1. De gebruikelijke geluidniveaus van spraak

Het spreekt welhaast vanzelf dat er in de loop van vele jaren uitgebreid is gemeten aan de signaalsterkte van sprekers. Het heeft geleid tot een ANSI-normblad [[1]] waaruit het gemiddelde geluidniveau in oktaafbanden kan worden afgeleid. Figuur 1 toont twee ANSI-curven voor "normale spraak" en "stemverheffing". De waarden zijn gemeten op 1 m afstand, of zijn naar die afstand teruggerekend.

Maar wat is "normale spraak" eigenlijk? De ANSI-norm wordt altijd afgerond op 60 dB(A) op 1 m. Maar in ons eigen onderzoek vonden we dat soort waarden alleen voor sprekers die in een spreekzaaltje hun stem enigszins verhieven. Voor zover valt terug te vinden, zijn de ANSI-getallen voor normale spraak ook gebaseerd op niveaus in klaslokalen. Een leerkracht spreekt echter altijd wat harder tot een klas dan tot een leerling op de eerste of tweede rij.

Daarom hebben we zelf metingen verricht in de dode kamer, waarbij "op conversatiesterkte" een gesprek werd gevoerd met een spreker op 1 m. De uitkomsten staan in blauw in figuur 1 en gelden voor zeven proefpersonen.

Figuur 1: De geluidniveaus op 1 m afstand recht voor een spreker voor vier metingen. De bijbehorende dB(A)-waarden zijn 66.5 en 59.5 dB(A) voor "ANSI-stemverheffing" en "ANSI-normaal". De curven van Pearso, Bennet en Fidell komen uit op 56.3 dB(A), die van Nijs et al. op 55.0 dB(A).

Onze eigen metingen liggen vooral in lijn met de uitgebreide en toegankelijke serie uitkomsten van Pearson, Bennett en Fidell [[2]]. De uitkomsten zijn als groene curve gegeven in figuur 1. Daarom gaan wij tegenwoordig altijd uit van de PBF-getallen.

Figuur 2 geeft een replica van de oorspronkelijke metingen van PBF om te illustreren wat de verschillen zijn bij verschillende vormen van stemverheffing, ook weer voor zover de begrippen te definiëren zijn. De verschillen worden vooral gevonden in de frekwenties vanaf 500 Hz. Een stapgrootte van 6 dB(A), zoals in de voorgaande webpagina gepubliceerd, wordt hier ruwweg gevonden bij de onderste drie categorieën; daarboven is de stapgrootte meer dan 10 dB(A).

Figuur 2: Replica van de resultaten van Pearson, Bennett en Fidell op 1 m voor de mond. De resultaten zijn voor de categorie mannelijke sprekers en daarom niet helemaal vergelijkbaar met figuur 1.

2. Het ruisniveau, bijvoorbeeld in een werkende schoolklas

Er zijn velerlei vormen van ruis die het moeilijk maken om een spreker te verstaan. In een fabriek staan wellicht machines te stampen, in een café kunnen andere aanwezigen of luide muziek ervoor zorgen dat spraak moeilijk te volgen is. We zullen op dit fenomeen uitgebreid terug komen, met name als de "ruisbron" wordt gevormd door een aantal andere sprekers in een ruimte. Echter, in deze webpagina zullen we de ondergrens verkennen: een rustig werkende schoolklas.

Ook in een schoolklas zijn velerlei ruisbronnen. Het verkeer van buiten kan een bijdrage leveren, uiteraard afhankelijk van de ligging van de school. Verder is in sommige klassen het ventilatiesysteem onvoldoende stil. Maar een belangrijke bron is ook de "interne ruis" veroorzaakt door de leerlingen zelf. Figuur 3 geeft een tijdplot van 16 seconde die achterin een schoolklas is opgenomen. De waarden op de meter fluctueren nogal, hetgeen in dit geval wordt veroorzaakt door schuifelende voeten, ritselend papier en (vanaf 8 s) heel zacht gefluister. Het gemiddelde geluidniveau bedraagt in dit geval 47.2 dB. Waarden rond 45 dB(A) kunnen in de literatuur worden gevonden als typisch voor een stil werkende klas. Dat ligt dus ruim boven de 35 dB(A) die wordt aanbevolen voor geconcentreerd werken. Die waarde is met pijn en moeite te halen, maar dan ook alleen in grote ruimten met weinig mensen waar veel absorberend materiaal is aangebracht. Het relatief kleine volume van een schoollokaal levert automatisch wat extra dB's.

Figuur 3: Een voorbeeld van de meting van het ruisniveau achter in een "rustig werkende" schoolklas. De meter staat op "slow". Het resulterende gemiddelde geluidniveau L_A,eq = 47.2 dB.
Het minimum wordt gerepresenteerd door L₉₀ = 43.2 dB of door L₉₅ = 42.5 dB. In de literatuur wordt als karakteristieke waarde veelal 45 dB gebruikt.

Figuur 4: Confrontatie van de "gebruikelijke" spraakniveaus aan de "gebruikelijke" ruisniveaus in een schoolklas.

In figuur 4 staan de figuren 1 en 3 gecombineerd. Op het eerste gezicht lijkt de signaal-ruisverhouding dus in orde [[3]], maar er zit een adder onder het gras. De spraakniveaus (rood, groen en zwart) gelden op 1m afstand van de spreker; de ruis van de leerlingen geldt als SPL voor de gehele ruimte. Op 1 m afstand is de signaal-ruisverhouding dus wel in orde, maar achterin de klas is die een stuk minder. Daar is wel degelijk aan te rekenen [[4]], hetgeen in de volgende webpagina's zal worden behandeld.

[1] ANSI S3.5, Methods for calculation of the speech intelligibility index. Acoustical Society of America, 1997.

[2] K. Pearsons, R. L. Bennett, S. Fidell, "Speech Levels in Various Environments", U.S. Environmental Protection Agency, EPA-600/1-77-025, Washington D.C (1977).

[3] In voorschriften wordt nogal eens uitgegaan van een signaal-ruisverhouding van 15 dB. Dat is slechts in uitzonderingsgevallen te bereiken, tenzij een leerkracht zijn/haar stem verheft. Voor lege klaslokalen is het wel een zinvol getal omdat daarmee het maximale achtergrondniveau, bijvoorbeeld van de ventilatie of het verkeer buiten, kan worden gekarakteriseerd.

[4] Zie daartoe: Nijs, Lau; Rychtáriková, Monika, "Calculating the optimum reverberation time and absorption coefficient for good speech intelligibility in classroom design using U₅₀", Acta Acustica united with Acustica, 97, pp. 93-102, 2011.