusies uit de voorgaande figuren
Het is natuurlijk niet toegestaan om aan de hand van een
paar voorbeelden conclusies te trekken die in iedere ruimte geldig zijn. Toch
durven we wel de stelling aan dat het geluidniveau altijd stijgt bij een
overgang van een homogene ruimte naar een ruimte waarin het grootste deel van
de absorptie op het plafond is geconcentreerd. Maar de verschillen zijn
relatief klein en als we dus geluidniveaus willen beperken in een lawaaiige
omgeving ligt plafondabsorptie voor de hand.
Helaas is plafondabsorptie onvoldoende indien we de
nagalmtijd willen beperken. Het horizontale galmveld blijft dan lang
doorklinken door reflecties tegen de niet-absorberende wanden [[4]].
De vraag is of dat erg is. Waarom zouden we in een restaurant of een sportzaal
een lage nagalmtijd wensen als de herrie er via plafondabsorptie al afdoende
bestreden is? Het probleem is vaak dat de nagalmtijd wordt gebruikt als
grootheid om een ruimte te karakteriseren. Alle absorptie aan het plafond
betekent dan vaak dat de nagalm-norm niet wordt gehaald. Maar dat betekent dus eigenlijk
dat de norm niet deugt, omdat de nagalmtijd een inadequate maat is voor de beschrijving
van de akoestische kwaliteit van een ruimte. Anderzijds kan een ontwerper er
toch maar beter voor zorgen dat het horizontale nagalmveld wordt bestreden.
Een poging tot aanpassing van de norm is waarschijnlijk een stuk tijdrovender dan het vinden
van een architectonische oplossing.
Bij een gedeeltelijke bekleding van het plafond wordt het
zeer lastig om een algemene conclusie te trekken over de situering van de
absorptie. Absorptie rond de bron doet het geluidniveau dalen en ook de
spraakverstaanbaarheid daalt. Het hangt dan af van de functie van de ruimte of
dat wenselijk is; in een spreekzaal is een goede spraakverstaanbaarheid door de
gehele ruimte gewenst, maar in een open kantoor of een gemeenschappelijke
ruimte van een instelling willen we een hoge STI vlak bij de bron en een lage
STI op alle andere plaatsen. Dat heet dan een hoge "speech privacy".
In dit laatste geval laat de theorie zien dat we de
nagalm maar beter kunnen doen toenemen. En zo komen we bij het grote dilemma van
een lage spraakverstaanbaarheid: in een galmput is zowel de spraakprivacy als
de herrie maximaal. Aan het dilemma is overigens wel te ontsnappen door STI te
berekenen in een omgeving met ruis van andere geluidbronnen. Dat is in de
huidige webpagina niet gedaan, zodat we eigenlijk nog geen conclusies kunnen
trekken.
4.2 Het homogeniseren van de ruimte
Een homogene ruimte waarin alle oppervlakken dezelfde
absorptiecoëfficiënt hebben is in de architectuurpraktijk uiteraard
ondenkbaar. Plafondabsorptie wordt graag gekozen omdat het enerzijds vele
vierkante meters beslaat en anderzijds kwetsbare materialen op een veilige
plaats situeert. Toch zijn er wel wat aanvullende mogelijkheden om een ruimte
te homogeniseren, althans minder inhomogeen te maken:
-
Uiteraard kunnen de wanden op strategische plaatsen
worden voorzien van extra absorptie. Gordijnen bijvoorbeeld zullen zelden voldoende
absorptie aandragen, maar ze kunnen een welkome aanvulling zijn.
-
Meubilair kan absorberende eigenschappen hebben, maar het
zorgt er zeker ook voor dat geluid (enigszins) wordt “verstrooid”. Via
reflecties worden geluidstralen naar het plafond gestuurd waardoor de
effectiviteit van het plafond wordt verhoogd.
-
Met name open boekenkasten kunnen vaak een verrassend aardige bijdrage leveren
zowel aan de absorptie als aan de verstrooiing.
-
Indien we rekenen aan het absorberend oppervlak van losse
schermen in open kantoren, is de bijdrage vrijwel nihil. Maar ze kunnen wel
bijdragen om de effectiviteit van het aanwezige absorberende plafond
te vergroten en ze kunnen bovendien (enige) invloed hebben op de verdeling van de
spraakverstaanbaarheid door de ruimte.
-
Verstrooiing van geluid kan ook worden toegepast door
wanden bewust schuin te zetten. Dit komt echter slechts zeer sporadisch voor.
Er moet eerder worden gewaakt voor het omgekeerde effect. Wanden staan dan
schuin om architectonische redenen, maar als onbedoeld effect wordt dan het
geluid een richting ingestuurd die ongewenst is.