TULogo
Inleiding
A. Spreken en horen
B. Theorie
B.1 Stralenmodel
B.2 Invoed geluidabsorptie
B.3 Geluidabsorberende materialen
B.4 Absorptie in tabelvorm
B.5 Veel absorptie ?
B.6 Nagalm Niveau Spraak
B.7 Geluidverstrooiing
B.8 Geluidfragmenten
B.9 Invloed volume
B.10 Afstand bron-waarnemer
B.11 Vorm van de ruimte
B.12 Positionering absorptiemateriaal
B.13 Plafondhoogte
B.14 Wanden in een sportzaal
B.15 GR: het atrium met omgeving
B.16 Geluidvoorbeelden atrium
B.17 GR: scherm en scheidingswand
B.21 Signaal en ruis
B.22 Maten spraakverstaanbaarheid
B.23 Spreekzalen
B.24 Meerdere sprekers
B.25 Bereken direct-stoorverhouding
B.26 Lombardeffect, geluidniveau
B.27 Meerdere sprekers in atrium
B.31 Muziekzaal, theorie
C. Absorptievoorbeelden
D. Ontwerpregels
E. PDF's
F. Artikelen
G. Colofon

Voorbeelden van de berekening van de direct-stoorverhouding DS

 
 

1.       Enkele rekenvoorbeelden

1.1       Alleen in situaties met meerdere sprekers

In deze webpagina worden enkele voorbeelden doorgerekend met de eenvoudigste waarde voor de spraakverstaanbaarheid. Die grootheid hebben we DS genoemd, geïntroduceerd in webpagina B.24 en afgeleid in B.24.1. DS geeft goede resultaten in situaties waar de ruis wordt veroorzaakt door andere sprekers in de ruimte, waarbij het minimum aantal sprekers in de orde ligt van 3 à 6, afhankelijk van de grootte van de ruimte. In spreekzalen waarin slechts één spreker moet worden verstaan moeten ingewikkelder maten als U50 of STI worden toegepast.

 

1.2       Wat is goede en slechte spraakverstaanbaarheid

Om de rekenresultaten te kunnen beoordelen moeten we eerst een idee hebben hoe we de "kwaliteit" van de spraakverstaanbaarheid kunnen beoordelen.

Het meeste werk op dat gebied is verricht door de uitvinders van de speech transmission index STI. Dat is een getal tussen 0 en 1 dat rechtstreeks kan worden vertaald in kwaliteitsaanduidingen variërend van "uitstekend" tot "slecht". De grootheid wordt elders behandeld, maar hier wordt wel een tabel gegeven waar de getalsmatige grootheid is gekoppeld aan een kwaliteitsoordeel.

In een artikel over schoollokalen hebben Nijs en Rychtáriková [[1]] kans gezien om de kwaliteitsklassen ook toe te passen op U­50. Het resultaat staat in tabel 1. Aan tabel 1 wordt nu ook een rij toegevoegd voor DS, die we simpelweg gelijk stellen aan de waarden voor U50.

 

Tabel 1:  De koppeling tussen objectieve meet- of rekenuitkomsten van STI, U50 en DS en de kwaliteitsaanduidingen voor de spraakverstaanbaarheid.

‘bad’

‘poor’

‘fair’

‘good’

‘excellent’

‘slecht’

‘matig’

‘redelijk’

‘goed’

‘uitstekend’

STI < 0.30

0.30 < STI < 0.45

0.45 < STI < 0.60

0.60 < STI < 0.75

STI > 0.75

U50 < -8.5

-8.5 < U50 < -3.5

-3.5 <U50 < 1.5

1.5 < U50 < 6.5

U50 > 6.5

DS < -8.5

-8.5 < DS < -3.5

-3.5 <DS < 1.5

1.5 < DS < 6.5

DS > 6.5

 

1.3       De situaties

Zoals al vermeld in de eerdere webpagina's doet het vermogen van de sprekers er niet toe voor de spraakverstaanbaarheid: als bijvoorbeeld alle aanwezigen in een restaurant 5 dB luider gaan praten verandert er niets aan de onderlinge verhoudingen. Om de leesbaarheid van de tabellen te vergroten hebben we desondanks een spraakvermogen gekozen dat in de buurt ligt van "normale" spraak: LW,spraak = 70 dB. Dat komt bij een rondomstralende bron neer op een geluidniveau van 59 dB. In dit rekenschema is dat geoorloofd, al zal in één van de gevallen de richting van menselijke spraak wel degelijk worden meegerekend.

De aanvangssituatie is steeds een ruimte ter grootte van een schoollokaal: 8 × 6.25 × 3.2 m3, hetgeen dus een vloeroppervlak oplevert van 50 m2. Het totaal geometrisch oppervlak S van alle vlakken is gelijk aan 191.2 m2.

In de ruimte bevinden zich een aantal mensen, maar akoestisch gezien gaat het alleen om daadwerkelijke sprekers. Het aantal aanwezigen zal dus hoger zijn. In heel veel praktijkgevallen is het percentage sprekers ongeveer gelijk aan 1/3-de. Bij 10 sprekers horen dus 30 aanwezigen, hetgeen op 50 m2 een tamelijk drukke bijeenkomst mag worden genoemd.

 

Voorbeeld 1:    Het aantal ruisprekers in een galmende ruimte [[2]]

afst  [m]

N_ruis  [-]

alfa  [%]

L × B × H  [m3]

 

Signaal  [dB]

Ruis  [dB]

DS  [dB]

1

1

8

8 × 6.25 × 3.2

 

59.0

63.8

-4.8

1

2

8

8 × 6.25 × 3.2

 

59.0

66.8

-7.8

1

5

8

8 × 6.25 × 3.2

 

59.0

70.8

-11.8

1

10

8

8 × 6.25 × 3.2

 

59.0

73.8

--14.8

In een behoorlijk galmende ruimte (slechts 8% absorptie) heeft men grote moeite een spreker te verstaan die zich op 1 m afstand bevindt en die wordt gestoord door één andere spreker in de ruimte. Meestal lukt het wel omdat wij erg goed in staat zijn om de klank van een stem te herkennen ten opzichte van de klank van de stoorspreker. We kunnen de stoorspreker daarom vrij goed buiten sluiten. Maar als er in de ruimte vijf of meer stoorsprekers zijn is de spraakverstaanbaarheid op 1 m nihil.

 

Voorbeeld 2:    De afstand bron-toehoorder

afst  [m]

N_ruis  [-]

alfa  [%]

L × B × H  [m3]

 

Signaal  [dB]

Ruis  [dB]

DS  [dB]

1

5

8

8 × 6.25 × 3.2

 

59.0

70.8

-11.8

0.5

5

8

8 × 6.25 × 3.2

 

65.0

70.8

-5.8

0.25

5

8

8 × 6.25 × 3.2

 

71.0

70.8

+0.2

Verreweg de meest gebruikte truc om de spraakverstaanbaarheid op te voeren is om de bron dichter te naderen. Verkleining van de afstand van 1 m naar 25 cm verbetert DS met 12 dB. Hoewel DS = +0.2 nog niet echt goed is, is het gesprokene voor het overgrote deel te verstaan, temeer daar we altijd wel informatie uit het zinsverband kunnen halen.

 

Voorbeeld 3:    De absorptiecoëfficiënt van de ruimte

afst  [m]

N_ruis  [-]

alfa  [%]

L × B × H  [m3]

 

Signaal  [dB]

Ruis  [dB]

DS  [dB]

1

5

4

8 × 6.25 × 3.2

 

59.0

74.0

-15.0

1

5

8

8 × 6.25 × 3.2

 

59.0

70.8

-11.8

1

5

16

8 × 6.25 × 3.2

 

59.0

67.4

-8.4

1

5

32

8 × 6.25 × 3.2

 

59.0

63.5

-4.5

Toevoeging van absorptie helpt om de spraakverstaanbaarheid te vergroten. Tussen 4% en 32% bedraagt het verschil meer dan 10 dB. Maar zelfs in het geval met 32% is de spraakverstaanbaarheid niet meer dan matig (DS = -4.5) als er vijf mensen doorheen praten.

 

Voorbeeld 4:    Dichter tot de bron in een ruimte met veel absorptie

afst  [m]

N_ruis  [-]

alfa  [%]

L × B × H  [m3]

 

Signaal  [dB]

Ruis  [dB]

DS  [dB]

1

5

32

8 × 6.25 × 3.2

 

59.0

63.5

-4.5

0.5

5

32

8 × 6.25 × 3.2

 

65.0

63.5

+1.5

0.25

5

32

8 × 6.25 × 3.2

 

71.0

63.5

+7.5

In een absorberende ruimte helpt het naderen van de bron weer uitstekend. Het is nu zelfs mogelijk om een uitstekende spraakverstaanbaarheid te bereiken. In voorbeeld 2 was de maximale waarde van DS gelijk aan 0.2 dB; dat loopt dus hier op naar DS = +7.5 dB.

 

Voorbeeld 5:    De invloed van het Lombardeffect

afst  [m]

N_ruis  [-]

alfa  [%]

L × B × H  [m3]

LW,spraak

Signaal  [dB]

Ruis  [dB]

DS  [dB]

1

5

4

8 × 6.25 × 3.2

76

65.0

80.0

-15.0

1

5

8

8 × 6.25 × 3.2

73

62.0

73.8

-11.8

1

5

16

8 × 6.25 × 3.2

70

59.0

67.4

-8.4

1

5

32

8 × 6.25 × 3.2

67

56.0

60.5

-4.5

Mensen gaan harder praten in een omgeving met veel andere sprekers. Of in akoestische termen: het spraakvermogen (LW,spraak) neemt toe. Dit zogenaamde Lombardeffect heeft echter géén invloed op de hier gegeven voorbeelden van de spraakverstaanbaarheid. Immers, zowel het vermogen van de spreker als dat van de stoorsprekers neemt op gelijke wijze toe, zodat de onderlinge vergelijking gelijk blijft. De tabel toont een fictief voorbeeld van de invloed van de absorptie in de ruimte. Die invloed is dus tweeledig. Het geluidniveau loopt op met iets meer dan 3 dB per halvering van de absorptie (dus ook als de bron een stofzuiger is), maar daardoor praten mensen ook nog eens harder met (heel ruwweg) nog eens 3 dB per halvering. Dat is aangegeven in de kolom "LW,spraak".

We zien uiteraard wel dat het eigenlijke geluidniveau in de meest galmende ruimte een hoge waarde van 80 dB bereikt.

 

Voorbeeld 6:    De grootte van de ruimte

afst  [m]

N_ruis  [-]

alfa  [%]

L × B × H  [m3]

 

Signaal  [dB]

Ruis  [dB]

DS  [dB]

1

5

8

8 × 6.25 × 3.2

 

59.0

70.8

-11.8

1

5

8

16 × 12.5 × 6.4

 

59.0

64.8

--5.8

1

5

8

32 × 25 × 12.8

 

59.0

58.8

+0.2

Als een ruimte wordt vergroot bij gelijkblijvende absorptiecoëfficiënt, neemt het absorberend oppervlak uiteraard toe en het geluidniveau van de ruissprekers dus af. Twee mensen op 1 m afstand verstaan elkaar veel beter in een sporthal met vijf stoorsprekers dan in een schoollokaal.

 

Voorbeeld 7:    De grootte van de ruimte in verhouding tot het aantal sprekers

afst  [m]

N_ruis  [-]

alfa  [%]

L × B × H  [m3]

 

Signaal  [dB]

Ruis  [dB]

DS  [dB]

1

5

8

8 × 6.25 × 3.2

 

59.0

70.8

-11.8

1

20

8

16 × 12.5 × 6.4

 

59.0

70.8

--11.8

1

80

8

32 × 25 × 12.8

 

59.0

70.8

-11.8

Maar het voorgaande voorbeeld gaat uiteraard mank als in een sportzaal met zestien keer zoveel vloeroppervlak ook zestien keer zoveel mensen spreken. Dan blijkt de spraakverstaanbaarheid in beide gevallen even goed of slecht omdat de waarde van A/N gelijk blijft.

 

Voorbeeld 8:    Richtingsafhankelijke spraak

afst  [m]

N_ruis  [-]

alfa  [%]

L × B × H  [m3]

DI  [dB]

Signaal  [dB]

Ruis  [dB]

DS  [dB]

1

5

32

8 × 6.25 × 3.2

4

63.0

63.5

-0.5

1

5

32

8 × 6.25 × 3.2

0

59.0

63.5

-4.5

1

5

32

8 × 6.25 × 3.2

-6

53.0

63.5

-10.5

Bij een mens wordt het hoogste geluidniveau gemeten in de as van de mond. Naar de zijkant wordt minder geluid afgestraald en naar achteren nog minder. De “directivity index” DI vinden we rechtstreeks terug in de spraakverstaanbaarheid omdat die waarde (per definitie) bij het directe geluid mag worden opgeteld. In de tabel vertegenwoordigen de waarden 4 en 0 dB ongeveer de praktijkwaarden voor de voorkant en de zijkant van het hoofd. De waarde van -6 dB vindt men ergens schuin achter het hoofd. Recht achter het hoofd is het nog lager.

De DI helpt de spraakverstaanbaarheid flink als de spreker zijn/haar toehoorder aankijkt. Maar er is ook een negatief effect. Als een spreker een groepje mensen toespreekt verstaan de toehoorders aan de achterzijde weinig tot niets als de ruis in de ruimte vrij hoog is. Die toehoorders gaan dan vaak maar wat anders doen, bijvoorbeeld een volgend gesprek aanknopen, waardoor het geluidniveau nog verder stijgt. In de modellen kunnen we dit verdisconteren door het percentage sprekers/aanwezigen op te laten lopen, maar dat is hier niet gedaan.

 

 

 


[1]     Lau Nijs, Monika Rychtáriková, "Calculating the optimum reverberation time and absorption coefficient for good speech intelligibility in classroom design using U50", Acta Acustica united with Acustica, 97, pp. 93-102, 2011.

[2]     Alle getallen zijn berekend met de formules uit webpagina B.24.1. De kolom "Signaal" wordt berekend met formule (1); de kolom "Ruis" met formule (7). Daartoe moet LW,spraak = 70  dB (re 1pW) worden ingevuld. De laatste kolom "DS" wordt berekend uit het verschil tussen de kolommen "Signaal" en "Ruis".