1. De spraakverstaanbaarheid kan worden
vergroot
In de voorgaande webpagina's zijn spreekzalen behandeld
van verschillende afmetingen. In B.23.2 ging het daarbij over de storende invloed
van galm op de spraakverstaanbaarheid. In die pagina is een "optimale"
curve afgeleid voor de nagalmtijd als functie van het vloeroppervlak van een
spreekzaal. Voor kleine zalen is altijd wel een "uitstekende"
spraakverstaanbaarheid te verwezenlijken, maar bij grotere zalen moet onrealistisch
veel absorptie worden toegepast om de galm te beperken. Echter, een "goede"
spraakverstaanbaarheid is bij zorgvuldige detaillering altijd wel te halen.
Webpagina B.23.3 voegde aan een zaal ook nog
achtergrondruis toe. Een grotere zaal, die voortreffelijk is ontworpen vanuit
het galmoogpunt, zal toch vrijwel altijd lijden aan een gebrek aan signaal-ruisverhouding;
het spraakvermogen van een spreker in een grote zaal is simpelweg te laag om
achter in de zaal een spreker te kunnen verstaan. De eenvoudigste oplossing in
een moderne zaal is om de spraak elektronisch te versterken. Dat zal in de
huidige webpagina worden behandeld, maar daarvóór moet de
richtingsafhankelijkheid van de bron worden besproken. Dat geldt zowel voor de
versterkte als de onversterkte spreker. De richtingsafhankelijkheid is
tot nu toe genegeerd maar die heeft wel degelijk invloed en gelukkig is de
invloed meestal positief waardoor nog een paar dB winst kan worden geboekt in
het onversterkte geval.
2. De invloed van de richtingscoëfficiënt
op de spraakverstaanbaarheid
2.1 De richting van de menselijke
spraak en het menselijk horen
Spraak is recht voor de mond luider dan in de richting
loodrecht daarop. Het effect is afhankelijk van de frekwentie en scheelt bij de
spraakfrekwenties 3 à 5 dB. Aan de achterzijde van het hoofd is het
geluidniveau veel lager, het kan wel 15 dB minder zijn dan recht naar voren.
Het loont dus als de spreker het publiek aankijkt. Als hij of zij zich omdraait
(bijvoorbeeld naar een schoolbord of een projectiescherm) valt de schade
meestal wel mee doordat bord of scherm geluidenergie reflecteren. Maar als een
achterwand geluid absorbeert (op een toneel kan dat voorkomen) is er soms niets
meer te verstaan. Ook onze oren vertonen een richtingseffect, vooral doordat we
met twee oren luisteren en geluid van voren kunnen bevoordelen ten opzichte van
(stoor)geluid uit andere richtingen. Maar we gaan er thans vanuit dat de
luisteraar het hoofd automatisch zodanig draait dat de spraakverstaanbaarheid
maximaal is. We zullen daarom alleen de richtingsafhankelijkheid van de bron
beschouwen.
In de voorgaande webpagina's is het effect verwaarloosd;
er werd verondersteld dat in een schoolklas de leerkracht steeds met het hoofd
draait en bovendien is veel spraak afkomstig van medeleerlingen. Het is dus
verstandig om in een schoolklas uit te gaan van de ongunstigste situatie: een "rondomstralende
spreker". In grotere spreekzalen zal de spreker meestal de zaal aankijken
waardoor winst wordt geboekt.
2.2 De richtingscoëfficiënt
in formule- en grafiekvorm
De formule voor spraak in een zaal luidt:
|
|
|
(1)
|
Hierin geldt:
|
r
|
=
|
afstand tussen de geluidbron en de toehoorder
|
[m]
|
|
Lp(r)
|
=
|
geluiddrukniveau op afstand r van de bron
|
[dB re 20 mPa]
|
|
LW
|
=
|
geluidvermogenniveau van de bron
|
[dB re 1 pW]
|
|
S
|
=
|
totaal geometrisch oppervlak van alle vlakken in de
ruimte
|
[m2]
|
|
a
|
=
|
absorptiecoëfficiënt, gemiddeld over alle
vlakken in de ruimte
|
[-]
|
|
mfp
|
=
|
de gemiddelde vrije weglengte
|
[m]
|
|
Q
|
=
|
richtingscoëfficiënt van de bron
|
[-]
|
Alle grootheden, op één na, zijn in de
voorgaande webpagina's aan de orde geweest. De nog ontbrekende grootheid is Q,
die de richting van de bron aangeeft. Voor een spreker kan Q worden gesteld
op Q = 2.5, overeenkomend met 4 dB bijdrage aan het directe geluid.
Loodrecht op de as is Q ongeveer gelijk aan 1 (dus 0 dB extra), aan de
achterzijde van het hoofd is Q »
0.1 of -10 dB [[2]]. Q komt alleen voor in de eerste term tussen
haakjes, zodat alleen het directe geluid gunstig of ongunstig wordt
beïnvloed.
Figuur 1 geeft een berekening van U50
voor een serie zalen met een vloeroppervlak tussen 10 en 2000 m2. De
gemiddelde absorptiecoëfficiënt is als parameter gebruikt. Voor de
trouwe bezoekers van deze site is figuur 1 vertrouwd: in een galmkamer (te
vergelijken met absorptie 2%) is de spraakverstaanbaarheid altijd slecht. Een
uitstekende spraakverstaanbaarheid kan worden gehaald in een kleine zaal met
veel absorptie, maar een zaal met meer dan 35% absorptie haalt (ook achter in
de zaal) eigenlijk altijd wel het predicaat "goed".
Figuur 1: De spraakverstaanbaarheid als functie van
het vloeroppervlak bij verschillende waarden van de gemiddelde
absorptiecoëfficiënt. In een echte nagalmkamer vinden we een waarde
tussen 1 en 2%.
De richtingscoëfficiënt Q is steeds gelijk
aan 1. De afstand tussen bron en ontvanger is 0.8 maal de vloerdiagonaal.
De bron straalt in figuur 1 in alle richtingen even sterk
(Q = 1). Maar wat gebeurt er nu als we een richtende bron gebruiken? Het
antwoord staat in figuur 2.
Twee van de situaties uit figuur 1 worden weer getekend:
10 en 40% absorptie met Q = 1; het zijn de onderste rode en onderste
groene lijn. Toegevoegd zijn de bovenste rode en bovenste groene liijn met Q
= 10. De waarden voor een gemiddelde spreker (Q = 2.5) worden als
stippellijnen gegeven. Bij een waarde Q = 10 wordt dus verondersteld dat
er minimaal een versterkersysteem plus luidspreker(s) aanwezig is.
Figuur 2: De spraakverstaanbaarheid als functie van
het vloeroppervlak bij combinaties van absorptiecoëfficiënt en
richtingscoëfficiënt Q. De stippellijnen gelden bij Q =
2.5. De afstand tussen bron en ontvanger is 0.8 maal de vloerdiagonaal.
Het verschil tussen de groene lijnen is veel groter dan
tussen de rode lijnen. Bij veel galm (rood)
is naar verhouding weinig direct geluid aanwezig zodat het opvoeren van Q slechts 1 dB
helpt. In een grote zaal met veel absorptie (groen) is de winst bijna 5 dB, ofwel een
hele klassesprong in spraakverstaanbaarheid. De les voor de ontwerper is dus
vooral dat een matige of slechte zaal niet op te knappen valt met een
goede spraakinstallatie. Eerst moet de zaal voorzien zijn van voldoende
absorptiemateriaal, dan pas komt spraakversterking aan de orde om een eventuele
lage signaal-ruisverhouding op te hogen.
2.3 Terug naar de "optimale"
nagalmtijd uit de vorige webpagina
Figuur 3 geeft een figuur die eerder is afgeleid in
webpagina B.23.2. Nu echter is een curve voor Q = 10 toegevoegd. We
zien, als stippellijnen, de maximale nagalmtijd die zorg draagt voor een bepaalde
spraakverstaanbaarheid, uitgedrukt in de termen "redelijk", "goed"
en "uitstekend". Stel bijvoorbeeld:
-
de zaal heeft een vloeroppervlak van 200 m2 (de
verticale grijze lijn dus),
-
de bron straalt rondom even sterk, dus Q = 1,
-
de spraakverstaanbaarheid moet de grens tussen "goed"
en "uitstekend" bereiken, zodat de onderste groene lijn moet worden
beschouwd.
Figuur 3: Een gerichte bron verhoogt de
spraakverstaanbaarheid waardoor ook in grotere zalen de kwaliteitsaanduiding
"uitstekend" bijna wordt gehaald. De grijze lijn bij 200 m2
vloeroppervlak verwijst naar het voorbeeld in de tekst. De afstand tussen bron
en ontvanger is 0.8 maal de vloerdiagonaal.
Uit de figuur lezen we af dat een zaal van 200 m2
bij Q = 1 een maximale nagalmtijd van 0.41 s mag hebben voor
"uitstekende" spraakverstaanbaarheid. Bij een iets langere nagalmtijd
komen we in het gebied van "goede" spraakverstaanbaarheid.
We zien ook aan de figuur dat grote zalen een wat langere
nagalmtijd mogen hebben; de onderste groene curve loopt op tot 0.56 s bij 2000
m2 vloeroppervlak. Dat lijkt het leven van de architect te
vergemakkelijken, maar dat is slechts schijn. De benodigde hoeveelheid
absorptiemateriaal loopt sterk op [[3]].
Om die reden is (in de voorgaande pagina's) de blauwe lijn voor de optimale
nagalmtijd geïntroduceerd. Aan de spraakverstaanbaarheid zijn concessies
gedaan maar het leven van de architect blijft dragelijk omdat de gemiddelde
absorptiecoëfficiënt dan ruwweg constant blijft voor alle
vloeroppervlakken.
In figuur 3 zien we ook een noviteit ten opzichte van
pagina B.23.2: de curve met Q = 10 is toegevoegd.
Bij kleinere vloeroppervlakken blijkt het verschil tussen
Q = 1 en 10 relatief gering. Dat komt omdat het niveau van het directe
geluid lager is dan het niveau van de vroege reflecties. De rechter term tussen
de haakjes van formule 1 is dan belangrijker dan de linkerterm. Echter, in
grotere zalen verschuift de verhouding. In dat geval stijgen zowel de
grootheden r (de afstand) als S (het geometrisch oppervlak), maar
de laatste blijkt het te winnen, waardoor het zwaartepunt verschuift naar de
eerste term in formule 1 en de oranje en groene curven oplopen.
In een schoollokaal, waar een leerkracht onversterkt
spreekt, heeft Q nauwelijks invloed. Dat is gunstig: de leerkracht mag
zijn/haar redelijk hoofd ongestraft draaien en bovendien is de spreiding tussen de
plaatsen van de leerlingen niet erg kritisch [[4]].
De belangrijkste conclusie uit figuur 3 bij grotere zalen
is dat de groene curve met Q = 10 vrijwel samenvalt met de blauwe lijn. Een
zaal die voldoet aan de optimale nagalmtijd zal dus altijd goed tot uitstekend
presteren. En dat geldt dus ook achter in de zaal, want alle berekeningen zijn
weer gemaakt voor de achterste rijen.
2.4 Vereiste vermogens
De nagalmtijd volgens de blauwe curve van figuur 3 is een
noodzakelijke voorwaarde voor goede spraakverstaanbaarheid, maar het is
geen voldoende voorwaarde. In veel grotere zalen is de
signaal-ruisverhouding onvoldoende en is het spraaksignaal simpelweg te zacht.
Daarom zien we in figuur 4 de curven uit de voorgaande webpagina, maar nu weer
aangevuld met de curven voor Q = 10.
Figuur 4: Het minimale akoestische vermogen dat is
vereist om de kwalificatie "uitstekend" (in groen) of
"goed" te overschrijden. Elektronische versterking is bij grotere
zalen altijd nodig om te voorkomen dat een spreker luid moet spreken. De
waarden gelden achterin de zaal; de afstand tussen bron en ontvanger is 0.8
maal de vloerdiagonaal.
De curven voor Q = 10 laten zien dat nu ook zalen
tussen 50 en 150 m2 "uitstekend" kunnen worden genoemd.
Verder geeft de figuur een indicatie over de versterking die de spraakversterker
moet leveren. Een spreker op niveau "normal" heeft vaak genoeg aan
globaal 10 dB versterking [[5]].
3. Richtingskarakteristieken
3.1 Q bij hoofden en luidsprekers
In de dagelijkse praktijk worden twee grootheden
gebruikt: Q, zoals die tot nu toe is gebruikt en de "directivity
index" DI. Ze zijn eenvoudig in elkaar om te rekenen via:
|
|
|
(2a)
|
|
|
|
(2b)
|
Dus Q representeert een numerieke waarde, terwijl DI
in dB's wordt gegeven. In de luidsprekerwereld wordt DI veel meer
gebruikt dan Q, maar voor gebruik in formule (1) kan DI niet
rechtstreeks worden gebruikt en is een omrekening naar Q noodzakelijk. Figuur
5 geeft een voorbeeld van DI van het hoofd en ook van luidsprekers ziet
men vaak dit soort afbeeldingen.
Figuur 5: De richtingskarakteristiek rond het hoofd
in het horizontale vlak. Kopie uit Moreno en Pfretzschner [[6]].
In veel gevallen worden curven zoals in figuur 5 als
"directivity index" aangeduid, maar binnen het kader van onze
berekeningen is dat onjuist. De tekening legt per definitie het 0-dB-niveau van
iedere curve op het maximum (vrijwel altijd recht naar voren). Omrekening via
formule 2b levert dan dat Q recht naar voren gelijk is aan 1, terwijl er
recht naar achteren bij 4 kHz een waarde Q = 0.03 wordt gevonden. Maar
dat is strijdig met de wet van behoud van energie. In een dode kamer kunnen we formule (1) nl. schrijven
als:
|
|
|
(3)
|
Bij een ideale rondstraler schrijven we Q =1. Als
nu een richtende luidspreker wordt aangesloten, moet LW
gelijk blijven en dat betekent per definitie dat de integraal rondom de bron
gelijk moet blijven. Dat kan alleen als een kleinere Q aan de achterkant
wordt gecompenseerd door een grotere Q aan de voorzijde. De schaal voor
4 kHz in figuur 5 moet dan ongeveer met 5 dB worden opgehoogd. Bij 1 kHz vinden
we een wat lagere ophoging.
De (onjuiste) normering op 0 dB recht naar voren ligt ook wel voor
de hand. De meting van de onderlinge verhoudingen (zoals in figuur 5) is
tamelijk eenvoudig indien de juiste spullen (dode kamer en draaitafel)
voorradig zijn. De normering via de ruimte-integraal om DI te vinden vereist
daarentegen een hoop gepuzzel. Het is dan nodig om een grote serie ruimtehoeken
te meten, zowel in horizontale als verticale richting. Voor een goed
begrip van een luidspreker wordt vaak volstaan met één cirkel in
het horizontale vlak en één in het verticale vlak, maar voor de
bepaling van Q is dat onvoldoende.
3.2 De enkele luidspreker en de
luidsprekerzuil
Een megafoon wordt van oudsher gebruikt om het geluid van
de menselijke stem te bundelen. Er wordt dan meer energie naar voren
uitgestraald dan naar de zijkant en de achterkant van het hoofd. De Q in
de as wordt een stuk hoger, maar bij beluistering valt op dat de bundel
waarover het geluid wordt verspreid veel kleiner is. Dat is een nadeel als een
zaal met een breed publieksvlak moet worden bediend. Eigenlijk wordt dan een
"akoestische schijnwerper" gecreëerd.
Er is nog een nadeel van bundeling te horen: de klank van
een megafoon is nogal schel. Dat komt omdat de versterking in de bundel afhangt
van de frekwentie. De hogere frekwenties worden meer bevoordeeld dan de lage,
waardoor het typische geluid ontstaat.
Figuur 6: Een megafoon helpt om het geluid te
versterken in de as van de mond. Maar dat heeft automatisch tot gevolg dat de
uitgestraalde bundel smaller wordt.
Iedere luidspreker vertoont richtingseffecten. Bij een
simpele bewegende conus is de uitstraling naar voren en naar achteren gelijk
ten koste van de uitstraling loodrecht op de as. De directivity index in de as wordt
dan berekend als: als:
|
|
|
(4)
|
waarin D de diameter geeft en l de golflengte van het geluid [[7]].
Bij een frekwentie van 1000 Hz is de golflengte gelijk
aan 34 cm, zodat een luidspreker met een diameter van 30 cm leidt tot DI
= 8.8 dB. Er ontstaat een achtvormige karakteristiek, maar om de uitstraling
naar achteren te beperken wordt de luidspreker meestal in een omkasting
geplaatst.
Als men een luidsprekerbox ophangt boven een publieksvlak
geldt de bundelbegrenzing in verticale en horizontale richting even sterk. Dat
is in een zaal een nadeel. De ideale bundel heeft daar de vorm van een platte
schijf die horizontaal het gehele absorberende publieksvlak bestrijkt en
verticaal zeer smal is om de galm in de ruimte zo min mogelijk aan te spreken.
Dat bezwaar van de enkele luidspreker wordt in de praktijk meestal opgevangen door
een "luidsprekerzuil" toe te passen die bestaat uit een serie
luidsprekers die verticaal worden opgesteld. De directivity index in de as van
de zuil kan worden berekend als:
|
|
|
(5)
|
waarin L de lengte geeft van de totale zuil. Bij een
zuil van 2 m lengte en een golflengte van 34 cm vinden we dus DI = 10.7
dB, overeenkomend met Q = 11.7. Dat is dus niet eens zoveel meer dan bij
de enkele luidspreker, maar in het horizontale vlak is de
bundel veel breder dan bij de enkele luidspreker, zodat met één luidspreker een
veel groter deel van het publiek wordt bediend [[8]].
Een voorwaarde van een zuil is nog wel dat de afstand tussen de speakertjes in
de zuil niet groter mag zijn dan l/2,
met andere woorden: bij 1000 Hz mag de afstand niet groter zijn dan 17 cm. Die
afstand is in de praktijk nog kleiner omdat voor spraak ook 2000 Hz nog moet
worden bestreken. Ook luidsprekerzuilen stralen naar achteren even sterk als
naar voren en worden daarom ook altijd in omkastingen geplaatst.
Met een zuil uit formule 5 is het in theorie mogelijk om
een Q gelijk aan 100 te maken, overeenkomend met DI = 20 dB, maar
de lengte wordt dan vele meters. Er is nog een andere oplossing. De
luidsprekers in een klassieke zuil geven allemaal hetzelfde signaal weer. Maar
met moderne technieken kunnen signalen worden vertraagd, zodat het geluid uit de
middelste luidspreker later komt dan uit de buitenste luidsprekers. In het
jargon wordt dat vaak een "banaanvormige golffront" genoemd. Het
betekent dat verticaal de Q nog verder oploopt omdat de uittredende
verticale bundel smaller wordt.
In de volgende paragraaf zal een waarde Q = 100
als een soort bovengrens worden gehanteerd, maar men dient zich te realiseren
dat dergelijke systemen niet zijn weggelegd voor de gemiddelde spreekzaal en al
helemaal niet voor een collegezaaltje.
Figuur 7: Een voorbeeld van een moderne
luidsprekerzuil (linker foto). De middelste foto toont klassieke zuiltjes op de
pilaren van de Delftse Maria-van-Jessekerk. Rechts zien we naast de pilaar een moderne zuil
(ca. 8 m hoog) in de Rotterdamse Laurenskerk. De zuil is verrijdbaar
waardoor aanpassing mogelijk is aan verschillende stoelopstellingen.
4. Valt een galmende zaal te redden met
een luidsprekersysteem?
4.1 De spraakverstaanbaarheid achterin
een ruimte
Sommige zalen hebben een vreselijk slechte
spraakverstaanbaarheid omdat de hoeveelheid absorptie veel te klein is. Met
name grote kerken zijn berucht [[9]].Een
nagalmtijd van 10 s bij een vloeroppervlak 2000 m2 valt ook niet
bepaald samen met de "optimale lijn" die we in deze site hebben
ontwikkeld [[10]].
Laten we eens een voorbeeld doorrekenen. Een ruimte meet
50 × 36 × 9.5 m3 en heeft een gemiddelde
absorptiecoëfficiënt van 10%. De bijbehorende nagalmtijd volgens
Sabine is dan 5.2 s, hetgeen ruwweg een factor 5 te hoog is [[11]].
Die zaal vinden we rechts in figuur 5 bij 2000 m2 vloeroppervlak. De
zaal heeft dus te weinig absorptie maar vertoont nog een ander akoestisch mankement:
de ruimte is "hoog" in tegenstelling tot alle voorgaande zalen die
per definitie "laag" waren gekozen om de spraakverstaanbaarheid zo
hoog mogelijk te krijgen.
In een sportzaal met de gegeven afmetingen is er maar
één goede oplossing: de hoeveelheid absorptie moet drastisch
omhoog. Maar in een kathedraal zullen niet veel architecten baffles aan het
plafond adviseren om de absorptie op te voeren en men probeert dan liever de
akoestiek op te knappen met luidsprekersystemen. De vraag is hier: helpt dat?
In figuur 8 wordt een figuur getekend analoog aan figuur
2. Echter, de spraakverstaanbaarheid in figuur 8 is lager dan in figuur 2 omdat
een grotere hoogte van de ruimte is gekozen. De spraakverstaanbaarheid in het
voorbeeld (de grijze lijn aan de rechterzijde bij 1800 m2) is
"matig tot slecht".
Figuur 8: De spraakverstaanbaarheid als functie van
het vloeroppervlak voor drie richtingscoëfficiënten van de bron. De
rechter grijze lijn vertegenwoordigt de voorbeeldruimte zoals die in de huidige
paragraaf wordt behandeld. Die heeft een gemiddelde
absorptiecoëfficiënt van 10%. De waarden gelden achterin de zaal; de
afstand tussen bron en ontvanger is 0.8 maal de vloerdiagonaal. Er is een
ruisvrije situatie verondersteld; eventuele ruis in de ruimte kan met het
versterkersysteem worden opgevangen.
Een vervelende conclusie uit figuur 2 is dat het ophogen
van Q =1 naar Q = 10 nog geen 2 dB helpt voor de plaatsen achter
in de zaal. Q = 10 is een gebruikelijke waarde voor een
luidsprekersysteem, maar biedt dus weinig soelaas. Met zeer specifieke systemen
kan een Q van 100 worden gehaald. Zo'n systeem helpt volgens figuur 6
wel degelijk om achter in de voorbeeldruimte een redelijke
spraakverstaanbaarheid te bewerkstelligen. Dergelijke specifieke systemen zijn
nog schaars (en dus prijzig), maar ze zijn wel degelijk in opmars. De (aloude)
methode om luidsprekers verspreid op te stellen komt in de volgende paragraaf
aan de orde.
4.2 De spraakverstaanbaarheid als
functie van de afstand tot de bron
We hebben ons tot nu steeds gericht op de plaatsen achter
in de ruimte; figuur 8 vormt daarop geen uitzondering. Maar zoals de ervaring
ons leert, is een spreker op een paar meter probleemloos te verstaan [[12]].
Figuur 9 biedt daarover meer informatie.
Figuur 9: De spraakverstaanbaarheid in een ruimte van
50 × 36 × 9.5 m3 met een absorptiecoëfficiënt
van 10%, voor drie waarden van de richtingscoëfficiënt van de bron.
In figuur 9 staat U50 uit als functie
van de afstand. Die staat logaritmisch uitgezet. De rode lijn voor Q = 1
valt lineair af tot ca. 5 m afstand. Dat komt omdat U50 bij
die afstanden wordt bepaald door het directe geluid dat uit de luidspreker
komt. Op bijvoorbeeld 50 m afstand is het directe geluid echter te zwak in
verhouding tot de galm en U50 wordt helemaal bepaald door de
verhouding tussen de vroege en de late reflecties. Bij RT = 5.2 s is het
aandeel vroege energie gelijk aan 12.5%; de energie van het late deel bedraagt
87.5%. Deling en logaritmisering levert dan U50 = -8.5 dB. Als
het direct wordt versterkt door de bron te richten met Q gelijk aan 10
(dus de groene curve) wordt het directe geluid sterker. Een substantiële
winst wordt geboekt bij de afstanden tussen 1 en 20 m; tussen 20 en 40 m is de
winst veel geringer en bij 50 m is die vrijwel verwaarloosbaar.
Figuur 9 laat ook zien dat een systeem met een Q =
100 inderdaad in staat is om in een slechte zaal de spraakverstaanbaarheid ook
achterin minimaal tot "redelijk" op te krikken. Maar we zien tegelijk
ook een bezwaar van een dergelijk systeem: er zijn nogal wat verschillen tussen
de plaatsen onderling. Een ideale (maar niet-bestaande) zaal heeft een gelijke
spraakverstaanbaarheid en een gelijk niveau door de gehele ruimte. Dat is hier
uiteraard niet het geval en dat geldt ook voor het geluidniveau zoals uitgezet
in figuur 10
Figuur 10: De geluidniveaus in een ruimte van 50 × 36 ×
9.5 m3 met een absorptiecoëfficiënt van 10%, voor drie
waarden van de richtingscoëfficiënt van de bron.
4.3 Van een grote zaal naar een kleine
ruimte
Wanneer de rekenexercities uit de figuren 7 en 8 worden
herhaald voor een schoollokaal ontstaan de beelden van figuur 11. De linker
figuur toont een situatie waarin de absorptiecoëfficiënt gelijk is
aan 10%; rechts staat een berekening met 40% absorptie.
Figuur 11: De spraakverstaanbaarheid in een ruimte
ter grootte van een schoollokaal: 8 ×
6.25 × 3.2 m3. Links
heeft de ruimte een absorptiecoëfficiënt van 10%, rechts is die 40%.
Er gelden drie waarden voor de richtingscoëfficiënt Q van de
bron.
De schalen van de linker en de rechter figuur zijn ten
opzichte van figuur 9 en ten opzichte van elkaar verschoven.
Het blijkt niet mogelijk om, op de achterste rijen, een
galmend klaslokaal te redden met een luidsprekersysteem. Dat was overigens al
bekend uit de figuren 2 en 3. Vóór in het lokaal (afstanden
kleiner dan 3 m) is er wel winst te boeken. Op ruim 1 m van de luidspreker
wordt de kwalificatie "goed" gehaald.
Merkwaardig is dat met Q = 10 meer winst te boeken
valt in een lokaal met 40% absorptie (rechter figuur). Maar daar is een
luidsprekersysteem volledig overbodig, aangezien de kwalificatie
"uitstekend" al door het gehele lokaal wordt gerealiseerd. Het
verschil tussen de linker en de rechter figuur laat vooral zien dat het veel
beter is om aan een galmend lokaal absorberend materiaal toe te voegen dan een
luidsprekersysteem [[13]].
Het verschil in spraakverstaanbaarheid is rechts 10 dB beter dan links.
Het helpt wel om een systeem met een Q gelijk aan
100 toe te passen, maar dat is in een schoollokaal als schieten met een kanon
op een muis. Bovendien zijn dergelijke systemen alleen te realiseren met lange
luidsprekerzuilen die domweg niet in het lokaal passen. Een groot voordeel van
een lokaal zónder versterking is bovendien dat de curve voor Q =
1 tamelijk vlak verloopt zodat de verschillen door het lokaal gering zijn.
4.4 Verspreide luidsprekers
Het lukt dus zeker om een galmende ruimte op te knappen
met een uitgekiend luidsprekersysteem met hoge Q. Echter, zalen kunnen
nog groter zijn, of een nog lagere absorptiecoëfficiënt hebben en dan
biedt ook zo'n luidsprekersysteem slechts in speciale gevallen soelaas.
Anderzijds maakt de techniek wel degelijk stappen voorwaarts.
In galmende zalen, vooral in kerken, maakt men daarom van
oudsher gebruik van een aantal luidsprekers verspreid over de ruimte en dat
wordt vrijwel altijd gedaan met luidsprekerzuiltjes zoals getoond in figuur 7. Zuiltjes
zijn overigens niet strikt noodzakelijk; "gewone luidsprekers"
verspreid over het plafond, of verstopt in lichtarmaturen zijn een andere
optie.
Als men in onze grote voorbeeldruimte speakers neemt met Q
= 10, is de classificatie "goed" te halen binnen 10 m afstand van de
luidspreker (figuur 9). En als alle toehoorders zich dus binnen een afstand van
10 m bevinden van één van de luidsprekers, lijkt het probleem
opgelost. Helaas is de praktijk weerbarstiger: de meest nabije speaker zorgt
voor verbetering; de overige speakers verhogen wel degelijk het galmniveau in
de zaal, hetgeen dus als toegevoegde ruis moet worden bestempeld.
Ook hier heeft een hoge Q zin: bij een hoge Q
hoort een laag vermogen, maar eigenlijk komt het erop neer dat een compromis
moet worden gevonden tussen "veel luidsprekers" om de afstanden tot
de toehoorders kort te houden en "weinig luidsprekers" om de ruis
laag te houden. Het behoeft geen betoog dat dit specialistenwerk is [[14]].
|
vorige theoriedeel volgende |
|