Samenvatting akoestische maatregelen in lokalen voor (lager) onderwijs
-
In dit deel behandelen we
schoollokalen met ca. 50 m2 vloeroppervlakte, een waarde die in
het basisonderwijs min of meer standaard is.
-
Voor uitstekende
spraakverstaanbaarheid is een nagalmtijd van ca. 0.6 s in een leeg
lokaal (zonder kinderen, meubilair, kasten e.d.) gewenst. Een waarde van
0.8 s is al aan de lange kant; de nagalmtijd van 1 s die tot voor kort
in het Bouwbesluit stond, is veel te lang.
-
Aangezien leerlingen en
meubilair bijdragen aan de absorptie is de ideale nagalmtijd in een
volle klas gelijk aan 0.4 s.
-
Bij een verdere afname van de nagalmtijd tot 0.35 s
voorspelt het rekenmodel nog een toename van de spraakverstaanbaarheid achter in
de klas, maar het rekenmodel is eigenlijk niet nauwkeurig genoeg om de
nagalmtijd tot op de honderdste seconde te voorspellen.
-
De absorptie in het lokaal kan ook te hoog
worden. Het geluidniveau van het "vroege" geluid wordt dan te laag in
verhouding tot de altijd aanwezige ruis in het lokaal. Nagalmtijden van 0.30 s of lager dienen
daarom te worden vermeden.
-
Om een nagalmtijd van 0.4 s te bereiken is ca. 65 m2
absorberend oppervlak nodig. De aanwezigen in het lokaal nemen hiervan ruim 10
m2 voor hun rekening.
-
Een uitstekend absorberend plafond kan 40 à 45 m2
absorberend oppervlak leveren. Er moet dus (bij een harde vloer) nog 10 à 15 m2
door de wanden worden geleverd. In een basisschool met veel open kasten is dat
meestal geen probleem; in “kale” leslokalen is additionele absorptie,
bijvoorbeeld hoog op de achterwand, gewenst.
-
Er worden in dit deel alleen
leslokalen behandeld uitgaande van een goede spraakverstaanbaarheid. De
overige ruimten in school verdienen echter dezelfde behandeling.
Absorberende gangen beperken de overdracht van gang naar lokaal en
tussen lokalen onderling; andere verkeersruimten (de entreehal
bijvoorbeeld) worden ook vaak voor het onderwijs gebruikt en dienen dus
rijkelijk van absorptiemateriaal te worden voorzien.
Akoestiek in een school en in een klaslokaal
De huidige webpagina behandelt uitsluitend de
spraakverstaanbaarheid in een klaslokaal. In de volgende webpagina (D.52) komen
spreekzalen van willekeurige grootte aan de orde.
Maar uiteraard is een school meer dan een verzameling van
klaslokalen; er zijn ook gangen nodig, een entreehal, een kantine of een
gymlokaal. De akoestiek in die ruimten komt hier dus niet aan de orde. De
gymzaal wordt behandeld in D.10 over sportzalen, voor de akoestische behandeling
van de kantine leze men vooral webpagina D.20 over het restaurant.
Bij het ontwerp van een school is de onderlinge
rangschikking van ruimten en functies van groot belang. Een centraal atrium is
in de mode bij architecten en hun opdrachtgevers, maar als daar een lawaaiige
kantine wordt gepland wordt automatisch gevraagd om problemen. Die zijn wel
degelijk oplosbaar, maar het is een stuk eenvoudiger om binnen de school een
andere plaats te zoeken. In webpagina
D.60 meerdere ruimten binnen één
gebouw wordt nader op de akoestiek in schoolgebouwen ingegaan. Dan blijkt een
school niet tot de grootste probleemgevallen te horen; in een muziekschool of
een popcentrum zijn de geluidbronnen veel luider en is dus meer onderlinge
geluidisolatie vereist. Het akoestisch ontwerp van een school vraagt dus vooral
aandacht, maar de problemen zijn oplosbaar.
Geluidstralen van bron naar toehoorder
In het theoriedeel van deze site is een model
geïntroduceerd dat was gebaseerd op geluidstralen die via spiegeling
tegen de wanden geconstrueerd worden. Figuur 1 herhaalt een figuur uit
dat hoofdstuk. We nemen even aan dat een doorsnede is getekend met vloer
en plafond, maar het zou evengoed een horizontale doorsnede kunnen zijn.

Figuur 1: Drie geluidstralen van een geluidbron
naar een ontvanger. In de praktijk zijn er duizenden.
Allereerst kan het directe geluid worden
getekend. De sterkte van het direct hangt sterk af van de afstand tussen
bron en ontvanger, maar wordt niet beïnvloed door de akoestische
eigenschappen van de ruimte. Verder is één straal getekend die tegen de
vloer reflecteert. Soortgelijke stralen tegen de wanden en het plafond
zijn weggelaten om de tekening enigszins helder te houden. In totaal
zijn er zes enkelvoudige reflecties tegen zes grensoppervlakken. Er is
een tweede straal getekend die tweemaal reflecteert, tegen het plafond
en een wand. Van deze tweevoudige reflecties zijn er 18 mogelijk; het
aantal loopt dus razendsnel op bij drie, vier, enz. reflecties.
Een gereflecteerde straal is altijd minder luid
dan het directe geluid. Allereerst is de afgelegde afstand groter, maar
een straal verliest ook nog energie bij iedere reflectie. Bij glas is
het energieverlies zeer gering (maar niet helemaal nul); bij speciale
geluidabsorberende materialen kan meer dan 80% van de energie verloren
gaan [[1]].
Onze oren en hersenen zijn te traag om de afzonderlijke reflecties te
onderscheiden. We ervaren het samenspel van stralen als nagalm.
Nagalm stoort de spraak
In normale spraak kunnen vijf klanken per
seconde voorkomen [[2]].
Een klank van een spreker kan dus worden gestoord door de nagalm van een eerdere
klank: het "late" geluid stoort de spraak. Stralen die vlak na het directe
geluid arriveren, het "vroege" geluid, verbeteren de spraakverstaanbaarheid
meestal wel, vooral omdat de totale vroege energie een stuk groter kan zijn dan
het directe geluid. De scheiding tussen vroeg en laat geluid wordt voor spraak
gesteld op 0.05 s (dus 50 ms). Omgerekend naar een afstand is dat dus 17 m,
zodat in een schoollokaal enkel- en tweevoudige reflecties behulpzaam zijn bij
het spraakverstaan. De spraakverstaanbaarheid staat of valt met de verhouding
tussen vroege en late energie en dat is weer afhankelijk van de toepassing van
akoestische materialen. Een schoollokaal zonder absorptiemateriaal is
ondenkbaar.
De bijdrage van de vroege energie is essentieel
in een schoollokaal. Op de voorste rij in een schoollokaal [[3]]
is het directe geluid van een spreker luid genoeg, maar achter in het lokaal is het
niveau van het directe geluid zo sterk gedaald, dat de vroege reflecties onontbeerlijk
zijn. Figuur 2 toont een voorbeeld van een lokaal
voor een basisschool indien plafond, wanden en vloer van glas, beton,
stuc en linoleum zijn gemaakt. De kinderen bevinden zich dan in een
galmput (gemiddelde absorptie is 8%), waarbij het merendeel van de
absorptie door de kleding van de kinderen wordt geleverd.
Figuur 2: Berekeningen in een klaslokaal van 8 ×
6 × 3.25 m3. De ruimte heeft een gemiddelde
absorptiecoëfficiënt van 8%; de nagalmtijd is 1.7 s; de ruimte galmt dus
sterk. De grootste afstand van 10 m is een extreem geval gemeten langs
de vloerdiagonaal [[4]].
Figuur 2-links: Het geluidniveau (SPL staat voor "sound
pressure level") van het directe geluid
van een spreker in een schoolklas. De bijdrage van de vroege reflecties
hogen het directe geluidniveau van de spraak op. Het late geluid
overheerst voor een afstand groter dan 2 m.
Figuur 2-rechts. Het verschil tussen het vroege en
late geluid wordt U50 genoemd. Een waardeoordeel voor
de spraakverstaanbaarheid staat rechts [[5]].
In de figuur wordt het geluidniveau (SPL)
uitgezet als functie van de afstand in een lokaal. Zoals elders reeds
meerdere malen is uiteengezet daalt het niveau van het directe geluid
sterk met de afstand. Het zijn de vroege reflecties die ervoor zorgen dat de spraak
achter in een klas niet volledig onhoorbaar wordt; het geluidniveau van de vroege
reflecties achter in de klas is 10 à 15 dB hoger dan het niveau van het
directe geluid.
De figuur toont ook het
niveau van het galmaandeel (laat geluid). Vanaf ca. 2 m is die bijdrage
groter dan de bijdrage van het vroege geluid. De spraakverstaanbaarheid
achter in de klas is daardoor op de grens van "matig" en "redelijk". Dat is voor
een klaslokaal volstrekt onwenselijk, zodat akoestische maatregelen
noodzakelijk zijn.
Figuur 3 laat zien wat er gebeurt indien de
gemiddelde absorptiecoëfficiënt wordt opgehoogd van 8% naar 20%. De
totale energie van het vroege geluid daalt omdat de gereflecteerde
energie afneemt. Echter, de invloed van absorptie op de late reflecties
is veel groter. Bij enkelvoudige reflecties gaat enige energie verloren,
maar als een straal tien of twintig maal reflecteert neemt de energie
veel sterker af. Het verschil tussen de vroege en late energie (de
rechter figuur) wordt dus gunstig beïnvloed: de
spraakverstaanbaarheid stijgt (achter in de klas) naar "goed".
Figuur 3: Vergelijking van de
spraakverstaanbaarheid in het lokaal van figuur 2 bij 8% en 20%
gemiddelde absorptie. Het directe geluid wordt niet
beïnvloed en is daarom niet getekend. De nagalmtijd daalt van 1.7 naar
0.7 s.
"Goed" is niet goed genoeg in een schoollokaal
De curve van 20% absorptie in figuur 3 zorgt ervoor dat de
spraakverstaanbaarheid in het lokaal overal "goed" genoemd kan worden. Dat is
voldoende als het lokaal wordt gebruikt als bijvoorbeeld een conferentiezaaltje,
maar voor een schoolklas moeten we toch ambitieuzer zijn en de aanduiding
"uitstekend" zien te bereiken. Nog meer absorberend materiaal is vereist, en
figuur 4 laat zien hoeveel we nodig hebben. Bij 30% wordt de grens tussen "goed"
en "uitstekend" overschreden; bij 35% wordt het midden van de categorie
"uitstekend" bereikt. In webpagina B.23.1 wordt dieper en nauwkeuriger op deze
getallen ingegaan.

Figuur 4: De invloed van de toevoeging van
geluidabsorberend materiaal in het klaslokaal van figuur 2.
Tabel 1 geeft een voorbeeld van de simpele
ontwerpmethode om na te gaan of de waarde van 35% kan worden gehaald in een
gebruikelijk klaslokaal. Dat blijkt goed mogelijk indien een absorberend plafond
wordt toegepast. De absorptiecoëfficiënt van 0.70 voor het plafondmateriaal is
gevonden via trial and error, tot de gemiddelde waarde van 35% is bereikt.
Dergelijke plafondmaterialen zijn te kust en te keur te koop en het
wemelt dus in Nederland van goed functionerende schoollokalen.
Tabel 1: Een schoollokaal van 8 × 6 × 3.25 m3
[[6]].
In een Excel-sheet is de dikgedrukte waarde net zo lang gevarieerd
totdat de gemiddelde absorptiecoëfficiënt onderin de tabel op 0.35
uitkwam. Open kasten met boeken absorberen en verstrooien het geluid
vaak zeer aardig. Tafels en stoelen leveren ook hun bijdrage. Ze kunnen
daarom in de berekening worden betrokken. Anderzijds is het lastig om
een nauwkeurig getal in de tabel in te voeren. Hier is 6 m2
aangehouden. De kinderen representeren ieder 0.5 m2
absorptie. Dat is net een beetje aan de hoge kant en geldt eerder voor
volwassenen.
|
oppervlak
|
absorptie-coëfficiënt
|
absorberend oppervlak
|
|
[m2]
|
[-]
|
[m2]
|
vloer
|
48
|
0.05
|
2.4
|
plafond
|
48
|
0.70
|
33.6
|
lange wand glas
|
26
|
0.05
|
1.3
|
lange wand met open kast
|
26
|
0.2
|
5.2
|
korte wand met bord
|
20
|
0.05
|
1.0
|
korte wand met open kast
|
20
|
0.2
|
4.0
|
meubilair
|
(-)
|
|
6
|
24 kinderen
|
(-)
|
|
12
|
|
|
|
|
totaal oppervlak
|
187
|
|
66
|
Volume [m3]
|
156
|
gemiddelde absorptiecoëfficiënt [-]
|
66/187 = 0.35
|
nagalmtijd [s]
|
0.40
|
Uit tabel 1 blijkt dat ca. 34 m2
geluidabsorptie in een schoolklas [[7]]
moet worden aangebracht in de vorm van speciaal geluidabsorberend
materiaal. In de tabel zit dat tegen het plafond, maar vanuit akoestisch
oogpunt maakt het niet uit waar dat gebeurt. Het mag dus ook op de vloer
of op de wanden, maar om praktische redenen wordt meestal het plafond
gekozen. Anderzijds is het vrijwel onmogelijk om 34 m2
absorptie geheel op de wanden kwijt te raken en een deel zal dus altijd
op het plafond moeten. Als tweede komt vooral de achterwand in
aanmerking [[8]].
Er is in het rekenvoorbeeld tamelijk veel absorberend
oppervlak toegekend aan twee wanden met open kasten en aan het meubilair. In
totaal is dat goed voor ruim 15 m2. Er zijn situaties (met name in het
middelbaar onderwijs) waar de aankleding van het lokaal "kaler" is. Zo’n ruimte
galmt hoorbaar sterker en de spraakverstaanbaarheid is er minder. Dat kan ten
dele worden gecompenseerd door een sterker absorberend plafond toe te passen. De
plafondwaarde van 70% in tabel 1 kan nog wel wat worden opgeschroefd.
De nagalmtijd als ontwerpparameter en als norm voor goede akoestiek
Het is gebruikelijker om de nagalmtijd als norm
te gebruiken dan de gemiddelde absorptiecoëfficiënt. Meestal opperen wij
bezwaren tegen de nagalmtijd als vaste norm omdat die afhangt van de
grootte van de ruimte. Maar omdat de grootte van schoollokalen in het basisonderwijs
nauwelijks varieert, vervalt dat bezwaar.
De nagalmtijd kwam in tabel 1 uit op 0.40 s. Dat
is berekend voor een klas met kinderen en meubilair. Tabel 2 geeft
dezelfde klas in lege staat, dus ook zonder boekenkasten. De gemiddelde
absorptiecoëfficiënt is gedaald van 35% naar 22%; de nagalmtijd stijgt
van 0.40 tot 0.64 s.
Tabel 2: Het schoollokaal van 8 × 6 × 3.25 m3
uit tabel 1, maar nu in lege staat.
|
oppervlak
|
absorptie-coëfficiënt
|
absorberend oppervlak
|
|
[m2]
|
[-]
|
[m2]
|
vloer
|
48
|
0.05
|
2.4
|
plafond
|
48
|
0.70
|
33.6
|
lange wand glas
|
26
|
0.05
|
1.3
|
lange wand kaal
|
26
|
0.05
|
1.3
|
korte wand met bord
|
20
|
0.05
|
1.0
|
korte wand kaal
|
20
|
0.05
|
1.0
|
|
|
|
|
totaal oppervlak
|
187
|
|
40
|
Volume [m3]
|
156
|
gemiddelde absorptiecoëfficiënt [-]
|
41/187 = 0.22
|
nagalmtijd [s]
|
0.64
|
Het ligt dus voor de hand om een nagalmtijd van
0.6 à 0.7 s voor te schrijven als maximale nagalmtijd in een leeg klaslokaal
(dus ook zonder meubilair).
In de praktijk wordt nog wel eens een langere nagalmtijd van 0.8 in het
bestek opgenomen. Als die waarde is bedoeld voor een meting in een lege
klas zonder kinderen is dat net een aanvaardbare waarde, maar de
meubilering (open kasten vooral) moet dan wel aan de absorptie en verstrooiing meewerken.
Een nagalmtijd van 1 s zoals die tot voor kort in het Bouwbesluit
stond is absoluut te lang
[[9]].
De foto’s illustreren ongeveer hoe de nagalmtijd
kan worden bereikt.

Foto 1: Dit leslokaal voldeed aan het toenmalige
bouwbesluit waarin een nagalmtijd van 1.0 s was vastgelegd. Er is gebruik
gemaakt van geperforeerde gipsplaten met glaswol aan de achterzijde; zie de
panelen met de aluminium rand. De hoeveelheid absorptie bedekte lang niet het
gehele plafond, maar dat was ook niet nodig om de eis van het bouwbesluit te
halen. Maar omdat die eis niet deugde ontstonden klachten van de leerkrachten.
Daarna is extra absorptie toegevoegd (de panelen met een houten rand)
[[10]].

Foto 2: De basis van de akoestiek van een schoollokaal is
een fikse hoeveelheid absorptie. Een goede spraakverstaanbaarheid wordt bereikt
met een absorberend oppervlak ter grootte van het plafondoppervlak. Maar dan
moeten er wel absorberende leerlingen aanwezig zijn. In de getoonde situatie is
wel degelijk een enigszins storende galm hoorbaar doordat de evenwijdige wanden
tot een “horizontaal galmveld” leiden. Daardoor is ook wat flutter hoorbaar.

Foto 3: Of veel meubilair en kasten het beeld verfraaien
staat ter discussie. Maar de nagalmtijd wordt nog wel degelijk verlaagd t.o.v.
de voorgaande foto doordat het geluid wordt verstrooid en de open kasten ook
nog wat absorptie toevoegen. Op een paar meter afstand van een spreker is de
spraakverstaanbaarheid “uitstekend”; achter in de klas vinden we in dit soort
situaties een spraakverstaanbaarheid op de grens van “goed” en uitstekend.

Foto 4: In sommige schoollokalen wordt het plafond ook benut
voor verwarming en/of koeling. Een gesloten systeemplafond is dan onmogelijk.
Nog steeds is een hoeveelheid absorptie ter grootte van het plafond het
startpunt van het ontwerp, maar de geluidabsorptie zal dan op de wanden moeten
worden aangebracht.
Les in een geluiddode kamer?
Als er een minimum is aan de hoeveelheid
absorptie, zou men dus mogen verwachten dat een geluiddode kamer de
ideale plaats is om les te geven. Aan de hand van figuur 5 wordt
uitgelegd waarom er, behalve een minimum, ook een maximum is aan de
gemiddelde absorptiecoëfficiënt.

Figuur 5: De sterkte van het vroege geluid bij
verschillende waarden van de absorptie; en in relatie tot de ruis in het
schoollokaal.
De figuur toont een curve "alleen direct geluid" die bij
maximale absorptie (dus 100%) zou worden gevonden. Het niveau daalt van 57 dB op
1 m tot 39 dB op 7 m afstand. Op zich is dat wellicht al lastig. Het is mogelijk
dat een leerkracht tegen iemand op de eerste rij vrij zacht spreekt, waardoor de
achterste rijen het nauwelijks verstaan. Een vlakker verlopende curve is
wellicht nastrevenswaardig, maar anderzijds zijn ons geen resultaten bekend van
dit soort onderzoek.
Wel onderzocht is de aanwezigheid van ruis in lokalen die
wordt veroorzaakt door de leerlingen zelf. Er wordt altijd wel geschuifeld met
voeten, geademd, geritseld met papier, enz. Dat veroorzaakt meestal een
ruisniveau ergens tussen 40 en 45 dB. Ook dat staat uitgezet als grijze zones in
figuur 5.
De figuur toont ook vijf curven van de sterkte van het vroege
geluid indien de absorptiecoëfficiënt afneemt van 70% naar 20%. Die curven lopen
vlakker dan het directe geluid en met name de curven van 30% en 20% liggen boven
het ruisniveau. Aangetoond kan worden (zie nogmaals webpagina B.23.1) dat 30% de
minimale absorptiecoëfficiënt vormt en dat het maximum ongeveer bij 40% ligt.
Dit is inclusief absorptie door
kinderen en meubilair [[11]].
Omgerekend in een nagalmtijd komt dat neer op waarden tussen 0.5 en 0.7
s voor een leeg (ook zonder meubilair en kasten) klaslokaal.
Soms dringt in een klaslokaal ook ruis van
buiten door. Het moge duidelijk zijn dat een extern ruisniveau boven 35
dB schadelijk is voor de spraakverstaanbaarheid. Figuur 5 zou dan de
indruk kunnen wekken dat de absorptie beter verlaagd kan worden. Dat is
echter niet het geval omdat dan ook het geluidniveau van de binnendringende ruis hoger
wordt.
Stemverheffing van de leerkracht
Alle geluidniveaus (SPL) uit de figuren 1 t/m 5
zijn berekend voor een leerkracht op conversatie-sterkte. Als de
leerkracht 6 dB harder zou spreken, gaan alle curven 6 dB omhoog. Maar
harder spreken helpt niet om de spraakverstaanbaarheid (U50
in de figuren 2 en 3) te vergroten; de onderlinge verhoudingen tussen
direct, vroeg en laat geluid blijven precies hetzelfde en de gewenste
waarde van 35% absorptie blijft onverkort gelden. Stemverheffing helpt
weer wel om de spraakverstaanbaarheid te vergroten indien er ruis
van kinderen of externe ruis aanwezig is. In figuur 5 stijgen de curven, maar
blijven de grijze gebieden op hun plaats. Het is, gezien de heersende
ruisniveaus, dan ook wenselijk en gebruikelijk in een klaslokaal dat een
leerkracht 3 tot 6 dB harder spreekt dan "conversatieniveau"
[[12]].