De praktijk
De eigenschappen van nagalmcurven uit de voorgaande theoriedelen hebben consequenties voor de praktijk. Die zullen in dit theoriedeel enigszins worden behandeld. Daarna wordt verwezen naar een artikel waarin op de praktijk wat nader wordt ingegaan.
Gestart wordt met een voorbeeld van een sportzaal. Allereerst is een (grote) sportzaal vaak sterk niet-kubisch, maar bovendien is een sportzaal altijd erg leeg, waardoor verstrooiende elementen ontbreken die in klaslokalen, huiskamers, restaurants, kantoren, enz, enz, de nagalmtijd aanzienlijk kunnen verlagen. Het voorbeeld betreft een grote sportzaal van 70 × 25 × 12 m3, zodat de lengte dus ongeveer zes maal de hoogte is.
In tabel en figuur 1 staat een voorbeeld van drie nagalmcurven. De bovenste (zwarte) curve wordt berekend in een ruimte waarvan alle oppervlakken een 10% absorberen. Dan wordt dus aangenomen dat die vlakken een klein beetje absorberen (10%), want glas en beton halen nog wel lagere absorptiewaarden. Zoals te verwachten, wordt een nagalmtijd gehaald van ruim 6 s, terwijl de sterkte van het galmveld van één spreker 48 dB bedraagt op een afstand van 14.5 m van de bron. Die afstand is bewust gelijk gekozen aan de gemiddelde vrije weglengte mfp.
Tabel 1: Enkele grootheden berekend met drie verschillende absorptieverdelingen. Zie daartoe het onderschrift van figuur 1. De grootheid STI is de speech transmission index. Die is (nog) slechts summier behandeld in de site. Het geeft een getal tussen 0 en 1. Waarden onder 0.30 worden als "slecht" beoordeeld. Het betekent eigenlijk dat spraak onverstaanbaar is. Uitstekende spraakverstaanbaarheid treedt op bij STI > 0.75. Dat zijn waarden die in een klaslokaal gewenst zijn, maar voor een sportzaal op 14 m kan met een lagere waarde genoegen worden genomen.
absorptieverdeling |
Vol |
S |
α |
A |
RT |
EDT |
RT |
SPL |
STI |
alles 10% |
21000 |
5780 |
0.10 |
578 |
5.9 |
6.7 |
6.5 |
48.0 |
0.26 |
70% op plafond |
21000 |
5780 |
0.28 |
1628 |
2.1 |
4.3 |
6.1 |
42.9 |
0.45 |
18% 34% 71% |
21000 |
5780 |
0.28 |
1628 |
2.1 |
1.8 |
1.7 |
42.8 |
0.51 |
Figuur 1: Drie nagalmcurven (schroedercurven) in een sporthal van 70 × 25 × 12 m3.
In de bovenste curve hebben alle oppervlakken R = 0.9, dus 10% absorptie; het totaal absorberend oppervlak is dan 578 m2.
In de middelste curve heeft het plafond 70% absorptie, terwijl de wanden gelijk blijven. Het totaal absorberend oppervlak stijgt naar 1628 m2. In de onderste curve is dit absorberend oppervlak gelijk, maar de verdeling is gebaseerd op het minimaliseren van de nagalmtijd. Plafond en vloer hebben een absorptiecoëfficiënt van 18%, de lange wanden hebben 34% en beide kopse wanden 71%.
De berekening is uitgevoerd in Catt Acoustic waarbij alle wanden een diffusiecoëfficiënt hebben van 10%. Hat kan dus nog ongunstiger bij volledige spiegeling.
De middelste (blauwe) lijn geeft dezelfde hal maar nu is een absorberend plafond aangebracht met een absorptiecoëfficiënt van 70%. We zien een verlaging van het galmniveau met ruim 5 dB. Echter, het model voorspelt dat de nagalmtijd vrijwel niet afneemt. Dat is te zien aan de rode curve. Tussen t = 0 en t = 0.3 s is de helling van de rode curve iets steiler dan van de bovenste curve, maar boven t = 0.2 zijn de hellingen gelijk. Dat komt dus doordat de reflecties tussen de kopse wanden blijven doorklinken.
Als de nagalmtijd moet worden verlaagd kan de absorptie maar beter op de kopse wanden worden aangebracht. Dat toont de onderste (rode) curve. Deze hal heeft bij elkaar precies evenveel vierkante meters absorptiemateriaal als de voorgaande waar alles aan het plafond zat, maar de reflecties tegen de kopse wanden worden afdoende bestreden. De nagalmtijd is, volgens het spiegelbronnenmodel, slechts 1.7 s, hetgeen zelfs nog iets onder de Sabinewaarde ligt [[1]. Echter, de sterkte van het geluid (de waarde van de curven op t = 0) daalt slechts een paar tienden van een dB. Deze ingreep heeft dus vrijwel geen invloed op net geluiddrukniveau en bijvoorbeeld de spraakverstaanbaarheid.
Het geluidniveau en de spraakverstaanbaarheid
In de rij onderwerpen binnen deze site moet de spraakverstaanbaarheid nog aan de orde komen. Toch willen we er in dit voorbeeld al even op wijzen. Er zijn twee effecten waardoor ook de toevoeging van een absorberend plafond (de blauwe curve) een grote verbetering teweeg brengt:
De blauwe curve heeft een vrij sterke afval over de eerste paar dB's. Dat is een beetje in EDT terug te vinden, maar die rekent over 10 dB, hetgeen eigenlijk al te lang is. Als gevolg van dit effect stijgt STI van 0.26 naar 0.45. Een waarde van 0.26 betekent dat spraak "slecht" te verstaan is; bij STI = 0.45 is de verstaanbaarheid "redelijk".
Doordat het geluidniveau in het blauwe geval 5 dB lager is dan in het zwarte, is de verhouding tussen spraak en galm 5 dB beter [[2]]. In sportzalen is dit effect zeker zo belangrijk als het spraakverstaan in galm.
Beide effecten worden nog een klein beetje versterkt door de overgang van de blauwe naar de rode curve, maar de grote winst is toch gehaald door de hoeveelheid absorptie. De verdeling over de ruimte doet er een stuk minder toe. Die dient ter bestrijding van galm.
Flutters en de kwaliteit van een ruimte
Een probleem is nog wel dat de norm (voor sportzalen) wordt gegeven met behulp van de nagalmtijd. Op die gronden worden dus zowel het zwarte als het blauwe geval afgekeurd. Uit de voorgaande paragrafen zou dus kunnen worden geconcludeerd dat de norm niet deugt, want zowel het geluidniveau als de spraakverstaanbaarheid zijn (voor een sportzaal) wel in orde.
Er is echter nog een probleem: de hoorbaarheid van fluttercho's. Die zijn niet vermeld in de tabel om de eenvoudige reden dat er geen grootheid bestaat om ze te karakteriseren. Er is eigenlijk nog geen zinnig woord over de hinderlijkheid te zeggen. Daar wordt in het volgende artikel wat dieper op ingegaan.
Akoestische problemen in sportzalen |
Lau Nijs |
2009 |
Een te lange nagalmtijd in een sportzaal kan worden veroorzaakt door een gebrek aan absorptie of door flutterecho's, die meestal ontstaan tussen de wanden als alle absorptiematerialen op het plafond en aan de bovenzijde van de wanden zijn geconcentreerd. Als bij meting de geluidsterkte G en de early decay time EDT te hoog zijn, is de hoeveelheid absorptie te laag. Indien EDT en G wel in orde zijn, is de verdeling van de absorptie over de ruimte problematisch. Absorberende en/of verstrooiende materialen in de onderste meters van de wanden bieden dan soelaas om flutterecho's te bestrijden, waarbij nog onbekend is in hoeverre hoorbare flutters ook hinderlijk zijn en bestrijding noodzakelijk is. De spreiding in EDT en G is overigens wel te groot om daaruit een alternatieve kwaliteitsmaat af te leiden. |
