B.4
Een tabel met absorberende materialen
Is veel absorptie altijd gewenst?

1.    Het ontwerpproces

Indien daadwerkelijk een ruimte moet worden ontworpen, moet een voorspelling worden gemaakt van de akoestische kwaliteit in een ruimte. De eerst stap is dan steeds een inventarisatie van de materialen in een ruimte met hun afmetingen en hun absorberende eigenschappen. Uit die tabel worden akoestische grootheden berekend die worden getoetst aan "eisen", die kunnen zijn opgesteld door de opdrachtgever (in een bestek) of soms zijn vastgelegd in wettelijke normen. Als de eis dan niet wordt gehaald zal bijstelling van de materiaalverdeling en materiaalkeuze noodzakelijk zijn.

In dit theoretische deel van de site wordt uitsluitend uitgelegd hoe de ontwerptabel tot stand komt en wat er uit kan worden afgeleid. De tabel wordt hier gegeven voor een ruimte met de afmetingen van een flinke woonkamer In andere delen van de site worden ook andere ruimten op dezelfde manier doorgerekend.

De toetsing aan normen komt in deel D van deze site (het ontwerpdeel) aan de orde, er daarbij vanuit gaand dat die normen ook daadwerkelijk bestaan.

 

2.    Tabel met absorptiecoëfficiënten voor enkele veel voorkomende materialen

Voorafgaand aan de berekeningen worden een paar absorptiecoëfficiënten gegeven voor gangbare materialen. Zij gelden bij de belangrijkste frekwenties voor spraak, dus globaal over 500 tot 2000 Hz. Laagfrekwent zijn de prestaties van veel materialen minder, met name omdat vaak de laagdikte niet groot genoeg is.

 

 

Noot 1:

Constructies met gaatjes ontlenen hun absorberende werking aan een laag absorptiemateriaal achter de gaat-jesplaat. De absorptie is het meest effectief als die laag direct achter de gaatjes wordt aangebracht. In B.3 en B.3.5 is te zien hoe de totale absorptie vermindert bij een gedeeltelijke laag lucht achter de gaatjesplaat.

 

Noot 2:

Vooral het percentage open cellen is essentieel. Het aantal open cellen is bijvoorbeeld te laag bij harde schuimen en te hoog bij matrassenschuim.

 

3.    De (gemiddelde) absorptiecoëfficiënt en de nagalmtijd

De gemiddelde absorptiecoëfficiënt van een ruimte wordt berekend door te sommeren over het product van oppervlaktes en absorptiecoëfficiënten. Dat geschiedt hier in tabelvorm; elders zullen we dieper ingaan op de mathematische relatie tussen absorptie en nagalmtijd.

In tabel 1 staat een voorbeeld voor een ruimte van 10 × 5 × 2.5 m³. In een instelling wordt dat vaak een huiskamer genoemd; in woningen zijn huiskamers veelal kleiner. In de linker kolom staat een omschrijving van het element; dan volgt de materiaalkeuze. Ieder element heeft een geometrische maat en een absorptiecoëfficiënt. In de meest rechtse kolom staat telkens het product van de elementen uit de kolommen drie en vier. Deze grootheid A wordt het "absorberend oppervlak" genoemd.

 

Tabel 1:  Een voorbeeld van een galmende "huiskamer" van 10 × 5 × 2.5 m³.

Element	Materiaal	oppervlak	absorptie-coëfficiënt	absorberend oppervlak
		[m2]	[-]	[m2]
vloer	linoleum	50	0.05	2.5
plafond	stuc	50	0.05	2.5
raamzijde	glas	12.5	0.05	0.6
achterzijde	glas	12.5	0.05	0.6
zijwand 1	behang	25	0.1	2.5
zijwand 2	behang	25	0.1	2.5
meubels	nauwelijks abs.	4	0.2	0.8
gordijnen	vrij dun	10	0.3	3
vloerkleed	vrij dik	6	0.5	3
boeken in open kast		3	0.5	1.5
totaal oppervlak		198		19.5
gemiddelde absorptiecoëfficiënt  [-]		19.5 / 198 = 0.10
Volume  [m3]		125
nagalmtijd  [s]		125 / (6×19.5) = 1.0

 

Zowel het geometrisch oppervlak als het absorberend oppervlak worden nu gesommeerd. Die waarden zijn gegeven in de rij "totaal oppervlak". De gemiddelde absorptiecoëfficiënt wordt nu berekend uit het quotiënt, en bedraagt dit geval 0.10.

 

Er is nog een rij toegevoegd die de berekening van de nagalmtijd geeft, berekend met de formule van Sabine:

(1)

 

De berekening levert een waarde van 1.0 s. De nagalmtijd is nog niet aan de orde gekomen maar zal later zeker worden toegelicht. Het is de meest gebruikte formule uit de ruimteakoestiek.

 

De confrontatie van de rekenuitkomsten aan streefwaarden geschiedt ook elders, maar hier zij reeds vermeld dat de berekende waarde van 10% (T = 1.0 s) zeer mager is. Het representeert een woonkamer waarin zeer wel te wonen valt als het aantal geluidbronnen laag is, maar spelende kinderen of de gasten op een verjaarspartijtje kunnen het geluidniveau tot grote hoogte opvoeren. Voor een huiskamer in een instelling voor gehandicapten is dit geval meestal onacceptabel (en desondanks wel degelijk gebouwd).

 

4.    Toevoeging van absorptie

Een waarde van 14 à 15% vormt ongeveer de ondergrens; een "goed" akoestisch milieu begint bij 20%; in sommige gevallen zal 30% zelfs gewenst zijn. Dat betekent dus puzzelen in de tabel, die meestal in de vorm van een Excelsheet zal zijn gegoten.

Ruwweg kan worden gesteld dat het totale absorberende oppervlak naar 30 m² moet om de ondergrens te bereiken of naar 40 m² voor een goede akoestische situatie. Er kan voor worden gekozen om de absorptiecoëfficiënt te verhogen van een paar elementen en/of het oppervlak te vergroten. Het vloerkleed uit tabel 1 heeft een zeer redelijke absorptie, maar het is domweg veel te klein. Als het tapijt wordt uitgevoerd als vloerbedekking is het absorberend oppervlak van de vloer gelijk aan 25 m². Dan is het probleem dus meestal opgelost.

 

Tabel 2:  Een voorbeeld voor een "huiskamer" van 10 × 5 × 2.5 m³ indien absorptie wordt toegevoegd.

Element	Materiaal	oppervlak	absorptie-coëfficiënt	absorberend oppervlak
		[m2]	[-]	[m2]
vloer	vrij dik tapijt	50	0.5	25
plafond	stuc	50	0.05	2.5
raamzijde	glas	12.5	0.05	0.6
achterzijde	glas	12.5	0.05	0.6
zijwand 1	behang	25	0.1	2.5
zijwand 2	behang	25	0.1	2.5
meubels	nauwelijks abs.	4	0.2	0.8
gordijnen	vrij dun	10	0.3	3
boeken in open kast		3	0.5	1.5
totaal oppervlak		198		39
gemiddelde absorptiecoëfficiënt  [-]		39 / 198 = 0.20
Volume  [m3]		125
nagalmtijd  [s]		125 / (6×39) = 0.5

 

Indien zachte vloerbedekking ongewenst is omdat het lastig schoon te houden is, kan de absorptie tegen het plafond of op de wanden worden aangebracht. Dat is in gewone woonkamers niet gebruikelijk [[1]], maar in een woonkamer in een instelling of in een schoollokaal zou het toch een standaardprocedure moeten zijn. In dat geval kan zelfs de absorptiecoëfficiënt nog hoger worden ingeschat.

 

5.    De grenzen van het model, een waarschuwing

Het model is vrij simpel, een berekening kan worden uitgevoerd in een programma als Excel. Daarbij zal een berekening vrijwel altijd in oktaafbanden worden uitgevoerd of zelfs in tertsbanden. Er zijn echter wel degelijk grenzen en het probleem is dat de gemiddelde absorptiecoëfficiënt en (vooral) de nagalmtijd ongunstiger kunnen uitpakken dan berekend. Een paar zwakke punten worden puntsgewijs behandeld:

• Dit soort berekeningen is meestal gebaseerd op absorptiecoëfficiënten die aangeleverd zijn door de fabrikant van het desbetreffende materiaal. Meestal kan die een meetrapport overleggen dat door een akoestisch bureau is opgesteld. Een absorberende constructie is vaak een samenspel van een toplaag met daarachter absorberend materiaal. Dat laatste wordt dan ingepakt in een stofwerend doek of zelfs in plastic. Dat gaat prima als de tekeningen van de leverancier zorgvuldig worden gevolgd, maar soms is een ander materiaal ruimer voorradig of goedkoper of de uitvoerende aannemer meent het beter te weten. De absorberende eigenschappen hoeven maar in frekwentie te schuiven of het effect wordt tenietgedaan. Er worden ook kant-en-klare cassettes gefabriceerd. Het gebruik daarvan verkleint de kans op akoestische ongelukken.

• Er zijn ook akoestische fenomenen die roet in het eten kunnen gooien:

• De theorie leidt tot de nagalmformule van Eyring, al wordt dat pas in webpagina B.6.1 aangetoond. Bovenstaande tabellen steunen op de nagalmformule van Sabine. Het voordeel is dat Sabine altijd een lagere waarde levert van de absorptiecoëfficiënt plus een hogere nagalmtijd. Daardoor ontstaat een kleine veiligheidsmarge. Als Eyring wordt gevolgd in tabel 2 vinden we een absorptiecoëfficiënt gelijk aan 0.22 i.p.v. 0.20, maar de waarde 0.22 leidt dus eerder tot teleurstellingen wanneer een ruimte daadwerkelijk is gebouwd en nagemeten.

• De theorie stoelt allereerst op een kubusvormige ruimte. In een niet-kubusvormige ruimte neemt de effectiviteit van de absorptie enigszins af waardoor de gemiddelde absorptiecoëfficiënt afneemt en het berekende geluiddrukniveau toeneemt. In webpagina B.16 (vooral rondom figuur 2) wordt het effect nader uitgelegd. In de praktijk valt het vaak wel mee omdat de afwijking van een kubus gering is voor gebruikelijke ruimten als woonkamers, leslokalen, spraak- en concertzlen, enz. Het boven gegeven voorbeeld van 10 × 5 × 2.5 m³ is op de grens; voor bijvoorbeeld een groot restaurant met een beperkte plafondhoogte is bovenstaande berekening niet te vertrouwen.

• Een tweede basis voor de berekening is een homogene verdeling van de absorptie over alle vlakken van de ruimte, inclusief de vloer. Daaraan wordt in de praktijk uiteraard zelden voldaan. Het goede nieuws is dat een inhomogene verdeling weinig effect heeft op het geluiddrukniveau. Dat wordt nader uitgelegd in webpagina "B.13 Vorm van de ruimte" plus subpagina's. De berekening van de gemiddelde absorptiecoëfficiënt blijft dus redelijk intact.

• Een veel groter probleem vormt de nagalmtijd. Die blijkt gevoelig voor de absorptiecoëfficiënt maar vooral ook voor de verdeling van de absorberende oppervlakken over een ruimte. In theorie is een nagalmcurve een rechte dalende lijn maar daar klopt vaak weinig van.

  Vaak is dit effect niet zo erg: de gebruiker van een sportzaal, restaurant, fabriekshal en zelfs van een leslokaal is meer geïnteresseerd in het geluidrukniveau en/of de spraakverstaanbaarheid dan in een mooie nagalm. Probleem is echter dat de akoestische kwaliteit van een nieuw opgeleverde ruimte meestal wordt gemeten met de nagalmtijd en dat dat dus een zeer matige methode is om achteraf de akoestische kwaliteit vast te stellen. De gemeten nagalmtijd is altijd hoger dan vooraf berekend en dat betekent dan wellicht dat een een schoollokaal of sportzaal ten onrechte wordt afgekeurd.

 

6.    Hoe meer absorptie, des te beter?

In webpagina B.2 is de werking van geluidabsorptie in een ruimte uiteengezet. De toevoeging van absorberende materialen verlaagt de invloed van nagalm en daarmee ook het geluidniveau in de ruimte, hetgeen nader zal worden behandeld in de webpagina's B.6 en B.10 plus bijbehorende subpagina's. In een lawaaiige fabriekshal is een maximale hoeveelheid absorptiemateriaal dus een zegen. Maar omdat het directe signaal ongemoeid blijft (zie webpagina B.2) stijgt dus ook de signaal-ruisverhouding. Met name in rumoerige situaties betekent dat een grote verbetering van de spraakverstaanbaarheid en in beide situaties geldt dus: "hoe meer absorptie des te beter". Maar geldt die stelling ook algemeen?

 

In de dagelijkse praktijk worden alle kantoorruimten, winkels, fabrieksruimten, sportzalen en vele andere ruimten waar mensen werken vrijwel standaard voorzien van een absorberend plafond. Terecht, galm en lawaai dienen daar zoveel mogelijk te worden bestreden. Er treden bij de beoordeling van geluid echter ook subjectieve criteria op; zelfs smaakverschillen spelen een rol. Een overdosis absorptie in een concertzaal wordt door de meeste liefhebbers van klassieke muziek allerminst gewaardeerd, want galm verbetert de klank [[2]]. In de meeste concertzalen wordt de absorptie vrijwel uitsluitend geleverd door het publiek, zodat de wanden en het plafond onbehandeld blijven. Theaterzalen daarentegen worden rijkelijk van absorptie voorzien en dat geldt meestal ook voor zalen voor popconcerten [[3]] [[4]] .

In een schoolklas moet altijd een absorberend plafond worden toegepast. Daardoor wordt hinderlijke galm voorkomen en de spraakverstaanbaarheid verbeterd. Echter, in "overgedempte" ruimten met heel veel absorptiemateriaal worden ook de vroege gunstige reflecties te veel verzwakt, waardoor de verschillen tussen de voorste en de achterste rijen te sterk oplopen. We zullen op schoollokalen uitgebreid terugkomen in deze site, maar hier wordt reeds vermeld dat er een optimum is voor de hoeveelheid absorptiemateriaal. De ideale nagalmtijd ligt bij 0.4 à 0.5 s, niet langer, maar ook niet korter.

 

Bijzonder subjectief is de beoordeling in restaurants, cafés, foyers, e.d. In onbehandelde gevallen met veel stuc en glas kan het geluidniveau oplopen tot 80 dB(A) (zonder muziek), zodat pratende mensen elkaar in de oren moeten schreeuwen; voor sommige bezoekers is dat een nachtmerrie. Mede door het Lombard-effect is toevoeging van absorptie buitengewoon effectief bij het reduceren van het rumoer. In sterk gedempte ruimten heerst echter een andere atmosfeer die ook niet door iedereen wordt gewaardeerd. Er is dus ook hier een optimum maar dat verschilt bijvoorbeeld per restauranttype. De ontwerpopgave in dit soort gevallen is vooral om het akoestisch klimaat te schatten bij het ontwerp van een ruimte, dus in het tekentafelstadium. Voor veel uitbaters van cafés en restaurants en hun architecten blijkt het resultaat op de openingsavond ernstig teleur te stellen omdat ze zich een andere akoestische sfeer hadden voorgesteld.

 

Het antwoord op de vraag of meer absorptie ook altijd beter is, is dus niet eenduidig te geven. In het ontwerpdeel van deze site zal worden getracht om, voor zover moigelijk, een antwoord te geven op de volgende vraag:

Gegeven een ruimte en gegeven de architectonische functie, hoeveel absorptiemateriaal is nodig
en waar in de ruimte moet het dan worden aangebracht?

 

Maar zoals altijd in het architectonische ontwerpproces, spelen de financiën ook nog een hoofdrol. Geluidabsorberende materialen kunnen flink aan de prijs zijn en het is helaas geen uitzondering dat ze sneuvelen in een bezuinigingsronde. Dat leidt dan tijdens het daadwerkelijk gebruik weer tot onbruikbare ruimten waarna lapmiddelen redding moeten brengen.

 

Deze webpagina is als pdf te downloaden, klik hier

 

 

---