Akoestiek - meer over geluidabsorptie | 24-september-2019 |

Geluidabsorptiecoëfficiënt (α) en Noise Reduction Coefficient (NRC)

In openluchttheaters bevindt zich tussen het podium en de tribune voor publiek vaak een vijver. Dat komt omdat het wateroppervlak hard is en geen geluid absorbeert. De spelers zijn dan vaak zonder versterking tot op de achterste bank verstaanbaar. Maar er zijn genoeg situaties waarin we juist het omgekeerde willen bereiken en geluid niet zo ver laten dragen. Dan moeten we dus zorgen voor materiaal met een structuur die het geluid absorbeert. In vaktermen zeggen we dan dat de nagalmtijd wordt gereduceerd. De absorptie-eigenschappen van een materiaal worden uitgedrukt in de geluidabsorptiecoëfficiënt (α) en in de Noise Reduction Coefficient (NRC).

Nagalm

In collegezalen is de nagalmtijd vrij kort, om de verstaanbaarheid te garanderen. In concertzalen mag nagalmtijd wel wat langer zijn, voor een volledige muziekbeleving; het publiek wordt dan helemaal omgeven door muziek. Maar de nagalmtijd is daar bij voorkeur niet zo lang als in een kerk. In kerken was men over het algemeen niet zo bezig met absorberende materialen, met als gevolg dat daar de nagalmtijd erg lang is. Als de priester langzaam preekt, dan sterft zijn echo weg voordat hij/zij aan de volgende zin begint. Maar bij een snel uitgesproken preek buitelen de zinnen en echo's over elkaar heen. Aan een orgelconcert geeft dit juist weer een gewenste dramatische draai. In een kroeg wordt doorgaans niet zo heel veel aan geluidabsorptie gedaan. Weliswaar staan mensen daar bijna de hele avond bij elkaar in het oor te toeteren om verstaanbaar over te komen; de uitbater vaart daar wel bij, doordat ze er meer dorst van krijgen. Bij het bestrijden van nagalm moet dus van te voren worden vastgesteld wat wenselijk is.

Geluidabsorptiecoëfficiënt (α_w)

De mate waarin een oppervlak geluid absorbeert en dus niet terugkaatst, ten opzichte van de hoeveelheid geluid waaraan het is blootgesteld, wordt de absorptiecoëfficiënt genoemd.

Omdat het een coëfficiënt betreft, ligt de waarde tussen 0 en 1, met 0 voor als het oppervlak al het geluid reflecteerd, en 1 voor als het oppervlak alles absorbeert. Dat de 0 en 1 theoretische waarden zijn, blijkt uit de praktijk; geluid wordt altijd wel in enige mate gereflecteerd of geabsorbeerd. 

Met een beetje ontwikkeld boerenverstand kunnen we wel verzinnen dat glas, staal, beton veel geluid terugkaatsen en dat materialen zoals zachte isolatiematerialen het geluid veel minder terugkaatsen. Een materiaal moet dus meeveren en terugveren onder invloed van geluidsdruk, om geluidabsorptie te bieden. Hardere oppervlakken die dat niet doen, kaatsen geluid juist terug.

Naast de hardheid speelt poreusheid eigenlijk een grotere rol voor de absorptie van een oppervlak. Om terug te komen op ons voorbeeld van het openluchttheater; een betonnen vlak in plaats van de vijver zou minder goed werken. Beton mag dan wel meer dan twee keer zo zwaar zijn als water, het heeft wel poriën. Dat zijn de kleine gaatjes die je ook met het blote oog kunt vaststellen. Het oppervlak van een vijver is totaal gesloten. Daarom is het in een overdekt zwembad ook een kabaal van jewelste, omdat het water nauwelijks geluid absorbeert; het versterkt zichzelf juist doordat het geluid vaak op en neer kaatst tussen het wateroppervlak, de wanden en het stalen of betonnen dak. Daarom worden in dit soort zwembaden vaak een geluidabsorberend plafond (én absorberend wanden) toegepast.

Net als water heeft ook glas geen poriën, maar glaswol bestaat juist voor het merendeel uit poriën (net als andere minerale wol). Door de aard van dat materiaal staan die poriën bovendien met elkaar in verbinding. Dus als het geluid door het oppervlak heen wordt geabsorbeerd, dringt het nog dieper het materiaal in en sterft het af. Minerale wol is dus een uitstekende geluidabsorber, maar helaas esthetisch niet aantrekkelijk. Als het wordt toegepast voor geluidabsorptie in het zicht wordt het vaak afgewerkt met speciale doeken, verven of species die het geluid ook in grote mate door moeten laten, om profijt te hebben van de ondergrond. Dat is specialistisch werk. Een dergelijke geluidabsorberende wand of plafond kan in een later stadium niet zomaar met elke willekeurige verf of specie worden bijgewerkt of gerepareerd.

Wil je juiste α opstaan?

De absorptiecoëfficiënt die in de praktijk vrijwel het meeste wordt vermeld in technische specificaties is de waarde volgens de wet van Sabine. Er bestaan echter nog andere manieren om de absorptiecoëfficiënt uit te drukken, namelijk voor statistische inval (oneindig oppervlak - erg theoretisch) en voor normale inval (van een klein monster - niet realistisch). Dat is ontstaan doordat naast de dikte van het materiaal ook de frequentie, de invalshoek van de geluidsgolf en de manier waarop het materiaal is bevestigd van belang zijn voor de absorptie. Als het in de technische specificaties van een materiaal niet specifiek wordt vermeld, doe je er goed aan na te vragen welke absorptiecoëfficiënt er wordt bedoeld.

De absorptiecoëfficiënt is een gemiddelde over de 50 Hz - 500 Hz - 1000 Hz - 2000 Hz - 4000 Hz frequenties. Binnen deze frequenties valt ons stemgeluid. 
 

Naast de bepaling van de absorptiecoëfficiënt volgens Sabine kan gebruik gemaakt worden van de gegevens zoals vermeld in de NPR 5071.

NEN-EN-ISO 11654 hanteert vijf klassen om de mate van geluidabsorptie weer te geven; A is de hoogste absorptiecoëfficiënt, E de laagste:
 

Noise Reduction Coefficient (NRC)

Met de NRC, in het Nederlands de nagalm reductie coëfficiënt genoemd, wordt met een logaritmische weergave de snelheid waarmee het geluid vervalt, uitgedrukt. Een waarde die in principe niet zo heel veel anders is dan de α_w, maar de NRC wordt bepaald volgens de ASTM C423.

De vervalsnelheid laat zich in dB/s uitdrukken, maar de coëfficiënt ligt tussen 0 en 1. Dat wordt gemeten ten opzichte van de vervalsnelheid van geluid in een standaard nagalmkamer zonder paneel. Maar komt het geluid een absorberend oppervlak tegen, dan wordt met een NRC van 0 uitgedrukt dat het paneel niet bijdraagt aan het verzwakken van het geluid (het had er dus net zo goed niet kunnen zijn), een NRC van 1 drukt uit dat het materiaal het geluid gemiddeld net zo snel dempt als de standaard nagalmkamer. De NRC wordt als één getal weergegeven als gemiddelde voor de 250 Hz - 500 Hz - 1000 Hz - 2000 Hz frequenties. Van belang is de type bevestiging van het paneel bij het tot stand komen van de NRC, omdat de montagemethode de waarde kan beïnvloeden. In de praktijk willen we de situatie namelijk nabootsen, om de gewenste waardes te bereiken.

Met de NRC worden algemene akoestische eigenschappen van akoestische plafonds en wandpanelen, schotten, doeken, kantoorschermen en vloerbedekking uitgedrukt.

Sound Absorption Average (SAA)

Kijk overigens niet op als je in documentatie voor de nagalmwaarde de notering SAA tegenkomt. Dat is de Sound Absorption Average en wordt ook bepaald volgens ASTM C423. Sterker nog, daarin heeft het de NRC vervangen. Net als de NRC is de SAA een coëfficiënt, bestaande uit één cijfer, dat de geluidabsorptie uitdrukt van een materiaal. Het verschil is dat de SAA over de 200 Hz - 250 Hz - 315 Hz - 400 Hz - 500 - Hz 630 - Hz 800  -Hz 1000  -Hz 1250 - Hz 1600 - Hz 2000  - Hz 2500 Hz frequenties wordt bepaald. Verder wordt de SAA precieser afgerond, in stappen van 0,01, in plaats van 0,05 (NRC).
 

Bouwkundige maatregelen in de praktijk

Geluidsabsorptie bestaat hoofdzakelijk uit omzetting van geluidsenergie in warmte. Dit proces kan op verschillende manier plaatsvinden. Onderscheiden wordt absorptie door:

• Poreuze materialen;
• Geperforeerde panelen;
• Ongeperforeerde panelen met luchtspouw;
• Resonatoren.

De absorptie voor resonatoren is meestal beperkt tot een smal gebied in de lage frequenties. Door vulling van de holten met een poreus materiaal kan dit gebied verbreed worden. De maximaal bereikbare absorptie-coëfficiënt is αs = 0,85.

Materialen die door hun structuur een goede geluidsabsorptie bezitten of deze door perforeren of inzagen kunnen krijgen zijn:

• Minerale wol;
• Gipskartonplaten;
• Gips;
• Metaal;
• Spaanplaat;
• Houtwolplaat;
• Kurk;
• Hout.

Plafonds

Het absorptievermogen van verlaagde plafonds kan in vele gevallen nog verhoogd worden door in de ruimte tussen de vloerconstructie en plafondafwerking minerale wol dekens op te nemen.

Akoestische verbeteringen in bijzondere gevallen zoals congresruimten of concertzalen worden verkregen door het in een bepaalde verhouding samengaan van verstrooiing en absorptie van het geluid. Verstrooiing van het geluid door het plafond wordt bijvoorbeeld verkregen door het plafond aan te brengen in niet horizontale vlakken (knikken, buigen, zaagtanden etc.).

Door toepassing van roosterplafonds of cassetteplaten wordt ook de verstrooiing van geluid door het plafond vergroot, evenals door het ophangen van evenwijdige schotten, loodrecht op het vlak van het plafond (baffles).

Akoestische plafonds in combinatie met betonkernactivering

Om het huwelijk tussen betonkernactivering en akoestische plafonds te laten slagen, moeten nauwgezet de gevolgen op een rijtje worden gezet. Betonkernactivering wil de onder gelegen ruimte namelijk afkoelen met het hele vloeroppervlak. Zo'n glad betonnen oppervlak komt echter de akoestiek van kantoorruimten en kantoortuinen niet ten goede. Uiteraard is er heel wat op te vangen in geluidabsorberend wandmateriaal, maar voor grotere en hogere ruimten in dat niet afdoende. Dan is het zaak om absorberende plafondpanelen, eilanden, stroken of lamellen zodanig te verdelen dat het regulerende effect van de betonkernactivering niet wordt gehinderd.

Voor de frequenties van gesprekken is gebleken dat als een vloer voor 80% wordt bedekt met plafondpanelen of eilanden, dat er net zo veel geluidabsorptie wordt bereikt als met volledige bedekking. Door de open randen ontstaat namelijk de mogelijkheid dat de bovenzijde van de panelen of eilanden ook geluid kunnen absorberen. Met die 80% dekking daalt het vermogen van de betonkernactivering met ca. 40%. In het geval van lamellen kan met 60% bedekking van de vloer volstaan, waarmee de betonkernactivering 25% aan effectiviteit inlevert.

Wanden

Poreuze materialen voor wandafwerking bestaan vaak uit gebonden vezels, kunststof schuimen of gebonden korrels. Geluidsabsorptie treedt echter alleen op als het oppervlak van deze materialen ook poreus is. Gesloten celstructuren zoals bij veel kunststof schuimen absorberen dus slecht. Er zijn wel speciale geluidsabsorberende kunststofschuim platen met open cellen en met een gestructureerd oppervlak (bv. golfjes of piramides).

Platen die zijn voorzien van perforaties of sleuven kunnen ook als geluidsabsorberende wandafwerking worden toegepast.

Ongeperforeerde platen absorberen enigszins geluid als ze met een luchtspouw tegen een wandconstructie worden aangebracht. Onder invloed van het geluid kunnen deze platen dan in trilling worden gebracht bij hun eigen resonatiefrequentie. Zo gaat de geluidenergie verloren en wordt het omgezet in warmte.

Geperforeerde platen of tegels kunnen ook zo functioneren, als bij een bepaalde dikte het geperforeerd oppervlak maar kleiner is dan 20%.

Meer info

Geraadpleegde bronnen: Sonus bv raadgevende ingenieurs, Peutz, Ecophon Knowlegde Guide, Wikipedia