28/11/2013
Inleiding Bouwakoestiek Over het ‘HOE’ en ‘WAAROM’ Studiedag CEDUBO 10-12-2013 ‘BEHEER VAN GEBOUWEN’ Provinciaal Centrum voor Milieuonderzoek Claude Bataillie
Begrippen ‘bouw’akoestiek • Geluid: wat? • Intensiteit vv.h. h geluid – geluidsdrukniveau: Lp • Decibel • Evolutie van het Lp in de tijd • A-gewogen Equivalent geluidsdrukniveau: LAeq,T • Statistische analyse • Frequentie, F ti golflengte, lfl t snelheid lh id van h hett geluid l id • Frequentieanalyse
1
28/11/2013
Begrippen ‘bouw’akoestiek • Geluidsuitbreiding: type bronnen – Buiten (vrije veld) – Binnen (vrije veld + nagalmveld) – Reflecties • Nagalmtijd – Geluidsabsorptie -absorptiecoëfficiënt • Geluidsisolatie G l id i l ti • Geluidsisolatieindex • Onderscheid ISOLATIE – ABSORPTIE: voorbeelden
Basis akoestiek
2
28/11/2013
Geluid – wat? • Geluid = "het opwekken, de voortplanting en de ontvangst van trillingsenergie onder de vorm van golven in een elastisch medium …
Snelheid(c) – frequentie(f) –golflengte()
Geluidsnelheid: c =/T =.f = 343 m/s (20°C)
3
28/11/2013
Longitudinale golven
Transversale golven Vb.1: Golven op wateroppervlak
Vb.2: buiggolven op een plaat: -vrije -gedwongen d -> > bij invallend geluid
Geluidsdrukniveau – decibel Lp = 10 x Log (p²/p²0) 20 x Log L (p ( / p0) p0 = 2.10-5 Pa
4
28/11/2013
Geluidsvermogenniveau
Lw = 10 x Log (W/W0) W0 = 1 pW
SOM en VERSCHIL van Lp 10 x 80 = 90 dB 100 x 80 = 100 dB 1000 x 80 = 110 dB … 80 + 70 = 80 dB 80 – 70 = 80 dB
5
28/11/2013
Hoe luid klinkt het nu ? Geluidsreducties:
0 dB
1 dB
3 dB
10 dB
20 dB
Geluidsdrukniveau Voorbeelden
•Stille gebieden overdag:
< 35 dB(A)
•Verkeersgeluid naast weg:
65 – 75 dB(A)
•Muziekgeluid dancing:
95 – 105 dB(A)
6
28/11/2013
Equivalent geluidsdrukniveau %001.M24 in Calculations
dB 80
Energetisch gemiddelde 70
60
LAeq,T = 55,7 50
40
30 19:08:00
19:09:00 19:10:00 19:11:00 LAeq Cursor: 23/03/2003 19:08:00 - 19:08:01 LAeq=45,8 dB
19:12:00
19:13:00
19:14:00
19:15:00
19:16:00
19:17:00
19:18:00
Statistische analyse %001.M24 in Calculations
dB 80
LA5,T = 59,7
70
LAeq,T = 55,7
60
LA50,T = 52
50
40
LA95,T = 39,3 30 19:08:00
19:09:00 19:10:00 19:11:00 LAeq Cursor: 23/03/2003 19:08:00 - 19:08:01 LAeq=45,8 dB
19:12:00
19:13:00
19:14:00
19:15:00
19:16:00
19:17:00
19:18:00
7
28/11/2013
Frequentie analyse 1
samengestelde
Ruis Tonale ruis
f 2xf
Regenbui
4xf
Frequentie analyse 2 Octaafband analyse 70 60
40 30 20 10
00
00
00
00 0 16
80
40
20
0
0
5
00 10
50
25
12
63
31
,5
0 16
Lp (dB)
50
Frequentie (Hz)
8
28/11/2013
Frequentie analyse 3 Tertsbandanalyse 70 60
Lp (dB)
50 40 30 20 10
80 12 5 20 0 31 5 50 0 80 0 12 50 20 00 31 50 50 00 80 0 12 0 50 20 0 00 0
20 31 ,5 50
12
,5
0
Frequentie (Hz)
Frequentie analyse 4
• Smallere Bandbreedte mogelijk: – 1/12 octaaf – 1/24 octaaf – 1/48 octaaf t f • Smalband analyse FFT
9
28/11/2013
Frequentiegevoelig gehoor
A-weging
10
28/11/2013
A-weging Octaafband analyse 70 60
Lp p (dB)
50
zonder
40 30 20 10
0
00 80
16 00
00
00 20
40
0
00
50
10
0
5 12
25
,5
63
31
16
0
Frequentie (Hz)
Octaafband analyse 45 40 35
Lp (dB)
30
met
25 20 15 10 5 0 16
31,5
63
125
250
500
1000 2000 4000 8000 16000
Frequentie (Hz)
Geluidsuitbreiding BUITEN
11
28/11/2013
Geluidsoverdracht
Geluidsuitbreiding – buiten: vrije veld Lp = Lw – 10. Log(S) + 10. Log q Puntbron (geen directiviteit): Lp = Lw – 20.Log (r) - 11 Lijnbron (geen directiviteit): L =L Lp Lw -10.Log 10 L ((r)) - 8 Vlakke bron: Lp = constant
12
28/11/2013
Types Geluidsbronnen Puntbron: - 6 dB per afstandsverdubbeling
Lijnbron: - 3 dB per afstandsverdubbeling
Vlakke bron: 0 dB per afstandsverdubbeling
Geluidsuitbreiding – buiten: vrije veld Geluidsuitbreiding: Puntbron – Lijnbron:
13
28/11/2013
Geluidsuitbreiding BINNEN
Geluidsuitbreiding –binnen • Geluidsvermogenbalans: ONDERSCHEID : ! ABSORPTIE ISOLATIE !
14
28/11/2013
Geluidsuitbreiding – binnen • Duidelijk verschil met open lucht – vrije veld. • Aanwezigheid van begrenzing reflecterende oppervlakken absorberende oppervlakken oppervlakken, • Geluidsenergie wordt verdeeld over: – Gereflecteerd geluid – Geabsorbeerd geluid – Geluid doorgelaten doorheen de begrenzende oppervlakken GELUID ISOLATIE • Reflectie, absorptie en isolatie frequentieafhankelijk • Reflecties opbouw van GALMVELD
Nagalm, Geluidsabsorptie
15
28/11/2013
Reflectie, spiegelbron, galm • Eén puls
Bron TU Delft
• Constante stroom geluidspulsen geluidsveld van gereflecteerde golven: het GALMVELD
Geluidsuitbreiding – binnen • Onderscheid van 3 soorten binnenruimtes – Zeer kleine ruimtes: • afmetingen niet groot t.o.v. van beschouwde geluid – Zeer grote ruimtes: • Zeer grote afmetingen t.o.v. van beschouwde geluid • “nagalmveld” vertoont afname in functie van afstand
16
28/11/2013
Geluidsuitbreiding – binnen • Onderscheid van 3 soorten binnenruimtes – ‘Normale ruimtes’: • Afmetingen Afmetingen* groot tt.o.v. o v van beschouwde geluid • *Afmetingen gemiddelde vrije weglengte : d = 4V/S hxbxl=2,7x4x5 d~ 2,5m f ~ 138 Hz • nagalmveld constant • Diffuus nagalmveld: – Homogeen : geluidsintens. onafhankelijk van locatie – Isotroop : onafhankelijk van de richting
Geluidsabsorptie • Begrenzende oppervlakken reflecteren - absorberen niet perfect: – Bij absorptie : absorptiefactor:
= Ea / Ei
– Bij reflectie : reflectiefactor:
r = Er / Ei
– Verband absorptie – reflectie:
=1-r
• 100% absorptie p •
=1
– waarden: eenheid loos empirisch bepaald
• metingen onder genormeerde omstandigheden - in galmkamers met diffuus geluidsveld .
17
28/11/2013
Nagalmtijd • Nagalmtijd ~ Volume ~ 1/ absorptie • Nagalmtijd bij een bepaalde frequentie: Tijd die overeenstemt met een afname in geluidsdrukniveau van 60 dB (één miljoenste van de oorspronkelijke geluidsenergie)
Sabine – Formule van • Formule van SABINE: (regelmatige ruimtes – diffuus veld) – Tg = 0,161 . V / A – A = A1 + … + An = S + … + nSn
• T in s • V in m³ • A in m² • 0,161 in s/m
– Formule geldig in lucht bij 20°C c = 343 m/s – Eenheid absorptie: de ‘Sabine’ Sabine = equivalent van 1m 1m² perfect absorberende oppervlakte = 1m² ‘open raam’
18
28/11/2013
Sabine – Formule van • Formule van SABINE bij luchtabsorptie aanpassing voor hoge frequenties: – Tg = 0,161 . V / (A + 4mV) – ‘m’ verzwakkingscoëfficiënt (eenheid 1/m), afhankelijk van temp., vochtigh. en frequentie
Nagalmtijd • Nagalmtijd niet te groot, ook niet te klein samenhangend met gebruik of functionaliteit van de ruimte samenhangend met persoonlijke voorkeuren • Voorbeelden: Ruimtetype Gewenste Tg (s) Huiskamer 0,5 Collegezaal 0,5 ‐ 1,0 0,5 1,0 Bioscoop 0,7 ‐ 1,0 Schouwburg 0,9 ‐ 1,3 "Kleine zaal" 1,2 ‐ 1,5 Opera 1,2 ‐ 1,6 Concertzaal 1,7 ‐ 2,3 Kerk 1,5 ‐ 2,5 Bron: dr. Ir. D. De Vries
19
28/11/2013
Direct geluidsniveau • Direct veld: puntbron 6 dB reductie per verdubbeling afstand • Gelijkaardig aan uitbreiding buiten • Lpd = Lw + 10. Log (Q/4..r²) = Lw – 20.Log(r) 20 Log(r) - 11 + 10.LogQ 10 LogQ – – – –
Q=1 Q=2 Q=4 Q=8
+ 0 dB + 3 dB + 6 dB + 9 dB
bron vrij in de ruimte bron tegen één wand bron tegen scheiding van twee wanden bron tegen scheiding van drie wanden
Gereflecteerd geluidsniveau • Diffuus nagalmveld: – Homogeen : geluidsintens. onafhankelijk van locatie – Isotroop p : onafhankelijk j van de richting g
• Lpr = Lw + 10. Log (4/A) – A = absorptie = . S (in “m² open raam”)
Lpr = 10. Log (Ana / Avoor)
•
(A na / A voor)
Lpr (dB)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
in diffuus veld
13
14
15
0,0 3,0 4,8 6,0 7,0 7,8 8,5 9,0 9,5 10,0 10,4 10,8 11,1 11,5 11,8
20
28/11/2013
Direct en gereflecteerd geluidsniveau • Absorptiecoëfficiënten van enkele materialen:
Direct en gereflecteerd geluidsniveau • Som Direct veld en gereflecteerd veld:
Lptot = Lpd + Lpr
• Lptot = Lw + 10. Log [(Q/4..r²) + (4/A)]
21
28/11/2013
Geluidsabsorptie • Geluidsabsorptiemechanismen: – 1/ materiaal met porositeit: glaswol, rotswol … – 2/ resonantie: ti materialen t i l mett resonantieholten ti h lt (perforaties) ( f ti ) – 3/ membraan of paneelwerking
• Geluidsabsorptie ook afhankelijk van invalshoek geluid
Geluidsabsorptie • Beste absorptie bij dikte = / 4 • figuur • Voorbeeld combinatie paneel absorber met resonatorwerking en poreus materiaal:
• Geluidsabsorptie ook afhankelijk van invalshoek geluid
22
28/11/2013
Geluidsisolatie
Luchtgeluidsisolatie • Geluidsisolatie => geluidsverzwakkingsindex R = - 10 . Log (d) – d = transmissiecoëfficiënt – d = Wd / Wi
• Bruto geluidsisolatie: – D = Lz – Lo
• Genormaliseerde G li d Bruto B t geluidsisolatie: l id i l ti – Dn = D – 10 . Log ( A / A0)
met voor België:
A0 = 10 m²
– Dn = D – 10 . Log ( T / T0)
met voor Nederland:
T0 = 0,5 s
23
28/11/2013
Luchtgeluidsisolatie • Bepalende elementen: schematische voorstelling
Bron: ‘Handbook for Sound Engineers’ 2nd Edition
Luchtgeluidsisolatie • Bepalende elementen: – Oppervlaktemassa MASSAWET: • R = 20 . Log (f.m) -42 • Geldig voor loodrechte inval van geluid • [m] = kg/m² / [ f ] = Hz / R = geluidsisolatie • In praktijk (wisselende invalshoeken): R = 20 . Log (f.m) -47 6 dB winst per verdubbeling m –f
R
24
28/11/2013
Luchtgeluidsisolatie • Bepalende elementen: – Lage frequenties:
“resonantiefrequentie”
resonanties: R – Coïncidentie: ontstaan van buiggolven in vaste materialen “fc” – “grensfrequentie” freq. buiggolven = freq. invallend geluid : de laagste INVALSHOEK waarbij eerste coïncidentie optreedt : fc sin()= / b met invalshoek in graden R
Luchtgeluidsisolatie • Grensfrequentie - enkele voorbeelden voor klassieke bouwmaterialen: Grensfrequenties (fg) Grensfrequenties (f Materiaal
Dikte (cm)
Grensfrequentie (Hz)
Bakstenen muur
25,40
67
Betonmuur
20,32
100
Bakstenen muur
12,70
130
Multiplex hout
1,91
700
Glasplaat
0,64
1600
Gipskartonplaat
1,25
2800
Bron: ‘Handbook for Sound Engineers’ 2nd edition Berekening op basis van 'Rettinger' ‐ 'Acoustic Design and Noise Control'
25
28/11/2013
Luchtgeluidsisolatie • Probleem: hoge oppervlakte massa’s bieden doorgaans hoge stijfheid – Verlaagde fg voor coïncidenties coïncidentiedips ! verlaagde geluidsisolatie • Compromis: buigslappe voorzetwanden:
Bron: ‘HCA- Cursus Bouwakoestiek – Prof. Vermeir
Luchtgeluidsisolatie • Isolatie - waarden: • Spectraal:
26
28/11/2013
Luchtgeluidsisolatie • Isolatie - waarden: • Bepaling Rw (ISO 717) werkt met refentiecurven
Luchtgeluidsisolatie •
Waarden Rw – waarden: één-getalsaanduiding
ff (Hz) ( ) 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150
Ref Curve (dB) fC (d ) Meetwaarden (dB) d (d ) 33 33 36 36 39 38 42 40 45 44 48 46 51 50 52 54 53 57 54 57 55 60 56 62 56 61 56 60 56 61 56 62
Verschoven Ref C (dB) h f C (d ) 36 39 42 45 48 51 54 55 56 57 58 59 59 59 59 59
Verschil hil ‐3 ‐3 ‐4 ‐5 ‐4 ‐5 ‐4 ‐1 0 0 0 0 0 0 0 0 ‐29 Gemidd. onderschrijding ‐1,81 <2
27
28/11/2013
Luchtgeluidsisolatie • Rw (C,Ctr): – C: correctie voor roze ruis weinig laagfrequent geluid – Ctr: correctie voor stadsverkeer veel laagfrequent geluid • Rw : Rw is een globale eenheid: – eenzelfde eenheid kan met verschillende akoestische isolatiecurves overeenstemmen ! • Meer informatie wordt bekomen door de curve van de Rverzwakkingsindex rechtstreeks te vergelijken met het geluidsspectrum:
Bron: ‘Rockfon Website’
Contactgeluidsisolatie • In praktijk bepaald door gebruik van genormaliseerde “hamermachine” Bron: Coflex Bouw en Infra - website
Bron: Technisch bureau Van Eeden - www.tbve.nl
28
28/11/2013
Contactgeluidsisolatie • Weergegeven door genormaliseerd geluidsdrukniveau van het contactgeluid (klopgeluid) in de ontvangstruimte • In België: Ln = Lc + 10.Log ( A / A0) met: Ln : genormaliseerd contactgeluidniveau Lc: contactgeluidniveau A0 = 10 m²
• OPGELET ! Hoe lager deze waarde hoe minder klopgeluid in ontvangstruimte hoorbaar hoe BETER de contactgeluidsisolatie !!!
Contactgeluidsisolatie • Eéngetals-aanduiding (ISO 717): LnW – “Genormaliseerd, gewogen contactgeluidsniveau”
•
B Bepaling li gelijkaardig lijk di aan bepaling b li Rw
• Gebruik van “referentiecurve” • Let op ! Gemiddelde nemen van de “overschrijdingen” t.o.v. verschoven referentiecurve. • Voorbeeld: Lnw = 64 dB f (Hz) Ref Curve (dB) Meetwaarden (dB) Verschoven Ref C (dB) Verschil
100 62 62 66 0
125 62 63 66 0
160 62 63 66 0
200 62 65 66 0
250 62 66 66 0
315 62 67 66 ‐1
400 61 66 65 ‐1
500 60 65 64 ‐1
630 59 64 63 ‐1
800 58 63 62 ‐1
1000 57 62 61 ‐1
1250 1600 2000 2500 3150 54 51 48 45 42 61 57 55 54 52 58 55 52 49 46 ‐3 ‐2 ‐3 ‐5 ‐6 ‐25 Gemidd. overschrijding ‐1,56 <2
29
28/11/2013
Samenvatting: ─ Overzicht basisparameters geluid: ─ Geluidssterkte, dB, frequentie, golflengte, parameters voor fluctuerende g p geluiden ((Leq,T eq T, statistische niveaus) ─ Meettechnieken - geluidsmeters - frequentieanalyse ─ Geluidsuitbreiding, buiten, binnen: direct veld nagalmveld
─ Reflecties, nagalmveld, nagalmtijd absorptie ─ Geluidsisolatie ─ Luchtgeluid ─ Contactgeluid 59
Referenties: • Overzicht basisparameters geluid: − − − − − − − −
Bruël & Kjaer – website P f Dr. Prof. D IIr. G G. Vermeir V i (2012) ‘Cursus ‘C Bouwakoestiek’ B k ti k’ – HCA Prof. Dr. Ir. De Vries (2003) ‘Cursus Zaalakoestiek’ – HCA Prof. E. Gerretsen (2003) ‘Cursus Bouwakoestiek’ – HCA 01dB Mediacoustic ‘Teaching Acoustics by Computer’ - cd Glen M. Ballou (1998) ‘Handbook for Sound Engineers’ Prof. Dr. H. Myncke en Dr. A. Cops (1985) ‘Lawaaibeheersing’ ‘TU Delft Library’ - website
60
30
