Schaalmodelstudie ter verbetering van het akoestisch klimaat in een street canyon

Schaalmodelstudie ter verbetering van het akoestisch klimaat in een street canyon Laurent Dragonetti

Promotoren: prof. dr. ir. Dick Botteldooren, prof. dr. ir. Timothy Van Renterghem Begeleider: Pieter Thomas Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master in de ingenieurswetenschappen: architectuur

Vakgroep Informatietechnologie Voorzitter: prof. dr. ir. Daniël De Zutter Faculteit Ingenieurswetenschappen Academiejaar 2009-2010

VOORWOORD Er resten mij nog enkele dagen voor het verstrijken van de deadline. Ik heb nog wel wat werk, maar ik neem toch even de tijd om stil te staan bij de totstandkoming van deze scriptie.

Afstuderend als laatstejaarsstudent aan het middelbaar onderwijs dient een cruciale keuze te worden gemaakt. Reeds jaren voor zelf dit punt te hebben bereikt, was ik ervan overtuigd verder te studeren aan het conservatorium. Echter, enkele maanden voor de ingrijpende keuze moest worden gemaakt, stak mijn LEGO-verslaving weer de kop op. Zonder veel te weten van architectuur schreef ik mij in als 1e bachelor. Met het schrijven van dit eindwerk zet ik een punt achter een periode van onschatbare waarde waaruit ik bijzonder veel heb geleerd.

De keuze om een eindwerk te schrijven over akoestiek was dan ook in zekere zin voor de hand liggend. Zeker de stedelijke akoestiek sluit bijzonder goed aan bij mijn twee grote interesses. Zonder de tussenkomst van heel wat personen was ik er nooit in geslaagd dit werk tot een goed einde te brengen, het is dan ook op zijn plaats enkelen daarvan persoonlijk te bedanken.

In eerste instantie dien ik Prof. Dick Botteldooren en Prof. Timothy Van Renterghem van harte te bedanken. Jullie gaven mij de kans als vreemde eend uit een andere vakgroep te mogen deelnemen aan jullie boeiend onderzoek. Ondanks jullie drukke agenda’s stonden jullie op ieder moment klaar om mijn vele vragen te beantwoorden. Steeds vriendelijk en enthousiast kleuren jullie de aangename sfeer van de akoestische groep.

Onnoemelijk veel dank ook aan Pieter voor de goede begeleiding en aangename samenwerking. ’s Avonds, ’s nachts, overdag,… altijd klaar om mij te helpen met de problemen waarmee ik dagelijks werd geconfronteerd. Ik vermoed dat ik nu nog zou staan meten, ware het niet dat ik steeds op jou kon rekenen. Ook de bemoedigende emails tijdens de laatste week waren een opsteker en motiveerden om door te zetten.

Luc Haentjens ben ik dankbaar voor de talrijke maanden dat ik gebruik mocht maken van jouw atelier. Je was ontzettend aangenaam gezelschap om de vele uren samen mee door te brengen. Steeds paraat om mij te helpen met alles wat er moest gemaakt worden voor de opstellingen. Van de eerste dag in september tot de allerlaatste meetproef kon ik rekenen op jouw bereidwilligheid. Hartelijk dank daarvoor.

Een woord van dank is ook op zijn plaats voor Murata Netherlands voor het verstrekken van de ESTD02 tweeter, welke frequent werd gebruikt voor de schaalmodelmetingen. Ook dank aan BSWA TECH voor het gebruik van de omnidirectionele geluidbron tijdens de in situ meting.

Mijn goede vriend Tbo, bedankt voor de aangename middagpauzes, maar de spaghetti’s ben ik nu wel even beu gegeten. Dank u wel Kris, om mij te helpen met de eerste matlab-scripties. Ook mijn broer Régis moet ik persoonlijk bedanken voor de helpende hand tijdens het versleuren van al het materiaal. Francies, Kathleen, Lisa, Sarah, oma en mijn vriendin Emmy, hartelijk dank voor de goede zorgen tijdens de weekends en de mogelijkheid om ongestoord te kunnen werken.

Woorden schieten te kort voor de laatsten die ik wil bedanken, mijn ouders. Heel bijzondere dank voor alle kansen die ik van jullie heb gekregen en om mij ruimte te geven mijn eigen interesses te ontwikkelen. Dank u wel voor alles.

Laurent Dragonetti, juni 2010

TOELATING TOT BRUIKLEEN

"De auteur geeft de toelating deze masterproef voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van de masterproef te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze masterproef."

Laurent Dragonetti, juni 2010

SCHAALMODELSTUDIE TER VERBETERING VAN HET AKOESTISCH KLIMAAT IN EEN STREET CANYON door LAURENT DRAGONETTI Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van MASTER IN DE INGENIEURSWETENSCHAPPEN : ARCHITECTUUR AFSTUDEERRICHTING ARCHITECTUURONTWERP EN BOUWTECHNIEK

Academiejaar 2009–2010 Promotoren: PROF. DR. IR. D. BOTTELDOOREN, PROF. DR. IR. T. VAN RENTERGHEM Scriptiebegeleider: IR. PIETER THOMAS Faculteit Ingenieurswetenschappen Universiteit Gent Vakgroep Informatietechnologie - Akoestiek Voorzitter: PROF. DR. IR. D. DE ZUTTER

Samenvatting Stedelijke akoestiek levert intrinstiek een bijdrage aan de perceptie van de architecturale ruimte in casu ‘de stad’. Deze scriptie gaat op zoek naar de mate waarin het schaalmodel kan dienen als onderzoeksmodel in de stedelijk akoestiek. De verdeling van het geluidveld wordt opgemeten in een gedetailleerd schaalmodel van een bestaande straat en vergeleken met een in situ meting van diezelfde straat. Een tweede multi-functioneel schaalmodel wordt opgebouwd om diverse stedelijke configuraties te kunnen simuleren. Voor de street canyon configuratie wordt er een nieuw gevelontwerp voorgesteld ter verbetering van het akoestisch klimaat. De nieuwe geveltextuur wordt op verschillende wijze opgesteld en getest voor diverse straatbreedtes.

Trefwoorden stedelijke akoestiek, schaalmodel, street canyon

EXTENDED ABSTRACT

A SCALE MODEL EXPERIMENT TO IMPROVE THE ACOUSTICAL ENVIRONMENT IN A STREET CANYON LAURENT DRAGONETTI Supervisor(s): Dick Botteldooren, Timothy Van Renterghem and Pieter Thomas Abstract – Reverberation increases the sound levels in street canyons and could also aversely influence perceived quality of the sound. Detailed city architecture has a strong influence, as diffuse reflecting façades tend to lower the reverberation. In order to optimize the sound field, knowledge of the influence of façade geometry on the sound field must be gathered. Scale models are often used for this purpose. In order to validate the reproducibility of the sound field in the scale model, a 1/30 scale model of an existing 105 m long street canyons has been constructed, including full façade details, to an extent that exceeds all previous work. Measurements of the sound pressure level distribution at full scale are compared to the scale model. Modern architecture can be characterized by its smooth and acoustically rigid façades, leading to high levels of reverberation, especially in long and small street canyons. To improve the acoustic environment in a street canyon, several new architectural façade configurations have been proposed. The new façades react explicitly on the acoustical and architectural space, which dominate the perception of the urban environment. keywords - urban acoustics, scale model, street canyon

I. INTRODUCTION City centers are mostly configurated by long and narrow streets. Moving from place to place, the chosen path is often a subconscious consequence of psychological influences formed by the mind. The two main sensual aspects that interact with the psychological space are the visual and the aural. That’s why we will always try to avoid noisy and unpleasant places, even by taking a much longer path on our way to our destination. These two sensual aspect are too often seen as separated scientific disciplines, categorized in architecture and acoustics. Architects often neglect the notion of soundscapes and acoustici ignore the architectural space, causing those noisy and

unpleasant places. Therefore it’s quite interesting to combine the two separate disciplines, leading to a new visual en acoustical perception of the urban environment. This can be done by interpret physical acoustic laws and implement them in new architectural surfaces which can anticipate on the existing environment, not by changing its spacial configuration, but by designing a new skin for the urban core. For this purpose we define a new term, called ‘architexture’.

II. VALIDATION OF A SCALE MODEL For the study of the sound propagation in a street canyon a 1/30 scale model has been constructed. The advantage of the use of a scale model is that the physical acoustic laws to not need to be interpreted. Nevertheless, several assumptions regarding geometrical deviations and physical distortions, as the excess of the atmospheric absorption and the radiation patron of the sound source, need to be made or corrected. For the architectural interpretation the use of a scale model is a very handy instrument. Before analyzing the new architectural skins, it’s necessary to validated the accuracy of the scale model as a research method to investigate the sound field.

A. Detailed scale model The building façades in a city centre are often highly detailed planes with ornaments and other surfaces irregularities. The different surfaces act like diffuse boundaries which create a diffuse sound field within the street. Therefore, it’s necessary to build a very accurate scale model which can be compared to a real existing street. Before being able to construct the model, a 3D simulations had to be made to provide insight in the very detailed structure of the building façade. After dividing the model into planes and pieces, a

scaled 2D CAD drawing can be prepared according to the exact geometry of the street. The lines from the CAD-file are imported into a laser cutter and provide the exact dimensions of the different pieces and planes. Then, a in situ experiment is performed to measure the SPL on different locations in a real street. The attenuation of the sound energy is extracted from the data en compared to the free field attenuation. B. Results The results which compare the in situ measurement with the detailed scale model differ quite a lot. Several corrections has to be made. The radiation patron of the sound source is corrected. A slightly less attenuation as the distance to the source increases is observed. For the high frequencies the radiation patron correction decreases the SPL course. This is probably caused by de directivity of the sound speaker. A second correction can be made by taking the excess of the atmospheric absorption into account. For the high frequencies the signal is overcompensated. This is probably caused due to a low SNR of the signal. Also the influence of the edge of the roof was investigated. Different simulation methods as the mirror source method do not take diffraction on the edge of the roof into account. The results show that there is a significant difference between the mirror source method and the scale model. This can be explained by a back diffraction effect on the edge of the roof. [1] Also the absence of the roof plane in a scale model has a significant impact on the sound field in the street canyon especially for the low frequencies. This can be explained by a different diffraction on the edge of the roof that has a different angle. C. Improvements Several improvements has to be made to raise the agreement between the scale model and the in situ measurements. The procedure of the excess atmospheric absorption correction has to be optimized. Also the radiation patron of the sound source could be improved. In the scale model the reflections due to nearby building façades at the end of the street could be added in the scale model by placing an extra plane at the street end.

III. AN ACOUSTIC SURFACE TREATMENT A second, more rough, 1/30 scale model was manufactured to simulate different urban configurations.

A. Box model The box model was designed to set up several different urban configurations as squares, crossroads and street canyons by placing 8 MDF box modules in a specific order. This multifunctional model isn’t only capable of shaping the urban configuration, also the height of the surrounding buildings is variable. One box module represents a 30 m long part of a building block with a changeable height to 9 m, 12 m, 15 m or 18 m. The depth of the buildings is constant and amounts to 15 m, which is a good approximation for average city centre buildings. This allows us to use the boxes for shielding canyon forms. The boxes are placed on a layered platform which represent de ground. In the middle of the platform, a removable tweeter is integrated, so model can move in relation to the speaker, which again allows different configurations. The upper part of the boxes are flat so an alternative rooftop could also be added. By treating the side of the boxes with a second skin, several proposed surface treatments and different materials can be investigated. B. Architextural design As mentioned before, the new building skin should engage physical acoustic laws and visual pleasure. Therefore, surface treatment for indoor applications were inspected. To avoid another time-consuming process a prefabricated surface, resembling a 2D indoor diffuser, was used. Two grid patterns with different cavity dimensions shaping a new ‘architextural’ skin. Five surface treatments, containing single and combined grids on the boundaries of the box model, were investigated. C. Results Results, which are compared to the mirror source method [2] and the box model without surface treatment, show a rather good extra attenuation due to the scattering properties of the improved surface skin. Especially for the frequencies that have a wavelength that is related to the dimensions of the grid patron. As the street width increases the course of the SPL attenuation becomes more flat, but the scattering effects of the different configurations can still be observed. D. Comparison between the detailed façade and the surface treatments The proposed surface treatments are compared to the detailed city architecture. The rather simple grid patron shows a good performance compared to the flat modern façades and the detailed façades of older buildings. For the frequencies that are related to the openings of the structure, the

attenuation course decreases even more than the detailed surface. E. Integration as a double façade frame The designed structure can also be integrated in the street view as a double façade frame. By placing the surface in front of the detailled building façade, a comparison can be made. The results show that the SPL attenuation for most frequencies is quite similar. However, it is observed that SPL course of the frequency related to the structure opening decreases significant.

IV. FURTHER INVESTIGATION A. Green walls The potential of absorbing surfaces for outdoor applications as in street canyons has been investigated in several publications. Fortunately, the practical implementation of absorbers is absent in most works. The problem is to find a acoustic porous material that is resistant for all weather conditions. Vegetation and greenery combine different positive effects on the environmental conditions due to absorption by the substrate. Experiments show a stronger attenuation at low to middle frequencies due to the absorbing effect of substrate while a smaller attenuation is observed at high frequencies due to scattering from greenery. [3] B. Parametric acoustic surfaces The exploration of new forms and materials for architectural surfaces that modify the acoustic space is an interesting approach for soundscapes. By linking the physical acoustic theory to parametric design, true working prototype surfaces can be created. The potential focuses on resonant absorption and sound scattering formed by modulating surface geometry, perforated composites and folded clusters. Through the exchange of data between Generative Components and the ODEON acoustic analysis software it’s possible to “hear” their geometric creations using the software’s auralization capabilities.

V. REFERENCES [1] A. Pelat & B. Lihoreau, "On the approximation of total absorption of the street open ceiling at low frequency," presented at the Noise in the Built Environment, Ghent, 2010.

[2] J. Kang: "Sound propagation in street canyons: Comparison between diffusely and geometrically reflecting boundaries", Acoustical Society of America, vol. 107, pp. 1394-1404, 2000. [3] Nyuk Hien Won, Alex Yong Kwang Tan, Puay Yok Tan, Kelly Chiang & Ngian Chung Wong: "Acoustics evoluation of vertical greenery systems for building walls", Building and Environment, vol. 45, pp. 411 - 420, 2010.

INHOUDSTAFEL

INHOUDSTAFEL I.

INLEIDING .............................................................................................................. 1 1.

2.

II.

PROBLEMATIEK ........................................................................................................ 1 1.1.

VANUIT DE AKOESTIEK ..................................................................................... 1

1.2.

VANUIT DE ARCHITECTUUR ............................................................................... 2

1.3.

ALGEMEEN BELANG ........................................................................................ 2

1.4.

TOEPASSINGSGERICHTHEID ............................................................................... 2

1.5.

ONDERZOEKSMETHODE ................................................................................... 3

DOELSTELLING ......................................................................................................... 4 2.1.

BEKNOPT OVERZICHT....................................................................................... 4

2.2.

ARCHITECTURALE BENADERING .......................................................................... 4

LITERATUURSTUDIE ................................................................................................... 5

1.

INLEIDING .............................................................................................................. 5

2.

HET SCHAALMODEL ................................................................................................... 6

3.

2.1.

VOORDELEN ................................................................................................. 6

2.2.

BEPERKINGEN ............................................................................................... 6

2.3.

SCHAALFACTOR ............................................................................................. 7

2.4.

SCHAALMODELOPSTELLINGEN ............................................................................ 7

2.4.1.

Geluidbron ........................................................................................................7

2.4.2.

Materialen .........................................................................................................8

2.5.

ATMOSFERISCHE ABSORPTIE .............................................................................. 8

2.5.1.

Fysische betekenis.............................................................................................9

2.5.2.

Schaalmodel toepassing....................................................................................9

INVLOED VAN DE BEBOUWING OP HET GELUIDVELD IN DE STRAAT......................................... 11 3.1.

INLEIDING .................................................................................................. 11

3.1.1.

Ontwikkeling ...................................................................................................11 I

INHOUDSTAFEL

4.

5.

III.

3.1.2.

Diffusiteit van straatgevels..............................................................................11

3.1.3.

Schaalmodel toepassing..................................................................................12

3.2.

INVLOED VAN DE LENGTE VAN DE STRAAT ............................................................ 13

3.3.

INVLOED VAN GEVELDIFFUSOREN ...................................................................... 13

3.3.1.

Reflectie wetten ..............................................................................................13

3.3.2.

Relatief oppervlak van de diffusoren ..............................................................14

3.3.3.

Schikking van de diffusoren ............................................................................14

3.3.4.

Grootte van de diffusoren...............................................................................16

3.3.5.

Gecombineerd effect van absorptie en diffusie door diffusoren ...................16

3.3.6.

Toepassingen in werkelijke straten.................................................................16

INVLOED VAN DE BEBOUWING OP DE AFSCHERMING VAN EEN PARALLELLE STRAAT .................... 17 4.1.

GEVELEFFECTEN ........................................................................................... 17

4.1.1.

Invloed van breedte-hoogte van de canyon ...................................................17

4.1.2.

Invloed van de absorptie door gevels .............................................................17

4.1.3.

Invloed van diffuse gevelreflecties .................................................................17

4.1.4.

Invloed van balkons.........................................................................................18

4.2.

METEOROLOGISCHE EFFECT: INVLOED VAN WINDAFWAARTSE GELUIDPROPAGATIE ......... 18

4.3.

COMBINATIE VAN EFFECTEN ............................................................................ 18

4.4.

GROENDAKEN ............................................................................................. 19

4.4.1.

Invloed van een intensief groendak ................................................................19

4.4.2.

Invloed van de substraatdikte .........................................................................19

INVLOED VAN DE BEBOUWING OP DE GEVELLAST ............................................................. 20 5.1.

IN EEN STREET CANYON .................................................................................. 20

5.1.1.

Invloed van een groendakterras .....................................................................20

5.1.2.

Invloed van balkons.........................................................................................21

5.2.

IN EEN AFGESCHERMDE STREET CANYON ............................................................. 23

5.2.1.

Harde daken ....................................................................................................23

5.2.2.

Groendaken .....................................................................................................24

AKOESTISCHE BEGRIPPEN EN SCHAALMODELLEN .............................................................. 25 II

INHOUDSTAFEL

1.

2.

IV.

ALGEMENE BEGRIPPEN ............................................................................................. 25 1.1.

HET RELATIEVE GELUIDDRUKNIVEAU SPL ............................................................ 25

1.1.1.

Definitie ...........................................................................................................25

1.1.2.

Geluiddrukniveau Lp ........................................................................................25

1.1.3.

Geluiddruk pgeluid .............................................................................................26

1.1.4.

De effectieve geluiddruk peff ...........................................................................26

1.1.5.

De referentie geluiddruk p0 ............................................................................27

1.2.

ATMOSFERISCHE ABSORPTIE ............................................................................ 27

1.2.1.

Definitie ...........................................................................................................27

1.2.2.

Toepassing in het schaalmodel .......................................................................28

1.3.

STRALINGSPATROON ..................................................................................... 28

1.3.1.

Belang ..............................................................................................................28

1.3.2.

Schaalmodel bron ...........................................................................................28

1.3.3.

Directiviteit van de bron .................................................................................28

1.3.4.

Energetische benadering van een puntbron ..................................................29

1.3.5.

Correctie van het stralingspatroon .................................................................31

SCHAALMODELLEN .................................................................................................. 32 2.1.

AFWEGING VAN DE SCHAALFACTOR ................................................................... 32

2.2.

BOXENMODEL ............................................................................................. 33

2.2.1.

Ontwerp ..........................................................................................................33

2.2.2.

Materiaalkeuze................................................................................................34

2.2.3.

Multi inzetbare stedelijke configuraties .........................................................34

2.3.

GEDETAILLEERD SCHAALMODEL ........................................................................ 35

2.3.1.

Criteria voor de keuze van de straat ...............................................................35

2.3.2.

Opmeting van de straat ..................................................................................37

2.3.3.

3D model .........................................................................................................39

2.3.4.

Verwerking van 3D model naar plotbaar CAD model .....................................40

2.4.

MATERIAALKEUZE VOOR DE MAQUETTE.............................................................. 42

MEETMETHODEN EN VERWERKINGSPROCESSEN .............................................................. 44 III

INHOUDSTAFEL

1.

2.

IN SITU METING ..................................................................................................... 44 1.1.

MEETMETHODE ........................................................................................... 44

1.1.1.

Plaatselijke situatie .........................................................................................44

1.1.2.

Meetsituatie ....................................................................................................45

1.1.3.

Meetapparatuur ..............................................................................................46

1.1.4.

Het gebruikte signaal ......................................................................................48

1.2.

VERWERKING .............................................................................................. 49

1.2.1.

Output data .....................................................................................................49

1.2.2.

Analyse van de in situ data..............................................................................50

1.2.3.

Bespreking resultaten van de in situ meting...................................................50

SCHAALMODELLEN .................................................................................................. 52 2.1.

MEETMETHODE ........................................................................................... 52

2.1.1.

Anechoïsche kamer .........................................................................................52

2.1.2.

Conditionering en opstelling ...........................................................................52

2.1.3.

Meetapparatuur ..............................................................................................53

2.2.

VERWERKING .............................................................................................. 59

2.2.1.

Reproduceerbaarheid van de bronnen ...........................................................59

2.2.2.

Correctie voor de overmatige atmosferische attenuatie in het schaalmodel 60

2.2.3.

Stralingspatroon ..............................................................................................61

2.2.4.

Analyse van de opgemeten data.....................................................................64

VERIFICATIE VAN HET AKOESTISCH SCHAALMODEL ........................................................... 66

V. 1.

SPIEGELBRONMETHODE ........................................................................................... 66 1.1.

NUMERIEKE BEREKENING VOLGENS KANG ........................................................... 66

1.2.

INVLOED VAN DE LUCHTABSORPTIE.................................................................... 69

2.

VERGELIJKING VAN DE VERSCHILLENDE MAQUETTEMATERIALEN........................................... 70

3.

HET GEDETAILLEERDE SCHAALMODEL ........................................................................... 72 3.1.

VERGELIJKING GEDETAILLEERD SCHAALMODEL EN IN SITU METING .............................. 72

3.2.

INVLOED VAN DE AANWEZIGHEID VAN HET DAKVLAK .............................................. 74

IV

INHOUDSTAFEL

VI.

VERBETERING VAN HET AKOESTISCH KLIMAAT OP STRAATNIVEAU ......................................... 77 1.

INLEIDING TOT DE ‘ARCHITEXTUUR’ ............................................................................. 77

2.

DIFFUSOREN VOOR BINNENTOEPASSINGEN .................................................................... 79

3.

4.

2.1.

AKOESTISCHE DIFFUSOREN .............................................................................. 79

2.1.1.

Eendimensionale diffusoren ...........................................................................79

2.1.2.

Tweedimensionale diffusoren.........................................................................80

DIFFUSOREN IN DE STEDELIJKE RUIMTE ......................................................................... 81 3.1.

GEVELDIFFUSOREN ....................................................................................... 81

3.2.

STRAATMEUBILAIR: DE INVLOED VAN ENKELE AUTO’S ............................................. 81

3.3.

DIFFUSITEIT VAN DE GEVEL .............................................................................. 84

VERBETERDE GEVELCONFIGURATIES ............................................................................. 86 4.1.

VOORGESTELDE VERBETERDE CONFIGURATIE ........................................................ 86

4.1.1.

Onderzoeksmethodiek ....................................................................................86

4.1.2.

Beknopt geveloverzicht ...................................................................................86

4.1.3.

Het gevelontwerp............................................................................................88

4.1.4.

Toepassing in het schaalmodel .......................................................................89

4.2.

RESULTATEN VAN DE VERBETERDE GEVEL ............................................................ 90

4.2.1.

Invloed van de straatbreedte voor diversie configuraties ..............................91

4.2.2.

Vergelijking van de diverse configuraties volgens straatbreedte ...................93

4.3.

VERGELIJKING VAN EEN VERBETERDE CONFIGURATIE MET DE GEDETAILLEERDE

MAGNELSTRAATGEVEL ................................................................................................ 95 4.4.

INVLOED VAN DE VOORZETGEVEL IN DE MAGNELSTRAAT ......................................... 97

4.5.

INVLOED VAN DE VOORZETGEVEL TEN OPZICHTE VAN DE VERBETERDE GEVEL ................. 98

VII.

SAMENVATTENDE CONCLUSIES ................................................................................... 99

VIII.

TOEKOMST VAN HET AKOESTISCH KLIMAAT IN STEDEN .................................................... 102

1.

INLEIDING .......................................................................................................... 102

2.

GROENGEVELS ..................................................................................................... 103 2.1.

SYSTEEM ‘MUR VÉGÉTAL’ ............................................................................. 103 V

INHOUDSTAFEL

3.

2.2.

VOORDELEN VAN HET SYSTEEM ...................................................................... 103

2.3.

KWETSBAARHEID VAN HET SYSTEEM ................................................................ 103

2.4.

WONDERWALL SYSTEEM .............................................................................. 104

2.5.

WALLFLORÉ SYSTEEM .................................................................................. 104

2.6.

MUUR ‘VÉGÉTALIS’ .................................................................................... 104

2.7.

VERBETERINGEN ........................................................................................ 104

2.8.

AKOESTISCHE EVALUATIE .............................................................................. 105

PARAMETRISCHE AKOESTISCHE GEVELS ....................................................................... 106

IX.

BIJLAGEN ........................................................................................................... 107

X.

REFERENTIES ....................................................................................................... 150

XI.

LIJST VAN FIGUREN ............................................................................................... 152

VI

AFKORTINGEN EN SYMBOLEN

AFKORTINGEN EN SYMBOLEN α

Absorptiecoëfficiënt

α

Atmosferische attenuatiecoëfficiënt

Aatm

Atmosferische absorptie

Adiv

Geometrische divergentie

d

Afstand

d0

Referentie afstand

E

Energie

EAAcorr

Excess Atmospheric Attenuation Correction

EDT

Early Decay Time

f

Frequentie

I

Geluidintensiteit

λ

Golflengte

L(t)

Niveaufunctie

Li

Geluidintensiteitniveau

Lp

Geluiddrukniveau

Lref

Referentie geluiddrukniveau

Lw

Geluidvermogenniveau

M

Atmosferische absorptiecoëfficiënt (SBM)

MDF

Medium Density Fibreboard

MLS

Maximum Length Sequence

p(t)

Ogenblikkelijke geluiddruk

p0

Referentie geluiddruk

patm

Atmosferische geluiddruk

peff

Effectieve geluiddruk

pgeluid

Geluiddruk

QRD

Quadratic Residue Diffuser

r

Afstand

RH

Relatieve vochtigheid

RMS

Root Mean Square

RT

Reverberatietijd

AFKORTINGEN EN SYMBOLEN

SBM

Spiegelbronmethode

SNR

Signal-to-Noise Ratio

SPcorr

Stralingspatroon correctie

SPL

Sound Pressure Level

SWP

Sweep

SWPlin

Lineaire Sweep

SWPlog

Logaritmische Sweep

T

Temperatuur

W

Geluidvermogen

I. INLEIDING

PROBLEMATIEK

I. INLEIDING 1. PROBLEMATIEK 1.1. VANUIT DE AKOESTIEK Het akoestisch klimaat in een stedelijke omgeving is een thema dat in de architectuur maar al te vaak vergeten wordt. Nochtans heeft ze een grote impact op ons dagelijks leven in de stad. Constant wordt men geconfronteerd met geluiden die specifiek met onze stedelijke infrastructuur en ruimtelijke ordening te maken hebben. De stedeling wordt -veelal onbewust- geleid door de geluiden die de stad maakt, bijvoorbeeld bij het kiezen van een route naar een afgesproken plaats of het al dan niet kunnen genieten van de rust op een terrasje. De geluiden maken deel uit van de manier waarop men de stad ervaart. De perceptie van plaats gaat aldus onafscheidelijk gepaard met de psychologische invloed van wat we auditief waarnemen. Toch wordt er door de architect nauwelijks aandacht aan besteed, noch in de morfologie van de stad, noch in het architecturaal ontwerp van objecten die deel uit maken van het publieke theater.

De architectuurdiscipline die instaat voor het ontwerpen en vormgeven van de ruimte houdt zelden rekening met het akoestische klimaat dat gecreëerd wordt. Het ontwerp van akoestische zalen zoals theaters en concertzalen maken beperkt deel uit van de opleiding maar de stedelijke akoestiek komt nooit aan bod. De notie van het begrip ‘scoundscapes’ bij architecten is dan ook veelal onbestaande.

Een andere architectuurdiscipline, zijnde de architectuurtheorie, lijkt er -hoewel beperkt- wel aandacht voor te hebben. Enkele theoretici die grondig nadenken over het stedelijke leven betrekken enigszins een akoestische parameter in hun verhaal (cfr. de psychologische stad). De architectuurfilosoof lijkt het dan weer eerder te negeren, alsof er geen rechtstreekse verband is tussen visuele kunst en de auditieve perceptie van de aanschouwer (lees: aanhoorder).

De derde en laatste architectuurdiscipline, welke de architectuur van zijn bouwtechnische kant benadert, zijn hoofdzakelijk bezig met het energiezuinig maken van woningen. De thermische en hygrische kwaliteiten van de bouwhuid winnen aan belang omwille van de hoge energetische eisen die worden gesteld. Ook over de akoestische kwaliteiten die betrekking hebben op het isoleren van gebouwen en de overdrachten van geluid tussen verschillende ruimtes in een gebouw is vanuit de architectuur reeds heel wat werk verricht (cfr. NBN S01-400-1). PAGINA | 1

I. INLEIDING

PROBLEMATIEK

Interessant wordt het als het oorspronkelijke statuut van de bouwhuid wijzigt. Veelal wordt de bouwhuid gezien als de grens die buiten van binnen scheidt en zo een beschermde functie in zich draagt. Aanschouwen we de bouwhuid als element dat dienst doet om de akoestische kwaliteiten van de buitenruimte de bepalen, dan wijzigt het statuut van de gevelfaçade. Architecturaal gezien is dit een interessante benadering. De gevelfaçade is niet langer eigendom van het gebouw als barrière tegen de buitenwereld. De façade die het beeld vormt van de stad gaat nu ook expliciet inspelen op zijn nieuwe betekenis als ontworpen decor voor het stedelijke ruimte zonder daarmee zijn beschermende functie te negeren.

1.2. VANUIT DE ARCHITECTUUR De lezer van dit werk is ongetwijfeld bezig met akoestiek, vermoedelijk zelfs akoestiek in de stedelijke ruimte. Indien de lezer nog maar weinig begrepen heeft van wat hierboven geschreven staat, maakt die in se dezelfde fout als de architect die geen kennis heeft van ‘soundscapes’. Geluid draagt zeker en vast bij tot het architecturale van de ruimte, maar architectuur is vice versa daarom ook inherent verbonden met het geluid van de stad. Acoustici mogen de wederkerigheid van deze stelling niet onderschrijven. Jedoch lijken ze meer open te staan voor een fusie tussen de architecturale ruimte en ‘soundscapes’.

1.3. ALGEMEEN BELANG Ten slotte valt de problematiek die wordt aangekaart niet uitsluitend te kaderen in architecturale, esthetische en akoestische parameters. Ook sociologische en psychologische effecten kunnen een rechtstreeks gevolg zijn van de akoestische ruimte. Zonder te willen ingaan op geluidhinder en geluidoverlast, kan een langdurige blootstelling aan een te hoog aantal decibel en onvast slapen ten gevolge van geluid schadelijk zijn voor de gezondheid en de levensduur verkorten. Zij kunnen eveneens leiden tot stress en gezondheidsproblemen.

1.4. TOEPASSINGSGERICHTHEID Tijdens het bestuderen van reeds gepubliceerde artikels betreffende de propagatie van geluid in een street canyon valt het op dat reeds heel wat pogingen werden ondernomen om de invloed van diffusoren en absorptievlakken te evalueren. Voor de diffusoren wordt doorgaans een vlak voorgesteld met bepaalde diffuserende eigenschappen. Verschillende schikkingen en diverse groottes van diffusoren worden onderzocht. Maar in ieder reeds voorgestelde verbetering voor het akoestische klimaat is een onrealistische factor te bespeuren. Het is overigens moeilijk voor te stellen hoe zo een diffuserend vlak er in werkelijkheid uitziet. Bij alledaagse gevels die terug te vinden zijn in PAGINA | 2

I. INLEIDING

PROBLEMATIEK

diverse historische stadscentra worden de diffusoren gevormd door talrijke ornamenten of onregelmatigheden in het gevelvlak. Hetzelfde geldt voor de onderzochte absorberende vlakken. Het enige absorberend element dat eventueel zou kunnen toegepast worden op gevels is het substraat afkomstig van verticale gevelbegroeiing. Maar in de voorgestelde configuraties, die overigens wel hun nut bewijzen, gaat vaak enige zin voor realiteit verloren en wordt de praktische en esthetische kant van het verhaal genegeerd. Daarom is het van belang praktisch te denken en ‘oplossingen’ voor te stellen die non-fictief zijn.

1.5. ONDERZOEKSMETHODE Onderzoek naar het akoestische klimaat van de stedelijke ruimte is vrij recent en kan op vele verschillende manieren gebeuren. De gehanteerde onderzoeksmodellen kunnen zeer divers zijn van aard. Er is de numerieke simulatie die aan de hand van berekeningen een theoretisch beeld geeft van de onderzochte situatie en er zijn de 3D modellen welke worden opgebouwd en nadien in software worden geïmporteerd om zo tot een grafische voorstelling te komen van de problematiek. Beide methoden dragen bepaalde vereenvoudigingen in zich en kunnen als gevolg in zekere zin afwijken van de werkelijkheid. Een derde onderzoeksmodel is het schaalmodel, welke de werkelijkheid op schaal tracht te benaderen zonder een interpretatie te zijn van de fysica. In situ metingen worden gebruikt als middel om de onderzochte vereenvoudigde modellen te verifiëren.

PAGINA | 3

I. INLEIDING

DOELSTELLING

2. DOELSTELLING 2.1. BEKNOPT OVERZICHT In deze masterproef wordt een zeer gedetailleerd schaalmodel voorgesteld. De literatuur leert dat het schaalmodel interessante en relevante informatie oplevert en een goede benadering is van de werkelijkheid. Echter, het detailleringniveau was nooit zo hoog als in het schaalmodel dat in dit werk wordt voorgesteld. De accuraatheid van het schaalmodel ten opzichte van de werkelijkheid wordt gecontroleerd aan de hand van een in situ meting. De vergelijking van de verschillende meetresultaten gebeurt aan de hand van het relatieve geluiddrukniveau gemeten op verschillende plaatsen in de straat. Vaak worden de resultaten ook vergeleken met een veelgebruikte simulatie uit de literatuur, de spiegelbron methode. Het verloop van het geluidveld in de straat geeft een goed beeld van het akoestische klimaat van de straat. Er zijn nog interessante akoestische parameters die het akoestische veld karakteriseren, zoals de reverberatie tijden RT20 en RT30, early decay time EDT, etc. Deze worden in dit werk echter niet behandeld.

Nadat het schaalmodel getoetst is aan de werkelijkheid wordt een tweede schaalmodel ingezet om een aantal nieuwe gevelontwerpen te testen. Het gevelontwerp is een architecturaal voorstel die de nieuwe betekenis van de bouwhuid in zich draagt onder de noemer ‘architexture’ en het stedelijke decor leest vanuit de akoestische noden van de stedelijke ruimte zelf en niet als afschermmiddel tegen stadsgeluiden.

2.2. ARCHITECTURALE BENADERING Het moet gezegd dat het decor van de stad natuurlijk al langer gevormd werd door de gevels van de bebouwing. Maar nooit wordt een gevel ontworpen met de bepaling van een extern klimaat als uitgangspositie. De moderne architectuur is dan ook nefast voor het akoestisch klimaat op straatniveau door de vele speculaire en harde oppervlakken. Het is dan ook een boeiend idee dat fysische fenomenen die het stedelijk klimaat bepalen een rol kunnen spelen in de architectuur van de stad. De gevel is dan niet meer louter een architecturale gok op zoek naar bevestiging in het architectuurmilieu. De façade wordt een parameter voor de akoetische kwaliteit van het stedelijke landschap.

PAGINA | 4

II.LITERATUURSTUDIE

INLEIDING

II. LITERATUURSTUDIE 1. INLEIDING De eigenlijke bespreking van eigen onderzoek wordt vooraf gegaan door een literatuurstudie. Die genereert de mogelijkheid de lezer vooraf kennis te laten maken met reeds gepubliceerde werken en gestelde problemen. Het tracht eveneens het eigen onderzoek te kaderen binnen een breder spectrum.

Omwille van de belangrijke rol die het akoestische klimaat in het dagelijkse leven van de stedeling vervult, verwierf het modelleren van geluidpropagatie in steden reeds geruime tijd een bijzondere aandacht. Er kunnen diverse onderzoeksmethodieken aangewend worden bij de studie van geluidveld in het stedelijke landschap en bij het bestuderen van akoestische eigenschappen van materialen. Elk van deze onderzoekstypes vereisen specifieke begincompetenties. Het is belangrijk vooraf de restricties van het te bestuderen onderwerp te bepalen om zo het juiste onderzoeksmodel aan te wenden. Nadien kunnen de resultaten van de onderzoeksmodellen met elkaar worden vergeleken.

Eerst komt het schaalmodel als onderzoeksmethode uitgebreid aan bod. Daaropvolgend worden een aantal onderzochte problemen die betrekking hebben op de propagatie van geluid in een straatconfiguratie geduid.

PAGINA | 5

II. LITERATUURSTUDIE

HET SCHAALMODEL

2. HET SCHAALMODEL Gezien de experimentele complexiteit worden schaalmodellen vaak gebruikt om de impact van wegverkeer te bestuderen in lichtbebouwde omgevingen zoals residentiële wijken. In de meeste van deze studies werden enkel geluidniveau’s als Leq en L90 gemeten. Op Donavan’s werk na in de jaren ’70, wordt maar weinig aandacht besteed aan het meten van geluidverzwakking en weerkaatsing in dens bebouwde zones met nauwe straten zoals in stadscentra.[1] Ook nu nog wordt deze methodiek veeleer gebruikt bij studie van de geluidimpact van transportnetwerken zoals autostrades en spoorlijnen. Toch wint dit onderzoeksmodel aan belang bij de studie van geluidpropagatie in stedelijke landschappen.

2.1. VOORDELEN Het gebruik van een schaalmodel kent enkele praktische voordelen ten opzichte van metingen op werkelijke schaal [2]: - een perfecte controle en flexibiliteit in de bestudeerde geometrie: afmetingen en plaatsing van de gebouwen, breedte van de straat, …, - geen speciale vergunningen nodig: legale vergunningen van de politie en de stadsadministratie zijn nodig als men experimenten wil doen in de stad, - geen bijkomende geluidbronnen die de metingen kunnen beïnvloeden (verkeersgeluid, menselijke bronnen), - geen tijdslimiet voor de experimenten, - geen meteorologische effecten zoals wind en regen (met uitzondering van de atmosferische verzwakking), tenzij hier specifieke interesse in is.

2.2. BEPERKINGEN Het gebruik van een schaalmodel heeft ook zijn beperkingen. Picaut en Simon stellen dat de weergave van het model uiterst accuraat moet zijn om zo alle fenomenen die een belangrijke rol spelen in de geluidpropagatie in stedelijke omgevingen te reproduceren, zoals geluidabsorptie, veelvoudige reflecties en diffuse spreiding door gebouwfaçades en vloer, diffractie, etc. De impact van de accuraatheid van het schaalmodel op de resultaten werd echter nooit expliciet onderzocht. Deze thesis tracht daar hierop een antwoord te verschaffen.

PAGINA | 6


HET SCHAALMODEL

2.3. SCHAALFACTOR In schaalmodel experimenten is de keuze van de schaalfactor altijd een compromis tussen de karakteristieken van de meetapparatuur en de grootte van de beschikbare testruimte. De bepalende factoren in een experiment zijn de grootte van de anechoïsche kamer en het frequentiebereik van de beschikbare meetinstrumenten. De omvang van het te onderzoeken stedelijke gebied vereist een veel grotere schaalfactor dan zaalakoestische modellen. Normale akoestische apparatuur en meettoestellen zijn operatief binnen een frequentiedomein dat reikt tot ongeveer 25kHz. [3] Ieder schaalmodel vraagt zijn eigen specifieke schaalfactor en wordt doorgaans bepaald op basis van de mogelijke afmetingen van het schaalmodel ten opzichte van de werkelijkheid en de geschaalde golflengtes. De geluidssnelheid wordt niet geschaald. Bij hoge frequenties hebben materialen een hogere absorptie, dus moet er gewerkt worden met akoestisch harde materialen om de absorptiegraad van materialen op volle schaal te benaderen.

2.4. SCHAALMODELOPSTELLINGEN 2.4.1. GELUIDBRON Voor grote schaalfactoren vereisen de wetten van akoestische gelijkheid tussen schaalmodellen en modellen op werkelijke schaal het gebruik van ultrasonische geluidsbronnen, aangepaste ontvangers en signaalverwerking. Er is bijvoorbeeld nood aan geschikte apparatuur, welke de bovenste grens van het frequentiebereik bepaalt. Ook het vermogen van de geluidbron speelt een belangrijke rol. Voor onderzoek naar lange afstand propagatie van geluid in de stad is het vermogen van de meeste geluidbronnen beperkt boven 1kHz, waardoor het gemeten signaal voor hoge frequenties vaak te zwak is. [3]

Pneumatische geluidbronnen worden frequent gebruikt in stedelijke schaalmodellen om verkeersgeluid, een enkele verkeersbron of een verkeersstroom, te simuleren. Het gebruik van deze bronnen laat toe om het geluidniveau van verkeersgeluid te meten dat overeenkomt met verschillende parameters zoals de snelheid van de wagens, de densiteit van het verkeer en de compositie van het verkeer. Toch zijn ze niet geschikt voor het schatten van het impulsrespons van een straat, welke de enige fysische grootheid is die toelaat om een lineair-tijds onveranderlijk systeem te beschrijven zoals een straat. Krachtige methodes zoals de time-stretch and compression techniek en de kruiscorrelatie techniek maken gebruik van pseudo-ruis of sweepsignalen om het impulsrespons te schatten. Hiervoor is ook aangepaste apparatuur vereist in functie van de grootte en directiviteit.

PAGINA | 7


HET SCHAALMODEL

Er kan ook een elektroden vonkbron gebruikt worden om de fysische parameters te meten in een schaalmodel. Deze vonkbron werkt als een nagenoeg perfecte puntbron die een hoog akoestisch energetisch niveau uitstraalt. uitstraalt Ook de hoogte is makkelijk verstelbaar, lbaar, wat bijzonder nuttig is binnen de toepassing van het schaalmodel. Toch brengt het intensief nsief gebruiken van een vonkbron hoofdzakelijk twee problemen met m zich mee: de fragiliteit van de elektroden en de onderlinge regeling. Om kleine fluctuaties en occasionele occasionele slechte ontladingen van de vonkbron te vermijden, is een coherent gemiddelde van de impulsrespons vereist voor elk gemeten punt. punt Dit gemiddelde laat toe om de SNR te verhogen naar na ongeveer 18dB, aangezien het verdubbelen van het aantal ontladingen leidt tot een verhoging van het SNR met 3dB. 3 Hossam El Dien et al. simuleren een lijnbron lijnbron aan de hand van 8 tweeters. De tweeters worden naar een vierkante rest-diffusor diffusor gericht om zo quasi kwartcilindrische geluidpropagatie voor vo de gebouwgevel te voorzien ien door ze in een vernist houten frame naast elkaar te plaatsen. Bij dit geluidverstrooiend verstrooiend systeem, systeem gebaseerd op Schroeder’s Quadratic Residue Diffusion model, is de uitstraling van de lijnbron zo goed als uniform verdeeld over de open hoek (zie Fig. 1). [4]

FIG. 1 QUASI KWARTCILINDRISCHE LIJNBRON MET QRD

2.4.2. MATERIALEN De materialen die gebruikt worden in een schaalmodel moeten voldoende akoestisch hard zijn om de absorptie eigenschappen van gevels op werkelijke schaal te benaderen. Plexiglas is akoestisch hard, hard maar de bewerkbaarheid baarheid laat te te wensen over. Daarom wordt vaak hout gekozen als gevelmateriaal van het schaalmodel. Hout is minder hard dan plexiglas, plexiglas maar kan mits een behandeling met vernis toch een reflectiecoëfficiënt behalen die vergelijkbaar is met die op werkelijke werkelijk schaal.

2.5. ATMOSFERISCHE ABSORPTIE ABSORPT Een beperking bij het gebruiken van een schaalmodel voor akoestische metingen is de overmaat van de atmosferische verzwakking in vergelijking met een meting op werkelijke schaal. De atmosferische PAGINA | 8


HET SCHAALMODEL

eigenschappen schalen niet mee met de geometrie van het schaalmodel, waardoor de atmosferische verzwakking exponentieel stijgt met de schaalfactor.

2.5.1. FYSISCHE BETEKENIS De absorptie van het geluid door de lucht hangt hoofdzakelijk af van de luchtdruk, de temperatuur en de relatieve vochtigheid. In een typische omgeving is de belangrijkste de thermische vermindering. Dit type van verzwakking wordt enkel significant bij hoge frequenties en lange propagatie afstanden, welke dus problemen veroorzaken in het geval van schaalmodellen waar een hoge schaalfactor geïmplementeerd wordt. De atmosferische verzwakking is eveneens afhankelijk van de afstand die de geluidgolf moet afleggen.

2.5.2. SCHAALMODEL TOEPASSING De minst gangbare aanpak voor de atmosferische correctie bestaat erin de atmosfeer van het schaalmodel zelf aan te passen. Dit kan gedaan worden door het model op te vullen met stikstof of door de lucht te drogen. Helaas vereist de eerste methode een speciale uitrusting en is de tweede methode niet adequaat om de luchtverzwakking accuraat te verschalen voor de zeer hoge frequenties die nodig zijn in een schaalmodel. Daarom wordt er meestal voor gekozen om het gemeten signaal digitaal te filteren (zie Fig. 2). De filter is gebaseerd op de eenvoudige theorie van de atmosferische verzwakking in de lucht daar deze laatste afhankelijk is van de afstand van de voortplanting van de geluidgolf. [1] In praktijk is de atmosferische verzwakking ook afhankelijk van de voortplantingsduur. De filter die ervoor zorgt dat het impulsantwoord, gemeten in het schaalmodel, de overmaat van de atmosferische attenuatie compenseert, is daarom tijdsafhankelijk.

PAGINA | 9


HET SCHAALMODEL

FIG. 2 SCHEMATISCHE REPRESENTATIE VAN HET COMPENSATIE PROCES

PAGINA | 10


INVLOED VAN DE BEBOUWING OP HET GELUIDVELD IN DE STRAAT

3. INVLOED VAN DE BEBOUWING OP HET GELUIDVELD IN DE STRAAT 3.1. INLEIDING 3.1.1. ONTWIKKELING De ontwikkeling van modellen die de geluidpropagatie in stedelijke straten voorspellen werd reeds frequent onderzocht. De meerderheid van stedelijke geluidvoorspellende modellen zijn gebaseerd op een of twee hypotheses. De eerste hypothese luidt dat gebouwfaçades geluid speculair reflecteren. De tweede hypothese is dat gevels zorgen voor het random scatteren van geluid. De laatste jaren werd laatstgenoemde aanpak zeer populair met significant werk over geluidpropagatie in straten door Kang en propagatie over grote stedelijke gebieden door Picaut en Simon, Thorsson et al. De onderliggende aanname van de gebruikte methodes is dat geluid niet speculair wordt gereflecteerd maar zich op zekere wijze random verspreidt door de aanwezigheid van geveldetails. Zo bouwt men voort op het pionierswerk van Bullen en Kuttruff. In een model bedacht door Davies wordt aangenomen dat het geluidveld een som is van een veelvoudig geometrisch reflecterend veld en een diffuus veld dat ontstaat door het scatteren van elke reflecterende golf. Wu en Kittinger gebruikten Chien en Carroll’s methode om een straatgevel te beschrijven aan de hand van een gemengde reflectiewet

met

een

absorberende

of

reflecterende

parameter

en

een

vlakke-

of

ruwheidsparameter.

3.1.2. DIFFUSITEIT VAN STRAATGEVELS Onderstaande afbeelding illustreert een opeenvolging van relatief vlakke façades, typisch modern met veel glas, gevolgd door meer gemoduleerde gevels. De gedetailleerde façades zijn kenmerkend voor oudere gebouwen en domineren nog steeds het straatbeeld van de meeste grootsteden. Gevels bestaan uit grote effen vlakken die onderbroken worden door uitsteeksels en nissen door de aanwezigheid van ramen, deuren en een verscheidenheid aan andere architecturale details (zie Fig. 3).

Gereflecteerd

geluid

zal

scatteren

waar

discontinuïteiten

te

vinden

zijn.

Deze

geveldiscontinuïteiten worden gevormd door oneffenheden en veranderingen in oppervlakteimpedantie. Het is dus aannemelijk dat een gevel zich als een speculair reflecterend oppervlak gedraagt waarop locale diffusoren zijn aangebracht. Verder kan straatmeubilair zoals bomen, lampen, banken, bushokjes, etc. eveneens voor een diffuse spreiding van de geluidenergie zorgen.

PAGINA | 11


INVLOED VAN DE BEBOUWING ING OP HET GELUIDVELD GELUIDVEL IN DE STRAAT

FIG. 3 VOORBEELD VAN STEDELIJKE GEVELS

3.1.3. SCHAALMODEL TOEPASSING In een eerste semi-gedetailleerd gedetailleerd schaalmodel experiment wordt de invloed van de bebouwing op de propagatie van geluid in een stedelijke omgeving onderzocht. Speciale aandacht wordt gevestigd op de realisatie van het schaalmodel met de bedoeling fundamentele fysische fenomenen in straten weer te geven zoals veelvuldige veelvul reflecties en diffuse-scattering door gevelonregelmatigheden (zoals balkons, ramen, randen, etc.) waardoor de architecturale karakteristieken van de gebouwde omgeving gerespecteerd worden. De gevels worden gesimuleerd aan de hand van houten kubussen (5cmx5cmx5cm). 5cmx5cmx5cm). Deze blokken worden ten opzichte van elkaar verschoven op basis van een statistische distributie van een echte Haussmann gevel. Verschillende configuraties, waarbij de positie van de geluidbron wijzigt, worden onderzocht. De resultaten van het he schaalmodel worden weergegeven aan de hand van de nagalmtijd en het geluiddrukniveau. geluid [1]

PAGINA | 12



3.2. INVLOED VAN DE LENGTE VAN DE STRAAT De lengte van de straat speelt vooral een rol indien een vergelijking wordt gemaakt tussen geometrische reflectie en diffuse reflectie. Als de lengte van de straat groter wordt en dus ook de afstand tussen de bron en de ontvanger dan zal voor diffuus reflecterende gevels de attenuatie groter zijn dan bij speculaire reflectie. Er wordt een extra daling waargenomen door lucht en vegetatie en dat vooral voor hoge frequenties. In het diffuse geluidveld eld wordt het verloop van het geluiddrukniveau volgens de lengte van de straat eveneens beïnvloed door de hoogte van de straat. De lengte van de straat heeft vooral zijn invloed op de reverberatie tijd (van 40 4 m tot 60 m een toename van RT30 van 20%). 20%) Dit wordt zowel door Kang als door Onaga en Rindel aangetoond. [5-6]

3.3. INVLOED VAN GEVELDIFFUSOREN GEVEL 3.3.1. REFLECTIE WETTEN Diverse reflectiewetten kunnen worden onderzocht. Dichtbij de geluidbron volgt de geluidafname het best de wet van de speculaire reflectie ten opzichte van andere reflectie refl wetten (Lambert reflectie wet, uniforme reflectie wet, semi-reflectie wetten, etc.). Binnen innen de eerst tien meter wordt het geluidveld hoofdzakelijk gedomineerd door het directe veld en de eerste orde reflecties. Alle energie vertrekt vanaf de bron naar de ontvanger. In het diffuse geluidveld wordt een deel van de energie teruggestuurd richting richting geluidbron, wat het geluidveld dicht bij de bron in lichte mate doet stijgen (zie Fig. 4).. Wanneer de afstand ten opzichte van de bron toeneemt, daalt de hoeveelheid energie vooral wanneer de invloed van diffusie belangrijker wordt. Voor diffuserende gevels ge kan dus worden geconcludeerd dat in de directe nabijheid van de bron het geluiddrukniveau stijgt, stijgt wat het back-diffusion effect wordt genoemd, genoemd terwijl verder van de bron ron het geluiddrukniveau daalt. daalt Aan de hand van het bovenstaande is dit fysisch eenvoudig eenvo te verklaren.

FIG. 4 SPECULAIRE EN DIFFUSE REFLECITES IN EEN STREET CANYON

PAGINA | 13



3.3.2. RELATIEF OPPERVLAK VAN VA DE DIFFUSOREN In reële straten kan de gevel van de gebouwen niet altijd volledig behandeld worden met diffusoren door de aanwezigheid igheid van ramen en deuren. Daarom is het belangrijk het percentage aan diffusoren te bestuderen ten opzichte van het h volledige gevelvlak. Er worden verschillende regelmatige diffusoren configuraties bestudeerd (zie Fig. 5).. De afmeting van de gebruikte diffusor di is 1 m op 1 m. Zoals verwacht daalt het absolute geluiddruknieau als het percentage aan diffusoren toeneemt. Dicht bij de bron wordt het geluiddrukniveau weinig beïnvloed door het relatieve oppervlak, maar het verschil stijgt wel naarmate de afstand tot de bron toeneemt. Dit is te verklaren doordat in de dichte nabijheid van de bron het directe veld dominant is.

FIG. 5 VERSCHILLENDE SCHIKKINGEN VOOR 50% VAN HET GEVELVLAK

3.3.3. SCHIKKING VAN DE DIFFUSOREN DIFF De geluidpropagatie in een ee straat wordt eveneens beïnvloed door de schikking van de diffusoren op de gevelfaçade. Verschillende schikkingen met eenzelfde relatief oppervlak, namelijk 50%, 50% worden bekeken. Ditt wil zeggen dat het oppervlak aan diffusoren diff ren even groot is als het vlakke gevelvlak.

3.3.3.1. Het effect van diffusoren op een enkel gevelvlak of halve gevels Zoals verwacht is het resultaat voor de linker en rechter rechter gevel zo goed als dezelfde. De resultaten tonen aan dat het verschil met een volledig uniform beklede configuratie, configuratie 100% diffuserend oppervlak, niet significant is. Daaruit volgt dat het niet nodig is beide gevels volledige te behandelen. PAGINA | 14



De resultaten voor de enkel beklede gevel komen ook goed overeen met random geplaatste diffusoren configuratie over de beide gevels. Dit geeft aan dat de zelfde hoeveelheid diffusie verspreid over twee gevels gelijke resultaten oplevert.

Wanneer een halve gevel over de volledige hoogte dicht bij de bron bedekt is met diffusoren is het geluidverval zeer groot door de veelvuldige diffuse reflecties die ervoor zorgt dat het geluidenergie verlies via de openingen groter wordt. De geluidattenuatie is ook groot dichtbij de bron, maar daalt in de tweede helft van de straat waar geen diffusoren geplaatst zijn. Indien de bron zich ver van de diffuserende gevelhelften bevindt, is de geluidverzwakking zeer gelijkaardig met die diffusieloze gevels. Toch is het gedrag van de geluidafname complexer met diffusoren. De geluidverzwakking dicht bij de bron is vrij laag, hoewel er geen diffusoren zijn. Bij de overgang van een vlakke naar een diffuserende gevel stijgt de geluidverzwakking aanzienlijk. Dit wordt veroorzaakt door het backdiffusion effect. 3.3.3.2. Het effect van regelmatige schikking In een straat zijn de resultaten van de geluiddrukniveaus voor horizontaal en vertikaal geplaatste diffusoren vergelijkbaar. Dit is echter niet het geval wanneer we kijken naar het effect bij propagatie naar een stille zone aan de achterzijde van de gebouwen. Het verschil toont zich voor vooral in de reverberatietijd en niet in de geluiddrukniveaus. De beste resultaten worden verkregen indien de diffusoren dicht bij de bron geplaatst zijn en indien mogelijk op dezelfde hoogte. Als de diffusoren zich hoger op de gevel bevinden, stijgen zowel de reverberatietijd als het geluiddrukniveau in de straat. Deze resultaten verschillen van de resultaten verkregen door Kang [7]. Hij toonde aan dat de plaatsing van absorbers een onbelangrijke rol speelt voor het geluidveld. Een volgende belangrijke vaststelling is dat het stijgen van het aantal akoestische diffusoren de geluidreductie niet noodzakelijk vermindert. Er worden betere resultaten bekomen wanneer enkel de onderkant behandeld wordt met diffusoren in plaats van de volledige gevel. De plaats van de diffusoren is dus belangrijker dan hun hoeveelheid. 3.3.3.3. Het effect van een horizontale schikking De resultaten verbeteren naarmate de diffusoren zich dichter bij het grondvlak bevinden in plaats van dichter bij de geluidbron. De winst die wordt gemaakt met horizontale diffuserende stroken in het midden en bovenaan de straat is vrij nihil. Dit kan opnieuw verklaard worden door het backdiffusion effect. Wanneer de diffusoren op bronhoogte geplaatst zijn, stijgt de hoeveelheid geluidenergie die verdwijnt langs de straatopeningen. Het is interessanter enkel de onderkant van de gevel te behandelen in plaats van het volledige gevelvlak. PAGINA | 15



3.3.4. GROOTTE VAN DE DIFFUSOREN Het effect van de grootte van de diffusoren wordt bestudeerd door random verspreide en regelmatige geordende diffusoren te bestuderen met diverse grootte (van 0,25 m² tot 16 m³ oppervlakte) mits behoud van identieke relatieve oppervlaktes. Uit de resultaten blijkt dat voor eenzelfde relatief oppervlak het effect van de grootte van de diffusoren insignificant is, zowel voor de geluidattenuatie, als voor de reverberatietijd. De resultaten tonen aan dat, in het geval van uniform verspreide diffusoren, niet de grootte van de diffusoren maar wel het relatieve oppervlak de parameter is die het meeste effect heeft op de propagatie van het geluid.

3.3.5. GECOMBINEERD EFFECT VAN ABSORPTIE EN DIFFUSIE DOOR DIFFUSOREN Om het gecombineerde effect van absorptie en diffusie te bestuderen in een straat, worden verschillende absorptieconfiguraties bestudeerd op basis van een aantal diffusieconfiguraties. Zoals verwacht dalen het geluiddrukniveau en de reverberatietijd in de straat naarmate de gemiddelde absorptiecoëfficiënt stijgt. De resultaten verbeteren naarmate de hogere absorptiecoëfficiënten zich dichter bij de bron bevinden, ongeacht of de gemiddelde absorptiecoëfficiënt al dan niet hoger ligt. Het voornaamste resultaat wordt verkregen door absorptieconfiguraties met een zelfde gemiddelde absorptiecoëfficiënt te vergelijken, maar met verschillende absorptierepartities tussen de verschillende diffusoren en de gevels. Het resultaat suggereert dat het efficiënter is om absorbers te plaatsen op diffusoren in plaats van op de vlakke gevel voor dezelfde gemiddelde absorptiecoëfficiënt.

3.3.6. TOEPASSINGEN IN WERKELIJKE STRATEN Men beseft dat veel van de configuraties die onderzocht werden niet overeenkomen met de werkelijkheid. Zo wordt verondersteld dat het gereflecteerde geluid op de gevelfaçade speculair reflecteerde, terwijl in werkelijkheid heel wat gevelonregelmatigheden reeds aanwezig zijn op het gevelvlak, waardoor het geluid deels diffuus zal gereflecteerd worden en deels geabsorbeerd. Een aantal configuraties die in de vorige bespreking theoretisch het beste resultaat gaven, zoals de diffusoren uitsluitend aan de onderkant van de straat, worden overgedaan mits het in rekening brengen van een extra absorptiecoëfficiënt en scatteringscoëfficiënt voor de ‘vlakke’ delen van de gevel. De resultaten voor een relatief diffuserend oppervlak van 20% zijn beter dan deze voor een uniform diffuserende gevel. Dit toont aan dat door het toevoegen van een absorptiecoëfficiënt het eveneens niet nodig is om de volledige gevelfaçade te bekleden om een efficiënte geluidreductie te introduceren in de straat. De allerbeste resultaten worden verkregen door een absorptiecoëfficient toe te voegen aan de diffuserende elementen op de gevel. [8] PAGINA | 16


INVLOED VAN DE BEBOUWING OP DE AFSCHERMING VAN EEN PARALLELLE STRAAT

4. INVLOED VAN DE BEBOUWING OP DE AFSCHERMING VAN EEN PARALLELLE STRAAT In stedelijke centra zijn het de gebouwblokken die voor afscherming zorgen tussen verschillende straten onderling. De invloed van de afstand tussen de gebouw,de vorm en afwerking van de gevels zijn significant.

In een parameterstudie van Van Renterghem et al. wordt de invloed van een aantal parameters onderzocht aan de hand van een typisch verkeersspectrum voor personenwagens, rijdend aan een snelheid van 50 km/u. Op deze manier wordt het effect onderzocht van deze parameters op het totale A-gewogen verkeersgeluidniveau. Daarbij wordt telkens vergeleken met het totale A-gewogen verkeersgeluidniveau van een referentiesituatie.

4.1. GEVELEFFECTEN 4.1.1. INVLOED VAN BREEDTE-HOOGTE VAN DE CANYON Er worden canyons onderzocht met een verschillende B/H-verhouding, waarbij de hoogte constant blijft en men gaat variëren in de breedte. Naarmate de B/H verhouding daalt, neemt ook het geluidniveau in de ontvangstraat af. Twee effecten zijn van belang. De hoek waaronder het geluid diffracteert en de weg die meervoudige reflecties afleggen in de broncanyon. Daar in een bredere straat de diffractiehoek minder scherp is en het geluid een grotere afstand moet afleggen alvorens het gediffracteerd wordt, zal de afscherming minder efficiënt zijn in bredere straten.

4.1.2. INVLOED VAN DE ABSORPTIE DOOR GEVELS De invloed van gevelreflectie is groot. Het introduceren van enige absorptie aan de gevels resulteert direct in een sterke stijging van de afscherming. Dit komt doordat de geluidsgolven veelvuldig interageren met de gevels alvorens de broncanyon te verlaten. De aanwezigheid van glas (lees: akoestisch harde materialen) leidt logischerwijs tot een stijging van de geluidniveaus in de afgeschermde straat.

4.1.3. INVLOED VAN DIFFUSE GEVELREFLECTIES Naargelang het gebruikte gevelmateriaal en de oneffenheden in het gevelvlak zal ook diffuse reflectie een belangrijke rol gaan spelen. Met het FDTD-model is het mogelijk om oneffenheden expliciet te modelleren alsook de impedantie-eigenschappen van de materialen.

PAGINA | 17


INVLOED VAN DE BEBOUWING OP DE AFSCHERMING VAN EEN PARALLELLE STRAAT

De introductie van diffuse reflectie heeft een positief effect op de afscherming. Naargelang de frequenties stijgen, wordt het effect groter. Bij elke interactie tussen geluidgolf en gevel wordt een deel van de akoestische energie meer opwaarts of neerwaarts gestuurd dan bij zuiver speculaire reflectie het geval is. Deze energie zal niet steeds het diffractiepunt bereiken. Dit resulteert in een wijziging van de directiviteit van de broncanyon: het afstralingspatroon is meer vertikaal gericht en er wordt minder geluid waargenomen bij de ontvanger. Aldus wordt bij elke interactie met de gevels een deel van de energie van het speculaire veld overgebracht naar het diffuse veld.

4.1.4. INVLOED VAN BALKONS Ietwat analoog aan diffuse reflectie is het effect van balkons. Over de hoogte van de gevel worden balkons met loodrechte borstwering gesimuleerd en vergeleken met balkons waarbij de borstwering licht vooroverhelt naar het centrum van de canyon toe. In beide gevallen neemt de afscherming toe.

4.2. METEOROLOGISCHE EFFECT: INVLOED VAN WINDAFWAARTSE GELUIDPROPAGATIE Bij windafwaartse geluidpropagatie treedt neerwaartse afbuiging van geluid op. In stedelijke omgeving zal dit effect versterkt worden door het voorkomen van sterke gradiënten in de windsnelheid boven de canyons, ter hoogte van de daken. Bovendien is de windstroming boven een stad sterk turbulent door de vele interacties met obstakels windopwaarts. In de buurt van de canyons wordt het windveld in detail gesimuleerd met stromingssoftware. Deze informatie wordt gebruikt voor de berekeningen van de geluidpropagatie met FDTD en PE. Turbulente verstrooiing van akoestische golven worden gemodelleerd tijdens de PE berekeningen. De simulatie wordt gedaan voor verschillende windsnelheden, welke een sterk turbulente atmosfeer veronderstellen. Hieruit blijkt dat het effect van wind belangrijk is. Voor beide simulaties wordt een daling in afscherming van meer dan 5dB berekend in vergelijking met een windstille atmosfeer voor het totale A-gewogen verkeersgeluid. Hoe groter de windsnelheid, hoe groter de invloed van de wind. Berekeningen leren verder dat met stijgende afstand tussen de canyons en met stijgende frequentie, het (negatieve) verschil met een windstille atmosfeer vergroot.

4.3. COMBINATIE VAN EFFECTEN Indien rekening wordt gehouden met de combinatie van alle voorgaande beschreven factoren die invloed hebben op de geluidpropagatie tussen een bron- en ontvangcanyon, dan is dit niet eenvoudig een opsomming van deze effecten. Als bijvoorbeeld diffuse reflectie wordt gecombineerd met een meewindsituatie dan blijkt uit de resulterende afscherming dat de resultaten sterk overeenkomen met deze van een stilstaande atmosfeer met een vlakke gevel. [9] PAGINA | 18


INVLOED VAN DE BEBOUWING ING OP DE AFSCHERMING AFSCHERMIN VAN EEN PARALLELLE STRAAT

4.4. GROENDAKEN 4.4.1. INVLOED VAN EEN EN INTENSIEF GROENDAK GROENDA De aanwezigheid van een intensief groendak resulteert in een belangrijke afname van het geluiddrukniveau aan de indirect-blootgestelde gevel van een gebouw (zie zie Fig. 6)). 6) Dit geldt vooral wanneer er vanuit gegaan wordt dat er een stille sti kant is. De breedte-hoogte hoogte verhouding van de straat canyons heeft een beperkte invloed. Er is een lineaire relatie te zien tussen het groendak effect en fractie van het dak dat bedekt is met groen. Verder worden nog meer diverse parameters onderzocht door oor Van Renterghem en Botteldooren. [10]

FIG. 6 CONFIGURATIE TER BESTUDERING BEST VAN DE INVLOED VAN HET GROENDAK OP DE AFSCHERMING VAN VA EEN STREET CANYON

4.4.2. INVLOED VAN DE SUBSTRAATDIKTE SUBSTR Zowel extensieve als intensieve groendaken zijn interessant om de diffracterende golven go over het gebouw te beperken. De substraatdikte van extensieve groendaken tonen een aantal maximale verzwakkingen afhankelijk van de dikte en de frequentie. Globaal gezien wordt er een goede efficiëntiee waargenomen voor substraatdiktes dicht bij de maximum maximum waarde voor extensieve extensie groendaken (tussen 15 en 20 cm). De substraatdikte voor intensieve groendaken overschrijdt overschrijd makkelijk de 20 cm. Toch lijkt deze vermeerdering in substraatlaag niet te leiden tot een betere afscherming. Lage frequenties worden zo goed als niet beïnvloed door de aanwezigheid van een groendak.

PAGINA | 19


INVLOED VAN DE BEBOUWING BEBOUW OP DE GEVELLAST

5. INVLOED VAN DE BEBOUWING BEBOUWING OP DE GEVELLAST Het geluiddrukniveau aan de buitenkant van een gebouw en de akoestische isolatie van de gevel zijn de sleutelwoorden tot het schatten van het geluiddrukniveau binnen het gebouw. Hoewel het akoestisch isoleren van gevels goede resultaten geeft, kan toch aangetoond worden dat geluidhinder in het algemeen daardoor niet van de baan is. Dit is te wijten aan het feit dat de bouwhuid dikwijls geperforeerd is met et ventilatie openingen of dat er openstaande ramen aanwezig zijn. zijn Daarom is het nuttig te onderzoeken welke parameters invloed hebben op de gevellast.

5.1. IN EEN STREET CANYON 5.1.1. INVLOED VAN EEN GROENDAKTERRAS GROENDAK Er wordt een configuratie behandeld waarbij de voorgevel voorgevel een bepaalde terugspringing maakt naar achter, waardoor een terrasachtige configuratie ontstaat (zie Fig. 7). De efficiëntie efficiënt van het groendak wordt bepaald door de hoeveelheid groenoppervlak dat aanwezig is.

FIG. 7 VOORSTELLING VAN EEN GROENDAKTERRAS

5.1.1.1. Invloed van de snelheid van de voertuigen De akoestisch gevellast van de bovenliggende verdiepingen waarvan een gedeelte zich in een schaduwzone bevindt, wordt onderzocht. onderzocht Hoe kleiner de terugsprong van de gevel hoe kleiner de afscherming. scherming. De afscherming zal toenemen wanneer er geen directe zichtlijn aanwezig is tussen de bron en de ontvangers aan de gevel, dus bij het groter worden van de schaduwzone. schaduwzone Het effect van een groendak stijgt als de snelheid van de wagens toeneemt, toene althans ans voor lichte wagens. Voor V zwaardere vrachten is dit effect minder.

PAGINA | 20


INVLOED VAN DE BEBOUWING OP DE GEVELLAST

5.1.1.2. Invloed van het groendaktype Voor kleine terrassen is het groendaktype (intensief en extensief) vrij onbelangrijk. Naarmate het terras groter wordt, zal de keuze van de groendak karakteristieken belangrijker worden. De impedantie van het substraat is ook frequentiegebonden waardoor de absorptie eigenschappen zullen stijgen met de frequentie. 5.1.1.3. Invloed van de substraatdikte Ook in dit geval is voor kleine terrassen de substraatdikte van weinig belang. Voor lichte voertuigen heeft een substraatdikte van 5 cm weinig positieve invloed, maar het verschil tussen 10 cm en 20 cm is zowel voor extensieve en intensieve groendaken klein. Voor zwaardere voertuigen is de impact van de substraatdikte wel van groot belang in het geval van een extensief groendaktype. Zo kan aangetoond worden dat een extensief groendak met een substraatdikte van 20 cm resulteert in een belangrijke verbetering ten opzichte van 10 cm dikte.

5.1.2. INVLOED VAN BALKONS Het plaatsen van een balustrade als akoestische barrière voor het beperken van de gevellast is weinig efficiënt omdat de golven tegen het bovenliggende balkon reflecteren. De geluiddrukmetingen op het balkon kunnen dus gerelateerd worden aan de geluidomgeving binnen in de aangrenzende kamers.

De balkons die op een hoger verdiep gelegen zijn, geven een betere afscherming dan deze die lager gelegen zijn (zie Fig. 8). Dit wordt veroorzaakt door de directe en diffracterende componenten aan de lagere balkons. Ook het padverschil van de gediffracteerde en directe golven stijgt relatief met de balkonhoogte. [11]

PAGINA | 21



FIG. 8 INVLOED VAN DE HOOGTE VAN DE BALKONS OP HETT AFSCHERMINGSEFFECT

5.1.2.1. Invloed van absorptievlakken De gevellast kan enigszins nigszins wel beperkt worden door het plafond van het balkon te behandelen met een absorberend materiaal (de regen kan er toch niet aan). Absorberende materialen zijn meestal nogal kwetsbaar, wat in praktijk een doorslaggevende rol speelt. In het onderzoek van Hothersall et al. gaat men er vanuit dat er maar één gevel aan de straatkant is. is In n een stedelijke omgeving is het waarschijnlijk dat er aan an de overzijde van de straat eveneens een gevel aanwezig is. is Veelvuldige reflecties tussen de tegenover elkaar staande st gevels zullen ervoor zorgen dat meer me golven de balkonruimte bereiken. Hierdoor kan het zijn dat de behandeling van de achterste wand van het balkon met absorberend materiaal een interessantere optie wordt dan de behandeling van het plafond, hoewel hett directe pad van bron tot ontvanger ongewijzigd blijft. [11] 5.1.2.2. Invloed van de balkondiepte Door de balkondiepte te vergroten wordt de schaduwzone groter. Per verdieping neemt de schaduwzone dan nog eens toe. Het verdiepen van het balkon balkon zorgt voor v een verbeterde afscherming tussen 4 en 8 dB(A). 5.1.2.3. Invloed van de balustradevorm balustrade Door de balustrade naar voor te doen hellen neemt de schaduwzone evenredig met de hoogte nog eens extra toe (zie Fig. 9). 9) Hierdoor ondervindt men een bijkomende verbetering ve tussen 0,5 en 2 PAGINA | 22



dB(A). Zowel de balkondiepte als de overhellende balustradevorm vorm zijn kleine aanpassingen die een grote rol kunnen spelen bij het voorkomen van geluidhinder.

FIG. 9 SCHEMATISCHE VOORSTELLING VOORSTEL VAN HET AFSCHERMINGSEFFECT VOOR EN NA HET WIJZIGEN VAN DE BALUSTRADEVORM

5.2. IN EEN AFGESCHERMDE STREET CANYON 5.2.1. HARDE DAKEN In de configuratie te zien in onderstaande figuur behelst de akoestische schaduwzone de volledige gebouwhoogte. Hoewel het middelste gebouw een effeciënte effeciënte geluidsbarrière voorstelt, zijn de geluiddrukniveaus aan het indirect direct blootgestelde gevelvlak toch nog groot. Dit wordt veroorzaakt door de talrijke reflecties die de geluidsgolven ondergaan in beide canyons en door de diffractie aan de dakrand (zie Fig. 10).

FIG. 10 VOORSTELLING VAN DE DIFFRACTIEPUNTEN VOOR HARDE DAKEN

5.2.1.1. Invloed van de snelheid van het verkeer Indien de snelheid van het verkeer toeneemt zal het effect van de dakhelling prominenter worden. Voor lage snelheden is de bijdrage van de lage frequenties tot het totale verkeerslawaai groot. Deze frequenties diffracteren in grote mate over het gebouw waardoor de eigenlijke vorm van het dak PAGINA | 23



minder belangrijk wordt. Bij hogere snelheden worden de hogere frequenties van groter belang waardoor de exacte vorm van het dak wel significant wordt. 5.2.1.2. Invloed van de dakhelling Uit het onderzoek blijkt dat de zadeldaken in het algemeen, algemeen, in vergelijking met platte daken, tot een hoger geluiddrukniveau leiden aan de indirect blootgestelde gevels. Het geluidpropagatie probleem wordt daarbij zeer complex met veelvuldige reflecties en diffracties en de interactie tussen beide. In het geval van een plat dak zijn er steeds twee diffractiepunten, dewelke welke zich aan de dakranden bevinden. Na elkee diffractie wordt het geluid in diverse diverse richtingen verspreid waardoor er minder energie de ontvanger bereikt. bereikt Voor hellende daken moeten de geluidsgolven één, twee of drie maal diffracteren alvorens de indirect blootgestelde gevel te bereiken (zie Fig. 10). 10 De hoogte van de hellende daken en het spectrum van het verkeer zijn bijkomende parameters die de gevellast bepalen.

FIG. 11 VOORSTELLING VAN HELLENDE HARDE DAKEN EN GROENDAKEN

5.2.2. GROENDAKEN De aanwezigheid van een groendak doet de geluiddrukniveaus aan de indirect blootgestelde gevel in deze configuratie enorm dalen. Er is een algemene trend te zien voor de groendaken, namelijk dat het groendak meer afscherming gaat bieden naarmate naar de meethoogte aan de gevel toeneemt. Voor platte groendaken is een daling te zien bij bij de gemeten geluiddrukniveaus en ook de vorm van het gemeten profiel wijzigt licht. Ten opzichte van een hard dakmateriaal is voor hellende groendaken een grote verbetering zichtbaar (zie Fig. 11).. Wel is het een feit dat de karakteristieken van het groendak van veel groter belang zijn voor het verkrijgen van een optimale afscherming dan de helling van het dak.

PAGINA | 24

III. AKOESTISCHE BEGRIPPEN EN SCHAALMODELLEN

III.

ALGEMENE BEGRIPPEN

AKOESTISCHE BEGRIPPEN EN SCHAALMODELLEN

1. ALGEMENE BEGRIPPEN 1.1. HET RELATIEVE GELUIDDRUKNIVEAU SPL 1.1.1. DEFINITIE Om een idee te krijgen van het geluidveld in een streetcanyon wordt de relatieve geluiddruk gemeten. Het relatieve SPL wordt gedefinieerd als het absolute SPL op een bepaalde plaats vermindert met het absolute SPL op een referentiële plaats of ∆ , , De referentiële plaats zal zich meestal dichter bij de geluidbron bevinden dan de plaatsen waarop de geluiddruk gemeten wordt. Hierdoor zullen de resultaten altijd negatief zijn. In het schaalmodel is het zo dat het referentiële punt zich iets verder dan het dichtste meetpunt bevindt. Hierdoor zullen de waarden het dichtst bij de bron wel positief zijn.

1.1.2. GELUIDDRUKNIVEAU LP Het niveau dat in de akoestiek het meest gebruikt wordt, is het geluiddrukniveau Lp en wordt uitgedrukt in decibel [dB]. De dB-schaal is logaritmisch en laat ons op die manier toe geluid op een correcte wijze te meten, zoals een mens het waarneemt. Volgens de norm ISO 131-1979 wordt het geluiddrukniveau gedefinieerd als 10

20 log

waarin peff en p0 respectievelijk de effectieve geluiddruk en de referentie geluiddruk zijn. Deze parameters worden hieronder kort toegelicht.

PAGINA | 25


ALGEMENE BEGRIPPEN

1.1.3. GELUIDDRUK pgeluid Er kan gesteld worden dat de totale luchtdruk p de som is van de relatief traag variërende atmosferische druk patm en de relatief snel variërende geluiddruk pgeluid. !"# De snel wisselende geluiddruk pgeluid die het trommelvlies van de mens waarneemt wordt niet beïnvloed door de steeds aanwezig atmosferische druk patm. De variaties in de luchtdruk kunnen diverse vormen aannemen zoals een zuivere sinustoon met een bepaalde frequentie of stochastisch geluid (bv. ruis) en zijn vaak afhankelijk van de geluidbron.

Een geluid dat met een constante geluidsterkte subjectief wordt waargenomen impliceert niet dat de geluiddruk objectief constant is in de tijd. Het geluid dat met een constante geluidsterkte wordt waargenomen, zowel bij een zuivere sinustoon als bij een stochastisch geluid, is voortgebracht door een geluidbron waarvan de parameters constant blijven: de geluiddruk p(t), ook wel de ogenblikkelijke geluiddruk genoemd, is uiterst ingewikkeld. Nochtans heeft het menselijke gehoor de indruk dat de geluidsterkte constant is.

1.1.4. DE EFFECTIEVE GELUIDDRUK peff De gemiddelde waarde van de gekwadrateerde geluiddruk p(t) over een bepaalde tijd T (de integratietijd) is evenredig met de energie van de geluidgolven (de geluidenergie) in die tijd T. Het kwadrateren van p(t) houdt in dat de arbeid nodig om een onderdruk te creëren tov patm gelijk is aan de arbeid nodig om de corresponderende overdruk te creëren.

De geluidgewaarwording door de mens is bepaald door de geluidenergie afgeleid van de geluiddruk, die uitgeoefend wordt door de geluidgolven op het trommelvlies. Dit alles leidt ertoe dat we de ‘Root Mean Square’ waarde (afgekort: RMS) of de effectieve waarde van de geluiddruk gemeten over de tijd T als maat voor de geluidsterkte nemen. De effectieve geluiddruk wordt dan als volgt gedefinieerd: ( 1 $ ' *%+% % %& )

Waarin p(t) de geluiddruk is en T = t2 – t1 de integratietijd.

PAGINA | 26


ALGEMENE BEGRIPPEN

1.1.5. DE REFERENTIE GELUIDDRUK GELUIDD p0 De referentie druk is de minimaal waarneembare druk bij 1000Hz. Ze is gelijk is aan 2.10-5Pa.

1.2. ATMOSFERISCHE ABSORPTIE ABSORPT 1.2.1. DEFINITIE De attenuatie door atmosferische absorptie Aatm wordt gedefinieerd als de verzwakking van het geluid [dB] tijdens de propagatie over een afstand [m] [m door de lucht. Ze wordt verkregen door toepassing van de formule

waarbij α de atmosferische attenuatiecoëfficient attenuatieco [dB/km] is. De waarden van α zijn terug te vinden in Fig. 12. Dee waarden die daarin opgenomen opgenomen zijn, zijn terug te vinden in ISO 9613-1 9613 (zie Fig. 12).

FIG. 12 α--WAARDEN VOOR DE ATMOSFERISCHE ATTENUATIECOËFFICIËNT VOLGENS ISO 9613-1

Er dient opgemerkt te worden dat de atmosferische attenuatiecoëfficient sterk afhankelijk is van de frequentie van het geluid, de temperatuur en de luchtvochtigheid van de lucht. In mindere mate wordt zij beïnvloed door de atmosferische druk. In de studie over geluidhinder geluidhin moet een gemiddelde atmosferische attenuatiecoëfficië coëfficiënt nt gebruikt worden die gebaseerd is op waarden die typisch zijn voor de gemiddelde weersituatie van die plek.

De atmosferische attenuatiecoëfficient α [dB/m], die gebruikt wordt om de numerieke waarden van het vrij veld te corrigeren, wordt berekend volgens ISO 9613-1. [12]

De berekening gebeurt aan de hand van de frequentie f [Hz] waarvoorr de correctie moet gebeuren, de temperatuur T [K] , de relatieve vochtigheid RH [%] en de luchtdruk patm [Pa]. PAGINA | 27


ALGEMENE BEGRIPPEN

1.2.2. TOEPASSING IN HET SCHAALMODEL Alle parameters die van belang zijn voor de propagatie van geluid in werkelijkheid worden evenredig meegeschaald met de geometrie en schaalfactor van het model. Daartoe behoort ook het medium waarin de golf zich voortplant. Gezien de lucht buiten op werkelijke schaal dezelfde lucht is als binnen in de anechoïsche kamer waar het schaalmodel getest wordt (mits kleine variaties in luchtvochtigheid en temperatuur), worden de gemeten resultaten in het schaalmodel verstoord door een te grote luchtabsorptie omdat met veel hogere frequenties wordt gewerkt. Dit heeft een overdreven daling van het SPL tot gevolg. De overmaat waarmee de lucht het geluid absorbeert dient gecorrigeerd te worden.

1.3. STRALINGSPATROON 1.3.1. BELANG Voor de studie van geluid aan de hand van een schaalmodel is het van belang over een goede geluidbron te beschikken. Een geluidbron is goed als de akoestische energie omnidirectioneel uitstraalt. In de zaalakoestiek wordt daarvoor frequent gebruik gemaakt van een dodecaeder, welke er voor zorgt dat de uitgestraalde energie van de bron over een volledige sfeer gelijk wordt uitgestraald (puntbron). In de stedelijke akoestiek werkt men eerder met een puntbron die over een halve sfeer haar energie egaal uitstraalt. Dit is van belang voor het interpreteren van de meetresulaten.

1.3.2. SCHAALMODEL BRON Op schaal is het niet evident om dergelijke puntbron na te bootsen. Eerst werd gebruik gemaakt van een vonkbron. De tegenover elkaar geplaatste elektroden generen onder een bepaald spanningsverschil een vonk welke omnidirectioneel is. Een bijkomende handigheid is dat de hoogte van de bron vrij te bepalen is. Helaas is een vonkbron zeer fragiel en is de reproduceerbaarheid van het signaal onvoldoende. Daarom wordt een systeem voorgesteld waarbij het uitgestuurde signaal via een computer gecontroleerd wordt. Ondanks een zeker opwarmingseffect dat zich voordoet is de reproduceerbaarheid van het signaal veel beter. De invloed van het opwarmingseffect op de metingen wordt teniet gedaan door het relatief uitdrukken van de meetresultaten.

1.3.3. DIRECTIVITEIT VAN DE BRON Het stralingspatroon van de bron is niet volledig omnidirectioneel en kent dus een zekere directiviteit. Vandaar dat een correctie voor dit stralingspatroon moet worden ingerekend. Het stralingspatroon van de gebruikte bron wordt uitgemeten. De zwarte contouren in de grafiek geven PAGINA | 28


ALGEMENE BEGRIPPEN

het theoretische stralingspatroon aan van een perfecte puntbron. Voor de heel lage frequenties van 25Hz tot 63Hz is de bron vrij onbetrouwbaar. Naarmate de frequenties stijgen krijgt de bron een steeds grotere directiviteit (zie Fig. 13). Dit is te wijten aan het steeds kleiner worden van de golflengtes ten opzichte van de afmetingen van de bron.

FIG. 13 DIRECTIVITEIT VAN HET STRALINGSPATROON VAN DE BRON

1.3.4. ENERGETISCHE BENADERING VAN EEN PUNTBRON Een bron geplaatst in het vrije veld kent voor verschillende frequenties een bepaald effectief geluidvermogenniveau. Tijdens de propagatie van de puntbron naar de ontvanger dienen een aantal attenuaties in rekening te worden gebracht ten gevolge van de aanwezige atmosfeer, de grond, reflecties, aanwezige schermen, etc. Eén van de verzwakkingen is de geometrische divergentie. De geometrische divergentie van een puntbron in het vrije veld is sferisch en wordt afgeleid uit

PAGINA | 29


ALGEMENE BEGRIPPEN

, met

4/0

I

de geluidintensiteit, de geluidenergie die langs één zijde per seconde op 1 m² invalt [W]

W

het geluidvermogen, geluidintensiteit per m² [W/m²]

r

de afstand tussen de bron en de ontvanger.

Door over te schakelen op logaritmische schaal volgt , 10& 1 2 10& 1 2 , 4/0 - met I0 en W0 de referentie waarden die, zowel voor de geluidintensiteit als voor het geluidvermogen, respectievelijk gelijk zijn aan 10-12 W en 10-12 W/m². Verder uitgewerkt volg dat

met

3 4 10& *0 + 10& *4/+

LI

het geluidintensiteitniveau [dB]

LW

het geluidvermogenniveau[dB].

Daar in het vrije veld het geluidintensiteitniveau LI gelijk is aan het geluiddrukniveau LP [dB], geldt 4 20& *0+ 11 De laatste twee termen duiden op de verzwakking van het geluiddrukniveau ten gevolge van de geometrische divergentie gegeven door 5#"6 20& 1 2 11

met d

de afstand van de bron naar de ontvanger [m]

d0

de referentie afstand [m].

Drie opmerkingen dienen hierbij te worden gemaakt. In de eerste plaats valt het op dat de geometrische divergentie frequentieonafhankelijk is. Ten tweede dient er rekening mee te worden gehouden dat het stralingspatroon van de puntbron ter hoogte van de grond niet uitgestraald wordt over een volledige bol, maar over een halve sfeer. Ten derde wordt de atmosferische attenuatie, besproken in een vorig punt, eveneens in rekening gebracht in het theoretische stralingspatroon.

PAGINA | 30


ALGEMENE BEGRIPPEN

1.3.5. CORRECTIE VAN HET STRALINGSPATROON In de meetresultaten wordt een correctie voor het stralingspatroon doorgevoerd. Het licht directieve stralingspatroon voor bepaalde frequenties van de bron en de imperfecties (bv. de invloed van de referentie arm) van de meetopstelling worden samen in rekening gebracht. Het gemiddelde stralingspatroon van de gebruikte bron in het schaalmodel wordt afgetrokken van de opgemeten data. Vervolgens wordt een theoretische omnidirectionele puntbron bij de resultaten opgeteld. Hierdoor wordt het specifieke stralingspatroon van de gebruikte bron en de imperfecties van de meetopstelling uitgeschakeld en zullen de resultaten beter te vergelijken zijn met numerieke simulaties of andere studies waarvan de meetopstelling afwijkt.

PAGINA | 31


SCHAALMODELLEN

2. SCHAALMODELLEN 2.1. AFWEGING VAN DE SCHAALFACTOR Vooraleer kan nagedacht worden over de te maken schaalmodellen moet op voorhand goed overwogen worden welke schaalfactor zal gebruikt worden.

Een kleine schaalfactor maakt het eenvoudiger om over degelijke meetapparatuur te beschikken. De verschaling van de frequenties ten opzichte van de werkelijkheid is beperkt zodat gewone meetapparatuur kan gebruikt worden. Een kleine schaalfactor impliceert dat het schaalmodel eenvoudiger te detailleren is zodat meer materialen in aanmerking komen voor het vervaardigen van de maquette. De grote beperking die een kleine schaalfactor met zich meebrengt is de ruimte die nodig is om een model van voldoende grootte te maken. Neem bijvoorbeeld een schaalfactor 1/10 of 1/20. Een straat van 100 m lang zal dan 10 of 5 m lang zijn. Dit vereist een vrij grote anechoïsche kamer. Bij het maken van de maquette kan redelijk wat tijd gewonnen worden doordat de details veel groter uitvallen. De hoeveelheid aan te kopen materiaal is in dit geval echter groot waardoor de kostprijs snel de hoogte in gaat.

Een grotere schaalfactor (bv. 1/50) beperkt het detailleringniveau. De details kunnen weinig nauwkeurig worden nagemaakt. Het bruikbare materiaal zal moeilijk bewerkbaar zijn daar het akoestisch des te harder zal moeten zijn (bv. plexiglas). Hoewel de nodige hoeveelheid materiaal dus vrij beperkt zal blijven, zal het prijskaartje van het materiaal des te hoger liggen. Ook de apparatuur moet aangepast worden. Heel hoge frequenties tot boven de 100kHz moeten kunnen uitgestuurd worden en ook de samplefrequentie van de geluidkaart zal heel hoog liggen. De apparatuur zal dus steeds duurder worden en de meetnauwkeurigheid zal verkleinen.

Er dient dus een evenwicht gezocht te worden tussen de pro’s en contra’s. In deze schaalmodelstudie wordt een schaalfactor 1/30 gebruikt. De schaalfactor volgt uit de balans tussen een haalbaar detailleringniveau, de totaal afmeting van de maquette en de apparatuur die hiervoor vereist wordt.

PAGINA | 32


SCHAALMODELLEN

2.2. BOXENMODEL 2.2.1. ONTWERP Het boxenmodel is ontworpen met als doel diverse stedelijke configuraties eenvoudig te kunnen opstellen. Gezien de investering die wordt gedaan, is het voor de hand liggend een multi-functionele maquette te maken wat betreft de geometrie en configuratie. Enkele parameters die daarvoor bepalend zijn en veelvuldig bekeken worden in de studie van geluid in stedelijk gebied zijn de hoogte van de gebouwen, de breedte van de straat en de bebouwing, de dakbedekking, de lengte van de straat en de ruimtelijke structuur.

Om de complexiteit van het te ontwerpen model te vereenvoudigen, wordt de breedte van de bebouwing, welke in dit onderzoek niet van belang is maar wel in onderzoek met betrekking tot afgeschermde canyons, en de dakvorm buiten beschouwing gelaten. Voor de breedte van de bebouwing wordt 15 m genomen (ie. 50 cm in het schaalmodel), wat een goede benadering is voor de gebouwdiepte in stedelijke centra. De dakvorm is plat zodat het mogelijk is in de toekomst een bijkomende dakconstructie op het platte vlak te installeren.

FIG. 14 OPBOUW VAN EEN BOX

De andere parameters worden wel in beschouwing genomen en vinden hun vorm in acht dozen van één meter lengte en 50 cm diepte met een aanpasbare hoogte (zie Fig. 14). De dozen worden op een houten grondvlak geplaatst waarin een geluidbron ingebouwd zit. De acht dozen zijn losse objecten die op diverse wijze geschakeld kunnen worden met als doel het nabootsen van een stedelijke configuratie.

PAGINA | 33


SCHAALMODELLEN

2.2.2. MATERIAALKEUZE Het maken van maquettes is steeds een zeer tijdrovende bezigheid. Er moet op zoek gegaan worden naar het juiste materiaal qua bewerkbaarheid en voldoende grote materiaalafmetingen moeten voorhanden zijn. In een schaalmodel dat gebruikt wordt voor akoestisch onderzoek is de hardheid van uiterst belang. Plexiglas en metaal zijn daarvoor ideale materialen omdat ze perfect hard zijn. Ze zijn echter bijzonder duur en moeilijk bewerkbaar. Er wordt gekozen om de acht dozen in MDF te vervaardigen. Het materiaal is doorgaans gemakkelijk te bestellen, het is eenvoudig bewerkbaar en de soortelijke massa is beperkt wat belangrijk is voor het draagvermogen van het stalen net in de anechoïsche kamer. Bovendien bestaat MDF uit gedroogde houtvezels die nadien met harsen aan elkaar verlijmd zijn, wat een zekere akoestische hardheid verschaft aan het materiaal (zie Fig. 15). Overigens kunnen de boxen bekleed worden door een tweede huid op het hout aan te brengen. Indien de MDF dozen onvoldoende hard zouden blijken, kunnen de poriën in het hout gedicht worden door een vernislaag aan te brengen.

FIG. 15 FOTO VAN EEN BOX

2.2.3. MULTI INZETBARE STEDELIJKE CONFIGURATIES Een aantal conventionele en minder conventionele configuraties kunnen gevormd worden. In dit werk wordt enkel de ‘street canyon’ beschouwd, maar ook kruispunten en pleinen kunnen opgesteld worden op de grondplaat met puntbron die ook uit MDF gemaakt is (zie Fig. 16).

PAGINA | 34


SCHAALMODELLEN

FIG. 16 VOORSTELLING VAN ENKELE CONVENTIONELE CONFIGURATIES

De grootte van het platform maakt het mogelijk de onderzochte configuratie te verschuiven ten opzichte van de geluidbron die vast in het midden van de grondplaat is geïntegreerd. Door de combinatie van de verstelbare hoogte en de verschuifbaarheid van de dozen kunnen heel wat stedelijke configuraties en diverse geluidbronlocaties onderzocht worden (zie Fig. 17).

FIG. 17 VOORSTELLING VAN ENKELE MINDER CONVENTIONELE CONFIGURATIES

2.3. GEDETAILLEERD SCHAALMODEL 2.3.1. CRITERIA VOOR DE KEUZE VAN DE STRAAT Een stad is voorzien van honderden straat canyons welke in aanmerking komen voor dit onderzoek (zie Fig. 18). Een aantal criteria worden vooropgesteld ter bepaling van de meest geschikte straat.

PAGINA | 35


SCHAALMODELLEN

FIG. 18 STADSPLAN GENT

Een eerste criteria is de lengte van de straat. De straat moet voldoende lang zijn om een goed beeld te kunnen krijgen van het geluidverloop in de straat. Ook de begrenzing van een straat in de lengterichting speelt daarin een rol. Indien de straat onvoldoende lang is, zullen de gemeten waarden tijdens de in situ meting verstoord worden door geluiden die afkomstig zijn van de straten waarop de onderzochte straat aansluit. Heel wat straten voldoen aan dit criterium maar worden alsnog gediskwalificeerd daar ze niet voldoen aan één van volgende criteria.

Een tweede criteria is er een die intrinsiek verbonden is met de definitie van een ‘street canyon’. Een ‘street canyon’ wordt gekenmerkt door een B/H kleiner dan 1. Dat wil zeggen dat de gevels van de begrenzende gebouwen hoger moeten zijn dan de breedte van de straat.

Een derde criterium is de rechtheid van de straat. De straat moet recht zijn om te kunnen vergelijken met de metingen die worden uitgevoerd op schaal. Dit blijkt één van de moeilijkere criteria te zijn, zeker in een stad als Gent die zijn morfologische groei kende onder impuls van de wolnijverheid in de Middeleeuwen. Daarbij aansluitend moeten de gevels parallel tegenover elkaar staan.

Een vierde criterium is de omliggende omgeving. De omgeving waarin de straat zich bevindt, ligt beter niet te dicht bij een drukke verbindingsweg of bij andere luidruchtige externe bronnen (industrie, drukke commerciële straat,…). De omringende gebouwen hebben dus best enige omvang PAGINA | 36


SCHAALMODELLEN

en de omgeving zou op een bepaald moment toch min of meer rustig moeten zijn. Voor het onderzoek moet de straat kunnen worden afgesloten voor plaatselijk verkeer wat impliceert dat het geen significante infrastructurele ader van de stad mag zijn.

Een vijfde en laatste criterium is er een om praktische redenen. Akoestisch onderzoek in situ vraagt heel wat voorbereiding en materiaal dat ter plaatse moet geraken. Een straat in de buurt van de universiteit is dus mooi meegenomen.

FIG. 19 MAGNELSTRAAT ALS IDEALE STREET CANYON

De kaart van Gent overschouwend voldeden slechts een aantal straten aan alle criteria. Eén straat in het bijzonder sprong er uit, zijnde de Gustaaf Magnelstraat (zie Fig. 19). De enige afwijking die zich hier echter wel voordoet is het licht hellen van de straat.

2.3.2. OPMETING VAN DE STRAAT Alvorens een schaalmodel te kunnen maken, moet er grondig onderzoek verricht worden naar de geometrie van het object. In casu zijn dat de twee gevels die de Gustaaf Magnelstraat langs beide zijden flankeren. PAGINA | 37


SCHAALMODELLEN

Een eerste gevel wordt volledig gevormd door de oostvleugel van het plateaugebouw. De regie der gebouwen van de Ugent bezit plannen, snedes en gevelbeelden van diverse universitaire gebouwen, inclusief deze van de plateau. Bijgevolg moest weinig moeite gedaan worden om een CAD tekening te verkrijgen van de gewenste straatgevel.

FIG. 20 DE MANUEEL OPGEMETEN GEVEL

De tweede gevel van de Magnelstraat bestaat uit een sequentie van rijwoningen waarin hoofdzakelijk studenten zijn ondergebracht. Ondanks enkele recente renovaties aan de façade van deze gebouwen konden geen plannen worden gedongen van de eigenaar. Omdat een CAD tekening van de gevel noodzakelijk is, wordt dan maar beroep gedaan op de fotogrammetrie. Dit is een techniek die veelvuldig wordt toegepast bij het restaureren en renoveren van gebouwen indien geen beeldmateriaal voorhanden is. Zoals de term impliceert, maakt men gebruik van de fotografie om dan vervolgens het fotografisch beeld te gaan vervormen totdat de afmetingen kloppen. Photoshop voorziet hiervoor de nodige tools, maar helaas faalt de techniek indien de hoek waaronder de foto’s genomen zijn te scherp is. Het gevelbeeld wordt in dit geval te drastisch vervormd en te veel informatie betreffende de geveldetails gaat verloren. Dit komt doordat de straat vrij smal is, waardoor de lens het perspectivisch gevelbeeld vervormt. Uiteindelijk zit er niets anders op dan het gelijkvloers manueel op te meten. Aan de hand van enkele referentiemetingen, zoals een baksteen, kan de hoogte van een gebouw en de posities van de verschillende details bepaald worden. Bijkomend fotografisch referentiemateriaal maken het mogelijk de CAD tekening van de gevel te vervolmaken. Deze methode wordt eveneens frequent gebruikt bij gevelrestaurateurs (zie Fig. 20).

PAGINA | 38


SCHAALMODELLEN

FIG. 21 VEREENVOUDIGING VAN DE GEVELGEOMETRIE VAN DE PLATEAU

De licht afwijkende geometrie van de werkelijke straat ten opzichte van de ideale rechte street canyon moet aangepast worden in de geometrie van het schaalmodel. De aanwezige lichte helling wordt eruit gefilterd en de gebouwdelen worden relatief verschoven ten opzichte van het straatniveau (zie Fig. 21). Hierdoor komen alle gebouwdelen mooi op een lijn te liggen. Dit geeft aan dat de kleine vereenvoudiging aanvaardbaar is binnen de architecturale opvatting van dit historisch gebouw.

2.3.3. 3D MODEL Om een beter inzicht te verwerven in de complexe geometrie van de twee gedetailleerde gevels die de Gustaaf Magnelstraat flankeren, wordt aan de hand van de getekende CAD gevels en dwarse doorsneden een 3D model gemaakt. Meermaals wordt ter plaatse opgemeten om de diepte in de gevel te verkrijgen. De CAD tekeningen worden geïmporteerd in Google Sketchup 7. Eens van elk gevelelement een vlak is gemaakt, worden deze vlakken geëxtrudeerd volgens de gegevens van de

PAGINA | 39


SCHAALMODELLEN

dieptemeting die ter plaatste werden opgemeten en volgens de dwarsdoorsneden. Zo wordt een bijzonder gedetailleerd 3D model vervaardigd (zie Fig. 22).

FIG. 22 COLLAGE VAN DE 3D SIMULATIE VAN DE PLATEAUGEVEL IN GOOGLE SKETCHUP

2.3.4. VERWERKING VAN 3D MODEL NAAR PLOTBAAR CAD MODEL De minimale afstand tussen twee lijnen die kunnen worden gelasercut is beperkt tot 2 mm (ie. 6 cm werkelijke schaal). Ook de dikte van het materiaal dat gebruikt wordt om de maquette te maken is van belang en beperkt enigszins de nauwkeurigheid van het model. De keuze van het materiaal wordt besproken in het volgende punt.

In het 3D model wordt voor elk van de gevels een referentievlak gekozen. Raaminsprongen, deurinsprongen en poorten bevinden zich achter dit referentievlak, geveldetails en ornamenten bevinden zich ervoor. Vervolgens worden zowel voor als achter het referentievlak een aantal parallelle langsdoorsneden gemaakt in functie van de dikte van het materiaal totdat alle details en PAGINA | 40


SCHAALMODELLEN

insprongen terug te vinden zijn in een van de gemaakte langsdoorsneden. Google Sketchup voorziet een tool die gemaakte snedes exporteert naar autoCAD. Daar worden vervolgens nog enkele vereenvoudigingen aangebracht die een gevolg zijn van de materiaaldikte waarin de maquette zal vervaardigd worden en de minimale afstand tussen de te lasercutten lijnen (zie Fig. 20 en Fig. 23).

FIG. 23 VEREENVOUDIGING VAN DE DWARSE DOORSNEDE

Uit de verschillende langs- en dwarsdoorsneden kan nu van elk geveldetail de juiste maquette afmetingen bepaald worden. Zo wordt de volledige gevel ontleed in verschillende vlakken en objecten. Elk ornament of reliëf wordt afzonderlijk opgetekend, rekening houdend met de minimaal afwijkende afmetingen die gelden voor het schaalmodel. Zo ontstaat een enorme puzzel van kleine en grotere stukken die uit een plaat worden gelasercut (zie Fig. 24). Nadien worden alle stukken met Pattex houtlijm aan elkaar gelijmd.

PAGINA | 41


SCHAALMODELLEN

FIG. 24 DE TE LASERCUTTEN PUZZEL VAN DE PLATEAUGEVEL

2.4. MATERIAALKEUZE VOOR DE MAQUETTE De materialen geschikt voor het lasercutten zijn vrij beperkt. Slechts drie materialen komen in aanmerking: wit karton, plexiglas en multiplex.

Wit karton is geschikt voor deze toepassing daar de laser aan een beperkt vermogen toch alle puzzelstukjes losgebrand krijgt. Het laseren aan een beperkt vermogen verhoogt ook de snelheid waarmee de laser de gewenste insnijdingen maakt. De dikte van de kartonplaat is 1,8 mm wat impliceert dat het aantal nodige kartonplaten bijzonder hoog is. Dit verhoogt zowel de plottijd als de kostprijs. Het karton is tevens vrij gevoelig voor lijm en maquettefouten. Een druppel lijm morsen op een stuk karton bevuilt het witte oppervlak en maakt het gevelvlak oneffen.

Een tweede bruikbaar materiaal is plexiglas. Zoals eerder vermeld is dit materiaal ideaal om te gebruiken bij een akoestische studie dankzij zijn perfecte hardheid. Helaas zijn de afmetingen waarin het te verkrijgen is beperkt en is het materiaal daarenboven bijzonder duur.

Multiplex is een materiaal bestaande uit dunne houten platen die op elkaar verlijmd worden. De lijm is de doorslaggevende factor of het al dan niet geschikt is om te lasercutten. Sommige lijmen resulteren in veel rook en een brandgeur wanneer ze in contact komen met de laser, waardoor ze PAGINA | 42


SCHAALMODELLEN

ongeschikt bevonden worden. Maar er zijn ook multiplexplaten waarvan de lijm wel bestand is tegen verbranding door de laserstraal, waaronder de triplexplaat die gebruikt wordt in dit schaalmodel. De afmetingen van de triplexplaat zijn 60 cm op 90 cm met een dikte van 3,6 mm. Deze platen zijn vrij goedkoop, stevig en makkelijk bewerkbaar en bijgevolg degelijk materiaal om te gebruiken voor een schaalmodel. Een nadeel echter is de vezelstructuur van de panelen. Niet alle platen hebben dezelfde vezelrichting. Hierdoor wordt het moeilijk vooraf in te schatten in welke richting langgerekte en dunne geveldetails moeten ingevoerd worden in de lasersoftware. Dit is van belang daar de laser voor het uitsnijden van triplex zijn maximale vermogen dient te gebruiken. Na enige tijd verzwakt het vermogen van de laser waardoor de diepte van de insnijding onvoldoende wordt. Het is dan ook noodzakelijk sommige stukken handmatig bij te werken alvorens ze gebruikt kunnen worden voor de maquette. Bij het manueel uitduwen van de stukken komen de vezels gemakkelijk los, waardoor de afmetingen van het gevelelement lichtjes veranderen. Dit heeft slechts minimale gevolgen voor de gedetailleerdheid van het schaalmodel (zie Fig. 25), maar maakt het vervaardigen van het schaalmodel echter een moeilijke en tijdrovende klus.

FIG. 25 FOTO’S VAN HET GEDETAILLEERDE SCHAALMODEL

PAGINA | 43

IV. MEETMETHODEN EN VERWERKINGSPROCESSEN

IV.

IN SITU METING

MEETMETHODEN EN

VERWERKINGSPROCESSEN 1. IN SITU METING Een in situ meting wordt gepland om de verkregen data van de schaalmodelmetingen te vergelijken met de werkelijkheid. Zo kan het nut van gedetailleerde schaalmodellen getoetst worden aan de werkelijkheid.

1.1. MEETMETHODE 1.1.1. PLAATSELIJKE SITUATIE Gezien de locatie van de Magnelstraat, een studentikoze omgeving, valt er tijdens de weekends doorgaans weinig te beleven. De rustige omgeving is noodzakelijk voor het uitvoeren van een in situ meting. Dit maakt het ook mogelijk de straat op een zaterdag af te sluiten voor plaatselijk verkeer zonder daarmee veel hinder te veroorzaken. Er wordt maanden op voorhand een openbare brief opgesteld en uitgedeeld aan de buurtbewoners, tevens wordt de politie op de hoogte gesteld van het gebeuren. Een burgemeesterbesluit, ondertekend door zowel de Gentse politie als de burgemeester zelf, is noodzakelijk om de geplande metingen te mogen uitvoeren. Dergelijk besluit wordt voorafgegaan door een vrij grote administratieve rompslomp. Het besluit vermeldt dat de politie 48u op voorhand de straat zou afsluiten voor verkeer en parkeerverbodsborden zou plaatsen. Helaas was dit niet gebeurd waardoor de politie er de dag zelf moest worden bijgehaald om de straat alsnog af te sluiten. Eigenlijk dienden de zeven geparkeerde auto’s administratief getakeld te worden, wat een enorme kost zou meebrengen voor de stad Gent. Uiteindelijk werd besloten de metingen toch uit te voeren onder de huidige condities.

PAGINA | 44


IN SITU METING

1.1.2. MEETSITUATIE

FIG. 26 MEETSITUATIE VAN DE IN SITU METING

De lengte van de Magnelstraat bedraagt net geen 105 m. Op 50 m wordt een omnidirectionele geluidbron 30 cm boven het straatniveau geplaatst. Drie meetmicrofoons worden opgesteld in de straat waarvan twee microfoons steeds symmetrisch worden geplaatst op een veelvoud van 10 m ten opzichte van de bron. De overblijvende microfoon wordt excentrisch ter hoogte van de bron geplaatst en dient als vaste referentiemicrofoon (zie Fig. 26 en Fig. 27). Per meetsituatie worden een aantal opnames gemaakt zodat eventueel storend geluid van naburige straten kunnen worden uitgemiddeld.

FIG. 27 SFEERBEELD VAN DE IN SITU METING

PAGINA | 45


IN SITU METING

1.1.3. MEETAPPARATUUR

FIG. 28 SCHEMA VAN DE IN SITU MEETAPPARATUUR

1.1.3.1. De geluidbron Bij akoestische metingen wordt in de zaalakoestiek dikwijls gebruikt gemaakt van een geluidbron die de akoestische energie in alle richtingen egaal uitstraalt. Daarom vereist de norm ISO 140-3 en ISO 3382 het gebruik van een omnidirectionele geluidbron.

Voor het gemak wordt eerst een luchtdrukpistool overwogen. Dit instrument produceert een omnidirectioneel geluid met een groot vermogen binnen het frequentiedomein dat interessant is. Dit werktuig vereist voor openbaar gebruik een wapenvergunning welke niet werd verkregen voor dit experiment. Daarom wordt op zoek gegaan naar een andere geluidbron.

De Omni-sound source OS002 gebruikt een cluster van 12 luidsprekers in de vorm van een dodecaëder die het geluid sferisch uitstraalt. De 12 luidsprekers zijn zo met elkaar verbonden dat ze verzekeren in fase te opereren. De geluidbron kan voor roze ruis een maximum geluidvermogen van 115dB produceren binnen een frequentiedomein van 125Hz en 4kHz. De diameter van de bron bedraagt 300 mm. Bijgevolg een ideale geluidbron om te gebruiken in dit experiment. Daar voor stedelijke akoestiek, in tegenstelling tot de zaalakoestiek, meestal met een half sferische bron wordt gewerkt, wordt de geluidbron op een lage voet midden in de straat geplaatst. Hierdoor zal ze haar energie quasi over een halve sfeer uitstralen naar de omgeving. Deze bron werd geleend van BSWA TECH.

1.1.3.2. De buitenunit De front-end B&K type 3560C buiten unit voorziet een vier-kanaalmeetsysteem dat wordt aangestuurd door Pulse Labshop. De drie meetmicrofoons worden hierop aangesloten en tevens de PAGINA | 46


IN SITU METING

geluidbron is ingeplugd op de unit. Het systeem voorziet dat alle input kanalen (de microfoons) en alle outputkanalen (de geluidbron) perfect gesynchroniseerd zijn. Dit bespaart heel wat tijd tijdens de verwerking van de gemeten data. 1.1.3.3. De meetmicrofoons Een ½ inch MK 250 condensatormicrofoon wordt gebruikt voor de drie microfoons. Dit zorgt voor een frequentieantwoord van 3,5Hz tot 20kHz en laat geluiddrukniveaus toe tot 146dB. Het frequentieantwoord voor diverse geluidinvalshoeken is zeer vlak tot en met 2kHz. Voor hogere frequenties gaat het frequentieantwoord ietwat fluctueren in functie van de invalshoek. Het gebruik van een ½ inch microfoon laat toe iets hogere frequenties te meten (tot 20kHz), dit is echter ten koste van de gevoeligheid, welke slechts 12,5 mV/Pa bedraagt. Gezien het vrij beperkte spectrum dat ons interesseert, hadden we beter gebruik kunnen maken van 1 inch microfoons, welke een vlak frequentieantwoord hebben toto 8kHz met een nauwkeurigheid van ±2 dB. De gevoeligheid van dergelijke microfoons is typisch 50 mV/Pa. Deze waren helaas in gebruik voor andere metingen.

De voorversterkers die de microfoons vooraf gaan zijn verschillend, maar dat maakt weinig uit daar alle microfoons werden gekalibreerd. De microfoons werden eveneens voorzien van een windbol. 1.1.3.4. Kalibratie van de microfoons Een microfoon wordt geleverd met een kalibratiekaart waarop de frequentiegevoeligheid is weergegeven. Er bestaan verschillende kalibratietechnieken voor microfoons of voor totale meetsystemen. Voor het meten van de geluiddrukniveaus bekomt men de beste resultaten wanneer men een pistonfoon gebruikt voor de kalibratie van het meetsysteem. Een pistonfoon, ook zuigerkalibrator genoemd, bestaat uit een motor die een paar zuigers heen en weer beweegt. Dergelijke pistonfoon genereert typisch een geluid van 250Hz, 124 dB. De frequentie van 250Hz wordt gepaald door de beperking van de snelheid waarmee de zuiger op en neer kan bewogen worden. De kalibratie gebeurt door het koppelstuk van de pistonfoon over de microfoon te plaatsen en het toestel aan te schakelen. Door kalibratie van het meetsysteem worden afwijkingen intern gecorrigeerd. De interne correctie dient steeds lager te zijn dan 1dB. 1.1.3.5. De software Pulse lapshop 14 is de software die ontwikkeld werd door Brüel & Kjær en wordt toegepast om het geheel aan hardware te sturen. De meetmicrofoons meten het ontvangen signaal simultaan op waardoor de signalen gesynchroniseerd blijven. De data wordt opgeslaan in .DAT-files welke eenvoudig te exporteren zijn naar wave-form waardoor de signaalverwerking vergemakkelijkt wordt. PAGINA | 47


IN SITU METING

1.1.4. HET GEBRUIKTE SIGNAAL Het signaal dat wordt uitgestuurd kan omwille van de software slechts 30 seconden duren. Het signaal wordt opgesplitst in 3 delen. Het begint met een MLS-ruis die 12 seconden duurt, gevolgd door 5 seconden stilte, waarna een logaritmische sweep wordt uitgezonden die ook 12 seconden duurt. Deze gekozen signalen en hun lengtes zijn een gevolg van een aantal significante overwegingen. Hieronder worden de gebruikte signalen kort overwogen. 1.1.4.1. Signal-to-Noise Ratio SNR De SNR is een maat voor de kwaliteit van een signaal waarin een storende ruis aanwezig is. De SNR geeft het vermogen van het gewenste signaal in verhouding tot het vermogen van de aanwezige ruis. De SNR wordt meestal gegeven als quotiënt van het gemiddelde vermogen van het gewenste signaal en het vermogen van de achtergrondruis 789 of op logaritmische schaal in dB

: ; <= : !"=

: ; <= 789#> 10& 1 2 : !"=

Hoe hoger SNR, hoe makkelijker het wordt om het gewenste signaal van het achtergrondgeluid te scheiden. In de in situ meting wordt gebruik gemaakt van een MLS en een sweep signaal omdat na toepassing van kruiscorrelatie de SNR verhoogt. 1.1.4.2. Maximum Length Sequence MLS Het MLS signaal is een pseudo-ruis met een wit spectrum en hoge SNR. Wat voor deze toepassing van belang is, is dat het bronvermogen over de volledige tijd en over het volledige frequentiedomein moet opgedeeld worden. Met de omnidirectionele geluidbron die voor de in situ meting gebruikt wordt, is dit geen probleem, maar voor kleinere geluidbronnen met een beperkt vermogen kan dit wel voor hinder zorgen. 1.1.4.3. Sweep SWP Een sweep is een signaal dat een vooropgesteld frequentiedomein van laag naar hoog afloopt. Deze signalen bestaan uit een sinustoon waarbij de frequentie lineair en exponentieel toeneemt met de tijd terwijl de amplitude constant gehouden wordt. Het grote verschil met de MLS bestaat erin dat elke frequentie op een ander tijdstip aan bod komt, terwijl bij de MLS alle frequenties tegelijkertijd worden afgespeeld. Hierdoor wordt het vermogen van de geluidbron geconcentreerd in één

PAGINA | 48


IN SITU METING

bepaalde frequentie op een bepaald moment, wat een goede zaak is voor geluidbronnen met een beperkt vermogen. Twee soorten sweeps kunnen worden onderscheiden.

Lineaire Sweep SWPlin Bij een SWPlin worden de verschillende frequenties lineair afgelopen. De lineaire sweep heeft een vlak spectrum zodat iedere frequentiecomponent evenveel energie bezit. Indien opgedeeld in octaafbanden of tertsbanden wil dit zeggen dat in de lage frequenties veel minder energie aanwezig is dan in de hoge frequenties, gezien de bandbreedte stijgt naarmate de centrumfrequentie stijgt. Hierdoor kunnen de verschillende frequentiebanden niet met elkaar worden vergeleken.

Logaritmische Sweep SWPlog Bij een SWPlog wordt het frequentiedomein logaritmisch afgelopen. De logaritmische sweep heeft een 1/f -spectrum (roze spectrum). Daar de verschillende frequentiebanden zich logaritmisch ten opzichte van elkaar verhouden, zal de energie uitgezonden door de geluidbron nu in elke frequentieband gelijk zijn. Dit in combinatie met het concentrerend vermogen van de bron in een frequentie in de tijd, maakt dit een ideaal signaal om te gebruiken tijdens het akoestische in situ experiment om dan te vergelijken met het schaalmodel. De SNR bij de SWPlog ligt lager dan bij de MLS en bijgevolg worden dus beide signalen gebruikt tijdens de in situ meting.

De stilte tussen de twee signalen is noodzakelijk om twee redenen. Eerst en vooral maakt dit het eenvoudiger om achteraf de signalen van elkaar te knippen en ten tweede, de belangrijkste reden, moet voldoende lang gewacht worden om zeker te zijn dat de energie afkomstig van het eerste signaal in de straat voldoende is uitgestorven. Indien dit niet gebeurt zou er tijdens de tweede meting nog energie van het eerste signaal worden opgemeten. Dit kan voorkomen in het geval van een hoge reverberatietijd RT wanneer de energie dus langzaam afneemt. De vijf seconden rust zijn een initiële schatting van de RT met een nodige marge.

1.2. VERWERKING 1.2.1. OUTPUT DATA Zoals eerder aangegeven worden de signalen via de verschillende kanalen synchroon opgenomen en opgeslaan in een data file. Pulse Labshop voorziet een export tool die de .DAT-files eenvoudig omzet in een .wav-file. Dit proces moet echter manueel gebeuren.

PAGINA | 49


IN SITU METING

1.2.2. ANALYSE VAN DE IN SITU DATA De verwerking van de data gebeurt met Matlab R2007b. Er wordt een code opgesteld die de data inleest en analyseert. De analyse bestaat erin het relatieve SPL te bepalen door de FFT (fast fouriertransformatie) te nemen van de kruiscorrelatie tussen het verzonden signaal en het opgenomen signaal. Het relatieve SPL wordt berekend voor de verschillende tertsbanden. Dit wordt toegepast voor elk opgenomen signaal en per meetconfiguratie wordt een gemiddelde genomen van de verschillende metingen met de standaarddeviatie daarbij weergegeven. Ter verduidelijking wordt ook de theoretische distributiefunctie van het vrije veld geïmplementeerd.

1.2.3. BESPREKING RESULTATEN VAN DE IN SITU METING De linkerkant van de Magnelstraat grenst aan de Rozier waar onder andere de Boekentoren gevestigd is (negatieve x-waarden op de grafiek). De rechterkant van de straat geeft uit op de Jozef Plateaustraat (positieve x-waarden op de grafiek).

FIG. 29 RESULTATEN VAN DE IN SITU METING

PAGINA | 50


IN SITU METING

De foutenvlaggen op de grafiek geven de standaarddeviatie weer van de verschillende metingen op één positie. De zeer kleine waarden duiden op een goede representatie van de gemeten waarden (zie Fig. 29, welke tevens duidelijker terug te vinden zijn in Bijlage A). Naarmate de afstand tot de bron vergroot, nemen ook de afwijkingen toe. Dit wordt verklaard door de fluctuerende passage van de aangrenzende straten, welke niet verkeersvrij werden gemaakt. De resulterende lijn vertegenwoordigt het gemiddelde van de verschillende metingen. Het verloop van de afname van het geluiddrukniveau toont mooie resultaten en komt overeen met de verwachtingen. De geluidafname in functie van de afstand tot de bron is frequentieonafhankelijk, dit is eveneens te zien in de verschillende vrije veld curven. Toch is voor de lage frequenties de afname aan het eind van de straat minder uitgesproken dan voor de hoge frequenties. Dit wordt verklaard doordat voor de lage frequenties het geluidveld voornamelijk gevormd wordt door speculaire reflecties. Voor de hoge frequenties wordt het geluidveld gevormd door diffuse reflecties. Dit kan te wijten zijn aan de geometrie van de diffuserende objecten die aanwezig zijn op de gevel. Hun afmetingen zijn niet van die grootteorde dat ze veel invloed zullen hebben op de frequenties met een langere golflengte, waardoor de invallende golven voornamelijk speculair zullen reflecteren. Vanaf 4kHz gedraagt het geluidveld in de straat zich vrij gelijk met het vrije veld.

Voor de frequenties van 315Hz tot en met 2kHz is het back-diffusion effect te herkennen voor de gemeten waarden dicht bij de bron. Voor lagere en hogere frequenties is dit niet het geval. Daar wordt het geluidveld gedomineerd door het direct geluid.

Opvallend is ook dat de kant van de Plateaustraat een iets snellere afname kent dan deze van de Boekentoren. Dit zou verklaard kunnen worden door het feit dat de bron op 50 m van de Plateaustraat is geplaatst en dat de straat op zich 105 m lang is (dus ongeveer 5 m verschil tussen links en rechts), waardoor het geluiddrukniveau aan de kortste kant lichtjes sneller afneemt. De afname in de straat is het kleinst voor de 1kHz, 1.25kHz en 1.6kHz banden.

PAGINA | 51


SCHAALMODELLEN

2. SCHAALMODELLEN 2.1. MEETMETHODE 2.1.1. ANECHOÏSCHE KAMER Een anechoïsche kamer is een ruimte die specifiek bedoeld is voor het verrichten van akoestische metingen en wordt ook wel ‘dode kamer’ genoemd. De wanden, vloer en plafond zijn bekleed met een akoestisch poreus materiaal waardoor het geluid maximaal geabsorbeerd wordt en dus niet gereflecteerd wordt. Het poreuze materiaal is puntvormig en bestaat uit steenwol. Hoe langer deze kegels zijn des te beter de lage frequenties geabsorbeerd worden. Het grondvlak van de anechoïsche kamer is ook bekleed met absorberend materiaal. Om de kamer toch te kunnen betreden zonder het materiaal te beschadigen is een stalen net over de grondkegels gespannen.

De anechoïsche ruimte is eveneens zeer goed geïsoleerd zodat er binnenin geen storende geluiden van buitenaf waar te nemen zijn. Een dubbele deur scheidt binnen van buiten.

Daar de geluidenergie in deze kamer volledig wordt geabsorbeerd, is het mogelijk een vrij veld omgeving na te bootsen, waardoor enkel het rechtstreekse geluid tussen bron en ontvanger wordt waargenomen. Aangezien het grondvlak in dit geval eigenhandig gemaakt dient te worden, is het in casu interessanter over een semi-anechoïsche kamer te beschikken. Dit verschaft wel de mogelijkheid om centraal een opening te voorzien waarin diverse puntbronnen kunnen uitgeprobeerd worden.

Via twee kleine openingen onderaan de kamer worden de nodige kabels naar buiten geleid. In de ene opening worden alle hoogspanningskabels gelegd, de andere opening is voorzien voor laagspanning. Op deze manier wordt inductie tussen de verschillende kabels vermeden.

2.1.2. CONDITIONERING EN OPSTELLING Om de resultaten van de verschillende testen met elkaar te kunnen vergelijken is het van belang dat de metingen onder identieke condities gebeuren. Om op bepaalde punten te kunnen meten wordt gebruik gemaakt van een robotarm. Tevens wordt een vaste referentiearm geplaatst in de nabijheid van de bron (zie Fig. 30. Om hun invloed op de meting te beperken worden ze in een akoestisch poreuze foam gewikkeld. Toch wordt hun storende aanwezigheid daardoor niet volledig opgegeven. Daarom is het van belang het stralingspatroon van de bron in combinatie met de aanwezige opstelling uit te meten. Dit stralingspatroon wordt van de meetresultaten afgetrokken om er dan PAGINA | 52


SCHAALMODELLEN

vervolgens een theoretische puntbron terug bij op te tellen. Zo worden een aantal beperkende condities weggewerkt. Tijdens de metingen wordt een constante temperatuur en constante relatieve vochtigheid verondersteld.

FIG. 30 OPSTELLING VAN HET BOXMODEL IN DE ANECHOÏSCHE KAMER

Op het zelfgemaakte grondvlak kunnen de verschillende maquettes worden opgesteld en getest. Bovenstaande figuur geeft een indruk van de meetopstelling voor het boxmodel. Bij het opmeten van het gedetailleerde schaalmodel wordt een identieke configuratie gebruikt. De gevels worden dan voor het boxenmodel geplaatst in overeenstemming met de correcte afstand tussen de twee gevelvlakken.

2.1.3. MEETAPPARATUUR

FIG. 31 SCHEMA VAN DE MEETAPPARATUUR VOOR DE SCHAALMODELLEN

PAGINA | 53


SCHAALMODELLEN

2.1.3.1. De geluidkaart Een externe geluidkaart DMX 6 Fire USB van het merk Terratec wordt aangesloten op een computer. Deze uitbreidingskaart zorgt ervoor dat de computer een hoogwaardig geluid kan opnemen en produceren. De geluidkaart beschikt over een aantal componenten:

-

DA- converter: zet een digital signaal om in geluid

-

AD- converter: zet geluid om in een digitaal signaal en wordt ook wel sampling genoemd

-

Synthesizer: maakt de weergave van MIDI- informatie mogelijk (deze component is van geen belang voor de toepassing waarin ze wordt gebruikt)

-

Microfoonversterker

-

Mixer: voor het regelen van de volumes van de verschillende bronnen (microfoon, lijningang, WAV-geluid, MIDI).

De kwaliteit van het geluid wordt voornamelijk bepaald door de samplerate of samplefrequentie van de geluidkaart. De DMX 6 Fire USB beschikt over een samplefrequentie van 192kHz welke opmerkelijk hoger ligt dan de meeste geluidkaarten waarvan de samplerate beperkt is tot 48kHz. Deze hoge samplefrequentie is bepalend voor het vastleggen van hoogst reproduceerbare frequenties. Doorgaans wordt gesteld dat de samplefrequentie minimum twee maal hoger moet zijn dan de hoogst gewenste frequentie, zodat het signaal reproduceerbaar is. Deze stelling is theoretisch onderbouwd en staat beter bekend als het Nyquist-Shannon bemonsteringstheorema. Indien niet voldaan wordt aan dit Nyquistcriterium kan het elektronische signaal niet identiek heropgebouwd worden als het oorspronkelijke signaal. De frequentiecomponenten die boven de Nyquist-frequentie liggen gaan niet verloren, maar worden gemengd met lagerfrequente componenten, dit fenomeen wordt ‘aliasing’ genoemd. De geluidkaart is bijgevolg het controlerende orgaan tussen het uitgestuurde en het ontvangen signaal. 2.1.3.2. De versterker De versterker, een Pioneer: stereo amplifier A-607R Direct energy MOS, heeft als doel het uitgestuurde elektronische signaal te versterken. In dit proces voegt de versterker ongewenste ruis toe en zullen bepaalde frequenties meer versterkt worden dan andere, waardoor vervormingen ontstaan. De mate waarin dit gebeurt hangt van een aantal factoren af: -

De SNR is hier de verhouding tussen het signaal waar het om gaat en de ruis die de versterker zelf toevoegt. Dit wordt altijd in dB aangeduid. De ruis die de versterker toevoegt heeft meestal een constant volume. Deze ruis is voornamelijk hoorbaar als het signaal stil is. PAGINA | 54


SCHAALMODELLEN

Daar het hier om een vrij recente versterker gaat zal het ruis bijna onhoorbaar zijn (maar ze is er wel). -

Het frequentieantwoord van de versterker geeft de laagste en hoogste frequentie aan voor welke frequenties de versterking dezelfde is. De gebruikte versterker heeft een frequentiebereik van 5Hz tot 100kHz.

-

De frequentiekarakteristiek geeft aan in welke mate elke frequentie versterkt wordt. Een versterker zal de ene frequentie iets meer versterken dan een andere frequentie. Een bijkomend effect is het optreden van fasedraaiing van het signaal. Het menselijke gehoor is daar overigens bijzonder gevoelig voor omdat de fase gebruikt wordt bij het bepalen van het stereobeeld.

-

De kanaalscheiding geeft de mate van scheiding aan tussen het linker en rechter kanaal. Aangezien de versterkers voor de verschillende kanalen in hetzelfde apparaat zitten, is er altijd sprake van overdracht van een signaal naar een ander kanaal. Deze waarde wordt in dB opgegeven.

2.1.3.3. De geluidbron Moderne luidsprekerkasten voor Hi-Fi systemen bevatten doorgaans twee of drie luidsprekers, waarvan de kleinste een tweeter wordt genoemd. Deze zijn speciaal ontworpen om hoge frequenties te kunnen produceren. Omdat het frequentiegebied dat onderzocht wordt meegeschaald dient te worden in het schaalmodel, moet de geluidbron beschikken over een zeer groot frequentiebereik. Daar één luidspreker dit niet kan dragen wordt het frequentiedomein opgesplitst. Er worden twee tweeters gebruikt om het frequentiedomein te overbruggen. Een laagfrequente tweeter voor het frequentiedomein van 100Hz tot 40kHz van het merk SB acoustics en een hoogfrequente tweeter voor frequentiedomein van 30kHz tot 100kHz van het merk Murata (met dank aan Murata Netherlands). Bijgevolg moet dus elke opstelling tweemaal gemeten worden. Een hoger frequentiebereik was niet nodig daar de samplefrequentie van de geluidkaart dit toch niet zou toelaten.

In de grondplaat van de maquette wordt een gat gemaakt waarin beide tweeters kunnen geplaatst worden. De tweeters worden ingebouwd in een grondstuk weergegeven in onderstaande figuur (Fig. 32). Zo kan eenvoudig gewisseld worden tussen beide tweeters die nu min of meer werken als een puntbron. [13]

PAGINA | 55


SCHAALMODELLEN

FIG. 32 OPBOUW VAN DE TWEETERS

De SB (type 29RDNC-C000-4) tweeter is gemonteerd in een plexiglazen doos welke onderaan tegen het inpasstuk van MDF wordt gevezen. Daartussen is een soepele rubber geplaatst die trillingsoverdracht via de MDF plaat moet vermijden. Het plexiglazen doosje tracht ervoor te zorgen dat geen geluidenergie verloren gaat onder de grondplaat van de maquette. Eerst werd een stukje absorberend materiaal tussen het doosje en de onderkant van de plaat bevestigd zodat er geen interferenties zouden plaatsvinden in de hals van het inpasstuk, maar het geluid werd te veel geabsorbeerd waardoor er onvoldoende vermogen kon worden uitgestraald [13]. De diameter van de opening in het inpasstuk waaruit het geluid komt bedraagt 6 mm. De SWPlog die wordt gebruikt voor de SB tweeter gaat van 500Hz tot 35kHz over 30 seconden. Het werkelijke frequentiedomein van de laagfrequente tweeter verloopt dus van 25Hz tot 1kHz.

De Murata tweeter (type ESTD02) wordt om identieke rede ook in een plexiglazen doosje gemonteerd en ook onderaan een inpasstuk met soepele rubber gevezen. Omwille van absorptie problemen wordt het inpasstuk niet uit MDF vervaardigd maar uit plexiglas. Ondanks het feit dat het impedantieverschil van de twee materialen aan de bovenkant voor diffractie zal zorgen, was dit noodzakelijk daar de geboorde zijwand van een MDF inpasstuk te absorberend was voor de bijzonder hoge frequenties uitgestraald door de Murata tweeter. Voor deze tweeter bedraagt de diameter van de opening bovenaan 4 mm. De SWPlog die wordt gebruikt voor de SB tweeter gaat van 20kHz tot 96kHz over 30 seconden. Het werkelijke frequentiedomein dat daarmee overeenstemt loopt van 800Hz tot 2.5kHz. PAGINA | 56


SCHAALMODELLEN

2.1.3.4. Vergelijking overlappende tertsbanden van Murata en SB metingen De twee tweeters worden elke afzonderlijk gebruikt om een bepaald frequentiedomein te kunnen dekken binnen het totale onderzochte spectrum. De 800Hz tertsbanden en 1kHz tertsbanden liggen beide binnen het frequentiedomein van de tweeters. Daar zowel de Murata tweeter als de SB tweeters steeds afzonderlijk worden gebruikt, is het zinvol om de deviatie van deze twee gemeenschappelijke tertsbanen te bekijken voor identieke metingen. Voor het bepalen van het gemiddelde stralingspatroon zijn een aantal metingen achter elkaar uitgevoerd onder identiek dezelfde condities voor zowel de Murata tweeter als voor de SB tweeter. De 800Hz en 1kHz tertsband worden geïsoleerd uit de resultaten van het stralingspatroon. Voor beide bronnen worden de vier verschillende metingen uitgevoerd waarna het gemiddelde en de standaarddeviatie worden bepaald.

FIG. 33 OVERLAPPENDE TERTSBANDEN VAN DE SB EN DE MURATA TWEETERS

De resultaten tonen een kleine standaarduitwijking voor de verschillende metingen. Dit wil zeggen dat een goede overeenkomst wordt gedetecteerd tussen deze metingen (zie Fig. 33). Dicht bij de bron en heel ver van de bron is de deviatie het grootst. In het eerste geval is dit vermoedelijk te wijten aan diffractie, afkomstig van de minimale opening tussen het inpasstuk van de tweeter en de eigenlijke voerplaat. Voor de Murata tweeter wordt een plexiglazen inpasstuk gebruikt waardoor extra diffractie optreedt omwille van het impedantieverschil met de grondplaat. De diepte waarmee beide tweeters zich in het grondvlak bevinden kan licht verschillen, met als gevolg meer of minder diffractie.

Ver van de bron zijn de verschillen ook iets groter. Tussen deze grenzen zijn de standaardafwijkingen veel kleiner. Globaal kan gesteld worden dat de foutenmarge van de 800Hz tertsband kleiner is dan die van de 1kHz band. Dit kan te wijten zijn aan het feit dat de Murata tweeter tot ongeveer 680Hz op werkelijke schaal gaat, waardoor een voldoende grote uitmiddeling mogelijk is voor de 800Hz PAGINA | 57


SCHAALMODELLEN

band. De hoogste frequentie van de SB tweeter gaat tot ongeveer 1.15kHz op werkelijk schaal. Dit heeft een beperkte uitmiddeling tot gevolg daar de bandbreedte groter wordt voor hoge frequenties, maar de overlapping kleiner is. Dit kan een verklaring zijn voor de grotere standaardafwijking in de 1kHz band ten opzichte van de 800Hz band. 2.1.3.5. De meetmicrofoons Zowel de meetmicrofoon als de referentiemicrofoon zijn 1/8 inch condensator microfoons van het merk G.R.A.S. type 40DP. Ze zijn verbonden met een microfoon voorversterker van het merk B&K . Deze elementen zitten verwerkt in een kabelbuis die ingepakt is in akoestische foam. De kabels van de meetmicrofoon en referentiemicrofoon liggen ver uit elkaar om overspraak tussen de beide signalen te vermijden. 2.1.3.6. Microfoon toebehoren De dual microphone supply type 5935 van B&K vervult een dubbele functie. Ten eerste levert deze eenheid de noodzakelijk stroom, onder andere voor de polarisatie van de microfoons. Ten tweede is er ook een voorversterker ingebouwd. Dit maakt het mogelijk het output signaal van de microfoon nogmaals voor te versterken en een A-weging toe te passen. Deze laatste toepassing wordt niet gebruikt in het experiment. De twee kanalen werken onafhankelijk van elkaar, maar zijn elektrisch identiek. Dit zorgt ervoor dat ze goede fase karakteristieken hebben met een minimale overdracht tussen de beide kanalen. Zowel de meet- als de referentiemicrofoon worden hierop aangesloten. Het signaal van de microfoon wordt daarna teruggestuurd naar de geluidkaart waar het elektrische signaal terug getransformeerd wordt naar een digitaal signaal. 2.1.3.7. De Robotarm De meetmicrofoon is aan een robotarm bevestigd. Een Velmex VXM stepping motor controller voorziet de aansturing van de Bi Positioning slide. De commando’s worden gestuurd vanuit een python script dat garant staat voor zowel de beweging van de meetmicrofoon over een XY-grid als de synchronisatie van de meetprocedure. Het script werkt als volgt: eerst wordt de robotarm naar zijn oorsprong gebracht. Van daaruit beweegt de arm naar een opgegeven beginpunt van het grid. Daar blijft de arm gedurende 20 seconden stil staan. Dit is noodzakelijk om trillingen van de meetmicrofoon tijdens de meetprocedure te vermijden. De motor van de robotarm veroorzaakt namelijk nogal wat trillingen tijdens de verplaatsing over het grid. Na de stilstand stuurt het script het gevraagde afspeelsignaal (in casu een logaritmische sweep) door. Dit wordt afgespeeld door de ingebouwde tweeter. Van zodra het signaal begint, start de meting door de meet- en

PAGINA | 58


SCHAALMODELLEN

referentiemicrofoon. De opname stopt eveneens synchroon met het einde van het uitgestuurde signaal. Deze meetprocedure wordt herhaald voor elk punt van het grid.

De afmetingen van het grid kunnen zeer nauwkeurig worden ingesteld (tot op 0,005 mm). Het aantal grid elementen op de X-as en de Y-as, alsook de onderlinge afstand tussen deze punten, moeten vooraf worden ingegeven in de pythoncode. Voor elk gemeten punt wordt een .wav-file weggeschreven die de naam krijgt van zijn coördinaten. Dit maakt het eenvoudig het juiste bestand op te roepen tijdens de analyse van de gemeten resultaten in matlab.

2.2. VERWERKING 2.2.1. REPRODUCEERBAARHEID VAN DE BRONNEN Om te bepalen of het wel noodzakelijk is een referentiearm te gebruiken is het nuttig na te gaan of de geluidsbronnen over een zekere reproduceerbaarheid beschikken. Indien het signaal dat zij uitsturen nagenoeg constant is in de tijd, kan overwogen worden de referentiemicrofoon achterwege te laten zodat ze de geometrie van de opstelling niet hindert. 300 metingen (ie. ongeveer 3u40) worden na elkaar uitgevoerd onder identieke omstandigheden (zie Fig. 34).

FIG. 34 OPWARMINGSEFFECT VAN DE GELUIDBRONNEN

Zoals te zien op de grafiek heeft de Murata gedurende de eerste 70 metingen last van een zeker opwarmeffect. Eens een voldoende hoge temperatuur bereikt is, is de Murata microfoon zeer reproduceerbaar in de tijd.

De SB tweeter toont iets anders aan. Het verloop van de SB tweeter is vrij parabolisch in functie van de tijd. Na 300 metingen heeft de tweeter nog steeds geen constant niveau bereikt. Daarenboven PAGINA | 59


SCHAALMODELLEN

bedraagt het verschil tussen de minimum en maximum waarde enkele dB. Dit toont aan dat het uitgestraalde vermogen van de bron fluctueert in de tijd en bijgevolg onvoldoende reproduceerbaar is. Het is dus aangewezen gebruik te maken van een referentiemicrofoon, zodat een referentiewaarde steeds van het gemeten signaal kan worden afgetrokken om zo een relatieve SPL te bekomen. Deze relatieve SPL is onafhankelijk van het vermogen uitgestuurd door de tweeter op een bepaald tijdstip.

Er dient te worden opgemerkt dat de instelling van de versterker voor de SB tweeter en Murata tweeter verschillend zijn. De versterking gebeurt manueel aan de hand van een draaiknop, waardoor het nagenoeg onmogelijk is exact dezelfde versterking aan te geven voor de verschillende opstellingen. Ook dit gegeven impliceert de noodzakelijkheid van een referentiemicrofoon. De instellingen van de geluidkaart en de voorversterker blijven ongewijzigd.

2.2.2. CORRECTIE VOOR DE OVERMATIGE ATMOSFERISCHE ATTENUATIE IN HET SCHAALMODEL In de analyse van het relatieve SPL voor de gemeten waarden in het schaalmodel moet een correctie voor de overmatige luchtverzwakking doorgevoerd worden. Deze correctie kan op verschillende manieren gebeuren zoals beschreven in de literatuurstudie. Daar vrij laat de kennis vergaard is voor het correct implementeren van deze correctie, is ze niet doorgevoerd voor de meeste meetresultaten van deze scriptie. De correctie is wel toegepast op de resultaten die het schaalmodel toetsen aan de in situ meting. Er wordt een eerste poging ondernomen om het effect van de overmatige atmosferische correctie weer te geven. De correctie is exponentieel groeiend met de tijd omdat verondersteld wordt dat een langere weg is afgelegd voor een laat impulsantwoord. Wanneer er in het signaal meetruis aanwezig is, dan zal deze echter ook exponentieel versterkt worden. Dit is een gevolg van een lage SNR waarde. Verschillende atmosferische correcties worden bekeken ten opzichte van een ongecorrigeerd verloop. [14-15]

PAGINA | 60


SCHAALMODELLEN

FIG. 35 VERSCHIL OVERMATIGE ATMOSFERISCHE ABSORPTIE CORRECTIE

Voor de lage frequenties zijn zo goed als geen verschillen te zien. Bij 2kHz en 2.5kHz is er na de correctie zo goed als geen afname met de afstand meer te zien. Ofwel is dit het gevolg van een overcompensatie, want bij 2kHz is er daadwerkelijke absorptie, ofwel is het een gevolg van de kleine SNR bij deze frequenties. Daar de temperatuur en de relatieve vochtigheid tijdens de metingen niet zijn opgemeten worden enkel waarden vergeleken. Voor de lage frequenties is er geen verschil te zien. Voor de hoge frequenties hebben de wijziging van de relatieve vochtigheid en de temperatuur echter grotere gevolgen. Dit is vermoedelijk te wijten aan de overcompensatie daar voor de overlappende 800Hz en 1kHz band de verschillen zeer groot zijn (zie Fig. 35). Bijgevolg moet er nog aan de code gesleuteld worden zodat de atmosferische correctie juist kan worden geïmplementeerd. De overige waarden zijn terug te vinden in Bijlage B.

2.2.3. STRALINGSPATROON 2.2.3.1. Gemiddeld stralingspatroon De metingen die worden gebruikt om de afwijking in overlappende tertsbanden te onderzoeken, komen uit de metingen die worden uitgevoerd om een gemiddeld stralingspatroon te bepalen over een langere periode.

Niet alle metingen kunnen op eenzelfde korte tijd achter elkaar worden opgenomen. Hierdoor kunnen zowel de opstelling van de configuratie als de versterking van de geluidbron kleine afwijkingen bezitten. Ook om de aanwezigheid van de meetarm te elimineren uit de resultaten is het aangewezen een gemiddeld stralingspatroon te bepalen. De metingen worden over een ruimere tijd gespreid dan nodig om de eigenlijke meting uit te voeren. Tussen de eerste twee metingen zitten enkele uren. Dan zijn nog twee stralingspatroon-opmetingen toegepast met respectievelijk een dag en twee dagen verschil tussen de metingen. PAGINA | 61


SCHAALMODELLEN

FIG. 36 VERGELIJKING GEMIDDELD GEMETEN STRALINGSPATROON MET THEORETISCH STRALINGSPATROON

Uit de geplotte grafieken is te zien dat er een kleine foutenmarge aanwezig is tussen de verschillende metingen. Dit wil zeggen dat de bron een vrij constant stralingspatroon vertoont. Op het einde neemt de afwijking ten opzichte van de gemiddelde waarde toe en dit vooral voor de laagste en hoogste frequenties.

Op de grafiek zijn de gemeten waarden in functie van het theoretische frequentieonafhankelijke stralingspatroon weergegeven. De lage frequenties fluctueren redelijk veel ten opzichte van de theoretische waarde. Vanaf de 125Hz band tot 2.5kHz kent het stralingspatroon van de bron een goede overeenkomst met het theoretische stralingspatroon. Voor de hogere frequenties, van 1kHz tot 2.5kHz duiken de waarden lichtjes onder de theoretische waarden. In de 2.5kHz band is op grote afstand van de bron een opmerkelijk herstel te zien (zie Fig. 36). De meetcurve duikt vrij snel onder de theoretische curve, om zich dan op 35 m à 40 m van de bron te herstellen met waarden die hoger liggen dan het theoretische stralingspatroon. De afwijkende hoge frequenties komen overeen met de frequenties waarvoor de bron een zekere directiviteit kent (zie Deel III lid 1.3.3). De hoge frequenties worden meer naar boven uitgestraald. Dit zou een verklaring kunnen zijn voor kleine afwijking. In de onmiddellijke nabijheid van de bron is te zien dat de gemeten waarden steeds hoger liggen dan theoretische bepaald. Dit is een gevolg van een afwijking in de meetopstelling. De afstand tussen de bron en de referentiemicrofoon is iets groter dan de afstand tussen de bron en de dichtste bijzondere meetpositie. Bijkomende waarden zijn terug te vinden in Bijlage C. 2.2.3.2. Verschil theoretisch stralingspatroon van de in situ meting en de schaalmodel meting Daar de bron in het schaalmodel verwerkt zit in de vloerplaat kunnen in het theoretische stralingspatroon geen interferenties optreden door de afwezigheid van grondreflecties. Voor de in situ meting is een sferische bron 30 cm boven het straatoppervlak geplaatst. Hierdoor kunnen in het PAGINA | 62


SCHAALMODELLEN

theoretisch stralingspatroon wel interferenties opduiken. De theoretische verschillen zijn te zien in onderstaande figuur.

FIG. 37 VERSCHIL THEORETISCH STRALINGSPATROON IN SITU BRON EN SCHAALMODELBRON

Het theoretische stralingspatroon voor een bron in de grond is steeds frequentieonafhankelijk. Voor een bron boven een grondvlak treden diverse interferenties op waardoor het stralingspatroon wel frequentieafhankelijk wordt. Voor de heel lage frequenties benadert het verloop van de theoretische in situ bron deze van in het schaalmodel. Dit wordt verklaard doordat de golflengtes te groot zijn om op deze korte afstand te kunnen interfereren. Naarmate de golflengte kleiner wordt ontstaan dicht bij de bron interferenties (zie Fig. 37). Deze theoretische verschillen zijn echter niet duidelijk waar te nemen in de opgemeten data. Toch kunnen zij een belangrijke rol spelen bij de interpretatie van de resultaten. De resultaten voor de andere frequentiebanden zijn terug te vinden in Bijlage D. 2.2.3.3. Invloed van de correctie van het stralingspatroon Imperfecties wat betreft stralingspatroon van de bron en de meetopstelling in vergelijking met een ideale straat kunnen deels worden weggewerkt door het corrigeren van het stralingspatroon van de bron (zie Fig. 38).

PAGINA | 63


SCHAALMODELLEN

FIG. 38 INVLOED VAN DE CORRECTIE VAN HET STRALINGSPATROON

De interpretatie van de curven is logisch. Hoe groter de afwijking tussen het gemeten stralingspatroon van de bron en het theoretische stralingspatroon, hoe groter de impact op de gecorrigeerde resultaten. Het volstaat dus de verschillen tussen de zwarte lijnen te interpreteren. Voor de laagste frequenties tot en met 100Hz vertoont het gemeten stralingspatroon grote afwijkingen ten opzichte van de theoretische waarden. Het verloop is dan ook weinig representatief. Vanaf 125Hz tot 2kHz verschijnt een duidelijke exponentiële afname van het energetische verloop. Hier dient opgemerkt te worden dat de theoretische benadering van een puntbron steeds frequentieonafhankelijk is. Voor de 800Hz en 1kHz banden is een goede overeenkomst te zien tussen het opgemeten stralingspatroon en de theoretische benadering. Voor de hoogste frequenties vanaf 1kHz is omwille van de brondirectiviteit een grotere daling te zien voor het gemeten stralingspatroon in functie van de afstand tot de bron. De overige waarden zijn terug te vinden in Bijlage E.

Er kan besloten worden dat de correctie van het stralingspatroon voor de lage frequenties de afname van de geluiddruk vergroot en voor de hoge frequenties de afname beperkt. Voor de 800Hz band en de 1kHz band blijven de curven voor en na de correctie zo goed als identiek.

2.2.4. ANALYSE VAN DE OPGEMETEN DATA De verwerking van de data van het schaalmodel gebeurt eveneens in Matlab R2007b. Er wordt een code opgesteld die de data van het schaalmodel inleest en analyseert. Eerste en vooral worden de frequenties gecorrigeerd door het inrekenen van de schaalfactor. De analyse bestaat erin via het Fourier-algoritme de signalen op te delen in frequenties en per meetlocatie het relatieve SPL te bepalen via het theorema van Parceval. Daarna wordt het stralingspatroon in rekening gebracht. Voor de data waarvan de overmatige atmosferische demping wordt gecorrigeerd, wordt een rechthoekig venster geplaatst op het spectrum waardoor een mooi impulsantwoord kan bepaald PAGINA | 64


SCHAALMODELLEN

worden. Dit impulsantwoord wordt geanalyseerd aan de hand van een opgegeven wavelet transformatie (Morlet). Dit signaal wordt gefilterd en terug omgezet naar een gecorrigeerd signaal. Vervolgens wordt het relatieve SPL berekend. Het stralingspatroon wordt niet in rekening gebracht voor de signalen die gecorrigeerd werden voor de overmatige luchtabsorptie.

Dit wordt gedaan voor elke opgenomen bestand. De opgenomen signalen worden door het Python bestand weggeschreven volgens het coördinatensysteem van de robotarm. Dit maakt het mogelijk de coördinaten mee te nemen in de analyse en zo wordt elk resultaat voor zijn verschillende frequentiebanden aan een meetlocatie van het afgelopen grid gekoppeld. De matrix die ontstaat wordt gebruikt voor het genereren van de beelden.

PAGINA | 65

V. VERIFICATIE VAN HET AKOESTISCH KOESTISCH SCHAALMODEL SCHAALMOD

SPIEGELBRONMETHODE

V. VERIFICATIE VAN HET AKOESTISCH AKOESTISCH SCHAALMODEL 1. SPIEGELBRONMETHODE 1.1. NUMERIEKE BEREKENING VOLGENS KANG Om bepaalde aspecten van schaalmodel te verifiëren met de literatuur teratuur wordt een simulatie gemaakt waarbij de gevels van het model geïnterpreteerd worden als speculair reflecterende wanden. wanden De methode bestaat erin, afhankelijk van het aantal orde reflecties, verschillende spiegelbronnen in rekening te brengen door ze op te tellen bij het directe geluidveld. Deze numerieke benadering wordt de spiegelbronmethode genoemd.

FIG. 39 SPIEGELBRONMETHODE VOLGENS VO KANG: DISTRIBUTIE VAN DE SPIEGELBRONNEN IN EEN GEÏDEALISEERDE STREET CANYON

PAGINA | 66

V. VERIFICATIE VAN HET AKOESTISCH SCHAALMODEL

SPIEGELBRONMETHODE

Bovenstaande figuur illustreert de distributie van de spiegelbronmethode in een geïdealiseerde straat (Fig. 39). Om de berekening te vereenvoudigen worden de spiegelbronnen in vier groepen verdeeld, namelijk A1, A2, B1 en B2. Groep A1 en A2 vertegenwoordigen de reflecties tussen de twee gevels en groep B1 en B2 zorgen ervoor dat de grondreflectie in rekening kan worden gebracht. Zo kan de energie afkomstig van een spiegelbron naar een ontvanger R met coördinaten Rx, Ry en Rz eenvoudig bepaald worden. [5] Kang veronderstelt een spiegelbron ? (? = 1, …, ∞) in groep A1. Voor oneven waarden van ? is de

energie aan de ontvanger

@" *%+

1 *1 AB +*CD&+/ *1 A> +*CF&+/ G FH#I 4/" 1%

" 2 J

Met αA en αB respectievelijk de absorptiecoëfficiënt van gevel A en B. M is de coëfficiënt voor de

atmosferische absorptie. Hier is KL de afstand tussen de spiegelbron en de ontvanger. Deze wordt als volgt bekomen

" *7 9 + M*? 1+- 7N 9N O *7P 9P + Voor even waarden van ? in groep A1 is de energie aan de ontvanger @" *%+

1 *1 AB +C/ *1 A> +C/ G FH#I 4/" 1%

met

" 2 J

" *7 9 + W?- 7N 9N X *7P 9P + Voor een spiegelbron ? (? = 1, …, ∞) in groep A2, met oneven waarden van ? is de energie aan de

ontvanger

@" *%+

1 *1 AB +*CF&+/ *1 A> +*CD&+/ G FH#I 4/" 1%

met

" 2 J

" *7 9 + M*? 1+- 7N 9N O *7P 9P + PAGINA | 67


SPIEGELBRONMETHODE

Voor even waarden van ? in groep A2 is de energie aan de ontvanger @" *%+

1 *1 AB +C/ *1 A> +C/ G FH#I 4/" 1%

met

" 2 J

" *7 9 + W?- 7N 9N X *7P 9P + Voor groep B1 en B2 wordt de energie van de spiegelbron naar de ontvanger gedetermineerd door gebruik te maken van dezelfde formules als voor groep A1 en A2, maar door telkens YZ [Z te

vervangen door YZ [Z en door de grondabsorptie αG in rekening te brengen. Door de energie van

alle spiegelbronnen uit groep A1, A2, B1 en B2 en de directe energie die rechtstreeks afkomstig is van de bron

1 G FH 4/" 0 \% ] J

@# *%+

met r de afstand tussen bron en ontvanger gegeven door

0 ^*7 9 + W 7N 9N X *7P 9P + bij elkaar op te tellen, kan de volledige energie in de ontvanger berekend worden. Als gevolg kan de relatieve SPL voor verschillende ontvangers in de straat in rekening worden gebracht door a

*%+ 10 log _@# *%+ ` @" *%+c "b&

met defg het referentie geluiddrukniveau. Voor de niveaufunctie L(t) kan de early decay time EDT en reverberatietijd RT30 bekomen worden. De steady-state SPL aan de ontvanger kan berekend worden door 10 log ` 10h*+/& ∆

In de configuraties die getest worden in dit onderzoek bevindt de bron zich op z=0. Dat wil zeggen dat de grondreflectie, berekend in groep B1 en B2, niet in rekening moet worden gebracht. De PAGINA | 68


SPIEGELBRONMETHODE

berekening voor de spiegelbronmethode volgens Kang wordt in matlab gesimuleerd. In deze simulatie wordt ondersteld dat de hoogte en de lengte van de straat oneindig zijn.

1.2. INVLOED VAN DE LUCHTABSORPTIE De numerieke simulatie voor het verloop van de geluiddruk aan de hand van de spiegelbronmethode laat toe het eerste effect van de luchtabsorptie in te schatten.

FIG. 40 INVLOED VAN DE FREQUENTIEONAFHANKELIJKE ATMOSFERISCHE ABSORPTIE VOLGENS DE SPIEGELBRONMETHODE

Naarmate de atmosferische coëfficiënt groter wordt, is een toenemende daling waarneembaar (zie Fig. 40). De toenemende daling verloopt exponentieel in functie van de atmosferische coëfficiënt. Gezien de energetische benadering van een puntbron, welke frequentieonafhankelijk is, kan verder weinig afgeleid worden uit deze figuur. Deze atmosferische coëfficiënt is afhankelijk van de luchtdruk, de temperatuur en de relatieve vochtigheid en mag in geen geval verward worden met de correctie voor de overmatige atmosferische absorptie in het schaalmodel.

PAGINA | 69


VERGELIJKING VAN MAQUETTEMATERIALEN

2. VERGELIJKING VAN DE VERSCHILLENDE MAQUETTEMATERIALEN Alvorens concreet over te kunnen gaan tot het analyseren van resultaten is van belang een aantal materialen te vergelijken met elkaar. Er worden vier materialen getest: aluminium, mdf, multiplex en verniste multiplex. De configuratie die gebruikt wordt voor het testen van de materialen bestaat uit een 90 m lange straat met een breedte van 10 m. Er wordt voor een kleine straatbreedte gekozen omdat de geluidgolven dan meer in contact komen met het onderzochte materiaal. Dit zorgt ervoor dat de gemeten resultaten een beter beeld geven van de absorptie-eigenschappen van de materialen, relatief ten opzichte van elkaar. De hoogte van de straat is genomen op 18 m wat op schaal overeenkomt met ongeveer 60 cm. Om de interpretatie van de bekomen resultaten te vergemakkelijken worden ook een aantal spiegelbronsimulaties gedaan voor diverse waarden van αA en αB, respectievelijk de absorptiecoëfficient van gevel A en gevel B. (zie punt 1.1)

FIG. 41 VERGELIJKING VAN DE VERSCHILLENDE MATERIALEN AAN DE HAND VAN DE SPIEGELBRONMETHODE

Over het algemeen verloopt de relatieve SPL afname van de geteste materialen vrijwel simultaan zowel voor de lage als voor de hoge frequenties. De waarden voor de lage frequenties volgen voornamelijk de spiegelbroncurve met αA = αB = 0 (αA en αB worden steeds gelijk gekozen). Naarmate de frequentie toeneemt zal het verloop van de verschillende materialen dalen tot het uiteindelijk het verloop van de spiegelbroncurve met αA = αB = 0,5 volgt. Er dient te worden opgemerkt dat de energetische benadering voor een puntbron frequentieonafhankelijk is (zie Fig. 41). De waarden voor de overige frequentiebanden zijn terug te vinden in Bijlage F.

Vooraf werd verondersteld dat aluminium akoestisch bijzonder hard is omwille van zijn weinig poreuze structuur. Dit materiaal wordt als referentiemateriaal gebruikt ter vergelijking van de absorptie-eigenschappen van de andere materialen. Hout is immers poreuzer en zal bijgevolg de PAGINA | 70


VERGELIJKING VAN MAQUETTEMATERIALEN

invallende geluidgolf meer absorberen. De resultaten voor de verschillende materialen zijn echter vrij afwisselend. Zo komt MDF beter uit de resultaten dan eerst verwacht. Maar toch is dit begrijpelijk, daar eenvoudig kan worden ingezien dat het hars, waarmee de houtvezels aan elkaar verlijmd zijn, de poriën dicht waardoor de geluidgolven goed zullen gereflecteerd worden. Onverniste multiplex blijkt doorgaans het meest absorberende materiaal te zijn, maar afgewerkt met een vernislaag bezit het toch min of meer eenzelfde hardheid als aluminium. Voor de hoogste frequenties dalen de curven vrij drastisch onder de theoretische waarden van de spiegelbronmethode. Dit is te verklaren aan de hand van de directiviteit van de geluidbron bij hoge frequenties.

De kleine onderlinge verschillen tussen de materialen tonen aan dat het MDF en de verniste multiplex een voldoende akoestische hardheid bezitten. Ze kunnen dus zonder enig probleem gebruikt worden om de absorptie-eigenschappen van echte gevelmaterialen op schaal te simuleren.

PAGINA | 71


HET GEDETAILLEERDE SCHAALMODEL

3. HET GEDETAILLEERDE SCHAALMODEL 3.1. VERGELIJKING GEDETAILLEERD SCHAALMODEL EN IN SITU METING De vraag stelt zich of het gedetailleerde schaalmodel voldoende accuraat is. Dit wordt onderzocht door het schaalmodel te vergelijken met een in situ meting. Beide onderzoeksmethoden worden gekenmerkt door eigenschappen die inherent aan de methode verbonden zijn. Het is belangrijk om even stil te staan bij de verschillende randvoorwaarden van de twee methodes om ze met elkaar te kunnen vergelijken.

Een in situ meting wordt getekend door zijn omgevingsfactoren. Voor buitenmetingen speelt het ongewenste achtergrondlawaai een belangrijke rol in het meetproces. Het uitgestuurde signaal moet een gevoelig hogere geluidenergie bezitten om zich van het ongewenste omgevingslawaai te kunnen onderscheiden. Dit kan deels opgelost worden door te werken met kruiscorrelaties. Ook geparkeerde auto’s en ander straatmeubilair zorgen ervoor dat de meetcondities en de te vergelijken configuratie enigszins verstoord worden. Klimatologische factoren zoals temperatuur, luchtdruk, relatieve vochtigheid en windsnelheid spelen doorgaans een minder belangrijke rol. Ongewenste reflecties op naburige straatgevels en gebouwen zijn onvermijdelijk en permanent aanwezig, maar beïnvloeden de meetresultaten van de in situ meting die worden vergeleken met het schaalmodel. Typisch voor in situ metingen zijn er dus heel wat factoren en parameters waarvoor weinig voorzorgen kunnen voor genomen worden.

De afmetingen van de onderzochte straat zijn van die omvang dat de maquette net in de dode kamer past. Ten gevolge is het helaas niet mogelijk de uiteinden van de straat op zo een manier af te werken zodat dit vergelijkbaar is met die aangrenzende straten op werkelijke schaal.

PAGINA | 72



FIG. 42 VERGELIJKING VAN HET SCHAALMODEL MET DE IN SITU METING

De resultaten van de schaalmodelmeting worden in drie stappen geïnterpreteerd en vergeleken met de in situ meting. De vrije veld curve geeft de ondergrens aan (zie Fig. 42).

De afwijking van de gemeten resultaten stijgt naarmate de frequentie toeneemt. De resultaten waarop noch de stralingspatrooncorrectie, noch de overmatige atmosferische correctie is toegepast, tonen een ruime overschatting van de afname in functie van de afstand. Door de correctie van het stralingspatroon te implementeren in de analyse van de gemeten data wordt de overschatting van de afname voor de lage frequenties goed gecorrigeerd. Dit gebeurt echter wel beter voor de waarden die ver van de bron gelegen zijn. Dicht bij de bron heeft de correctie weinig invloed. Vermoedelijk is dit te wijten aan de directiviteit van de bron. Dit wordt bevestigd in het geval van de hoge frequenties. De correctie voor de 1.25kHz, 1.6kHz, 2kHz en 2.5kHz frequentiebanden vergroot de overschatting van de afname in functie van de afstand nog meer. Voor de verschillende tertsbanden vanaf 200Hz tot en met 1kHz toont de correctie een klein afnameherstel. Voor de 100Hz, 125Hz en 160Hz banden komen de curven na de stralingspatrooncorrectie goed overeen met de curve van de in situ meting. De vorige waarden zijn terug te vinden in Bijlage G.

Voor de meeste frequenties is nog steeds een overschatting van de afname in functie van de afstand te zien. Daarom wordt de gemeten data opnieuw geanalyseerd mits aanpassing van de voorlopige correctie voor de overmatige atmosferische absorptie. Daarbij dient te worden opgemerkt dat de data afkomstig van het schaalmodel voor deze abusieve luchtabsorptie gecorrigeerd zijn, maar het stralingspatroon nu niet in rekening is gebracht omdat deze nog niet gecorrigeerd werd voor de luchtabsorptie. Hierdoor is dus geen verbetering te zien, integendeel zelfs, ten opzichte van de in situ resultaten en is de curve niet opgenomen bij de overige grafieken. PAGINA | 73



Naarmate de frequenties stijgen wordt de afname van het geluiddruk verloop van de gecorrigeerde waarden beperkt in functie van de afstand. Maar zoals reeds aangegeven is er geen afname meer te zien voor de 2kHz en 2.5kHz band, te wijten aan een overcompensatie of een te kleine SNR.

Er kan besloten worden dat de resultaten de juiste richting opgaan, maar er moet nog gewerkt worden aan de verwerking van de data. Onder andere de overmatige atmosferische absorptiecorrectie moet grondig worden bijgewerkt. Misschien zou het niet slecht zijn om ook de geluidbron nog wat bij te werken zodat de directiviteit voor een groter deel van de onderzochte frequenties wordt opgegeven. Ook de Roziergevel en de gevel van de Jozef Plateaustraat zouden kunnen bijgevoegd worden in het schaalmodel zodat de reflecties op de naburige straatgevels worden opgenomen in de meetresultaten.

Ondanks het feit dat de meetresultaten nog niet volledig representatief zijn ten opzichte van de werkelijkheid kunnen verder in deze scriptie toch uitspraken worden gedaan over de verschillen in het geluidklimaat op straatniveau voor diverse configuraties.

3.2. INVLOED VAN DE AANWEZIGHEID VAN HET DAKVLAK Recent werd onderzoek gedaan naar de diffracties aan de gevelrand van het dakvlak. De straat wordt daarbij gezien als een open golfgeleider waarin twee 3D golf modellen kunnen worden gebruikt. Er wordt dieper ingegaan op het open bovenvlak van de straat. In de meeste modellen, zoals de stralentrekmethode, de spiegelbronmethode en andere methodes gebaseerd op straling, wordt verondersteld dat de hemelkoepel perfect absorberend is. Vandaar dat geometrisch gezien verondersteld wordt dat de hoogte van de straat oneindig is (zie Fig. 43). Nochtans is de invloed van terugkerende golven ten gevolge van diffractie aan de geveldakrand uitgesproken voor lage frequenties wat zijn invloed heeft op het verloop van de geluiddruk in de straat. Voor hoge frequenties is dit effect echter onbelangrijk. [16]

PAGINA | 74



FIG. 43 DIVERSE CONFIGURATIES TER BEPALING VAN DE INVLOED VAN HET DAKVLAK

In het kader van dit recent onderzoek is het interessant na te gaan of de gebouwmassa achter de gevel invloed heeft op het geluiddrukniveau in de straat. Vaak worden schaalmodelstudies, die ontworpen zijn om de invloed van gevelelementen te testen, geminimaliseerd tot het gevelvlak zelf. Zoals te zien is op bovenstaande figuur is het interessant na te gaan of het gebouwvolume - althans het dakvlak - achter de gevel invloed heeft op het geluiddrukniveau in de gemodelleerde straat. Daarom wordt het gedetailleerde schaalmodel getest onder twee verschillende condities. In de eerste benadering worden enkel de twee gevelvlakken parallel ten opzicht van elkaar geplaatst. Achter de houten panelen is geen harde massa aanwezig. In een tweede benadering wordt het boxenmodel achter de gedetailleerde maquette geplaatst, waardoor nu wel een gebouwmassa achter de gevel aanwezig is. De verschillen tussen beide benaderingen zijn significant.

FIG. 44 INVLOED VAN HET DAKVLAK VOOR DE ONDERZOCHTE OPSTELLINGEN

PAGINA | 75



Naast de twee te vergelijken configuraties is in de grafiek ook een theoretische benadering volgens de spiegelbronmethode voorgesteld. Zoals verwacht zijn de verschillen voor de lage frequenties vrij uitgesproken. Voor de hoge frequenties zijn de resultaten nagenoeg gelijk (zie Fig. 44). De simulatie volgens de spiegelbronmethode, waarbij een oneindig hoge gevel verondersteld wordt, geeft aan dat voor de lage frequenties de gemeten resultaten een mindere daling van de geluiddruk kennen in functie van de afstand van de straat (zie Fig. 43). Dit is waarschijnlijk te wijten aan de terugkerende golven ten gevolge van diffractie aan de geveldakrand. Voor de hogere frequenties ,vanaf de 630Hz tertsband is te zien dat het effect onbelangrijk wordt. Voor de tertsbanden hoger dan 1kHz duiken de gemeten waarden onder de curve van de spiegelbronmethode. Dit is vermoedelijk te wijten aan de directiviteit van de bron.

Ook de aanwezigheid van het dakvlak achter de gevelwand kan worden geëvalueerd ten opzichte van de eindige gevel zonder dakvlak. Voor de lage frequenties tot en met 500Hz is een significant verschil te zien tussen de schaalmodellen met dakvlak en zonder dakvlak voor de einde gevelhoogte. Het schaalmodel met dakvlak kent een grotere afname van het geluiddruk verloop in functie van de afstand tot de bron. Dit is waarschijnlijk te wijten aan verschillende diffracties, veroorzaakt door de wijzigende hoek aan de dakrand. De overige waarden zijn terug te vinden in Bijlage H.

Voor de volledigheid dient te worden opgemerkt dat de correctie van het stralingspatroon voor de gepresenteerde resultaten in deze sectie niet werd doorgevoerd.

PAGINA | 76

VI. VERBETERING VAN HET AKOESTISCH KLIMAAT OP BASIS VAN EEN GEVELONTWERP

INLEIDING TOT DE ‘ARCHITEXTUUR’

VI. VERBETERING VAN HET AKOESTISCH KLIMAAT OP STRAATNIVEAU 1. INLEIDING TOT DE ‘ARCHITEXTUUR’ Als ingenieur-architect is het noodzakelijk over het onderzoek na te denken vanuit een architectuurtheoretische invalshoek en het fysische te koppelen aan het architecturale. Daarbinnen is ‘architextuur’ een nog ongedefinieerd begrip dat een duidelijke tweeledigheid in zich draagt. Alvorens het begrip te definiëren is het nuttig de geledingen afzonderlijk toe te lichten.

Architectuur is de kunstvorm die tracht betekenis te geven aan dat wat ‘de ruimte’ genoemd wordt. Ze doet dat niet door een oplossing te zijn voor een ruimtelijke situatie, maar door conflict te zijn binnen haar ruimtelijke context. Zonder architecturale vorming is het moeilijk een grondig besef te hebben van wat met architectuur wordt bedoeld. Vanuit mijn persoonlijke liefde voor muziek, welke een kunstvorm is dat voor een veel groter publiek toegankelijk is, tracht ik de vergelijking te maken met architectuur als datgene wat raakt tot in het diepste van de ziel, niet onder het vormloze van ritmiek en harmonie, maar in de vorm van ruimtelijkheid, wat men ziet, voelt en hoort. Waar de stedelijke ruimte alledaags is, is de architecturale ruimte dat allerminst. Dit is geen kritiek op de huidige stedelijkheid, noch is het de bedoeling verwarrend te zijn, integendeel. Het dient de lezer louter een betere voeling te verschaffen met het begrip architectuur.

Hoe doodgewoon het begrip ‘textuur’ ook lijkt, het is nuttig eenzelfde bedenking te maken. Textuur is de manier waarop iets is samengesteld. Hoe daardoor het oppervlak van het materiaal aanvoelt en hoe de structuur eruit ziet. Voor grote objecten als gebouwen krijgt de textuur van de bouwhuid nog een extra betekenis erbij. Ze stelt een persoon immers in staat een bepaalde indruk te krijgen van een gebouw. De indruk die wordt nagelaten is verbonden met de ruimtelijke intentie en de wil van de architect. Het is duidelijk dat de textuur van een gebouw een grote invloed heeft op de perceptie van de buitenruimte, zonder dat de bouwhuid daar expliciet voor ontworpen is. Maar al te vaak is de bouwhuid dan ook een willekeurige worp van de architect die slechte architectuur wil verbergen achter een impostante textuur waardoor het gebouw zich toch weet te profileren naar buiten toe. Vandaar dat het begrip ‘architextuur’ kan geïntroduceerd worden als zijnde het evenwicht tussen de architectuur en de textuur van de stad vanbuiten af bedacht. Omdat het geluid van de stad PAGINA | 77


INLEIDING TOT DE ‘ARCHITEXTUUR’

verbonden is met de architectuur van de stad kan het uitsluitend ontwerpen van gevels als ‘architextuur’ gedefinieerd worden indien zijn betekenis een fysische interpretatie van de architecturale ruimte in zich draagt.

PAGINA | 78


DIFFUSOREN VOOR BINNENTOEPASSINGEN

2. DIFFUSOREN VOOR BINNENTOEPASSINGEN 2.1. AKOESTISCHE DIFFUSOREN Akoestische diffusoren worden gebruikt om een akoestische energie in een ruimte gelijk te verspreiden en de nagalm te beperken. In de buitenomgeving worden de diffusoren op toevallige wijze gevormd door de ornamenten en onregelmatigheden op de gevelfaçade. In de binnenruimte komt deze ornamentatie meestal niet voor dus is men vaak genoodzaakt een beter akoestisch klimaat te voorzien door diffusoren in de ruimte te installeren. Er zijn heel veel verschillende types diffusoren met steeds kleine verschillen. Uiteindelijk kunnen deze ondergebracht worden in twee grote groepen.

2.1.1. EENDIMENSIONALE DIFFUSOREN Eendimensionale diffusoren, ook wel Schroeder diffusoren genoemd naar hun uitvinder,zijn structuren die bestaan uit een reeks groeven met een verschillende welgekozen diepte. Indien deze eendimensionale diffusor in verticale richting wordt geplaatst dan zal het geluid diffuus verspreiden in horizontale richting (en vice versa). Als een geluidgolf invalt op het onregelmatige oppervlak dan wordt vanuit iedere groef een nieuwe golf weerkaatst, maar daar de diepte verschillend is zal er tussen elke weerkaatste golf een klein tijdsverschil zijn. Het resultaat is dat vele kleinere reflecties zullen verspreid worden in een verschillende richting met een faseverschil.[17]

Het frequentiedomein waarin de structuur opereert als een diffusor hangt af van zijn grootte. De ondergrens wordt gevormd door de diepste groef in het paneel, welke gelijk is aan een kwart van de golflengte van de laagste gewenste frequentie. De diepte van de groeven is gebaseerd op een specifieke getallenreeks die zijn oorspong vindt in de ‘number theory’. Uiteindelijk zal de diffusor het geluid verspreiden over een grote hoek voor een breed frequentiedomein. Maximum kunnen vier octaafbanden bereikt worden voor één diffusor. Dit komt omdat indien de diepste groef 15 keer dieper is dan zijn breedte, de groef zich als een ‘absorber’ zal gedragen. Het ontwerp voor deze diffusor is gebasseerd op een viertal parameters: de diepte van de groef d, het aantal groeven h, het priemgetal N waarop de getallenreeks gebaseerd is en de golflengte L van de laagste frequentie. Numerieke analyse toont aan dat voor dergelijke schikking de energie zich in alle richtingen evenveel verspreidt.

PAGINA | 79


DIFFUSOREN VOOR BINNENTOEPASSINGEN

2.1.2. TWEEDIMENSIONALE DIFFUSOREN Tweedimensionale diffusoren hebben hetzelfde doel als eendimensionale diffusoren, namelijk het diffuus verspreiden van geluid en het beperken van de nagalmtijd. Het grote verschil bestaat erin dat 2D-diffusoren het geluid niet in één richting (horizontaal of verticaal) zullen verspreiden maar volgens een hemisferisch patroon. Dit wordt gedaan aan de hand van een gridpatroon waarvan de holtes een verschillende diepte hebben volgens een matrix die twee reeksen van de ‘number theory’ combineert. Het grote voordeel van 2D-diffusoren ten opzichte van 1D-diffusoren is dat het spreidingspatroon geen directiviteit bezit.

Voor beide categorieën bestaan heel wat varianten, maar het werkingsprincipe blijft steeds hetzelfde.

PAGINA | 80


DIFFUSOREN IN DE STEDELIJKE RUIMTE

3. DIFFUSOREN IN DE STEDELIJKE RUIMTE 3.1. GEVELDIFFUSOREN In verkeersgeluid zijn de lage frequenties dominant. Vooral de 100Hz en 1kHz banden zijn belangrijk in het verkeersspectrum. Hun respectievelijke golflengte bedraagt ongeveer 3,4 m en 34 cm. Deze golflengtes kunnen min of meer terugkomen in afmetingen van gevelornamenten, van grote raamopeningen tot kleinere sierlijke ornamenten. Geveldiffusoren zijn vooral boven het grondniveau terug te vinden, daar op gelijkvloers vaak grote poorten of deuren en glaspartijen aanwezig zijn. Er wordt wel vaker gesuggereerd in architectuurkringen dat architectuur zich boven het hoofd afspeelt. De eentonigheid, en interpreteer dit maar in zijn dubbelzinnige betekenis, van gevels dicht bij de grondniveau zijn belangrijk voor het akoestisch klimaat in de straat. Ondermeer Kang en Picaut in gedachten is dit de minst interessante gevelopbouw qua geluidafname in de lengterichting van de straat. [7-8]

Behalve geveldiffusoren zijn er nog tal van diffusoren aanwezig in het straatbeeld: bomen, planten en struiken, lantarenpalen, elektriciteitskasten, etc.. Deze elementen zijn onder andere ook aanwezig in de Magnelstraat, maar worden niet expliciet in rekening gebracht in deze studie. Nochtans hebben ze akoestisch gezien een interessante invloed op het geluidklimaat in de straat. Onderzoek naar periodieke structuren in het straatbeeld die zouden kunnen werken als zogenaamde ‘sonic crystals’ biedt veel potentieel. [18-19]

3.2. STRAATMEUBILAIR: DE INVLOED VAN ENKELE AUTO’S Geparkeerde auto’s maken vaak deel uit van het straatbeeld in de stad. Oorspronkelijk was het niet de bedoeling hierover veel te vertellen. Maar gezien er auto’s aanwezig waren tijdens de in situ meting was het noodzakelijk zeven auto’s op schaal te maken. Dit aantal is veel te weinig om grondig onderzoek te kunnen verrichten naar hun aanwezigheid. Toch werd van de gelegenheid gebruik gemaakt om drie configuraties met elkaar te vergelijken: met auto’s, zonder auto’s en met een rij auto’s dicht bij de bron.

PAGINA | 81



FIG. 45 DIVERSE CONFIGURATIES TER BEPALING VAN DE IMPACT VAN STRAATMEUBILAIR OP HET GELUIDKLIMAAT IN DE STRAAT.

De impact van de aanwezigheid van auto’s wordt het best afgewogen ten aanzien van vlakke gevels. Een ander uitgangspunt is de invloed van een auto op de diffusiteit van de gebouwgevels. In casu worden de gedetailleerde gevels gebruikt. De plaatsing van de geparkeerde auto’s in de ‘met auto’ configuratie is dezelfde als voor de geparkeerde auto’s tijdens de in situ meting (zie Fig. 45). Zoals gezegd werden slechts zeven auto’s vervaardigd, waardoor waarschijnlijk geen extreme resultaten zullen te zien zijn. Maar ze kunnen wel een indicatie geven van hun impact.

PAGINA | 82



FIG. 46 INVLOED VAN HET STRAATMEUBILAIR VOOR DE ONDERZOCHTE CONFIGURATIES

Ter vergelijking van de drie configuraties zijn de numerieke waarden, bekomen aan de hand van de spiegelbronmethode, opgenomen in de grafieken. Voor alle frequenties is duidelijk te zien dat de configuraties getest zijn voor diffuserende gevels daar het geluiddruk verloop op het einde van de straat drastisch gedaald is ten opzichte van speculaire reflecties. Dicht bij de bron is het backdiffusion effect waar te nemen. De configuraties ‘met auto’s’ en ‘zonder auto’s’ tonen een goede overeenkomst. Dit kan logisch verklaard worden door de goede spreiding van de weinige auto’s over de volledige lengte van de straat, vrij ver van de bron. Er kan besloten worden dat de resultaten van de in situ meting dan ook weinig beïnvloed zijn door de achtergebleven auto’s.

De opstelling met de rij auto’s dicht bij de bron toont echter wel afwijkende resultaten. Voor de verschillende frequenties is duidelijk te zien dat de curve van de rij configuratie een grotere geluiddrukafname optekent in vergelijking met de twee vorige opstellingen. Het verschil is bijzonder goed te zien in de 160Hz tertsband (zie Fig. 46). Deze geeft op diverse locaties in de straat afwijkingen van 3 à 5dB aan. De afwijkingen verkleinen evenredig met de golflengte. Voor de 1kHz band zijn twee kleine interferentiepiekjes te zien, beide op 10 m afstand van de bron (zie Fig. 46). Deze interferentie is vermoedelijk te wijten aan de diverse reflecties op de zijkanten van de auto’s. Voor de hoge frequenties is het verschil weinig uitgesproken. Dit heeft alweer te maken met de directiviteit van de bron. De overige waarden zijn terug te vinden in Bijlage I.

De resultaten insinueren een significante impact op het geluidklimaat in de straat door de aanwezigheid van geparkeerde auto’s. Het zou interessant zijn bijkomende metingen te doen met meer auto’s in de straat. Ook een meting ter hoogte van het voetpad kan interessant zijn om het geluidveld dat een voetganger waarneemt te karakteriseren. Dit is echter moeilijk te verwezenlijken

PAGINA | 83



gezien de beperkte meetruimte tussen het gevelvlak en de geparkeerde auto’s. Een rij auto’s zou kunnen werken als geluidscherm voor de voetganger.

3.3. DIFFUSITEIT VAN DE GEVEL De diffusiteit van een bestaande gevel wordt onderzocht (zie Fig. 47). Hierdoor kan een schatting gemaakt worden van invloed van gevelonregelmatigheden op het geluiddruk verloop in de straat. Om een schatting te kunnen maken wordt de gedetailleerde schaalmodelgevel vergeleken met een identieke opstelling van vlakke platen uit hetzelfde materiaal. De gevel van het plateaugebouw kent enkele in- en uitsprongen waardoor de breedte van de straat in zekere zin varieert.

FIG. 47 DIVERSE CONFIGURATIES TER BEPALING VAN DE DIFFUSITEIT VAN DE GEDETAILLEERDE GEVEL

Een aantal multiplexplaten worden achter elkaar op het boxenmodel geplakt en de twee gevels worden op 10 m van elkaar geplaatst, welke een goede schatting is voor de gemiddelde breedte van de Magnelstraat. Er worden echter meerdere grafieken met elkaar vergeleken. De theoretische curve van de spiegelbronmethode is bijgevoegd als referentie. De curven voor de vlakke en gedetailleerde vlakken komen twee keer voor. Eens voor verniste multiplex en een tweede keer voor onverniste multiplex. Dit wordt gedaan omdat vele gevelelementen in het schaalmodel gevormd worden door de zijkant van een multiplex plaat. Hierdoor zou er meer absorptie kunnen optreden bij de onverniste maquette ten opzichte van de verniste maquette.

FIG. 48 INVLOED VAN DE GEVELDIFFUSITEIT VOOR DE ONDERZOCHTE CONFIGURATIES

PAGINA | 84



De resultaten geven aan dat er wel degelijk een verschil is in diffusiteit bij de verniste maquette ten opzichte van de onverniste maquette. De absorptie van de geveldetails in het schaalmodel zijn dus toch van enig belang, gezien de vergelijking van de materialen aantoont dat er relatief weinig verschil is tussen verniste en onverniste multiplex (zie onderdeel 2.1 van het vorige hoofdstuk). De resultaten die verder worden besproken gelden voor de verniste gevels.

Voor alle frequenties is duidelijk waar te nemen dat de gevelonregelmatigheden wel degelijk een invloed hebben op het geluidveld in de straat. Voor de tertsbanden van 100Hz tot 1kHz zijn verschillen waar te nemen van 5dB tot meer dan 10dB extra attenuatie over 50 m (zie Fig. 48). Het is duidelijk dat de diffusoren van een gedetailleerde gevel een belangrijke invloed hebben op het akoestisch klimaat in de straat. Zoals reeds eerder werd opgemerkt zijn de geveldetails van die grootteorde dat ze overeenkomen met ¼λ, ½ λ, λ, 2 λ, etc. van de corresponderende frequentie (met λ de golflengte). Het verloop dat te zien is op de grafiek voor de gedetailleerde gevels is grilliger dan voor de vlakke gevel. Dit heeft natuurlijk te maken met het diffuserende effect van de gevelornamenten.

Vooral voor de lage frequenties is het back-diffusion effect dicht bij de bron waar te nemen. Dit doet zich uiteraard niet voor bij de vlakke gevels daar de invallende golven op het gevelvlak eerder speculair zullen gereflecteerd worden, waardoor de golf altijd zal wegpropageren van de bron. De resultaten voor de hoge frequenties zijn iets minder betrouwbaar daar het stralingspatroon er afwijkt van het ideale en de atmosferische absorptie nog niet in rekening werd gebracht. Er kan dus worden besloten dat bij de vlakke gevel de geluidenergieafname een vlakkere spreiding vertoont dan de gedetailleerde gevel. Diffuus reflecterende gevels vertonen op bepaalde plaatsen een soort concentratie van de geluidenergie door de gevelobjecten waarna het verloop veel sneller daalt in functie van de lengte van de straat. De overige resultaten zijn terug te vinden in Bijlage J.

PAGINA | 85


VERBETERDE GEVELCONFIGURATIES

4. VERBETERDE GEVELCONFIGURATIES 4.1. VOORGESTELDE VERBETERDE CONFIGURATIE 4.1.1. ONDERZOEKSMETHODIEK Diverse diffusoren die frequent worden toegepast in binnenomgevingen zoals theaterzalen en concertzalen werden reeds besproken in één van vorige secties. In de buitenomgeving zijn weinig concrete toepassingen gekend. In diverse studies komt de invloed van diffusoren aan bod in numerieke modellen. De diffusoren worden gemodelleerd aan de hand van vlakken met een bepaalde scattering coëfficiënt. Over de toepasbaarheid op werkelijke schaal wordt doorgaans weinig gesproken. Een recente studie tracht echter tweedimensionale diffusoren, die gebruikt worden voor binnentoepassingen, te testen in een schaalmodel voor een street canyon. Gezien niet gelet is op de architecturale waarde van de ruimtelijke ingreep, is het schaalmodel wel in staat geverifieerd te worden met het numerieke model, maar de toepasbaarheid in de werkelijke stedelijke ruimte is ondoorgrond. [20]

Nieuwe architecturale gevelontwerpen zijn numeriek moeilijk te simuleren. Er bestaat echter voldoende software waarin nieuwe ontwerpen kunnen geïmporteerd en bestudeerd worden. De rekencapaciteit van de computer zal wel bijzonder krachtig moeten zijn, daar een gedetailleerd ontwerp veel rekenkracht vraagt.

In een schaalmodel studie is het minder eenvoudig een ontwerp te simuleren. De schaal en noodzakelijke graad van detaillering bemoeilijken de opdracht. Het is meer voor de hand liggend, in het kader van dit eindwerk, op zoek te gaan naar een materiaal dat reeds bestaat en dat kan dienen om het uitgedachte gevelontwerp voor te stellen.

4.1.2. BEKNOPT GEVELOVERZICHT Het voorgestelde gevelontwerp is een repetitieve structuur dat zijn vorm ontleent aan het grid. Het is een heel eenvoudige structuur die een zekere mathematica in zich draagt. Dit maakt zowel het onderzoek naar de akoestische kwaliteiten als de interpretatie van de architectuur interessanter dan wanneer een willekeurige worp wordt gedaan naar de vormgeving van het gevelelement. Het mathematisch ontleden van straatbeelden en gevels dateert reeds van in de renaissance met voortrekkers als Alberti en Brunelleschi. Zoals de term ‘Renaissance’ impliceert, is deze aanpak rechtstreeks ontleend aan de verheerlijking van de hellenistische periode. Ook tijdens de Barokperiode schuilt achter de rijkelijke gedetailleerde gevels een geometrisch patroon. Eeuwen PAGINA | 86



later wordt met het modernistische gedachtegoed de geometrische ontleding nog steeds gevierd door het abstraheren en wiskundig herdefiniëren van de ruimte. Heden ten dage wordt de ruimte opgebouwd door een architectuur die vaak een stijl- en gewetenloze ontwikkelen kent en voorlopig moeilijk te kadreren is. Meer dan ooit schieten nieuwbouwprojecten als paddenstoelen uit te grond, schreeuwend om aandacht, maar voor eeuwig gedetermineerd door een zielloos geweten. Af en toe duiken termen op als ‘Nieuwe eenvoud’ welke een voorbode lijken te zijn van een nieuw era, maar die 10 jaar later weer verdwijnen. Men is op zoek naar iets, maar men vindt het niet.

Zoals reeds gesuggereerd is het daarom nodig de architectuur te benaderen vanuit zijn zinvolheid en zijn architecturale betekenis. Vanuit diverse standpunten is het behandelen van het gevelvlak vanuit de stedelijke ruimte betekenisvol. Het gevelontwerp onderwerpt zich aan verschillende wetenschappelijke disciplines als het te onderzoeken object. Het ontwerpen van een gevel is daarom pas zinvol indien ze een combinatie van verschillende factoren in zich draagt. Verschillende disciplines combineren in één toepassing is een complexe zaak.

In de bouwtechnische wereld wordt onder andere onderzoek gedaan naar thermische kwaliteiten van de gevels. Die moeten in staat zijn de woning koel te houden in de zomer en de warmte binnen te houden tijdens de winterperiode. Men tracht in de eerste plaats zo goed mogelijk te isoleren maar er worden ook andere zaken overwogen. Zoals de hoeveelheid glas dat op het zuiden is gericht, het planten van bomen als vegetatieve zonnewering, zonnewerende structuren die tegen de gevel worden geplaatst om de opwarming door de zon tegen te gaan. Deze bijkomende gevelelementen worden vaak achteraf toegevoegd aan de gevel omdat ze bij het gevelontwerp niet in overschouwing zijn genomen. Thermisch zijn dit wel vrij interessante oplossingen maar ze worden vaak op die manier geïmplementeerd in het straatbeeld dat ze een verafschuwing zijn voor de architectuur. Dezelfde bedenking kan gemaakt worden voor zonnepanelen. Een goede methode om groene energie op te slaan, maar wie wil nu zoiets op zijn dak?

Er wordt een gevel voorgesteld ter verbetering van het akoestische klimaat op straatniveau. Tegelijkertijd wordt het praktische en architecturale aspect in overweging genomen.

PAGINA | 87

VI. VERBETERING VAN HET AKOESTISCH KOESTISCH KLIMAAT OP BASIS VAN EEN GEVELONTWERP


4.1.3. HET GEVELONTWERP

FIG. 49 ‘ARCHITEXTURAAL’ GEVELONTWERP

Het gridpatroon patroon doet denken aan diffusoren die worden worden gebruikt in binnentoepassingen. binnentoepassinge Zij worden echter op die wijze verschaald dat ze niet langer expliciet als diffusor kunnen worden gezien. gezien Voor binnentoepassingen wordt vaak gewerkt met verschillende dieptes om een breder frequentiedomein freque te dekken. Dit lijkt minder interessant voor buitenapplicaties. Ten eerste gaat een zekere architecturale zuiverheid verloren. verloren. Het is immers de bedoeling de eigenheid van het stedelijke karakter te behouden. Ten tweede hoeft het frequentiespectrum voor buitentoepassingen niet zo breed te zijn als in concertzalen of geluidsstudio’s. Ten derde schept dit ook de mogelijkheid de open structuur als voorzetgevel toe te passen. De transparantie van het gridpatroon patroon maakt het eveneens mogelijk om eenvoudig ramen te implementeren zonder daardoor afbreuk te doen aan het architexturaal ontwerp. Het is onnodig na te denken over hoe een gewone gewone ruit dan dient ingewerkt te worden. Het antwoord is eenvoudig: eenvoudig: het binnentrekken van licht, het beeld op de straat en de mogelijkheid de binnenruimte natuurlijk te verluchten (welke drie functies een ruit in essentie vervult) moet mee ontworpen worden met de structuur. Dat maakt de architectuur interessanter en dwingt de architect na te denken.

Een tweede architecturaal al idee zit hem in de textuur van de gevel. De gevel lijkt op het eerste zicht een zeer statische structuur te zijn die maar weinig dynamiek dynamiek zal brengen in het stedelijke leven van zijn inwoner. Niets is minder waar, daar het invallende licht onder verschillende hoeken hoek op de PAGINA | 88



structuur zal breken zodat een wisselend schaduwpatroon het gevelvlak kleurt (zie Fig. 49). Wandelend doorheen de straat op verschillende tijdstippen levert doorheen het volledige jaar een wijzigend straatbeeld.

De voorgestelde structuur heeft ook een zekere dikte waardoor het de rechtstreeks invallende zonnestralen op het (glas-)gevelvlak beperkt zodat oververhitting van de binnenruimte in de zomer wordt vermeden.

4.1.4. TOEPASSING IN HET SCHAALMODEL In het schaalmodel worden twee verschillende gridroosters gebruikt (zie Fig. 50). De eerste heeft een maasopening van 1,2 cm en een dikte van ongeveer 1 cm. Op werkelijke schaal zou dit een stalen structuur zijn met een maasopening 36 cm welke ongeveer overeenkomt met de golflengte van 1kHz. Een tweede rooster heeft een iets grotere maasopening van 2,2 cm, welke in realiteit overeenkomt met de golflengte van 500Hz . De roosters zijn afkomstig uit een ventilatiesysteem.

FIG. 50 FOTO’S VAN HET GEVELONTWERP IN HET SCHAALMODEL

PAGINA | 89



4.2. RESULTATEN VAN DE VERBETERDE GEVEL In de eerste sectie worden de diverse configuraties afzonderlijk ten opzichte van een variërende straatbreedte voorgesteld. Daarbij worden eveneens de numerieke waarden aan de hand van de spiegelbronmethode getoond voor de verschillende straatbreedtes. In de daaropvolgende sectie worden dan de diverse configuraties ten opzichte van elkaar geïnterpreteerd (zie Fig. 51).

FIG. 51 DIVERSE CONFIGURATIES TER VERBETERING VAN HET AKOESTISCH KLIMAAT IN EEN STREET CANYON

De rooster worden steeds tegen het boxenmodel geplaatst. Van belang is op te merken dat afstand tussen de gevels bepaald worden door het vlak van de boxen en niet door de voorkant van de roosters.

PAGINA | 90



4.2.1. INVLOED VAN DE STRAATBREEDTE VOOR DIVERSIE CONFIGURATIES In de resultaten is ook een simulatie afgebeeld aan de hand van de spiegelbronmethode. Voor een αA en αB van 0,1. Deze numerieke waarden zijn frequentieonafhankelijk. Uit deze berekende waarden kan worden aangenomen dat naarmate de straat breder wordt, de relatieve SPL in de straat daalt. Er kan dus gesteld worden dat naarmate de straat breder wordt, het akoestisch klimaat verbetert. 4.2.1.1. De vlakke configuratie Om de voorgestelde configuraties ter verbetering van het akoestisch klimaat op straatniveau te kunnen interpreteren, is het noodzakelijk een vlakke gevel uit te meten. De vlakke gevel wordt gevormd door het boxenmodel zonder toegevoegde tweede huid.

FIG. 52 VLAKKE GEVELCONFIGURATIE IN FUNCTIE VAN DE STRAATBREEDTE

De numerieke curven geven aan dat naarmate de straatbreedte groter wordt het geluiddruk verloop in de straat extra daalt. De verschillen zijn echter vrij gering, van grootteorde 1 à 2 dB extra attenuatie per 4 m verbreding (zie Fig. 52). Dit komt omdat er meer energie verloren gaat omdat de afstand tussen de opeenvolgende reflecties groter wordt. Het totale energieverlies zal dus op het einde van de straat zichtbaar zijn. De overige waarden zijn terug te vinden in Bijlage K.1.

Vanaf 250Hz tot en met 2kHz respecteren de gemeten curven het verloop volgens de spiegelbronmethode en de kleine onderlinge verschillen. Voor de hele lage frequenties, van 25Hz tot 160Hz, zijn de verschillen tussen de grafieken bijzonder groot en de volgorde volgens de breedte van de straat wordt niet gerespecteerd. Dit kan te wijten zijn aan interferenties in de dwarsdoorsnede van de straat, maar het is waarschijnlijker dat de oorzaak te wijten is aan de slechte puntbronbenadering van de geluidbron zoals al eerder te zien was in de metingen. Voor de

PAGINA | 91



frequentieband van 2.5kHz is ook alweer de opvallende daling op het einde van de straat te zien, eveneens te wijten aan de directiviteit van de bron.

Daar de curven slechts representatief zijn voor een frequentie interval van 250Hz tot 2kHz, wordt de analyse van de data in de volgende secties beperkt tot dit frequentiedomein. 4.2.1.2. De verbeterde configuraties Voor het geluiddruk verloop van de verschillende verbeterde configuraties is het evident dat hetzelfde effect te zien is als voor de vlakke wanden. Naargelang de breedte van de straat toeneemt kennen de curven een iets grotere daling, met relatief kleine verschillen tussen de verschillende gemeten waarden.

FIG. 53 CONFIGURATIE VIJF IN FUNCTIE VAN DE STRAATBREEDTE VOOR 500HZ EN 1KHZ

Naarmate de straatbreedte toeneemt is het diffuserende effect voor de configuraties minder zichtbaar. Dit komt omdat er zich steeds minder energie diffuus zal verspreiden, gezien deze daalt met de af te leggen afstand. Voor de 10 m brede straat is het diffusie-effect dan ook beter zichtbaar. Voor de eerste twee configuraties (waarbij slechts één wand bekleed wordt) is dat bijgevolg vrij beperkt. In Fig. 53 worden de waarden gegeven voor configuratie vijf. De resultaten van de andere configuraties zijn eveneens terug te vinden in Bijlage K.1.

Voor de resultaten van de eerste configuratie valt het op dat de 500Hz band in het bijzonder een sterk grillig verloop kent. Dit is vermoedelijk te wijten aan de diffuserende eigenschap van de gevel voor die frequentie, daar de maasopening overeenkomt met het dubbele van zijn golflengte. De diffusie is vooral te merken in de curven van de 10 m en 14 m brede straat. In de curven voor de tweede configuratie kan hetzelfde worden vastgesteld voor zowel de 250Hz, PAGINA | 92



500Hz als 800Hz band. Dit is opnieuw minder uitgesproken voor de 18 m brede straat. Voor de derde, vierde en vijfde configuratie nemen de diffuserende eigenschappen van de gevelopstelling toe, daar het boxmodel aan beide kanten voorzien wordt van een rooster. Ook voor deze configuraties zijn dezelfde effecten te zien.

Globaal kan dus worden geconcludeerd dat naarmate de afstand tussen de gevels groter wordt, het geluiddruk verloop over de lengte van de straat een geringe extra daling kent. De diffuserende eigenschappen van de gevelconfiguraties zijn te zien voor de verschillende straatbreedtes. Het effect is meer uitgesproken als de breedte van de straat kleiner is. Het back-diffusion effect dicht bij de bron wordt kleiner naarmate de straatbreedte stijgt.

4.2.2. VERGELIJKING VAN DE DIVERSE CONFIGURATIES VOLGENS STRAATBREEDTE In deze sectie worden dezelfde configuraties vergeleken maar dit keer worden ze vergeleken ten opzichte van elkaar voor een zelfde straatbreedte. Het moet gezegd dat de voorgestelde configuraties niet in die mate verschillen van elkaar dat het verloop van het geluiddrukniveau in de straat ten opzichte van elkaar enorm zal variëren. Te meer daar de maasopening van het grootste rooster bijna het dubbele is van het kleine rooster. 4.2.2.1. Voor een straatbreedte van 10 m Voor de meeste frequenties komt de curve van de vlakke configuratie vrij goed overeen met de numerieke waarden die volgen uit de spiegelbronmethode. Voor de hoge frequenties kent het verloop een opvallende daling ten opzichte van de numerieke waarden. Het logaritmische verloop dat de afname van het geluiddrukniveau karakteriseert in een street canyon wordt hier quasi lineair door de directiviteit van de geluidbron. Doorgaans verlopen de curven vrij simultaan. De curve voor de vlakke opstelling kent het minst dalende verloop voor de verschillende frequenties, wat duidt op de diffuserende eigenschappen van de voorgestelde gevels. De grootste verschillen ten opzichte van de vlakke gevel zijn te zien binnen het frequentie interval van 250Hz tot 500Hz. Zo is vrij duidelijk het back-diffusion effect te zien voor de 400Hz band (zie Fig. 54).

PAGINA | 93



FIG. 54 VERBETERDE GEVELS VOOR EEN 10 M BREDE STRAAT

Voor de eerste twee configuraties zijn de verschillen het kleinst met de vlakke gevelopstelling. Voor de derde en de vierde opstelling, waarbij beide zijden van het boxmodel voorzien zijn van een rooster, neemt de grilligheid van het verloop toe.

De vijfde een laatste configuratie tekent voor bijna alle tertsbanden het beste verloop op. Dicht bij de bron wordt de energie geconcentreerd om dan sterk af te nemen naarmate de afstand tot de bron groter wordt. Dit is het best te zien in de 250Hz, 500Hz en 1kHz banden. Net zoals aangegeven in de resultaten in functie van de straatbreedte, is dit vermoedelijk te wijten aan de maasopeningen van de gridstructuur. De waarden voor de andere frequenties zijn terug te vinden in Bijlage K.2.

Globaal kan dus worden geconcludeerd dat de diffusiteit van de dubbelzijdige gevelconfiguraties (3, 4 en 5) iets groter is dan de enkelzijdige opstellingen (1 en 2). De vijfde configuratie springt er uit voor de meeste frequenties. Voor de lage frequenties is het back-diffusion effect groter. De 250Hz, 500Hz en 1kHz band worden het meest beïnvloed door de voorgestelde gevelconfiguraties.

PAGINA | 94



4.2.2.2. Voor een straatbreedte van 14 m en 18 m

FIG. 55 VERBETERDE GEVELS VOOR EEN STRAATBREEDTE VAN 14 M (400HZ) EN 18 M (800HZ)

Wederom is te zien dat de vlakke gevel goed overeenkomt met de geschatte waarden bekomen door de spiegelbronsimulatie, vooral naarmate de frequenties hoger worden (zie Fig. 55). Over het algemeen kunnen dezelfde conclusies getrokken worden ongeacht de straatbreedte. De verschillen tussen de configuraties zijn nog goed te zien, maar het valt op dat grafieken minder grillig worden naarmate de straatbreedte toeneemt. De overige resultaten zijn eveneens terug te vinden in Bijlage K.2.

4.3. VERGELIJKING VAN EEN VERBETERDE CONFIGURATIE MET DE GEDETAILLEERDE MAGNELSTRAATGEVEL

FIG. 56 DIVERSE CONFIGURATIES TER VERGELIJKING VAN DE VERBETERDE GEVEL TEN OPZICHTE VAN DE GEDETAILLEERDE MAGNELSTRAATGEVEL

De gevel van de Magnelstraat is vrij gedetailleerd. Het is interessant om na te gaan wat de prestaties van de verbeterde gevel zijn ten opzichte van de gedetailleerde gevels die vaak te zien zijn in de stedelijke centra. Daarom worden de resultaten van de vijfde configuratie geïnterpreteerd ten opzichte van het gedetailleerde schaalmodel en het boxmodel (zie Fig. 56).

PAGINA | 95



FIG. 57 VERGELIJKING VAN DE VERBETERDE GEVEL MET DE MAGNELSTRAATGEVEL VOOR DE ONDERZOCHTE OPSTELLINGEN

Voor de tertsbanden binnen het frequentie interval van 250Hz tot 2kHz is te zien dat de vlakke gevels van het boxmodel goed overeenkomen met de numerieke waarden van de spiegelbronmethode. Het diffusie effect van zowel de verbeterde gevel als de getailleerde gevel zijn duidelijk te zien. Doorgaans is de afname voor de getailleerde gevel in functie van de afstand nog iets groter dan voor de gevel van de vijfde configuratie. Dat was enigszins te verwachten. De verbeterde gevels zijn dan ook niet ontworpen om beter te doen dan de gedetailleerde gevels, maar wel ter verbetering van de vlakke gevels welke frequent voorkomen in de moderne architectuur. Voor de 400Hz en 800Hz band is echter te zien dat de verbeterde gevels ver van de bron een grotere geluiddrukafname kennen (zie Fig. 57). Dit heeft vermoedelijk te maken met het scatteringseffect voor die bepaalde frequenties van de geteste opstelling. Voor de verbeterde gevels is het back-diffusion effect ook groter. Dit kan verklaard worden doordat het gridpatroon veel meer aanwezig is over het gevelvlak, dus ook dicht bij de bron. Daar zullen dus meer golven terug propageren naar de bron. De overige resultaten zijn terug te vinden in Bijlage L.

De voorgestelde verbeterde gevels presteren dus vrij goed ten opzichte van de gedetailleerde gevels, ondanks hun vrij eenvoudige ingreep. Zodoende zit er dus veel potentieel in het ontwerpen van gevelstructuren ter verbetering van het akoestisch klimaat.

PAGINA | 96



4.4. INVLOED VAN DE VOORZETGEVEL IN DE MAGNELSTRAAT

FIG. 58 CONFIGURATIES TER BEPALING VAN DE INVLOED VAN DE VOORZETGEVEL IN DE MAGNELSTRAAT

De voorgestelde gevelconfiguraties ter verbetering van het geluidklimaat op straat kan ook als voorzetgevel geïntroduceerd worden. Om de impact van het object als voorzetgevel te begroten wordt een vergelijking gemaakt tussen de Magnelstraatgevel zoals hij is en de Magnelstraatgevel met daarvoor de roosters geplaatst (zie Fig. 58). Op de grafiek is ook een theoretische waarde te zien welke overeenkomt met de spiegelbronmethode.

FIG. 59 INVLOED VAN DE VOORZETGEVEL IN DE MAGNELSTRAAT

Beide onderzochte gevels zijn diffuus. Dit verklaart waarom de resultaten steeds een grotere daling van de geluiddruk in functie van de afstand kennen dan de waarden verkregen door de spiegelbronmethode. De curven van de originele Magnelstraat en de Magnelstraat met voorzetgevel zijn voor de meeste frequenties zo goed als gelijk. Echter, voor de 500Hz band springt het resultaat er uit (zie Fig. 59). Dit kan verklaard worden doordat de golflengte van deze frequentie een veelvoud is van de maasopening van de structuur. De overige resultaten zijn terug te vinden in Bijlage M.

PAGINA | 97


4.5.


INVLOED VAN DE VOORZETGEVEL TEN OPZICHTE VAN DE VERBETERDE GEVEL

FIG. 60 CONFIGURATIES TER BEPALING VAN DE INVLOED VAN DE VOORZETGEVEL TEN OPZICHTE VAN DE VERBETERDE GEVEL

De voorzetgevel die voor de originele gevels van de Magnelstraat wordt geplaatst kan ook worden vergeleken met de derde configuratie die wordt voorgesteld ter verbetering van de vlakke gevel (zie Fig. 60).

FIG. 61 INVLOED VAN DE VOORZETGEVEL TEN OPZICHTE VAN DE VERBETERDE GEVEL VOOR DE ONDERZOCHTE OPSTELLINGEN

In een oogopslag is duidelijk dat de resultaten van de voorzetgevel voor alle frequenties een grotere geluiddruk afname kennen naarmate de afstand tot de bron toeneemt. Dit is eenvoudig te verklaren door het feit dat het referentievlak van de Magnelstraat op zich al diffuserend werkt. Naarmate de frequenties toenemen wordt het verschil tussen de beide opstellingen kleiner. De grootste verschillen doen zich voor in het frequentie interval van 250Hz tot 500Hz (zie Fig. 61). De

overige

resultaten zijn terug te vinden in Bijlage N.

PAGINA | 98

VII. SAMENVATTENDE CONCLUSIES

VII. SAMENVATTENDE CONCLUSIES Een aantal schaalmodellen werden ontworpen om het akoestische klimaat in een street canyon te bestuderen. Numeriek wordt een beeld verkregen van het verloop van de geluiddruk in de straat aan de hand van de spiegelbronmethode [5]. De gemeten resultaten worden hiermee veelvuldig geverifieerd.

De accuraatheid van het schaalmodel wordt getoetst aan de werkelijkheid door een in situ meting uit te voeren. De resultaten tonen nog vrij grote verschillende tussen de werkelijkheid en de inschaalmodel meting. Nochtans werd reeds aangetoond in de literatuur dat schaalmodellen een goede benadering kunnen zijn van de werkelijkheid.

Daarom is het aangewezen de verwerking van de gemeten data te optimaliseren. Dit kan gedaan worden door de correctie van de overmatige atmosferische absorptie in rekening te brengen. Daarvoor werden reeds enkele pogingen ondernomen maar voor de hoge frequenties is een overcompensatie het gevolg. Dit kan onder andere te wijten zijn aan een te kleine SNR. Ook de geluidbron die gebruikt wordt in het schaalmodel kan geperfectioneerd worden door de directiviteit van een groter aantal frequenties binnen het onderzochte frequentie interval te beperken. Zodat de correctie van het stralingspatroon ook voor de hoge frequenties een kleinere afname in functie van de afstand tot de bron met zich meebrengt.

Ook het gemonteerde platform zou meer gecentreerd kunnen worden in de anechoïsche kamer zodat de uiteinden van de straat beter gemodelleerd kunnen worden en de reflecties tegen naburige straatgevels in de meetresultaten kunnen worden opgenomen.

Een aantal parameters die een invloed hebben op het geluidveld in de straat worden onderzocht. Enkele auto’s worden gemodelleerd en in het schaalmodel geplaatst. Indien deze objecten goed verspreid staan over de lengte van de straat en zich niet te dicht bij de bron bevinden, is weinig verschil te merken ten opzichte van een straat waar geen auto’s geparkeerd staan. Een aantal auto’s worden in een rij dicht bij de bron geplaatst. De effecten van deze opstelling zijn niet heel uitgesproken daar het om een beperkt aantal auto’s gaat. Toch is reeds duidelijk te zien dat de invloed van geparkeerde auto’s significant is in het geluidveld van de straat. Het is interessant na te PAGINA | 99


gaan wat de effecten zullen zijn voor een lange rij geparkeerde auto’s, daar deze configuratie veelvuldig voorkomt in het straatbeeld van stedelijke centra.

Ook de invloed van de dakrand wordt bestudeerd door het schaalmodel met dakvlak te vergelijken met het schaalmodel met louter gevels zonder gebouwmassa erachter. De invloed van de dakrand is significant voor de lage frequenties, welke een grotere daling kennen van de geluiddruk in functie van de afstand tot de bron als het dakvlak aanwezig is. Het is dus aangewezen schaalmodellen die de propagatie van geluid in een street canyon bestuderen, te modelleren met gebouwvolume achter het gevelvlak, wat in de literatuur vaak niet wordt gedaan. [20]

Ook in vergelijking met de spiegelbronmethode, waarbij verondersteld wordt dat de gevels oneindig hoog zijn, is voor de lage frequenties een significant verschil te zien voor eindige gevels. De attenuatie in functie van de afstand is kleiner door terug diffracterende golven aan de dakrand.

Oudere gevels, die meestal het beeld vormen van de stedelijke ruimte, worden gekenmerkt door hun hoge detailleringsgraad. De diffusiteit van de oudere gevels wordt bekeken door ze te vergelijken met vlakke gevels. De gevelonregelmatigheden hebben een gunstige invloed op het geluiddruk verloop in de straat.

In de moderne architectuur wordt veel gebruik gemaakt van glaspartijen in strakke gevels. Dit heeft echter een grote impact op het akoestisch klimaat daar de speculaire reflecties dominant zullen zijn in het geluidveld in de straat. Het is daarom interessant de stedelijke ruimte te interpreten vanuit het akoestische klimaat dat de architecturale waarde van een plaats mee bepaalt. Het begrip ‘architextuur’ wordt gedefinieerd als zijnde de architecturale interpretatie van gevels die de stedelijke ruimten vormen en worden ontworpen vanuit de fysische factoren die het klimaat van de ruimte mee beïnvloeden.

Er worden een aantal gevelconfiguraties voorgesteld ter verbetering van het akoestisch klimaat vanuit de architectuur. De invloed van de structuren die het gevelbeeld bepalen is vrij gunstig. Uit de resultaten kan worden afgeleid dat de maasopening van de structuur bepaalt voor welke frequenties de grootste verbetering kan worden waargenomen. De configuraties worden voor verschillende straatbreedtes getest. Dezelfde conclusies volgen uit de variërende straatbreedtes, al kent het verloop een vlakkere daling naarmate de afstand tussen de parallelle gevels groter wordt.

PAGINA | 100


De verbeterde gevels worden nadien vergeleken met het gedetailleerde schaalmodel en de vlakke gevels van het boxmodel. De verbetering ten opzichte van het boxmodel (welke de moderne strakke architectuur vertegenwoordigt) is significant. De afname van de geluiddruk in de straat in functie van de afstand vergroot, maar kent voor de meeste frequenties een nog net iets kleinere afname in vergelijking met de gedetailleerde gevels. Voor de frequenties waarvan de golflengte een veelvoud is van de maasopening van de structuur is de daling echter groter. Ook het back-diffusion effect van de verbeterde gevels is uitgesproken ten opzichte van de gedetailleerde gevel. Er kan worden besloten dat er best wel potentieel zit in het bekleden van de gebouwen in een street canyon met akoestisch ontworpen gevelvlakken.

Ook de toepassing van de gridstructuur als voorzetgevel wordt toegelicht. De voorzetgevel maakt relatief weinig uit voor het merendeel van de frequenties. Voor de frequenties die kunnen gekoppeld worden aan de maasopening van de structuur is wel een bijkomende afname van de geluiddruk te zien naarmate de afstand tot de bron groter wordt.

PAGINA | 101

VIII. TOEKOMST VAN HET AKOESTISCH KLIMAAT IN STEDEN

INLEIDING

VIII. TOEKOMST VAN HET AKOESTISCH KLIMAAT IN STEDEN 1. INLEIDING Er zijn twee manieren waarop het akoestisch klimaat in een straat kan verbeterd worden. Enerzijds is er het verhogen van de verstrooiing van de akoestische energie. Anderzijds kan het geluidklimaat verbeterd worden door absorberende materialen toe te passen.

Daar weinig absorberende materialen gekend zijn die toepasbaar zijn in de buitenomgeving, spitst dit eindwerk zich volledig toe op de verstrooiende eigenschappen van gevels. Om dit te bekomen wordt een gevelontwerp voorgesteld. Vrij recent is er echter wel een toepassing bedacht die de absorptie eigenschappen van een straatgevel verhoogt. Dit gebeurt aan de hand van groengevels.

PAGINA | 102


GROENGEVELS

2. GROENGEVELS In 1990 verkrijgt botanicus-kunstenaar Patrick Blanc een patent op de ‘Mur Végétal’. Bij de uitwerking van dit systeem haalde de botanicus zijn inspiratie uit de plantengroei in omgevingen zonder groen maar met een alomtegenwoordigheid van water, zoals rotsen, watervallen of het onderhout in het tropische regenwoud.[21]

2.1. SYSTEEM ‘MUR VÉGÉTAL’ Het systeem is eenvoudig: je plaatst een secundaire ondoordringbare structuur met daarvoor een substraat (een plaat van geëxpandeerde PVC van 10 mm dikte + een 3 mm dik dubbel polyamidevilt) als houvast voor de wortels en als captatiemiddel voor de voedingsstoffen. Het derde element bestaat uit een netwerk voor de druppelsgewijze ‘fertilisatie-irrigatie’. De groenwad van Patrick Blanc is dus een systeem, eerder dan een exhaustieve beschrijving van een techniek.

2.2. VOORDELEN VAN HET SYSTEEM Dit systeem heeft een aantal voordelen ten opzichte van klimplanten: biologische diversiteit, onmiddellijke beschikbaarheid van een groenbedekking, geen hoogtebeperkingen en geen rechtstreekse plantengroei op het bouwwerk. Het kan zowel binnen als buiten worden toegepast. In tegenstelling tot wat velen vrezen in verband met binnentoepassingen zorgen de planten op zichzelf niet voor vochtigheid. Integendeel, zij zijn zelfregulerend en kunnen zelfs nuttig zijn bij het regelen van de vochtigheidsgraad in een ruimte. Hun milieu kan daarentegen wel voor meer vochtigheid zorgen. Het komt er dus op aan planten te kiezen die geen al te vochtig milieu nodig hebben. De CO2uitstoot van een plant is miniem vergeleken met deze van de mens. Het weldadig psychologisch effect van een groenmuur op de bewoners is aan de hand van getuigenissen bevestigd, net zoals het akoestische effect.

2.3. KWETSBAARHEID VAN HET SYSTEEM Beide toepassingen hebben echter ook de kwetsbaarheid van het systeem blootgelegd. Het substraat verzekert een goede zuurstoftoevoer naar de wortels, maar daartegenover staat een groot waterverbruik omdat het substraat maar een kleine hoeveelheid van de voedende oplossing kan vasthouden. De muren van het parlement verbruiken bijvoorbeeld ongeveer 7,5 liter/m2/dag. Een dag zonder voeding brengt de overleving van de planten in het gedrang.

PAGINA | 103


GROENGEVELS

2.4. WONDERWALL SYSTEEM ‘Wonderwall’ verbetert het systeem van Patrick Blanc door het vilt te vervangen door drie lagen geotextiel op basis van thermisch gebonden polyethyleen en polypropyleen. De buitenwand is van inkepingen voorzien, zodat er zakjes ontstaan waarin de planten kunnen groeien. Het waterverbruik valt terug op 3 liter/m2/dag.

2.5. WALLFLORÉ SYSTEEM Het systeem ‘Wallfloré’ gebruikt minerale wol als substraat. Hierdoor is de groengevel veel dikker: van 1,6 cm tot 4,5 cm voor binnenmuren en toto 7,5 cm voor buitenmuren. Het gewicht blijft ongewijzigd (tussen 15 en 20 kg/m2 naargelang de vochtigheidsgraad), maar het waterverbruik daalt tot 1,8 liter/m2/dag. Voor de montage wordt de muur niet in haar totaliteit beschouwd, maar gemoduleerd met panelen met aluminium frame, waarvan de met geotextiel omgeven minerale wol wordt opgehangen. In het substraat zijn alveolen gemaakt waarin de vooraf geteelde scheuten worden gestoken met een dichtheid van 50 planten/m2 op 90% van de groei. De irrigatiekanaaltjes zijn in de panelen over de hele breedte en om de 50 cm geïntegreerd. Deze panelen glijden in aluminium rails in de secundaire structuur.

2.6. MUUR ‘VÉGÉTALIS’ De muur ‘Végétalis’ gebruikt Zuid-Amerikaans veenmos als substraat. Veenmos groeit in heel compacte en hechte formaties, bederft niet, heeft een groot absorptievermogen (20% van zijn gewicht) en kan zich, naargelang het soort, een droogteperiode tot 72 uren veroorloven. De opbouw van deze muur gebeurt ook volgens modules, green boxes genaamd, met gestandaardiseerde afmetingen en een dikte van 8,5 cm. Deze dozen bestaan uit een netwerk van roestvrij staaldraad waarin het substraat en, om de 40 of 60 cm, de irrigatiekanaaltjes zitten. Voor oppervlakken van meer dan 50 m2 gebeurt de irrigatie in een gesloten circuit. De planten worden met een dichtheid van 24/m2 ingeplant; het waterverbruik daalt tot 0,5 liter/m2/dag; het gewicht schommelt tussen 50 en 70 kg/m2. De boxen zijn zelfdragend en kunnen met haken aan de muur worden bevestigd, waarbij men een spouw van 2 cm in acht moet nemen. Wat de akoestische absorptie van omgevingsgeluiden betreft, beantwoordt het systeem aan klasse A4 (-18dB), rekening houdend met het geheel, gevormd door de luchtspouw en het substraat, de punten uitgezonderd.

2.7. VERBETERINGEN De verbeteringen beantwoorden aan drie verwachtingen: de thermische en akoestische isolatie van het gebouwen (K < 0,8 W/m2;Rw > 36 dB), de verticale lagunering van het afvalwater en het gebruik PAGINA | 104


GROENGEVELS

van ecologische materialen in het hele systeem. Synthetische substraten of minerale wol worden aldus vervangen door een substraat op basis van cellulose, beveiligd met een fijn onbederfelijk weefsel van gerecycleerd plastic. Zelfs indien het substraat zich ontbindt, kunnen de planten en hun wortels het vervangen, zodat de levensduur van de huidige systemen, over het algemeen beperkt tot 15 jaar, wordt verlengd. Naargelang de behoefte van de planten, zijn er om de twee meter druppelkanalen geplaatst. Het gemiddelde waterverbruik is lager dan 0,5 liter/m2/dag. Dit specifieke onderzoekswerk is onder meer ingegeven door architecten die passiefhuizen met dit verticale ecosysteem willen inpakken.

2.8. AKOESTISCHE EVALUATIE Er werd reeds onderzoek naar de akoestische eigenschappen van groengevels. Het onderzoek is opgedeeld in twee delen. In eerste instantie worden een aantal groengevel systemen geïnstalleerd in de open lucht en wordt de introductieverliezen geëvalueerd. Het experiment toont aan dat de groengevel systemen voor de lage en middel frequenties een sterkere verzwakking veroorzaken door het absorberend effect van het substraat, terwijl voor de hoge frequenties de attenuatie minder uitgesproken

is

door

scattering

op

het

groen.

Vervolgens

wordt

getracht

de

geluidabsorptiecoëfficiënt te bepalen door de groengevel systemen op te stellen in een galmkamer. Daaruit blijkt dat de absorptiewaarde opmerkelijk groter is dan voor andere gevelmaterialen. Naargelang de frequenties stijgen, neemt ook de absorptiecoëfficiënt toe. Deze stijgt eveneens naarmate de groenbedekking groter wordt. [22]

PAGINA | 105


PARAMETRISCHE AKOESTISCHE GEVELS

3. PARAMETRISCHE AKOESTISCHE GEVELS De intentie bestaat erin nieuwe materialen en vormen te onderzoeken voor architecturale vlakken die worden ingezet om een impact te hebben op de akoestische ruimte. De precieze specificatie van de geometrische structuur in combinatie met materiële karakteristieken laat het toe een schatting te maken van de akoestische prestaties van het ontworpen vlak. De vernieuwende kracht voor het creëren van de architecturale ruimte en de perceptie ervan komen te voorschijn wanneer de kennis van fabricage technieken en materiaaleigenschappen kunnen ingebed worden in een onderliggend parametrisch model. Door de link te leggen tussen de akoestische theorie, het parametrisch ontwerpen van materialen en geometrie en het digitaal fabriceren van deze structuren, kunnen prototypes ontworpen en geëvalueerd worden. Diverse akoestische fenomenen kunnen daarin aan bod komen zoals resonantie absorptie en het diffuus verspreiden van geluid. Er kan onderzoek gedaan worden naar gemoduleerde oppervlakken, geperforeerde composities en geplooide vlakken. Zo kunnen diverse prototypes getest worden als onderdeel van de stedelijke textuur in de anechoïsche kamer. Daar gewerkt wordt met een digitaal maar printbaar model kan de data van Generative Components en Odeon software uitgewisseld worden zodat het mogelijk wordt de invloed van de ruimtelijke ingreep auditief waar te nemen.

PAGINA | 106

IX. BIJLAGEN

IN SITU METING

IX. BIJLAGEN

gemiddelde van de in situ meting met deviatie vrije veld

A. RESULTATEN VAN DE IN SITU METING

PAGINA | 107

RV = 50% - T = 22°C RV = 70% - T = 20°C RV = 50% - T = 20°C zonder EAAcorr

IX. BIJLAGEN INVLOED EAACORR

B. INVLOED VAN EAACORR

PAGINA | 108

IX. BIJLAGEN

INVLOED EAACORR

PAGINA | 109

IX. BIJLAGEN

GEMIDDELD STRALINGSPATROON

gemiddeld stralingspatroon en deviatie theoretisch stralingspatroon van de bron

C. GEMIDDELD STRALINGSPATROON

PAGINA | 110

IX. BIJLAGEN

GEMIDDELD STRALINGSPATROON

PAGINA | 111

IX. BIJLAGEN

VERSCHIL STRALINGSPATROON MAQUETTE EN IN SITU

theoretisch stralingspatroon van de in situ meting theoretisch stralingspatroon van het schaalmodel

D. VERSCHIL STRALINGSPATROON MAQUETTE EN IN SITU

PAGINA | 112

IX. BIJLAGEN

VERSCHIL STRALINGSPATROON MAQUETTE EN IN SITU

PAGINA | 113

meting met SPcorr meting zonder SPcorr theoretisch stralingspatroon van de bron gemiddeld gemeten stralingspatroon van de bron

IX. BIJLAGEN INVLOED SPCORR

E. INVLOED SPCORR

PAGINA | 114

IX. BIJLAGEN

INVLOED SPCORR

PAGINA | 115

aluminium MDF multiplex verniste multiplex spiegelbronmethode α = 0 spiegelbronmethode α = 0.1 spiegelbronmethode α = 0.3 spiegelbronmethode α = 0.5

IX. BIJLAGEN VERGELIJKING MATERIALEN EN SPIEGELBRONBMETHODE

F. VERGELIJKING MATERIALEN EN SPIEGELBRONMETHODE

PAGINA | 116

IX. BIJLAGEN

VERGELIJKING MATERIALEN EN SPIEGELBRONBMETHODE

PAGINA | 117

IX. BIJLAGEN

SCHAALMODEL VERSUS IN SITU METING

SPcorr niet EAAcorr noch EAAcorr noch SPcorr EAAcorr niet SPcorr in situ vrije veld

G. SCHAALMODEL VERSUS IN SITU METING

PAGINA | 118

IX. BIJLAGEN

SCHAALMODEL VERSUS IN SITU METING

PAGINA | 119

gedetailleerde gevels met dakvlak gedetailleerde gevels zonder dakvlak spiegelbronmethode α = 0.1

IX. BIJLAGEN INVLOED VAN HET DAKVLAK

H. INVLOED VAN HET DAKVLAK

PAGINA | 120

IX. BIJLAGEN

INVLOED VAN HET DAKVLAK

PAGINA | 121

IX. BIJLAGEN

INVLOED VAN STRAATMEUBILAIR

met auto's met rij auto's zonder auto's spiegelbronmethode α = 0.1

I. INVLOED VAN HET STRAATMEUBILAIR

PAGINA | 122

IX. BIJLAGEN

INVLOED VAN STRAATMEUBILAIR

PAGINA | 123

diffuse gevel met vernis vlakke gevel met vernis diffuse gevel zonder vernis vlakke gevel zonder vernis spiegelbronmethode α = 0.1

IX. BIJLAGEN DIFFUSITEIT GEDETAILLEERDE GEVEL

J. DIFFUSITEIT VAN DE GEDETAILLEERDE GEVEL

PAGINA | 124

IX. BIJLAGEN

DIFFUSITEIT GEDETAILLEERDE GEVEL

PAGINA | 125

10 m vlakke gevel 14 m vlakke gevel 18 m vlakke gevel 10 m spiegelbronmethode α = 0.1 14 m spiegelbronmethode α = 0.1 18 m spiegelbronmethode α = 0.1

IX. BIJLAGEN VERBETERDE GEVELS IN FUNCTIE VAN STRAATBREEDTE

K.1. VERBETERDE GEVELS IN FUNCTIE VAN STRAATBREEDTE

VLAKKE GEVELS

PAGINA | 126

IX. BIJLAGEN

VERBETERDE GEVELS IN FUNCTIE VAN STRAATBREEDTE

PAGINA | 127



CONFIGURATIE 1

PAGINA | 128

IX. BIJLAGEN


PAGINA | 129



CONFIGURATIE 2

PAGINA | 130

IX. BIJLAGEN


PAGINA | 131



CONFIGURATIE 3

PAGINA | 132

IX. BIJLAGEN


PAGINA | 133



CONFIGURATIE 4

PAGINA | 134

IX. BIJLAGEN


PAGINA | 135



CONFIGURATIE 5

PAGINA | 136

IX. BIJLAGEN


PAGINA | 137

IX. BIJLAGEN

VERBETERDE GEVELS IN FUNCTIE VAN CONFIGURATIES

K.2. VERBETERDE GEVELS IN FUNCTIE VAN CONFIGURATIES

vlakke gevel configuratie 1 configuratie 2 configuratie 3 configuratie 4 configuratie 5 spiegelbronmethode α = 0.1

STRAATBREEDTE: 10 M

PAGINA | 138

IX. BIJLAGEN


PAGINA | 139


IX. BIJLAGEN VERBETERDE GEVELS IN FUNCTIE VAN CONFIGURATIES

STRAATBREEDTE: 14 M

PAGINA | 140

IX. BIJLAGEN


PAGINA | 141


IX. BIJLAGEN VERBETERDE GEVELS IN FUNCTIE VAN CONFIGURATIES

STRAATBREEDTE: 18 M

PAGINA | 142

IX. BIJLAGEN


PAGINA | 143

IX. BIJLAGEN

VERBETERDE GEVEL VERSUS GEDETAILLEERDE GEVEL

vlakke gevel gedetailleerde gevel configuratie 5 spiegelbronmethode α = 0.1

L. VERBETERDE GEVEL VERSUS GEDETAILLEERDE GEVEL

PAGINA | 144

IX. BIJLAGEN

VERBETERDE GEVEL VERSUS GEDETAILLEERDE GEVEL

PAGINA | 145

voorzetgevel in Magnelstraat oorspronkelijke gevels van de Magnelstraat spiegelbronmethode α = 0.1

IX. BIJLAGEN INVLOED VOORZETGEVEL MAGNELSTRAAT

M. INVLOED VOORZETGEVEL MAGNELSTRAAT

PAGINA | 146

IX. BIJLAGEN

INVLOED VOORZETGEVEL MAGNELSTRAAT

PAGINA | 147

IX. BIJLAGEN

VOORZETGEVEL VERSUS GEVELONTWERP

voorzetgevel gevelontwerp (config. 3) spiegelbronmethode α = 0.1

N. VOORZETGEVEL VERSUS GEVELONTWERP

PAGINA | 148

IX. BIJLAGEN

VOORZETGEVEL VERSUS GEVELONTWERP

PAGINA | 149

X. REFERENTIES

X. REFERENTIES [1] [2]

[3] [4]

[5]

[6] [7] [8] [9] [10] [11]

[12] [13]

[14] [15] [16]

[17] [18]

J. Picaut & L. Simon: "A scale model experiment for the study of sound propagation in urban areas", Applied Acoustics, vol. 62, pp. 327-240, 2001. T. Van Renterghem & D. Botteldooren: "Meteorological influence on sound propagation between adjacent city canyons: a real-life experiment", Journal of the Acoustical Society of America, p. in druk, 2010. M.R. Ismail & D.J. Oldham: "A scale model investigation of sound reflection from building façades", Applied Acoustics, vol. 66, pp. 123-147, 2005. H. Hossam El Dien & P. Woloszyn: "The acoustical influence of balcony depth and parapet form: experiments and simulations", Applied Acoustics, vol. 66, pp. 533-551, 2005. J. Kang: "Sound propagation in street canyons: Comparison between diffusely and geometrically reflecting boundaries", Acoustical Society of America, vol. 107, pp. 1394-1404, 2000. H. Onaga & J.H. Rindel: "Acoustic characteristics of urban streets in relation to scattering caused by building façades", Applied Acoustics, vol. xxx, pp. xxx-xxx, 2006. J. Kang: "Urban sound environment", Spon Press, London, 2006. J. Picaut & D. Scouarnec: "Using acoustic Diffusors to reduce noise in urban areas", Acta Acustica united with Acustica, vol. 95, pp. 653-668, 2009. T. Van Renterghem, E. Salomons & D. Botteldooren: "Geluidsvoorplanting in stedelijk gebied onder de numerieke loupe", Geluid, vol. 3, pp. 92-94, 2005. T. Van Renterghem & D. Botteldooren: "Numerical evaluation of sound propagating over green roofs", Journal of Sound and Vibration, vol. 317, pp. 781-799, 2008. D.C. Hothersall, K.V. Horoshenkov & S.E. Mercy: "Numerical modelling of the sound field near a tall building with balconies near a road", Journal of Sound and Vibration, vol. 198, pp. 507-515, 1996. E. Salomons, Computational atmospheric acoustics, First ed.: Springer, 2001. M. Hornikx: "Numerical modelling of sound propagation to closed urban courtyards", Doctor of Philosophy, PhD thesis, Department of Civil and Environmental Engineering, Chalmers University of Technology, Götenborg, Sweden, 2009. M. Hornickx & J. Forssén: "A Scale Model Study of Parallel Urban Canyons", Acta Acustica united with Acustica, vol. 94, pp. 265 -281, 2008. C. Torrence & G. Compo: "A Practical guide to Wavelet Analysis", Bull. Amer. Meteor. Soc., vol. 79, pp. 61 - 78, 1998. A. Pelat & B. Lihoreau, "On the approximation of total absorption of the street open ceiling at low frequency," presented at the Noise in the Built Environment, Ghent, 2010. Trevor J. Cox & Peter D'antonio: "Acoustic phase gratings for reduced specular refelction", Applied Acoustics, vol. 60, pp. 167-186, 2000. K. Attenborough, "Acoustical exploitation of periodic structures in the urban environment," presented at the Noise in the Built Environment, Ghent, 2010.

PAGINA | 150

X. REFERENTIES

[19]

[20] [21] [22]

O. Umnova, R. Venegas & A. Krynkin, "Effective medium models for granular materials and composites," presented at the Noise in the Built Environment, Ghent, 2010. J. Picaut, "A numerical study of the use of acoustic diffusers to reduce noise in urban areas," presented at the Noise in the Built Environment, Ghent, 2010. Audrey Contesse: "Van groengevel tot ecologische muur", A+, vol. 214, pp. 102 - 108, 2008. Nyuk Hien Won, Alex Yong Kwang Tan, Puay Yok Tan, Kelly Chiang & Ngian Chung Wong: "Acoustics evoluation of vertical greenery systems for building walls", Building and Environment, vol. 45, pp. 411 - 420, 2010.

PAGINA | 151

XI. LIJST VAN FIGUREN

XI. LIJST VAN FIGUREN Fig. 1

Quasi kwartcilindrische lijnbron met QRD

Fig. 2

Schematische representatie van het compensatieproces

Fig. 3

Voorbeeld van stedelijke gevels

Fig. 4

Speculaire en diffuse reflecties in een street canyon

Fig. 5

Verschillende schikkingen voor 50% van het gevelvlak

Fig. 6

Configuratie ter bestudering van de invloed van het groendak op de afscherming van een street canyon

Fig. 7

Voorstelling van een groendakterras

Fig. 8

Invloed van de hoogte van de balkons op het afschermingseffect

Fig. 9

Schematische voorstelling van het afschermingseffect voor en na het wijzigen van de balustradevorm

Fig. 10 Voorstelling van de diffractiepunten voor harde daken Fig. 11 Voorstelling van hellende harde daken en groendaken Fig. 12 α-waarden voor de atmosferische attenuatiecoëfficiënt volgens ISO 9613-1 Fig. 13 Directiviteit van het stralingspatroon van de bron Fig. 14 Opbouw van een box Fig. 15 Foto van een box Fig. 16 Voorstelling van enkele conventionele configuraties Fig. 17 Voorstelling van enkele minder conventionele configuraties Fig. 18 Stadsplan Gent Fig. 19 Magnelstraat als ideale street canyon Fig. 20 De manueel opgemeten gevel Fig. 21 Vereenvoudiging van de gevelgeometrie van de Plateau Fig. 22 Collage van de 3D simulatie van de Plateaugevel in Google Sketchup Fig. 23 Vereenvoudiging van de dwarse doorsnede Fig. 24 De te lasercutten puzzel van de Plateaugevel Fig. 25 Foto’s van het gedetailleerde schaalmodel Fig. 26 Meetsituatie van de in situ meting Fig. 27 Sfeerbeeld van de in situ meting Fig. 28 Schema van de in situ meetapparatuur Fig. 29 Resultaten van de in situ meting PAGINA | 152


Fig. 30 Opstelling van het boxmodel in de anechoïsche kamer Fig. 31 Schema van de meetapparatuur voor de schaalmodellen Fig. 32 Opbouw van de tweeters Fig. 33 Overlappende tertsbanden van de SB en de Murata tweeters Fig. 34 Opwarmingseffect van de geluidbronnen Fig. 35 Verschil overmatige atmosferische absorptiecorrectie Fig. 36 Vergelijking gemiddeld gemeten stralingspatroon met theoretisch stralingspatroon Fig. 37 Verschil theoretisch stralingspatroon in situ bron en schaalmodelbron Fig. 38 Invloed van de correctie van het stralingspatroon Fig. 39 Spiegelbronmethode volgens Kang: Distributie van de spiegelbronnen in een geïdealiseerde street canyon Fig. 40 Invloed van de frequentieonafhankelijke atmosferische absorptie volgens de spiegelbronmethode Fig. 41 Vergelijking van de verschillende materialen aan de hand van de spiegelbronmethode Fig. 42 Vergelijking van het schaalmodel met de in situ meting Fig. 43 Diverse configuraties ter bepaling van de invloed van het dakvlak Fig. 44 Invloed van het dakvlak voor de onderzochte opstellingen Fig. 45 Diverse configuraties ter bepaling van de impact van straatmeubilair op het geluidklimaat in de straat Fig. 46 Invloed van het straatmeubilair voor de onderzochte situaties Fig. 47 Diverse configuraties ter bepaling van de diffusiteit van de gedetailleerde gevel Fig. 48 Invloed van de geveldiffusiteit voor de onderzochte configuraties Fig. 49 ‘Architexturaal’ gevelontwerp Fig. 50 Foto’s van het gevelontwerp in het schaalmodel Fig. 51 Diverse configuraties ter verbetering van het akoestisch klimaat in een street canyon Fig. 52 Vlakke gevelconfiguratie in functie van de straatbreedte Fig. 53 Configuratie vijf in functie van de straatbreedte voor 500Hz en 1kHz Fig. 54 Verbeterde gevels voor een 10 m brede straat Fig. 55 Verbeterde gevels voor een straatbreedte van 14 m (400Hz) en 18 m (800Hz) Fig. 56 Diverse configuraties ter vergelijking van de verbeterde gevel ten opzichte van de gedetailleerde Magnelstraatgevel Fig. 57 Vergelijking van de verbeterde gevel met de Magnelstraatgevel voor de onderzochte opstellingen Fig. 58 Configuraties ter bepaling van de invloed van de voorzetgevel in de Magnelstraat PAGINA | 153


Fig. 59 Invloed van de voorzetgevel in de Magnelstraat Fig. 60 Configuraties ter bepaling van de invloed van de voorzetgevel ten opzichte van de verbeterde gevel Fig. 61 Invloed van de voorzetgevel ten opzichte van de verbeterde gevel voor de onderzochte opstellingen

PAGINA | 154

Schaalmodelstudie ter verbetering van het akoestisch klimaat in een street canyon

Recommend Documents