Wat is ruimteakoestiek?

Ruimteakoestiek verwijst naar de akoestische eigenschappen van een ruimte. Bij het beschrijven van deze eigenschappen wordt alleen rekening gehouden met de geluidsbron in de ruimte zelf.

Geluid plant zich niet alleen direct voort in een ruimte. De geluidsgolven die door een luidspreker worden uitgezonden, bereiken de luisteraar gedeeltelijk als direct geluid, maar ook via reflecties van muren, plafonds of meubilair. Elk oppervlak absorbeert een deel van het invallende geluid. De reflecties verliezen dus geleidelijk geluidsenergie doordat het oppervlak een deel van de energie ‘opslokt’ door het om te zetten in warmte. Het geluid vervaagt. Hoe minder absorptie er plaatsvindt op de oppervlakken van de ruimte, hoe langer dit vervalproces duurt: de ruimte klinkt ‘galmend’ en heeft een lange nagalmtijd. Galmende ruimtes hebben een slechte akoestische kwaliteit en zijn subjectief onaangenaam voor gebruikers. Ze zijn slecht voor de spraakverstaanbaarheid of de luisterervaring.

Een ruimte-akoestisch ontwerp heeft bijvoorbeeld de volgende doelstellingen

• Optimale spraakverstaanbaarheid in theaters, collegezalen en klaslokalen of vergaderruimtes.
• Een subjectief aangename luisterervaring in wachtkamers, restaurants of kantoortuinen.
• Een ruimtelijk en esthetisch aangename muzikale ervaring in concertzalen.
• In opnamestudio’s moet de ruimte zelf zo min mogelijk invloed hebben.

Wat beïnvloedt de akoestiek van een ruimte?

 De ruimte-akoestiek wordt sterk beïnvloed door de grootte van de ruimte, de geometrie en de geluidsabsorptie van de oppervlakken in de ruimte. Het lage absorptievermogen van gladde betonnen muren kan bijvoorbeeld worden gecompenseerd door absorberende oppervlakken toe te voegen.

In grote ruimtes is het, om reflecties te minimaliseren, voordelig om absorptie in meer dan één vlak te hebben. Het is bijvoorbeeld aan te raden om absorptie aan het plafond en op een ander niveau te voorzien. Zonder deze maatregel kunnen flutterecho’s optreden tussen parallelle geluidsreflecterende oppervlakken.

Waar zeer hoge eisen worden gesteld aan de ruimte-akoestiek, is het mogelijk om gericht oppervlakontwerp toe te passen. Dit gebeurt bijvoorbeeld in geluiddichte cabines met een groot, sterk absorberend oppervlak.

Wat is het verschil tussen ruimteakoestiek en bouwakoestiek?

Terwijl ruimteakoestiek zich bezighoudt met de verspreiding van geluid in een ruimte, houdt bouwakoestiek zich bezig met de overdracht van geluid tussen twee ruimtes of tussen de binnenkant van een ruimte en de buitenkant. Bouwakoestiek houdt zich bezig met verschijnselen zoals lucht- en contactgeluid, geluid van gebouwinstallaties en geluid van buitenaf.

Maatregelen tegen geluidsgeneratie en geluidsoverdracht worden ook onderscheiden naargelang de geluidsbron en de luisteraar zich in dezelfde ruimte of in verschillende ruimtes bevinden. In het eerste geval wordt geluidsbeheersing bereikt door geluidsabsorptie. In het tweede geval wordt het bereikt door geluidsisolatie.

Er wordt onderscheid gemaakt tussen luchtgeluidisolatie en contactgeluidisolatie. Een belangrijk gebied van contactgeluidisolatie is de reductie van contactgeluid of de reductie van sanitair geluid veroorzaakt door armaturen of leidingen. Op het gebied van luchtgeluidsisolatie worden muren en plafonds vaak opgewaardeerd met bekleding om een dubbelwandig systeem te vormen dat de geluidsisolatie aanzienlijk verbetert.

Hoorbaarheid in ruimtes: Wat is DIN 18041?

DIN 18041 is de internationaal erkende norm voor het ontwerp van ruimteakoestiek en heeft als titel: Akoestiek in ruimtes – Eisen, aanbevelingen en richtlijnen voor ontwerp. De norm specificeert gewenste nagalmtijden voor ruimtes, afhankelijk van het volume van de ruimte en het gebruiksdoel. Het bevat ook notities en schetsen over de plaatsing en verdeling van absorbers.

De norm voor hoorbaarheid in ruimten is gericht op het verminderen van lawaai en maakt onderscheid tussen twee groepen ruimten, A en B. Toepassingen voor groep A zijn muziek, spraak, lezingen, onderwijs en communicatie, en sport. Voor dit soort gebruik vereist de norm dat de nagalmtijd wordt beschouwd als een functie van de frequentie. Ruimtegroep B omvat ruimten voor kort verblijf, zoals entreehallen, gangen en trappenhuizen, en ruimten voor langer verblijf, zoals expositieruimten, wachtkamers voor patiënten en pauzeruimten of kantines. Het omvat ook ruimten waar behoefte is aan geluidsreductie en comfort. Voor kamergroep B geeft de norm specifieke richtlijnen voor het equivalente absorptiegebied A in relatie tot het kamervolume V.

Geluidsabsorptie, nagalmtijd en nagalm

Een aantal termen en parameters zijn belangrijk voor het begrijpen van ruimteakoestiek. Hier zijn de belangrijkste basisbegrippen.

Geluidsabsorptie

De geluidsabsorptie van oppervlakken varieert sterk afhankelijk van hun textuur, materiaal en geluidsfrequentie. Hoe harder en gladder het oppervlak, hoe lager de geluidsabsorptie. Zachte oppervlakken absorberen een groot deel van het geluid. Ook harde oppervlakken kunnen absorberend zijn als het vrij oscillerende, holle, dunne platen zijn.
De geluidsabsorptiecoëfficiënt ? wordt gebruikt als maat voor geluidsabsorptie, die de verhouding tussen geabsorbeerde en invallende geluidsenergie weergeeft. Een waarde van ? = 0 betekent volledige reflectie, terwijl ? = 1 staat voor volledige absorptie. De geluidsabsorptiecoëfficiënt hangt ook af van de frequentie. Daarom is het gebruikelijk om ? in een diagram weer te geven voor een precieze weergave. Veel materialen vertonen een zeer verschillend absorptiegedrag bij bepaalde frequenties. Meestal is een absorptie nodig die een breed frequentiebereik bestrijkt.

Het gebruik van het equivalente absorptiegebied (A) is gebruikelijk om een specifieke ruimte-akoestische uitspraak te doen over de absorptie van individuele muuroppervlakken. A in vierkante meters geeft aan hoe klein een wandoppervlak kan zijn als het ideaal zou absorberen. Daarom is de term “absorptiecapaciteit” ook gebruikelijk. De absorptiecapaciteit is gerelateerd aan de geluidsabsorptiecoëfficiënt (?) en het wandoppervlak (S):

A = ? – S

Een vereenvoudigd voorbeeld dat geen rekening houdt met frequentieafhankelijke verschillen illustreert de relatie. Alle drie onderstaande varianten brengen dezelfde hoeveelheid absorptie in de ruimte, namelijk A = 6 m²:

• Een absorber met 12 m² absorberoppervlak S en ? = 0,5 resulteert in een absorptiecapaciteit A van 0,5 – 12 = 6 m²
• Dezelfde absorptiecapaciteit wordt bereikt met een absorberoppervlak van 7,5 m² en ? = 0,8
• Op dezelfde manier worden drie plafondpanelen met S = 2 m² elk en ? = 1

In de praktijk wordt de indeling van akoestische elementen volgens DIN EN 11654 in absorberklassen A, B, C, D en E vastgelegd. Dit speelt een doorslaggevende rol bij het vergelijken van leveranciers en producten:

• Klasse A is sterk absorberend en heeft een nominale geluidsabsorptiecoëfficiënt ?.w tussen 0,9 en 1,0
• Klasse E onderaan de classificatie heeft een nominale geluidsabsorptiecoëfficiënt ?.w tussen 0,15 en 0,25

De keuze van de klasse hangt af van de akoestische vereisten van een ruimte, omdat de bestaande geluidsabsorptie in de ruimte op een frequentie-afhankelijke manier wordt aangevuld met de materialen van de verschillende absorberklassen.

Sound Absorption

The sound absorption of surfaces varies greatly depending on their texture, material, and sound frequency. The harder and smoother the surface, the lower the sound absorption. Soft surfaces absorb a large portion of sound. Similarly, hard surfaces can also be absorbing if they are freely oscillating, hollow, thin plates.
The sound absorption coefficient ? is used as a measure of sound absorption, which represents the ratio of absorbed to incident sound energy. A value of ? = 0 means complete reflection, while ? = 1 represents complete absorption. The sound absorption coefficient also depends on the frequency. Therefore, it is common to represent ? in a diagram for precise representations. Many materials exhibit very different absorption behavior at certain frequencies. Usually, an absorption that covers a broad frequency range is required.

The use of the equivalent absorption area (A) is common in order to make a specific room acoustic statement about the absorption of individual wall surfaces. A in square meters indicates how small a wall surface could be if it were to absorb ideally. Therefore, the term “absorption capacity” is also common. The absorption capacity is related to the sound absorption coefficient (?) and the wall area (S):

A = ? · S

A simplified example that does not consider frequency-dependent differences illustrates the relationship. All three variants listed below bring the same amount of absorption into the room, namely A = 6 m²:

• An absorber with 12 m² absorber area S and ? = 0.5 results in an absorption capacity A of 0.5 · 12 = 6 m²
• The same absorption capacity is achieved with an absorber area of 7.5 m² and ? = 0.8
• Similarly, three ceiling panels with S = 2 m² each and ? = 1

In practice, the classification of acoustic elements according to DIN EN 11654 into absorber classes A, B, C, D, and E is established. It plays a decisive role in provider and product comparisons:

• Class A is highly absorbing and has a rated sound absorption coefficient ?w between 0.9 and 1.0
• Class E at the bottom of the classification has a rated sound absorption coefficient ?w between 0.15 and 0.25

The choice of class depends on the acoustic requirements of a room, as the existing sound absorption in the room is supplemented in a frequency-dependent manner with the materials of the different absorber classes.

Nagalmtijd

De belangrijkste parameter in de ruimteakoestiek is de nagalmtijd (T) van een ruimte. De nagalmtijd is de tijd in seconden die de geluidsdruk in een ruimte nodig heeft om te vervallen tot 1/1000 van de beginwaarde nadat de geluidsbron abrupt tot zwijgen is gebracht. Dit komt overeen met een afname van het geluidsdrukniveau met 60 dB. In het begin van de 20e eeuw ontdekte de Amerikaanse natuurkundige Wallace Clement Sabine dat de nagalmtijd, het volume van de ruimte en de geluidsabsorptie van de oppervlakken in de ruimte met elkaar samenhangen: hoe groter het volume van de ruimte (V) en hoe lager de absorptie (A), hoe langer de nagalmtijd. De “Sabine-formule” drukt deze relatie uit:
T = 0,163 · V / A

In de praktijk klinken ruimtes met een lage absorptie “echo-achtig” en worden ze akoestisch als oncomfortabel ervaren. Gewenste nagalmtijden zijn afhankelijk van het beoogde gebruik en de grootte van de ruimte. Goede gemiddelde nagalmtijden voor spraak zijn ongeveer 1 seconde, terwijl ze voor symfonische muziek ongeveer 2 seconden zijn. Bij het plannen van multifunctionele zalen moet de nagalmtijd worden aangepast aan het beoogde hoofdgebruik van de ruimte.

Door het absorptieoppervlak te variëren, kan de gewenste nagalmtijd worden aangepast aan het frequentiebereik. Het is belangrijk om rekening te houden met alle andere oppervlakken en materialen en met het aantal mensen in de ruimte, omdat deze ook van invloed zijn op de geluidsabsorptie. Daarom moet bij de planning rekening worden gehouden met hoe de uiteindelijke ruimte eruit zal zien.

Voor ruimtes met conventioneel gebruik, zoals klaslokalen, kantoortuinen, wachtkamers of multifunctionele ruimtes, is er een veelgebruikte vuistregel dat goede nagalmtijden kunnen worden bereikt door een gebied dat overeenkomt met het vloeroppervlak van de ruimte uit te rusten met een effectieve geluidsabsorber. Voor ruimtes met veeleisend gebruik of zeer hoge plafonds moet een gespecialiseerde planner worden geraadpleegd om goede nagalmtijden te garanderen.

Nagalm en Verstaanbaarheid

Nagalm beschrijft de perceptie van een auditieve gebeurtenis waarbij direct geluid en gereflecteerd geluid uit de ruimte aanwezig zijn. Het gereflecteerde geluid wordt echter niet waargenomen als een herhaling van het geluidssignaal. Nagalm is afhankelijk van de verhouding tussen het laat aangekomen geluidsniveau en de vroege delen. Bij spraak geldt dit voor tijdsverschillen van 50 ms of meer en bij muziek geldt dit voor tijdsverschillen van ongeveer 80 ms.
Een galmende luisterervaring vermindert in de praktijk de spraakverstaanbaarheid. In muziek daarentegen is het effect een “gemengde” luisterervaring met verminderde “transparantie”, die tot een bepaald volume als positief wordt ervaren.

Contactgeluid en Luchtgeluid

Luchtgeluid kennen we allemaal. Contactgeluid is een term die in de bouwfysica wordt gebruikt om de voortplanting van geluidsgolven in vaste objecten te beschrijven. Bij de voortplanting van geluid in gebouwen speelt contactgeluid een niet te verwaarlozen rol.
Er kan onderscheid worden gemaakt tussen direct en omgezet contactgeluid:

• Direct contactgeluid: Mechanische trillingen op een object leiden tot structuurtrillingen. De trillingen van een boorhamer worden rechtstreeks doorgegeven aan de muur.
• Omgezet contactgeluid: Luchtgeluid wordt omgezet in contactgeluid. Bij de overgang tussen lucht en vast object, bijvoorbeeld bij de muur van een kamer, treden verschillende fysische verschijnselen op. Een deel van de geluidsgolven in de lucht wordt gereflecteerd, waardoor kamergeluid ontstaat. Een ander deel wordt geabsorbeerd door het wandoppervlak en produceert warmte-energie. Een derde component van de geluidsgolven in de lucht zorgt ervoor dat de muur zelf gaat trillen. Contactgeluid ontstaat als de geluidsbron sterk genoeg is. In een luide muziekinstallatie bijvoorbeeld wordt een deel van het luchtgeluid omgezet in contactgeluid. Het resulterende contactgeluid wordt door de massieve wandstructuur overgedragen in de vorm van structuurtrillingen.

Een andere vorm van direct contactgeluid is impactgeluid. Dit ontstaat wanneer men over een vloer of trap loopt.
Wij mensen kunnen contactgeluid niet horen, maar we kunnen het wel voelen. De harde bas van een technomuzieknummer creëert bijvoorbeeld sterke geluidsgolven in de lucht die ons lichaam raken en contactgeluid in het menselijk lichaam triggeren, dat ook duidelijk waarneembaar is in de vorm van trillingen.

Hoe kan de akoestiek in een ruimte worden verbeterd?

Het verbeteren van de ruimte-akoestiek vereist meestal een combinatie van maatregelen. Moderne architectuur wordt vaak gekenmerkt door grote ruimtes en materialen met gladde oppervlakken, zoals plastic, glas of beton. Als gevolg hiervan komen de ruimteakoestiek en de spraakverstaanbaarheid ernstig in het gedrang.

Om een esthetisch aantrekkelijke moderne architectuur te combineren met een goede ruimteakoestiek, zijn flexibele en individuele akoestische elementen nodig die het ontwerp van de ruimte verbeteren en naadloos en discreet passen in de bestaande architectuur.

Het verbeteren van de ruimte-akoestiek heeft de volgende positieve effecten:

• Absorptie en omleiding van vroege reflecties: Vroege reflecties zijn geluidsgolven die kort na het directe geluid aankomen doordat ze eerst één of meerdere oppervlakken – zoals muren, plafonds of vloeren – raken en vervolgens naar het oor worden teruggekaatst. Deze reflecties kunnen interferentie veroorzaken, wat leidt tot ongewenste effecten zoals frequentie-uitdoving (annulering) of juist frequentieversterking. Het beheersen van deze reflecties door middel van absorptie of omleiding is essentieel voor een gebalanceerde en heldere akoestiek.
• De nagalmtijd aanpassen: Terwijl een goede nagalmtijd voor vergaderruimtes ongeveer 1 s als richtlijn is, is de waarde voor muzikale optredens ongeveer 2 s, en een waarde van 0,25 tot 0,3 s is vastgesteld voor controlekamers.

Om een optimale ruimteakoestische situatie te creëren, gaat de expert gewoonlijk als volgt te werk:

• Voer een behoefteanalyse uit op basis van de afmetingen en het volume van de ruimte, de inrichting en het beoogde gebruik van de ruimte
• De individuele vereisten worden bepaald door middel van een akoestische berekening
• Bepaal de positie en grootte van de benodigde geluidsabsorbers
• Plaatsing van meerdere geluidsabsorbers op oppervlakken in de buurt van spraakbronnen
• Optionele planten, tapijten en gordijnen om het individuele concept te voltooien

Welke akoestische oplossingen zijn er beschikbaar?

Maatregelen voor het optimaliseren van de ruimte-akoestiek kunnen tijdens het bouwproject of daarna worden uitgevoerd. Er zijn verschillende mogelijkheden om de ruimteakoestiek te optimaliseren:

• Akoestische basispanelen afgewerkt met BASWA’s akoestisch fijn marmerzand pleisterwerk voor naadloze akoestische oplossingen worden glad, kleurrijk, gebogen of thermisch geactiveerd uitgevoerd en zijn zeer discreet en naadloos geïntegreerd in de architectuur. Bij een thermisch geactiveerde uitvoering is het mogelijk om een thermo-actief bouwsysteem (TAB-systeem) te combineren met een akoestisch effectief plafond
• Plafondpanelen worden met afstand tot het plafond gemonteerd voor maximale geluidsabsorptie. Voor de installatie van de panelen zijn gaten in het plafond nodig. Voor gebouwen die onder monumentenzorg vallen, kan dit een probleem zijn
• Plafondpanelen worden gelijmd of gemonteerd
• Geluidsabsorberende wandpanelen worden rechtstreeks op bestaande muren bevestigd. Voor een optimale visuele integratie is er een selectie van kleuren en beeldmotieven beschikbaar. Er zijn ook absorberende panelen met prikbordfunctie verkrijgbaar
• Akoestische schuimpanelen zijn meestal gemaakt van polyurethaanschuim. De schuimpanelen worden meestal gebruikt voor het verminderen van echo en galm in een ruimte
• Akoestische frames met geperforeerde platen
• Akoestische ruimteverdelers en scheidingswanden
• Tafelabsorbers
• Akoestische afbeeldingen

Bij het kiezen van producten voor geluidsabsorptie moet je rekening houden met een aantal extra aspecten:

• Zijn de materialen veilig voor het milieu?
• Zijn de materialen geschikt voor mensen met een allergie?
• Zijn de producten vlamvertragend of hebben ze een brandbeveiliging?