D.52
De akoestiek in spreekzalen voor één spreker met toehoorders

Samenvatting akoestische maatregelen voor spreekzalen

• Een spreekzaal dient vooral klein te zijn: 3 à 4 m³ per toehoorder. Daarin onderscheidt de spreekzaal zich sterk van een muziekzaal waar 8 tot 12 m³ gebruikelijk is.

• Dat betekent dus dat een zaal altijd zo laag is als projectiemogelijkheden, ventilatie, e.d. toelaten.

• In een spreekzaal is absorptie gewenst. Een publieksvlak levert absorptie, maar slechts in uitzonderingsgevallen (een schouwburg uit vroeger tijden met veel balkons) levert het publieksvlak voldoende absorptie.

• Vrijwel altijd moet dus geluidabsorberend materiaal worden toegevoegd. Vooral het plafond komt daartoe in aanmerking, in tweede instantie moet aan de achterwand worden gedacht.

• In relatief lage zalen ligt de absorptiecoëfficiënt in de orde van 30 tot 40%.

• In hogere zalen moet een hoger percentage worden gekozen. Normaliter daalt echter de gemiddelde absorptiecoëfficiënt bij ophoging van het plafond, zodat problemen onvermijdelijk zijn.

 

Versie 2.0

De huidige webpagina vervangt een eerdere versie, waarin wijzigingen zijn aangebracht. De vorige versie steunde op voorlopig onderzoek. Na publicatie van die versie heeft een denk- en rekenproces plaatsgevonden dat heeft geculmineerd in een serie webpagina's die aan het theoretische deel van deze website zijn toegevoegd. Het gaat dan om webpagina B.23 over spreekzalen en de daaronder liggende theoriepagina's B.23.1 t/m B.23.4. In versie 1.0 werd wel al vooruitgelopen op deze pagina's, maar ze zijn pas nu, tegelijk met versie 2.0, gepubliceerd.

Vooral pagina B.23.2 over de invloed van nagalm in een spreekzaal heeft geleid tot een andere formule om de optimale nagalmtijd te berekenen bij een gegeven vloeroppervlak. De formule is wat eenvoudiger dan die in versie 1.0, maar een consequentie is dat de beide ontwerpgrafieken uit figuur 2 en 4 (zowel in versie 1.0 als 2.0) een klein beetje zijn gewijzigd. Ook de berekeningen in het behandelde voorbeeld pakken iets anders uit.

De verschillen zijn klein en in de praktijk wellicht onhoorbaar; een architect die een zaal heeft ontworpen met versie 1.0 hoeft dus niet te vrezen dat zijn/haar ontwerp nu naar de prullenbak moet.

 

Een spreekzaal

In een spreekzaal probeert een spreker een verhaal over te dragen aan een aantal toehoorders. In dit sitedeel wordt ingegaan op de vraag hoe een architect rekening dient te houden met de akoestische wetmatigheden. Gepoogd wordt om iedere zaalgrootte te vatten van een huiskamer tot een zaal met een paar duizend toehoorders. Een schoollokaal staat dus ergens in de rij der spreekzalen en wordt ook als zodanig behandeld. Toch is het schoollokaal als afzonderlijk hoofdstuk in deze site opgenomen. Dat komt omdat er een tamelijk grote hoeveelheid literatuur over schoollokalen is, veel meer dan over spreekzalen. Daardoor is de akoestiek van een schoollokaal eerder een startpunt waar vanuit de akoestiek van andere spreekzalen is afgeleid en dat is dus in de opbouw van deze site terug te vinden.

In de ideale spreekzaal is alleen het geluid hoorbaar van de spreker; in de praktijk lukt dat nooit. Er is altijd wel geluid hoorbaar van de ventilatie en in een goed gevulde zaal hoort men altijd het publiek. Zelfs ademhaling is hoorbaar. In een spreekzaal is dus ook altijd de "signaal-ruisverhouding" van belang, met name op de achterste rijen waar het signaal van de spreker vrij laag kan zijn in verhouding tot de ruis.

 

Het stralenmodel, vroeg en laat geluid (herhaling)

In het theoriedeel van deze site is een model geïntroduceerd dat was gebaseerd op geluidstralen die via spiegeling tegen de wanden geconstrueerd worden. Figuur 1 herhaalt een figuur uit het hoofdstuk over klaslokalen [[1]]. We nemen even aan dat een doorsnede is getekend met vloer en plafond, maar het zou evengoed een horizontale doorsnede kunnen zijn.

Figuur 1:  Drie geluidstralen van een geluidbron naar een ontvanger. In de praktijk zijn er duizenden.

 

Allereerst kan het directe geluid worden getekend. De sterkte van het direct hangt sterk af van de afstand tussen bron en ontvanger, maar wordt niet beïnvloed door de akoestische eigenschappen van de ruimte. Verder is één straal getekend die tegen de vloer reflecteert. Soortgelijke stralen tegen de wanden en het plafond zijn weggelaten om de tekening enigszins helder te houden. In totaal zijn er zes enkelvoudige reflecties tegen zes grensoppervlakken. Er is een tweede straal getekend die tweemaal reflecteert, tegen het plafond en een wand. Van deze tweevoudige reflecties zijn er 18 mogelijk. Het aantal loopt razendsnel op bij drie, vier, enz. reflecties.

Een gereflecteerde straal is altijd minder luid dan het directe geluid. Allereerst is de afgelegde afstand groter, maar een straal verliest ook nog energie bij iedere reflectie. Bij glas is het energieverlies zeer gering (maar niet helemaal nul); bij speciale geluidabsorberende materialen kan meer dan 80% van de energie verloren gaan [[2]]. Onze oren en hersenen zijn te traag om de afzonderlijke reflecties te onderscheiden. We ervaren het samenspel van stralen als nagalm.

 

Nagalm stoort de spraak

In normale spraak kunnen vijf klanken per seconde voorkomen [[3]]. Een klank van een spreker kan dus worden gestoord door de nagalm van een eerdere klank: het "late" geluid stoort de spraak. Stralen die vlak na het directe geluid arriveren, het "vroege" geluid, verbeteren de spraakverstaanbaarheid meestal, omdat de totale vroege energie een stuk groter kan zijn dan uitsluitend het directe geluid. De scheiding tussen vroeg en laat geluid wordt voor spraak gesteld op 0.05 s (dus 50 ms). Omgerekend naar een afstand is dat 17 m, zodat in een kleinere zaal enkel- en tweevoudige reflecties behulpzaam zijn bij het spraakverstaan. In grote zalen zijn de wanden soms zo ver weg dat er nauwelijks energie via de wanden de toehoorder bereikt. Een spreker midden in een sportzaal levert alleen direct geluid plus een reflectie tegen de vloer.

De spraakverstaanbaarheid staat of valt dus met de verhouding tussen vroege en late energie en dat is weer afhankelijk van de toepassing van akoestische materialen. Een spreekzaal zonder aanvullend absorptiemateriaal is onbruikbaar [[4]].

Het is gebruikelijk om de hoeveelheid galm in een ruimte vast te leggen door middel van de nagalmtijd. In deze site wordt dat voor sommige ruimtetypen ontraden, vooral omdat de nagalmtijd stijgt bij toenemende zaalgrootte; er worden daarom voor sommige ruimten alternatieve grootheden aangedragen. Echter, voor spreekzalen weten we niets beters en daarom hanteren we wel degelijk de nagalmtijd om aanbevelingen te doen. Om het bezwaar te neutraliseren dat de nagalmtijd oploopt bij toenemende zaalafmetingen, wordt de optimale nagalmtijd gegeven als functie van het vloeroppervlak van de zaal. Het woord "optimaal" draagt een compromis in zich; in grote zalen is de "ideale" nagalmtijd onhaalbaar. Daarvoor moeten onrealistisch hoge absorptiecoëfficiënten worden toegepast en er zit dan weinig anders op dan de eis wat te laten zakken. In de webpagina's B.23 en B.23.2 wordt aangetoond dat de schade voor de spraakverstaanbaarheid wel meevalt bij een zorgvuldige architectonische detaillering. In webpagina B.23.4 wordt elektronische versterking behandeld. Die kan van een matige zaal een redelijke zaal maken, maar een slecht ontworpen zaal met veel nagalm is ook door de elektronica niet te redden.

 

Achtergrondruis stoort de spraak

In een zaal die volgens de regelen der kunst is ontworpen kan de spraakverstaanbaarheid toch nog onvoldoende zijn omdat de verhouding tussen het "signaal" van de spreker en de "ruis" (bijvoorbeeld van het ventilatiesysteem of van de toehoorders zelf) te laag is. Die verhouding wordt de signaal-ruisverhouding genoemd en aangeduid met SN.

Het signaal, de luidheid van de spraak, wordt beïnvloed door de akoestiek van de zaal. Maar dat geldt ook voor de ruis. Het resulterende geluidniveau van een ventilatiesysteem is in een galmende ruimte hoger dan in een ruimte bekleed met veel absorptiemateriaal. De theoretische achtergrond komt aan de orde in de webpagina's B.23 en B.23.3

 

Elektronische spraakversterking

Het geluidniveau van het stoorsignaal van de toehoorders is vrij constant bij variërende zaalgrootten. In een grote zaal zit meer absorberend oppervlak dan in een kleine, maar het aantal geluidproducerende toehoorders is er groter en de twee effecten heffen elkaar vrijwel op.

Het signaal van de spreker wordt echter steeds lager naarmate de zaalgrootte toeneemt. Hij of zij kan dat compenseren door in een grote zaal te gaan schreeuwen, maar gebruikelijker is om de elektronica te hulp te roepen en het geluid te versterken. Dat geeft bovendien de mogelijkheid om de plaats van de luidsprekers uit te kienen en de luidsprekers te richten op het publiek. Juist de toepassing van gerichte luidsprekers wordt behandeld in webpagina B.23.4.

 

De "kwaliteit" van spraak uitgedrukt in meetbare grootheden

In een ander deel van de site (vooral webpagina B.22 plus onderliggende theorie) is aangetoond dat er verschillende maten zijn voor de spraakverstaanbaarheid. Ze blijken allemaal in hoge mate te correleren en hoewel de speech transmission index STI allerwegen als een goede maat wordt beschouwd, wordt hier de waarde van U₅₀ gebruikt omdat die veel simpeler af te leiden valt dan STI. Dat mag dus omdat de correlatie zo hoog is. In tabel 1 worden aan de getallen kwaliteitscriteria gekoppeld die zijn getoetst bij de ontwikkeling van STI sinds 1980 en die ondertussen (voor STI) zijn vastgelegd in normbladen.

 

Tabel 1:  Omschrijvingen van de spraakverstaanbaarheid gekoppeld aan de waarden van STI en U₅₀.

spraakverstaanbaarheid	STI   [-]	U50   [dB]
uitstekend	groter dan 0.75	groter dan 6.5
goed	tussen 0.60 en 0.75	tussen 1.5 en 6.5
redelijk	tussen 0.45 en 0.60	tussen -3.5 en 1.5
matig	tussen 0.30 en 0.45	tussen -8.5 en -3.5
slecht	kleiner dan 0.30	kleiner dan -8.5

 

In deze site worden nogal eens de waarden U₅₀ gelijk aan 1.5 of 6.5 dB gehanteerd. Dat wordt dan respectievelijk "goede" en "uitstekende" spraakverstaanbaarheid genoemd. Dat is wel een beetje gevaarlijk, want zoals te zien valt is dat dus de ondergrens van de categorieën.

 

In zijn simpelste vorm is U₅₀ rechtstreeks gekoppeld aan de nagalmtijd. Dat geldt als de invloed van het directe geluid (figuur 1) te verwaarlozen valt ten opzichte van de vroege reflecties in de ruimte. Tabel 2 geeft enkele waarden.

 

Tabel 2:  De waarde van de spraakverstaanbaarheidsmaat U₅₀ als functie van de nagalmtijd. De afstand tussen bron en ontvanger wordt groot verondersteld, dan heeft de directe spraak geen invloed.

RT [s]	0.31	0.38	0.48	0.63	0.85	1.00	1.18	1.70
U50 [dB]	9	7	5	3	1	0	-1	-3

 

Relatief dicht bij de bron mag de invloed van het directe geluid niet worden verwaarloosd. Daardoor stijgt voor in de zaal de spraakverstaanbaarheid en dus U₅₀. In de tabel staan dus de ongunstigste cijfers die gelden achterin de zaal. Maar er staat dus ook dat in een schoollokaal de nagalmtijd niet langer mag zijn dan 0.4 s om ook achter in het lokaal de grens van 6.5 dB voor "uitstekende" spraakverstaanbaarheid te passeren.

 

De ideale curve voor de nagalmtijd in spreekzalen

In een theoretisch verhandeling over spreekzalen is de "ideale nagalmtijd" afgeleid. De resulterende grafiek staat in figuur 2.

Figuur 2:  Ontwerprichtlijnen voor de nagalmtijd in spreekzalen als functie van het vloeroppervlak. De spraakverstaanbaarheid is afhankelijk van de signaal-ruisverhouding SN. De ontwerplijn geeft de ideale curve zoals die elders in de site via curve fitting is afgeleid. De kwaliteitscriteria "uitstekend", "goed", "redelijk" gelden achter in de zaal. Op de voorste rijen is de spraakverstaanbaarheid beter.

De nagalmtijd geldt inclusief de absorptie van een voltallig publiek; die bijdrage is namelijk aanzienlijk en een lege zaal kan dus slechter presteren dan een volle.

 

Langs de horizontale as staat het vloeroppervlak van de ruimte uit. In de literatuur is het gebruikelijker is om het volume te nemen, maar het aantal toehoorders is uiteraard de belangrijkste startgrootheid en die grootheid leidt direct tot het vloeroppervlak.

Bij afwezigheid van ruis vertegenwoordigt het rode deel een "redelijke" spraakverstaanbaarheid. Om een "goede" of "uitstekende" spraakverstaanbaarheid te bereiken moet de nagalmtijd steeds lager worden gekozen. Zeer lage nagalmtijden zijn vereist indien SN niet optimaal is [[5]].

 

In een schoollokaal (50 m² vloeroppervlak) is een "uitstekende" spraakverstaanbaarheid te bereiken indien de nagalmtijd 0.4 s is. De gemiddelde absorptiecoëfficiënt van het schoollokaal is dan 35%. Dat is technisch zeer wel te realiseren met een goed absorberend plafond. Het lege lokaal haalt dan de optimale nagalmtijd net niet, maar door toevoeging van meubilair en leerlingen gaat het in de praktijk prima. De eis voor "uitstekende" spraakverstaanbaarheid is nodig indien een klas dagelijks wordt gebruikt. Echter, indien een even grote ruimte wordt gebruikt voor incidentele groepen, kan de eis wat lager kunnen worden gesteld. Minder absorptie volstaat dan en er kan bijvoorbeeld worden gemikt op 0.7 s waar een gemiddelde absorptiecoëfficiënt bij hoort van 20%. Maar ook dan moet absorberend materiaal worden toegevoegd aan de ruimte; een ruimte met uitsluitend beton en glas zal nooit voldoen.

 

In een grote zaal is uitstekende spraakverstaanbaarheid technisch vrijwel onmogelijk. Een nagalmtijd van 0.4 s in een zaal met 2000 m² vraagt een gemiddelde absorptiecoëfficiënt van meer dan 80%. Een compromis is dus vereist, gegeven als "ontwerplijn" in de grafiek. Die lijn houdt rekening met de eisen voor een schoolklas, maar ook met de technische haalbaarheid in een grote zaal. De curve valt min of meer samen met een gemiddelde absorptiecoëfficiënt van 35% (ongeacht het voeroppervlak) in zalen met een tamelijk lage plafondhoogte (we komen op de zaalhoogte terug in een uitgewerkt voorbeeld). Het grijze gebied geeft aan dat er wat variatie in de nagalmtijd mogelijk is; zo gevoelig zijn onze oren nu ook weer niet. De zwarte lijn in het hart van het grijze gebied is gebaseerd op curve-fitting van een groot aantal theoretische gevallen.

 

Voor de liefhebbers: de ontwerplijn in formulevorm

Indien een architect daadwerkelijk overgaat tot het ontwerp van een spreekzaal, kan de ideale nagalmtijd via de "ontwerplijn" uit de figuur worden afgelezen. Het probleem is dat zowel de horizontale als de verticale as logaritmisch zijn weergegeven. Omdat bij het ontwerp toch meestal een Excelsheetje wordt gebruikt is het handiger om de ideale nagalmtijd RT te berekenen met de onderliggende formule die in het theoriedeel is afgeleid:

(1a)

De formule leidt tot een nagalmtijd van 0.40 s bij een vloeroppervlak van 50 m². Dat is dus de optimale waarde voor een klaslokaal zoals aangehouden in figuur 2. Het is mogelijk om de formule iets anders te schrijven als:

(1b)

Nu kan ook, indien gewenst, worden overgegaan naar een andere variabele via Sabines nagalmtijdformule:

(2)

waarin het volume van de ruimte gegeven wordt door Vol. Dit volume is in heel veel ruimten niets anders dan het product van vloeroppervlak en hoogte, waarbij een gemiddelde hoogte moet worden genomen bij schuin oplopende publieksvlakken. Het totaal absorberend oppervlak wordt gerepresenteerd door A en geeft de belangrijkste akoestische grootheid voor de architect. Het geeft een indicatie van de hoeveelheid absorberend materiaal die uiteindelijk in de zaal moet worden toegepast.

Zoals op meer plaatsen in de site lijkt het ons handig om de waarde van A te vergelijken met de grootte van het vloeroppervlak. Combinatie van formules (1) en (2) en eliminatie van RT geeft dan:

(3)

Dit is de formule die in onderstaand voorbeeld zal worden gehanteerd om de hoeveelheid absorptie te becijferen [[6]].

 

Het zaalontwerp aan de hand van een voorbeeld

De werkwijze bij het ontwerpen van een zaal(tje) is het beste te illustreren met een voorbeeld. In het voorbeeld gaan we uit van een zaal met ca. 200 toehoorders. Voor het gemak wordt de vloer rechthoekig gedacht, maar in de praktijk worden vaak zalen ontworpen die bij de achterste rijen breder worden [[7]]. De tabel geeft de verschillende stappen van het ontwerpproces.

Figuur 3:  Layout van een zaal voor 198 personen, zoals gebruikt in het rekenvoorbeeld.

 

1	Bepaal de grootte van de zitplaats. Een veelgebruikte maat is een breedte van 55 cm en een rij-afstand van 90 cm. Daarmee passen er precies twee toehoorders op een vierkante meter.	0.55 × 0.90 = 0.50 m2
2	Het aantal van ca. 200 mensen moet worden verdeeld over een aantal rijen. De figuur geeft 11 rijen van 18 plaatsen. Het publieksvlak is daarmee vierkant, waardoor de kortste afstand tot de spreker wordt verkregen. De zaal zelf heeft dan een enigszins langwerpig vloeroppervlak. Zalen waarvan de totale lengte groter is dan twee maal de breedte dienen eigenlijk te worden vermeden.	11 × 18 = 198 plaatsen
3	Bepaal het "bezeten"oppervlak	0.5 × 198 = 99.0 m2
4	Er bestaan diverse gegevens van de absorptie van publiek in allerlei typen stoelen. In de spraakfrekwenties variëren de waarden tussen 80 en 100%. We nemen hier aan dat de absorptie van het publiek (inclusief de vloer) totaal is. Het absorberend oppervlak is dus bekend.	Apubliek = 99.0 m2
5	Bepaal de ruimte aan de voorzijde en van de gangpaden. Daaruit ontstaat het totale vloeroppervlak.	Svloer =12.3 ×14.3 = 175.9 m2
6	Moet het publieksvlak oplopen? In dit geval is het aantal rijen zo groot dat dat wenselijk wordt. Eventueel kan een stap worden ingevoegd per twee rijen. In dit voorbeeld wordt 20 cm opgehoogd per rij. Het totale verschil tussen de voorste en de achterste rij is dus bekend.	10 treden van 20 cm levert 2.0 m ophoging
7	Bepaal de zaalhoogte. Dit is een zeer heikel punt. De spraakverstaanbaarheid hangt namelijk af van de zaalhoogte. Hoe kleiner het volume van de zaal des te beter. Kosten's Bouwfysicaboek beveelt 3 à 4 m3 per persoon aan. Wij rekenen hier met 2.40 hoogte voor de achterste rij, waardoor de hoogte boven de voorste rij 4.40 m is. Dat is voldoende om beelden te kunnen projecteren.	Gemiddelde hoogte hgem = 3.53 m   Volume per persoon is:
8	Bereken het absorberend oppervlak in relatie tot het vloeroppervlak. Daartoe kan het beste formule (3) worden gebruikt:
9	Het totaal benodigde absorberende oppervlak Atot volgt hier dus direct uit.
10	Bereken het totale geometrische oppervlak voor vloer, plafond en alle wanden tezamen (gelijk aan 533.2 m2), minus het publieksvlak.	533.2 - 99.0 = 434.2
11	Niet echt nodig, wel interessant. De gemiddelde absorptiecoëfficiënt berekend uit Atot en het totale geometrische oppervlak van vloer, wanden en plafond,.
12	Niet echt nodig, wel interessant. De nagalmtijd bij volle bezetting:
13	Niet echt nodig in deze rekenfase, wel interessant: de nagalmtijd bij afwezigheid van publiek [[8]]. De absorptiecoëfficiënt van het publieksvlak wordt nu geheel bepaald door rijen houten stoelen met een absorptiecoëfficiënt van 10%.
14	Reken ca. 4% absorptie voor kale wanden van glas en beton. Meestal wordt dat nog wat lager ingeschat, maar er is altijd wel wat verstrooiing van meubilair buiten de stoelen.	0.04 × 434.2 = 17.4 m2
15	Nu kan het tekort aan absorberend oppervlak worden berekend uit het benodigde absorberend oppervlak minus het absorberende publieksvlak en de absorptie van de overige vlakken.	198 - 99.0 - 17.4 = 81.6 m2

 

Stel nu dat alle absorptie tegen het plafond wordt aangebracht, dan kan dus het materiaal worden besteld. Mogelijk is 175.9 m² met een absorptiecoëfficiënt van nog geen 50%. Een kleiner oppervlak met een hogere absorptiecoëfficiënt is natuurlijk handiger.

 

Lege stoelen

De berekening is gemaakt bij volle bezetting, maar wat gebeurt er als er maar 50 mensen in de zaal zitten?

Bij een onderbezetting van 150 mensen komen we 75 m² absorptie te kort. Daarbij gelden de volgende overwegingen:

• We zouden niets kunnen doen. De berekeningen zijn uitgevoerd voor de achterste rijen; dichterbij de spreker is de spraakverstaanbaarheid altijd wat hoger. Het is een bekende truc van een spreker om de bezoekers uit te nodigen de voorste rijen in te nemen.

• Stijlvoller is om absorberende stoelen te gebruiken. In een concertzaal moet deze truc worden toegepast. Dan worden de stoelen erop uitgezocht zodat ze bezet en onbezet dezelfde absorptie leveren. Dat betekent automatisch dat de laagdikte tamelijk groot, in de orde van 10 cm, moet worden gekozen.

• Stoelen in spreekzalen zijn minder kritisch dan in concertzalen omdat de spraakfrekwenties hoger liggen dan bij muziek. Een laagdikte van een paar centimeter volstaat meestal wel.

• Juist in onderbezette zalen (met niet-absorberende stoelen) wil nog wel eens een hinderlijke reflectie van de achterwand hoorbaar zijn. Dat is op te lossen door die wand absorberend en/of verstrooiend te maken.

 

Zaalhoogte

Eigenlijk viel de benodigde hoeveelheid absorberend materiaal in het voorbeeld alleszins mee. Dat komt omdat de zaal, volgens de regelen der akoestische kunst, zo compact mogelijk is gehouden. De "straf" voor een hogere zaal is niet mis, wat zal worden aangetoond in de volgende tabel.

 

Tabel 3:  De invloed van de gemiddelde plafondhoogte bij twee waarden 3.40 en 5.00 m. De nummers in de linker kolom corresponderen met die uit de voorgaande tabel.

		hoogte 3.40 m	hoogte 5.00 m
3	"Bezeten"oppervlak	99.0 m2	99.0 m2
4	Absorberend oppervlak publiek (100%)	99.0 m2	99.0 m2
5	Totaal vloeroppervlak	175.9 m2	175.9 m2
7	Zaalhoogte (hier per definitie)	3.40 m	5.00 m
8	Absorberend oppervlak per vloeroppervlak.
9	Totaal benodigd absorberende oppervlak
10	Totaal geometrisch oppervlak minus publieksvlak	533.2 - 99.0 = 434.2	617.8 - 99.8 = 518.8
14	4% absorptie voor kale wanden van glas en beton	0.04 × 434.2 = 17.4 m2	0.04 × 518.8 = 20.7 m2
15	Deficit aan absorberend oppervlak	198 - 99.0 - 17.4 = 81 m2	278 - 99.0 - 20.7 = 158 m2

 

Inderdaad stijgt de hoeveelheid benodigd absorberend oppervlak dramatisch van 81 naar 158 m². Dit is met de gebruikelijke absorptiematerialen niet meer in het plafond op te vangen en er moet aanvullende absorptie worden gezocht op de wanden, waarbij allereerst de achterwand in aanmerking komt.

De conclusie is simpel: houd een spreekzaal vooral klein.

 

Spraakvermogen en elektronische versterking

Figuur 2 gaf een "ontwerplijn" die een compromis was tussen technische haalbaarheid en goede spraakverstaanbaarheid, met name bij grotere zalen. Uit figuur 2 is ook af te leiden dat een "uitstekende" spraakverstaanbaarheid niet te bereiken valt bij een vloeroppervlak boven 70 m². Een "goede" spraakverstaanbaarheid is altijd wel te halen, al is het nipt bij 2000 m².

Zoals boven uitgelegd is de ruis in een zaal is vrijwel onafhankelijk van de grootte. Het geluidniveau van het vroege geluid daalt echter drastisch als de zaalgrootte toeneemt. Een spreker kan dat compenseren door luider te gaan praten of zelfs te gaan schreeuwen. Stijlvoller is om de spreker een mikrofoon ter beschikking te stellen en het geluid elektronisch te versterken.

Thans wordt aangegeven hoe luid het vermogen van een spreker moet zijn. De rekenmethode in dit ontwerphoofdstuk is gebaseerd op een onderliggende theoretische verhandeling. Daar werd ook afgeleid wat het benodigde spraakvermogen is voor een bepaalde kwaliteit van de spraakverstaanbaarheid. De uitkomsten worden weergegeven in figuur 4.

Figuur 4:  Het spraakvermogen als functie van het vloeroppervlak indien de "ontwerplijn " uit figuur 2 wordt verondersteld. De vermogens zijn afgeleid uit geluidniveaus door een richtingsfactor Q = 2 te gebruiken, hetgeen gebruikelijk is voor de voorzijde van een spreker. Voor een goed uitgekiende toespreekinstallatie is een hogere factor mogelijk (zie B.23.4). Maar dat is niet gebruikt.

 

In figuur 4 staat horizontaal weer het vloeroppervlak; verticaal staat het benodigde spraakvermogen. De spraakvermogens zijn gekoppeld aan de geluidniveaus zoals die uit eigen onderzoek naar voren komen ("conversatie") dan wel in normbladen zijn vastgelegd ("normal", "enhanced", "loud", "very loud"). Daarbij is "normal" een niveau dat we bij een goed getrainde leerkracht in een schoollokaal zullen vinden. Hij of zij dient dan wel degelijk de stem wat te verheffen ten opzichte van een conversatie op 1 m [[9]].

Bij 50 m² vloeroppervlak is de spraakverstaanbaarheid achter in de ruimte direct afhankelijk van het vermogen van de spreker. Boven 70 m² is een "uitstekende" spraakverstaanbaarheid niet haalbaar, zelfs niet bij elektronische spraakversterking. De galm heeft dan te veel invloed. Dat is ook rechtstreeks af te leiden uit figuur 2 waar de ontwerplijn de grens tussen "goed" en "uitstekend" snijdt bij 70 m².

De zaal van 180 m² uit ons voorbeeld is door een spreker met een goede stem zonder mikrofoon te bespreken. Maar de spreiding tussen sprekers onderling is groot. We hebben zelf verschillen gemeten van maarliefst 12 dB tussen de zachtste en de luidste spreker. De figuur geeft slechts een gemiddelde waarde. Het is dus verstandig om in de zaal een mikrofoon gereed te houden voor de sprekers met een zachte stem. Bij een zaal van 1000 m² is altijd elektronische versterking noodzakelijk.

 

De figuur is berekend voor een ruisniveau van 40 dB. Bij een andere waarde mogen ook de waarden langs de verticale as met hetzelfde verschil worden verschoven. Een waarde van 40 dB wordt gevonden bij knisperend papier en enig voetgeschuifel, in een rustig werkende schoolklas kan vaak 45 dB worden gemeten, maar bij een ademloos publiek kan 30 dB worden gevonden. Juist in een spreekzaal moet het publiek altijd wel wat opschrijven en dus geluid maken en daarom is hier 40 dB gekozen.

 

Klankkaatsers en luidsprekerophanging

Het geluid in een zaal kan enigszins worden gemanipuleerd met de positie van bron en toehoorders. Figuur 5 geeft daarvan een voorbeeld.

Figuur 5:  Het geluidniveau ter plaatse van een toehoorder hangt af van de hoek tussen publieksvlak en de geluidstraal tussen geluidbron en toehoorder. Een grotere hoek helpt.

 

Indien geluid zich voortplant boven een absorberend publieksvlak gaat extra geluidenergie verloren bij toenemende afstand [[10]]. De hoeveelheid verlies hangt af van de hoek β in figuur 5: hoe groter de hoek, des te beter de spraakverstaanbaarheid. In kerken is daartoe al eeuwen geleden het fenomeen verhoogde preekstoel ontwikkeld, in schouwburgen helpt het verhoogde toneel. Tegenwoordig kantelen we meestal het publieksvlak hetgeen uiteraard op hetzelfde neerkomt [[11]].

Een apart fenomeen is de klankkaatser. In theorie levert een extra reflectievlak slecht één extra (vroege) reflectie en het aantal dB's winst blijft dan beperkt tot 1 à 2 dB. Een voorbeeld staat in figuur 6.

Figuur 6:  Reflecties tegen klankkaatsers leveren een bijdrage aan de spraakverstaanbaarheid.

 

Er zijn enkele fenomenen waarom de winst wat groter kan zijn:

• De hoek β uit figuur 5 wordt gunstiger

• Klankkaatsers kunnen goed worden uitgericht waardoor de reflectie naar het publiek op de juiste plek terecht komt. Ze zijn daartoe soms uitgevoerd met een spiegeltje in het midden zodat met een laserstraal de reflectie kan worden ingesteld.

• In de tekening staat de klankkaatser boven de spreker (veelal twee stuks in de hoeken boven het bord bijvoorbeeld), maar er zijn voorbeelden [[12]] waar er zes worden gebruikt, drie aan weerszijden van het publiek.

• Echter, als de zaal teveel galmt helpen klankkaatsers ook niet echt.

 

Indien luidsprekers worden gebruikt om spraak weer te geven, gelden dezelfde overwegingen. Hoewel het installeren van toespreekinstallaties het vermogen van de meeste architecten te boven zal gaan en meestal een specialist zal moeten worden geraadpleegd, zijn er toch de volgende opmerkingen te maken:

• Ze worden ook altijd boven de spreker opgehangen om de hoek b uit figuur 5 te vergroten

• Ook luidsprekers worden zoveel mogelijk op het publiek gericht. Sterker: een hoge directiviteit (dus een smalle bundel) vergroot het vroege geluid. Het late geluid (de galm) wordt nauwelijks versterkt omdat het publieksvlak sterk absorberend is.

• In sterk galmende ruimten gaat die vlieger niet meer op. Dan wordt dus ook de galm versterkt en blijft een slechte spraakverstaanbaarheid ook slecht. Met name in grote kerken wordt daarom een systeem met allemaal aparte luidsprekers aan de pilaren toegepast. Die bestrijken ieder een afzonderlijk  deel van het publiek dat zich dus binnen het directe geluid van die luidspreker bevindt. Dat gaat vooral ook goed omdat de galm in een grote kerk wel lang is, maar niet veel energie draagt. Meestal zijn dergelijke luidsprekers uitgevoerd als "zuiltjes" van een serie luidsprekertjes. Die hebben dan in het verticale vlak een sterkere bundeling dan wanneer één luidspreker wordt gebruikt.

 

Diegenen die wat dieper in toespraakinstallaties willen duiken wordt webpagina B.23.4 van harte aanbevolen. 

 

Deze webpagina is als pdf te downloaden, klik hier

 

 

---