Samenvatting mogelijke technische maatregelen gym- en
sportzalen
-
In een
sporthal zijn altijd akoestische maatregelen noodzakelijk om galm en lawaai te
voorkomen
-
Indien
akoestisch materiaal wordt gekozen moet het totaal absorberend oppervlak
minimaal 25% van het geometrische oppervlak bedragen. Het verdient
aanbeveling om op iets meer (bijvoorbeeld 28%) te mikken.
-
Volgens de akoestische theorie mag alle absorptie op het plafond. Nader
onderzoek leert dat die stelling alleen juist is voor de bestrijding van
het lawaai in de zaal.
-
Theorie en praktijk zijn nl. niet in overeenstemming wat betreft de
nagalmtijd. Indien alle absorptie zich tegen het plafond bevindt wordt
de nagalmtijd verlengd t.o.v. de theoretische waarde door reflecties
tegen de wanden en dan vooral de kopse kanten.
-
Aangezien de norm voor sportzalen uitgaat van een maximale nagalmtijd
(vooral door gebrek aan een betere grootheid) zijn aanvullende
maatregelen noodzakelijk. Daarvoor komen de volgende maatregelen in
aanmerking, al of niet gecombineerd:
-
Het
aanbrengen van geluidabsorberend materiaal op minimaal één kopse wand
bestrijdt een lange nagalmtijd. Het materiaal dient dan wel te reiken
tot de vloer.
-
Reflecties tegen de kopse wanden kunnen het geluid omhoog sturen waardoor de
effectiviteit van de plafondabsorptie wordt verhoogd. De wand hoeft dan niet met
absorberend materiaal te worden bekleed.
-
Een
wand kan schuin omhoog worden geplaatst.
-
De
wand zelf kan sterk verstrooiend worden uitgevoerd. Dat betekent dus toepassing van
een niet-vlakke wand die in een sporthal wellicht minder in aanmerking
komt.
Inleiding
De grootte van een sportzaal kan variëren van
een gymzaaltje tot een overdekt voetbalveld. Ze hebben ieder hun
specifieke eigenschappen maar om een aangenaam akoestisch klimaat te
scheppen zijn de problemen niet wezenlijk verschillend. Dit deel van de
site gaat over de eigenschappen binnen één ruimte. In de praktijk worden
grotere zalen nog wel eens verdeeld in kleinere met behulp van
vouwwanden waardoor onderlinge geluidhinder kan ontstaan. Dergelijk
problemen blijven hier buiten beschouwing. Ze zijn meestal
oplosbaar, maar vereisen veel aandacht bij het ontwerp.
De berekening van het geluidabsorberend oppervlak en
de gemiddelde absorptiecoëfficiënt
Indien een sportvoorziening zich nog in de
tekentafelfase bevindt wordt allereerst een schatting gemaakt van de
totale absorptie. Dat kan het best worden geïllustreerd met een
voorbeeld, waarbij een grote ruimte wordt verondersteld.
Gegeven is een rechthoekige ruimte van:
|
70×25×12 m3
|
Het volume is dus:
|
21000 m3
|
Het totale oppervlak van alle wanden is:
|
5780 m2
|
Er is verondersteld dat tegen het plafond
absorptiemateriaal is aangebracht met een absorptiecoëfficiënt van 60%.
De wanden zijn niet-absorberend (hout, baksteen, enz.), maar aan een van
de lange wanden bevindt zich een tribune. Als die volledig bezet is met
publiek kan dat een substantiële bijdrage leveren aan de absorptie [[1]],
maar we gaan ervan uit dat die vrijwel leeg is. In tabel 1 wordt de
werkwijze geschetst.
Tabel 1: Een voorbeeld van de
geluidabsorptie in een ruimte van 70×25×12 m3.
|
oppervlak
|
absorptie-coëfficiënt
|
absorberend oppervlak
|
|
[m2]
|
[-]
|
[m2]
|
sportvloer
|
1750
|
0.04
|
70
|
absorberend plafond
|
1750
|
0.60
|
1050
|
wand 1: hard
|
840
|
0.05
|
42
|
wand 2: beetje absorptie
|
840
|
0.15
|
126
|
wand3: hard
|
300
|
0.05
|
15
|
wand 4: hard
|
300
|
0.05
|
15
|
totaal oppervlak
|
5780
|
|
1318
|
gemiddelde absorptiecoëfficiënt [-]
|
0.23
|
nagalmtijd berekend volgens Sabine [s]
|
2.55
|
De eerste kolom in tabel 1 geeft een omschrijving van het
oppervlak, de tweede geeft het geometrisch oppervlak dat met de duimstok wordt bepaald. De derde kolom geeft de
absorptiecoëfficiënt. De vierde kolom geeft steeds het product van de
getallen in de kolommen twee en drie. Dat resulteert dus in het
“absorberend oppervlak” [[2]].
Voor akoestisch materiaal is de opgave van de absorptiecoëfficiënt door
de fabrikant meestal nauwkeurig genoeg; voor vloer en wand moet men vaak
zelf een schatting doen. Echter, in de rechter kolom is te zien dat een
hoge nauwkeurigheid voor bijvoorbeeld de vloer er eigenlijk niet toe
doet. Als de sportvloer 0.06 is in plaats van 0.04 heeft dat vrijwel
geen invloed op het totaal absorberend oppervlak van 1318 m2.
Het spreekt voor zich dat minder absorptie aan het plafond kan worden
gecompenseerd met absorptie aan de wanden. Het plafond is in de praktijk populair omdat het minder kwetsbaar is
en het grootste oppervlak vertegenwoordigt.
Door deling van het absorberend oppervlak (1318
m2) door het geometrische oppervlak (5780 m2 ) wordt de
gemiddelde absorptiecoëfficiënt gevonden. Die bedraagt hier dus 0.23
(=23%). De nagalmtijd, berekend met de Sabine-formule bedraagt 2.55 s.
Aangetoond kan worden dat de gemiddelde
absorptiecoëfficiënt in sportzalen een cruciale rol speelt en die is
daarom de basis van de huidige normstelling. We komen daarop terug.
Nagalmtijd, geluidniveau,
signaal-ruisverhouding in gym- en sportzalen
De tabel wordt gebruikt in het ontwerpstadium. Maar als de
zaal gebouwd is, wordt die nagemeten om te controleren of architect, akoestisch
adviseur en materiaalleverancier hun werk goed hebben gedaan. Daartoe wordt
altijd de nagalmtijd gebruikt, omdat alternatieve meetmethoden knap ingewikkeld
zijn. Uit de nagalmtijd wordt vervolgens het absorberend oppervlak bepaald voor
de totale ruimte. Een uitsplitsing over de verschillende oppervlakken is alleen
in bijzondere gevallen uitvoerbaar.
Echter, in sportzalen is het heersende geluidniveau veel
belangrijker dan de nagalm. Een ophoging van het totaal absorberend oppervlak
leidt tot een verlaging van het geluidniveau en de nagalmtijd wordt dus
eigenlijk gebruikt als een instrument om dit absorberend oppervlak te bepalen.
De signaal-ruisverhouding geeft de mate waarin
we een spreker kunnen verstaan in het rumoer van andere “ongewenste”
geluidbronnen in de zaal. Dit is in een sportzaal eigenlijk de
belangrijkste grootheid. Een ophoging van het totaal absorberend
oppervlak heeft in een sportzaal veel meer effect op het geluidniveau
van de stoorbronnen dan op het gewenste geluid, zodat de
signaal-ruisverhouding in gunstige zijn wordt beïnvloed.
Toetsing aan de akoestische norm
De nagalmtijd is afhankelijk van het volume van
een sportzaal. Indien een gymzaal van 1000 m3 wordt
opgeschaald naar een zaal van 21000 m3 en de verdeling
van absorberende materialen precies wordt meegeschaald, stijgt het
volume met een factor 21 en het absorberend oppervlak met een factor
7.6. De nagalmtijd stijgt
met een factor 2.8. De gemiddelde absorptiecoëfficiënt blijft constant.
Indien in een norm een maximale nagalmtijd
wordt gesteld, lijkt de grotere zaal dus slechter dan de kleine. Echter,
de hoeveelheid absorberend oppervlak is gestegen en het geluidniveau
daalt indien de bronsterkte gelijk wordt gehouden, waardoor de
signaal-ruisverhouding in een grote zaal beter wordt. Echter, in de
praktijk zal bij schaalvergroting meestal ook het aantal ruisbronnen
stijgen De signaal-ruisverhouding blijft dan min of meer constant bij
schaalvergroting. Daarom is de gemiddelde absorptiecoëfficiënt een
veel betere grootheid om de akoestische kwaliteit vast te leggen.
De officiële ISA-norm voor sportzalen []
is gesteld in maximale nagalmtijden maar houdt wel degelijk rekening met
het volume door uit te gaan van een aantal standaardmaten. Voor erg
grote zalen (zoals uit tabel 1) wordt niet expliciet een maximale waarde
van de nagalmtijd gesteld. Er wordt uitgegaan van een gemiddelde
absorptiecoëfficiënt die minimaal 0.25 moet zijn. In het voorbeeld van
tabel 1 wordt aan die norm net niet voldaan. Door het toevoegen van 127
m2
absorptie gaat het gemiddelde naar 0.25, maar het is uiteraard
verstandig om wat marge in te bouwen, bijvoorbeeld door uit te gaan van
28%.
Het voorbeeld toont aan dat de norm met wat
denkwerk altijd wel haalbaar is door gebruik van absorptiemateriaal. Een
onbehandelde sportzaal is onbruikbaar, want een oplossing, waarbij de
eigenlijke constructie alle akoestische absorptie verzorgt, bestaat
niet.
Waarom klopt het rekenschema (vaak) niet?
Ook als architect en/of akoestisch adviseur hun
huiswerk goed hebben gedaan blijkt de gemeten nagalmtijd na voltooiing
van de zaal soms flink wat langer dan de voorspeld. De belangrijkste
reden is dat de Sabine-rekenmethode voor de nagalmtijd eigenlijk niet
voldoet. Sabine heeft zijn theorie ontwikkeld voor een “diffuse”
situatie waarin alle geluidstralen min of meer gelijk verdeeld zijn, maar in
een sportzaal vinden we de volgende afwijkingen:
-
Een
sportzaal is alles behalve een kubusachtige constructie waarvan Sabine's
theorie uitgaat. In het voorbeeld is de lengte-hoogte-verhouding gelijk
aan zes.
-
Sabine's theorie gaat uit van een homogene verdeling van
absorptiematerialen. In de meeste sportzalen zal het leeuwendeel van de
absorptie zich tegen het plafond bevinden.
-
De
meeste sportzalen zijn vrijwel leeg. In andere ruimten verstrooien
meubilair e.d. het geluid, waardoor een diffuser geluidveld ontstaat.
Een voorbeeld waarbij het mis gaat staat in
figuur 1, waar een verticale doorsnede van de hal wordt gegeven. Alle
absorptie bevindt zich tegen het plafond.

Figuur 1: In een sportzaal ontbindt
het galmveld zich in componenten langs de drie dimensies.
Het galmveld blijkt in dit geval te ontbinden in
drie componenten, waarvan er twee zijn getekend. Er spelen de volgende
processen:
-
Het
verticale veld is luider dan het horizontale.
-
Het
aantal reflecties per tijdseenheid is groot door de korte verticale
afstand, waardoor het verticale veld weliswaar luider is maar veel
sneller dempt.
Zie webpagina B.11.2 voor een theoretische uitleg.
-
De
demping per reflectie is bovendien groot omdat de absorptie op het
plafond zit.
-
Het
verticale veld bepaalt de nagalm in het eerste deel (bijv. tot 0.4 s)
van de nagalmcurve. Het horizontale galmveld dempt veel langzamer uit en
bepaalt het tweede deel van de nagalmcurve.
-
De
nagalmtijd wordt per definitie gemeten langs het tweede deel van de curve en wordt
daarom grotendeels bepaald door het horizontale veld.
-
Het
geluidniveau in een ruimte wordt juist bepaald door het allereerste deel
van een galmcurve.
Als gevolg van alle effecten is de getekende
situatie slecht voor de nagalm en juist goed voor het geluidniveau.
Probleem is dat de norm uitgaat van de nagalmtijd. Gezien de
doelstellingen in een sportzaal (weinig kabaal) is dat dus eigenlijk ten
onrechte, maar er is geen simpel alternatief.
Oplossingen ter verlaging
van de nagalmtijd in sportaccommodaties
Er zijn twee oplossingen om de horizontale galm
te verkleinen. Figuur 2 geeft de eerste oplossing waarbij absorptie op
de kopse wanden wordt aangebracht.

Figuur 2: De horizontale galm wordt
bestreden door de kopse kanten met absorberend materiaal te bekleden.
Doordat op de kopse wanden absorptie wordt
aangebracht, kan de hoeveelheid absorptie op het plafond navenant worden
verlaagd. Echter, er is een vervelende complicatie. Doordat de
horizontale maat zo groot is, is het aantal reflecties per tijdseenheid
klein. Daarom moet de absorptiecoëfficiënt van de kopse wanden hoog
worden gekozen; het heeft weinig zin om de kopse wanden “een beetje” te
behandelen.

Figuur 3: Indien alleen absorptie
wordt aangebracht op grotere hoogte blijft de nagalmtijd op vloerhoogte
lang.
Bij een sporthal ligt het voor de hand om
absorptie alleen aan te brengen op grotere hoogte, zie figuur 3. Helaas
helpt dat niet om de nagalmtijd naar beneden te brengen. Die zal veelal
op 1.5 m boven de vloer worden gemeten en daar vinden we weer (een deel
van) het horizontale galmveld terug. Het effect van de nagalmtijd die
daalt bij een toenemende mikrofoonhoogte is daadwerkelijk gemeten en kan
in rekenmodellen worden gereproduceerd.
De tweede oplossing staat in figuur 4. Daar
wordt het horizontale geluid naar het absorberende plafond gestuurd. Dat
spiegelend element hoeft zelf niet te absorberen. Uiteraard kan zelfs de
totale wand scheef worden gezet. In rekenmodellen kan worden aangetoond
dat dit middel zeer effectief is; er zijn ook voorbeelden van sportzalen
(en zwembadeb) waarbij het met succes is toegepast. Figuur 5 toont een combinatie van
de figuren 3 en 4. In figuur 6 is een sterk verstrooiende wand getekend.

Figuur 4: Het horizontale galmveld
wordt bestreden met schuine elementen.

Figuur 5: Spiegeling kan ook alleen in
het onderste deel van de kopse wanden.

Figuur 6: Verstrooiing kan ook met
verstrooiende elementen.
Kopse wanden versus lange wanden
De hal uit het voorbeeld heeft behalve kopse
wande ook lange wanden. Daarvoor geldt het hele verhaal uiteraard ook,
maar omdat de maat van 70 m dan krimpt tot 25 m is de invloed op de
verlenging van de nagalmtijd wat minder. Bovendien hadden we in ons
voorbeeld een lange wand aangehouden waarin een tribune was opgenomen.
Dan treden automatisch effecten op zoals in de figuren 2 en/of 4. Als de
tribune open is, geldt figuur 2, waarbij dan achter de tribune wat
absorptie moet worden aangebracht. Bij een dichte tribune ontstaat
figuur 4.
Een aangename verrassing ten aanzien van het
geluidniveau en de spraakverstaanbaarheid in sportaccommodaties
Het is wel degelijk mogelijk om de invloed van
absorptie op het geluidniveau te meten, al is die methode een stuk
lastiger dan de meting van de nagalmtijd. Dan blijkt dat de plaats van
de absorptie er weinig toe doet. De figuren 2 t/m 6 verlagen
allemaal de nagalmtijd, maar voor het geluidniveau (en derhalve de
signaal-ruisverhouding en de spraakverstaanbaarheid) is figuur 1 niet of
nauwelijks inferieur. Rekenexercities met rekenmodellen en
luisterproeven met gesimuleerde signalen bevestigen het beeld. De nagalm
is in de situatie van figuur 1 duidelijk “lelijker” omdat een fikse echo
hoorbaar is. Daarom worden de maatregelen uit de figuren 2 t/m 6 ook
altijd toegepast in concertzalen. Echter, zodra ruis wordt
geïntroduceerd en er wordt gelet op de resulterende
spraakverstaanbaarheid is figuur 1 niet slechter dan de andere vijf.
Webpagina D.42.1 geeft meer theorie en een aantal geluidvoorbeelden om de
beweringen te staven. Maar omdat de nagalmtijd als meetinstrument wordt gebruikt zullen toch
oplossingen in de stijl van de figuren 2 t/m 6 moeten worden gekozen,
ook al zijn ze dus eigenlijk grotendeels cosmetisch.