Lydabsorberende egenskaper til materialer og konstruksjoner

Transkript

1 Innvendig kledning Lydabsorberende egenskaper til materialer og konstruksjoner Byggforskserien Byggdetaljer Sending Generelt 01 Innhold Dette bladet presenterer data og enkel teori om lydabsorpsjon i materialer og konstruksjoner. Tabellene angir lydabsorpsjonsfaktorer både for vanlige materialer og konstruksjoner, og materialer og konstruksjoner oppbygd spesielt med henblikk på høy lydabsorpsjon (lydabsorbenter). Mer utførlige data og lydabsorpsjonskoeffisienter for navngitte produkter er gitt i [421] eller oppgis fra produsenter. 02 Definisjoner Lydabsorpsjonsfaktoren, α, er en ubenevnt størrelse som angir forholdet mellom ikke-reflektert og innfallende akustisk effekt, dvs. i hvilken grad lyd absorberes i en flate. Teoretisk er absorpsjonsfaktoren mindre enn 1,0. I praksis kan den imidlertid bli mye større på grunn av kanteffekter, dvs. at virkelig areal blir større enn nominelt areal. α er både material- og konstruksjonsavhengig. I tillegg varierer den med lydens frekvens. I praksis benyttes lydabsorpsjonsfaktor for diffust lydinnfall målt i 1/1-oktavbånd eller 1/3-oktavbånd, se pkt. 14 og tabeller i pkt. 2. Tabell 02 viser definisjoner og klasseinndeling for veide verdier for lydabsorpsjonsfaktorer. Tabell 02 Definisjoner og klasseinndeling for lydabsorpsjonsfaktorer, veide verdier α m Midlere lydabsorpsjonsfaktor α w Veid lydabsorpsjonsfaktor DL α Støyspekterveid lydabsorpsjonsfaktor Stikkord: lydabsorpsjon, akustikk Aritmetisk middel, ofte fra, nå lite i bruk I henhold til ISO med klasseinndeling A : α w = 0,90; ; B : α w = 0,80; 0,85 C : α w = ; ; ; D : α w = ; 0,35; ; ; ; E : α w = ; ; ikke klassifisert : α w = ; ; 0,00 I henhold til pren for absorbenter i forbindelse med skjermer for vegtrafikkstøy. Klasseinndeling A0 ikke testet; A1< 4; A2 fra 4 til 7; A3 fra 8 til 11 og A4 > Krav til lydabsorpsjon For mange typer rom og bygninger gjelder krav til maksimal etterklangstid. Kravene er gitt i forskrifter til plan- og bygningsloven, retningslinjer for støy på arbeidsplassen og i beskrivelser o.l. fra byggherrer/konsulenter. Byggdetaljer angir også anbefalte verdier. Krav og anbefalte verdier for etterklangstid/ lydabsorpsjon medfører behov for beregninger som krever at man kjenner lydabsorpsjonsfaktorer for materialer og konstruksjoner. 04 Henvisninger Standarder: NS-ISO 354 Måling av lydabsorpsjonsfaktor i klangrom NS-ISO 9053 Materialer for akustisk bruk. Besteelse av strømningsresistans. ISO Acoustics. Sound absorbents for use in buildings. Rating of sound absorption. NS 8175 Lydklasser for ulike bygninger pren Road traffic noise reducing devices Test method for determining the acoustic performance. Intrinsic characteristics sound absorption Byggdetaljer: Støy i rom. Krav og anbefalte grenseverdier Lyddata for materialer og konstruksjoner Gruppe om regulering av etterklangstid og støydemping i diverse rom i ulike bygningskategorier 1 Lydabsorpsjon generelt 11 Bruk av lydabsorpsjonsdata Punkt angir i hvilke saenhenger lydabsorpsjonsfaktorer hovedsakelig benyttes, og hvor man kan finne råd om beregning og praktiske løsninger. 111 Regulering av etterklangstid kan gjøres ved hjelp av lydabsorbenter. Bakgrunnen kan være at man skal planlegge et nytt rom eller forbedre et eksisterende rom. I begge tilfellene trenger man lydabsorpsjonsdata for aktuelle flater og inventar, både flater som er lydabsorbenter, og vanlige materialer og konstruksjoner. Vanligvis gjennomføres beregninger i 1/1-oktav frekvensbånd, men veide verdier kan brukes for enkle vurderinger. Blad i Byggforskserien gruppe behandler lydregulering i diverse typer rom i ulike bygningskategorier. 112 Reduksjon av støy. Når man skal redusere støynivået i et rom, er det ofte ønskelig med størst mulig lydab- Ettertrykk forbudt Norges byggforskningsinstitutt Postboks 123 Blindern, 0314 Oslo Tlf

2 sorpsjon i de fleste tilfeller i et så bredt frekvensområde som mulig. Som ved regulering av etterklangstid har man behov for lydabsorpsjonsfaktorer for materialer og konstruksjoner, men det er ofte tilstrekkelig å fokusere på lydabsorbenter. Blad i Byggforskserien gruppe behandler blant annet støydemping i diverse typer rom i ulike bygningskategorier. I en del tilfeller brukes også lydabsorbenter til å dempe støy fra enkeltstøykilder, se Byggdetaljer Lydfordeling i rom. I en del typer rom, for eksempel konsertsaler, auditorier og klasserom, er lydfordeling i kombinasjon med etterklangstid viktig. I slike saenhenger brukes lydabsorbentenes overflater aktivt for å oppnå gode lydforhold. 12 Absorbenttyper Lydabsorbenter deles vanligvis inn i tre hovedgrupper: porøse absorbenter og to typer resonansabsorbenter (membranabsorbenter og resonatorabsorbenter), se fig. 12. I praksis kan et produkt eller en konstruksjon bestå av en kombinasjon av flere absorbenttyper. og består av tette plater eller folier med et hulrom bak. Membranens masse og luftfjæren (dvs. over-/ undertrykk som følge av membranens bevegelse) i hulroet danner et svingesystem, og absorpsjonsfaktoren når et maksimalpunkt ved svingesystemets resonansfrekvens. Membranabsorbenter er vanligvis brukt som lavfrekvensabsorbenter, se kurve M vist i fig. 12. Absorpsjonsfaktorer overskrider sjelden 0,5 ved lave frekvenser og er vanligvis svært lav ved høye frekvenser, men egenskapene kan påvirkes. Data og beregninger er behandlet i pkt. 22 og Resonatorabsorbenter er en type resonansabsorbent der luftmassen i en spalte eller hull danner et svingesystem med luftfjæren i hulroet på baksiden. Absorpsjonsfaktoren når et maksimalpunkt ved svingesystemets resonansfrekvens. Spaltepaneler eller perforerte plater er eksempler på vanlige resonatorabsorbenter. Det er gunstig å plassere en porøs absorbent i hulroet bak plate/panel eller en spesielt tilpasset duk (filt o.l.) direkte mot hullene/spaltene. Resonatorabsorbenter er lav- eller mellomfrekvensabsorbenter, se kurve R i fig. 12, og egenskapene kan i stor grad påvirkes. Stigende perforeringsgrad gir stigende absorpsjon ved høye frekvenser og fallende absorpsjon ved lave frekvenser. Data og beregninger er behandlet henholdsvis i pkt. 23 og Montering av absorbenter Lydabsorpsjonsfaktoren er svært påvirket av hvordan de ulike delkomponentene monteres i forhold til bygningsdeler som avgrenser roet. I fig. 13 a f skis- Fig. 12 Karakteristiske absorpsjonskurver for forskjellige typer lydabsorbenter P = porøse absorbenter M = membranabsorbenter R = resonatorabsorbenter Fig. 13 a og b Montering av porøse absorbenter a) direkte mot konstruksjon b) med hulromsavstand 121 Porøse absorbenter kjennetegnes ved at fibre/materialelementer har en luftåpen porestruktur i overflate og inne i materialet. Absorpsjonsegenskapene bestees først og fremst av porøsiteten, tykkelsen på materialet og avstanden til bakenforliggende flate. Mineralullprodukter, tekstiler, treullsementplater, lettklinker, filt og cellulosefiber er eksempler på porøse absorbenter som kan ha høy lydabsorpsjonsfaktor. Materialer med lukkede porer, f.eks. en del typer celleplast, kork og gassbetong, har relativt lave lydabsorpsjonsfaktorer. Porøse absorbenter er først og fremst mellom- og høyfrekvensabsorbenter, se kurve P vist i fig. 12. Lav- og mellomfrekvensabsorpsjonen kan forbedres med større tykkelser, større utfôring og/eller høyere strømningsmotstand til materialet. Data og beregninger er behandlet henholdsvis i pkt. 21 og Membranabsorbenter er en type resonansabsorbent, Fig. 13 c og d Montering av membranabsorbenter med hulromsavstand til konstruksjon. Plater festes ofte med stendere/bjelker til konstruksjonen. c) uten porøs absorbent i hulroet d) med porøs absorbent i hulroet (tykkelse velges) Fig. 13 e og f Montering av resonatorabsorbenter med hulromsavstand til konstruksjon e) spesialtilpasset duk (filt) mot hull/spalte f) porøs absorbent i hulroet (tykkelse velges)

3 seres de vanligste monteringsmåtene for de tre hovedtypene absorbenter. Monteringssituasjonene gjelder både vertikalt og horisontalt. Maling- eller foliesjikt utenpå porøse absorbenter, eller foliesjikt plassert mellom overflate og reflekterende flate, vil som regel redusere lydabsorpsjonen. 14 Måling av lydabsorpsjonsfaktor Lydabsorpsjonen i materialer kan prinsipielt måles etter to metoder, se pkt. 141 og 142. For materialer som skal benyttes i vanlige rom, bør man benytte verdier målt etter rom-metoden, da denne målesituasjonen er nærmest praktiske tilfeller med lyd i rom. 141 Rør-metoden. Med rør-metoden bestees lydabsorpsjonen ved vinkelrett lydinnfall mot materialet. Metoden er relativt enkel. Det kreves små prøvestykker samtidig som man kan få fram avanserte data. Måleresultater kan benyttes til å saenlikne materialer eller beregne lydabsorpsjonsfaktor ved diffust lydinnfall (en rekke innfallsvinkler). Verdiene blir vanligvis lavere enn når sae materiale måles etter rom-metoden, hovedsakelig fordi man ikke får med noen kanteffekter. 142 Rom-metoden. Ved rom-metoden måles etterklangstiden i et lydreflekterende rom før og etter at det lydabsorberende materialet er plassert på en av flatene i roet. Lydabsorpsjonskoeffisientene beregnes på grunnlag av de målte etterklangstidene. Det stilles bestemte krav til størrelse og egenskaper til målerom, måleobjektets areal og form. Målemetoden er basert på Sabines prinsipper, med en saenheng mellom etterklangstid, romvolum og lydabsorpsjon. 15 Samlet vurdering av materialer Lydabsorberende egenskaper er en av flere egenskaper man må ta hensyn til ved valg av materialer og overflater. Andre forhold kan være miljøkrav, rengjøringsmulighet, evne til å tåle støt og slag og holdbarhet. Se også Byggdetaljer Bygningsmaterialer og luftkvalitet. 2 Lydabsorpsjonsfaktorer Data i dette bladet er basert på måleverdier etter rom-metoden som beskrevet i pkt. 14. Tabellene presenterer data for vanlige materialer og konstruksjoner som benyttes i bygninger, og materialer og konstruksjoner som er oppbygd med henblikk på høy lydabsorpsjon. I tabell 21 til 23 gjengis ulike data for henholdsvis porøse absorbenter, resonatorabsorbenter og membranabsorbenter. I tabell 24 og 25 gjengis data henholdsvis for enkeltkomponenter og harde overflater. Tabellene oppgir absorpsjonsfaktor ved oktavbåndene fra til, samt veid absorpsjonsfaktor α w, se også pkt. 02. I forbindelse med absorpsjonsfaktorer i oktavbånd oppgis en L, M eller H hvis verdiene ved henholdsvis lave, middels eller høye frekvenser er minimum over referansekurven for å beregne α w. 21 Porøse absorbenter Tabell 21 a til 21 d oppgir lydabsorpsjonsfaktorer for ulike løsninger med overflate av porøse absorbenter. Tabell 21a Lydabsorpsjonsfaktorer for mineralull montert mot reflekterende flate, se fig. 13 a Limt på vegg Mot betong Tykkelse, ) 50 2) 50 Densitet, kg/m L 0,85 0,90 H L 0,21 0,66 0,89 1,07 1,08 1,04 1,05 H α w 0,90 0,9 1) med tynt plastbelegg 2) med 0,4 glassfiberduk Tabell 21 b Lydabsorpsjonsfaktorer for steinull montert med hulrom, se fig. 13 b Tykkelse, 50* * 30* Hulrom, Densitet kg/m 3 0,96 0,94 0,90 0,82 0,82 0,89 0,90 0,86 0,94 0,92 0,97 0,41 M 0,96 H 0,93 H 0,62 0,83 α w 0,90 0,85 * med 0,4 glassfiberduk Tabell 21 c Lydabsorpsjonsfaktorer for treullsementplate montert som i fig. 13 a eller 13 b uten hulromsabsorbent Tykkelse, Hulrom, ,18 0,33 0,21 0,63H 0,13 0,21 0,46 0,59 0,51 0,24 0,41 0,69 0,62 0,19 0,34 0,61 0,59 α w 0,4 0,3 0,6 Tabell 21 d Lydabsorpsjonsfaktorer for lettklinkerbetong (Leca), montert som i fig. 13 a, ubehandlet overflate blokk ca. 700 kg/m³ 112 farget blokk ca. kg/m³ splittblokk 150 byggeplank, underside 0,27 0,22 0,16 0,34 0,27 0,32 0,26 0,54 0,52 α w 0,5 0,5

4 Membranabsorbenter I tabell 22 a d oppgis lydabsorpsjonsfaktorer for diverse konstruksjonsmaterialer og monteringsvarianter som fungerer som membranabsorbenter. Tabell 22 a Lydabsorpsjonsfaktorer for gipsplatekledning på stenderverk montert som i fig. 13 c eller 13 d Tykkelse gipsplate, Hulrom, Min.ull, 9,5 9, x13, malt * ,13 L 0,28 L 0,12 L α w * stålstendere Tabell 22 b Lydabsorpsjonsfaktorer for plate- eller bordkledning på stenderverk montert som i fig. 13 c eller 13 d Type kledning Tykkelse, Hulrom, 50 > 100 > 75 Min.ull, L L L α w Tabell 22 c Lydabsorpsjonsfaktorer for overgolv på tilfarere montert som i fig. 13 c eller 13 d Tregolv Parkett Sponplate, 22 Hulrom, 50 Oppfôret 50 Min.ull, 0 50 L 0,12 α w Tabell 22 d Lydabsorpsjonsfaktorer for vindu og dør Toglass Toglass Tredør Bord, not Trefiberplate og fjær el. falset Kryssfinérplate Englass Oppbygning, * 3 3 > 30* 3 Massiv α w * luft Tabell 23 a Lydabsorpsjonsfaktorer for tynn, 10 % finperforert metallplate, montert som i fig. 13 f 23 Resonatorabsorbenter Tabell 23 a til 23 f oppgir lydabsorpsjonsfaktorer for diverse løsninger med perforerte plater og spaltepaneler. Hulrom, Min.ull, ,84 L 0,80 0,56 0,93 L 0,90 0,53 0,74 0,93 0,87 0,97 L 0,90 M 0,53 0,99 L 0,92 0,84 0,56 α w Tabell 23 b Lydabsorpsjonsfaktorer for tynn, finperforert metallplate, montert som i fig. 13 f Perforeringsgrad, % 12,5* 19,3 19,3 20* Hulrom, Min.ull, ,85 L 0,98 0,84 0,83 0,52 0,54 0,43 L 0,63 0,35 0,80 M α w 0,80 0,80 * plastfolie bak plate Tabell 23 c Lydabsorpsjonsfaktorer for perforerte bygningsplater, montert som i fig. 13 f Platetykkelse, Perforeringsgrad, % ,5 Gips, 6 hull ca. 11 Hulrom, ca.100 Min.ull, L L M M L 0,35 α w Tabell 23 d Lydabsorpsjonsfaktorer for perforerte plater av 3,5 4 kryssfinér eller hard trefiber, ca. 13 % perforeringsgrad med 4,5 5 hull, montert som i fig. 13 f Hulrom, Min.ull, L 0,80 L α w

5 Tabell 23 e Lydabsorpsjonsfaktorer for hullteglstein murt på kant, montert som i fig. 13 f Perforeringsgrad 23 %, 33 hull pr. stein 11 %, 78 hull pr. stein Hulrom Min.ull, ,99 L 0,49 0,48 0,77 L 0,27 H 0,35 H α w 0,35 0,35 Tabell 23 f Lydabsorpsjonsfaktorer for 14 x 145 spaltepanel i tre, montert som i fig. 13 f Spaltebredde Hulrom, Min.ull, ,57 0,85 L 0,41 M 0,18 0,47 0,97 L 0,76 M 0,43 0,24 0,74 0,96 L 0,79 M 0,47 0,33 0,27 α w 0,35 24 Enkeltabsorbenter Tabell 24 a c viser lydabsorpsjon for en del vanlige enkeltabsorbenter i ulike typer rom med personer, inventar og gardiner. 25 Harde overflater I tabell 25 a til 25 d oppgis lydabsorpsjonsfaktorer for diverse harde overflater med hovedtypene betong/ flis, murverk, puss og belegg. I små rom kan disse overflatene neglisjeres ved beregning, men bidragene kan være betydningsfulle i større rom. Tabell 24 c Lydabsorpsjon for gardiner Sterkt foldet 1/2 bredde Folding/ oppheng Mindre foldet 3/4 bredde Glatthengende inntil vegg 0,13 0,22 0,32 0,35 H Bomull 0,5 kg/m 2 3/4 bredde * 0,56 0,59 0,71 α w * ca. 130 fra vegg Tabell 25 a Lydabsorpsjonsfaktorer for diverse reflekterende flater Betong, ru Materiale/overflate Betong, glatt, umalt Betong, glatt, malt el.sparklet/ filset * α w 0,00 * Verdier benyttes også for keramiske fliser med glatt overflate, marmorplater og vannflate i svøehall. Tabell 25 b Lydabsorpsjonsfaktorer for ubehandlet murverk Overflate Glatt fuge, malt Glatt fuge 10 tilbakeliggende fuge 0,12 0,16 0,22 0,24 α w Tabell 24 a Lydabsorpsjon for personer i rom Pr. person på stol, lite rom 0,33 0,44 0,46 Pr. person på kirkebenk el. trestol 0,34 0,41 Pr. m 2 tilhørere, orkester el. kor, inkl. små ganger 0,74 0,96 0,93 0,85 Tabell 25 c Lydabsorpsjonsfaktorer for puss, diverse overflater Finkornet fils eller sparkel Overflate Malt Tapet på underlagspapir α w Tabell 24 b Lydabsorpsjon for diverse inventar i rom Trestoler med sete og rygg av finér, pr. plass Kirkebenk m/stoff på 50 tykt sete og ryggpute, pr. plass 0,53 0,57 Golvflate m/ stofftrukne, polstrede stoler, pr. m 2 0,49 0,66 0,80 0,82 Tabell 25 d Lydabsorpsjonsfaktorer for belegg på harde underlag Parkett på betong Belegg Vinyl/linoleum limt til betong Nålefilt, ca. 5 limt til betong H α w

6 Beregning og vurdering av lydabsorpsjonsfaktorer Punkt 31 til 34 gir oversikt over enkel teori som kan være underlag for å vurdere eller beregne lydabsorpsjonsfaktoren til materialer og konstruksjoner. I man ge tilfeller er problemstillingen at man ikke finner data for løsningen man har tenkt å benytte, men en lik nende løsning. Med underlaget som presenteres, kan man vurdere lydabsorpsjonen for aktuell løsning. Se for øvrig [421] og [422]. 31 Strømningsresistans Strømningsresistans er en egenskap som er viktig for å beregne og vurdere akustisk energitap til porøse materialer. Egenskapen er knyttet til en rekke bruks områder, blant annet når absorbenter benyttes i venti lasjonskanaler, ved strukturlyddemping (f.eks. i fly tende golv). Også i forbindelse med måling, bereg ning og vurdering av lydabsorpsjonsfaktor for vanlige absorbenter i rom og i skillekonstruksjoner er strøm ningsresistans viktig. Strømningsresistans er definert som forholdet mellom trykkdifferansen og volum strøen til en luftstrøm som passerer en porøs ab sorbent, se NS-ISO I fig. 31 oppgis områder for spesifikk strømningsresistans som funksjon av densi tet. Verdiene er basert på måledata som har vært til- gjengelige for nordiske glass- og steinullprodukter. Dataene dekker bare delvis produkter som produse res i dag pga. materialendringer, og målingene er ut ført etter forskjellige metoder. 32 Porøse absorbenter For ideelle, porøse materialer kan lydabsorpsjonsfaktoren ved diffust lydinnfall tilnærmet beregnes ved hjelp av fig. 32, når: Spesifikk strømningsresistans (Pa s/m 2 ) multiplisert med absorbenttykkelse (m) er mellom og Pa s/m. 33 Membranabsorbenter Å beregne lydabsorpsjonsfaktorer for membranabsorbenter er ikke enkelt, men resonansfrekvensen for en tynn plate kan finnes etter følgende formel: f 0 m = platens fl atevekt (kg/m 2 ) d = hulroets dybde bak plate () Formelen gjelder kun for tynne plater, f.eks. 4 kryssfinér. Dersom platene har høy stivhet, f.eks. 22 sponplate, gjelder ikke formelen. Formelen gjelder dessuten bare når avstanden mellom avstivere er stor. Med liten avstand mellom avstiverne flyttes resonansfrekvensen f o mot høyere frekvenser. Absorpsjonen blir større i et bredere frekvensområde hvis hulroet dempes, f.eks. med mineralull. 34 Resonatorabsorbenter Beregning av lydabsorpsjonsfaktorer for resonatorabsorbenter er ikke enkel. For å finne resonansfrekvensen, f 0, for perforerte plater med runde hull kan man bruke følgende formel: f 0 Fig. 31 Spesifikk strømningsresistans for glassull og steinull P = platens perforeringsgrad (%) d = hulromsdybde bak plate () t = platetykkelse () R = radius til hull () Resonansfrekvens for spaltepaneler kan beregnes på tilsvarende måte, men formelunderlaget er større og gjengis ikke her, se [421]. 4 Referanser 41 Utarbeidelse Dette bladet er utarbeidet av Anders Homb. Saksbehandler har vært Fred Solvik. Redaksjonen ble avsluttet i november Fig. 32 Absorpsjonsfaktor som funksjon av: () multiplisert med tykkelse () til porøs absorbent 42 Litteratur 421 Strøm, Svein. Romakustisk prosjektering. Prosjekteringsanvisning og datasamling for lydabsorberende materialer og konstruksjoner. Norges byggforskningsinstitutt, Anvisning 20. Oslo, Kristensen, Jørgen. Lydabsorptionskoefficienter; måling, vurdering, anvendelse. Statens byggeforskningsinstitut, Meddelelse 45. Hørsholm, 1