Romakustikk og lydisolering Grunnbegreper

Transkript

1 Romakustikk og lydisolering Grunnbegreper Byggforskserien Byggdetaljer 41.4 Sending 4 Generelt 1 Innhold Dette bladet gir kortfattede defi nisjoner og forklaringer på de viktigste grunnbegrepene innenfor emnene romakustikk og lydisolering. En del av begrepene er forklart nærmere ved bruk av illustrasjoner og formler. Henvisninger Standarder: NS 315 Dører Lydisolasjon Klassifi sering NS 34 Vinduer Lydisolasjon Klassifi sering NS 8173 Lydforhold i bygninger åling av etterklangstiden i rom NS-EN Lydforhold i bygninger Beregning av akustisk ytelse i bygninger basert på bygningsdelers ytelse Del 1: Luftlydisolasjon mellom rom NS-EN Lydforhold i bygninger Beregning av akustisk ytelse i bygninger basert på bygningsdelers ytelse Del : Trinnlydisolasjon mellom rom NS-EN Lydforhold i bygninger Beregning av akustisk ytelse i bygninger basert på bygningsdelers ytelse Del 3: Luftlydisolasjon mot utendørs støy NS-EN ISO Akustikk Lydforhold i bygninger Del 1: Vurdering av luftlydisolasjon NS-EN ISO 717- Akustikk Lydforhold i bygninger Del : Vurdering av trinnlydnivå NS-EN ISO 338 Akustikk åling av etterklangstid i rom med referanse til andre akustiske parametere NS-EN ISO Akustikk Lydabsorbenter til bruk i bygninger Vurdering av lydabsorpsjon Byggdetaljer: Lydutbredelse og støy. Grunnbegreper 1 Taleoppfattelse 11 Artikulasjonsindeks, AI Artikulasjonsindeks, AI, er et tall mellom og 1 som angir hvor stor del av informasjonen fra taler som overføres til mottaker i et rom. Det fi ns fl ere modeller for beregning av AI i et rom. Den kan beregnes ut fra prosentvis oppfattede ord ved lyttertester, ut fra målt differens mellom talenivå og bakgrunnsstøynivå i frekvensbånd, eller med mer avanserte metoder basert på blant annet rommets pulsrespons. Verdier høyere enn,6 gir forholdsvis god taleoppfattelse; verdier lavere enn,3 gir meget dårlig taleoppfattelse. 1 Taleoppfattelse Taleoverføringsindeks, STI ev. Rasti, er et tall mellom og 1 som angir hvor godt en mottaker oppfatter tale fra en taler eller et høyttaleranlegg i en posisjon i et rom. Det fi ns spesielt utviklede instrumenter for direkte måling av Rasti. Taleoverføringsindeks brukes vanligvis til å karakterisere taleoppfattelse ved bruk av lydforsterkningsanlegg. Det kreves avansert måleinstrumentering. Verdier høyere en,6 gir rimelig god taleoppfattelse; verdier lavere enn,3 gir meget dårlig taleoppfattelse. Lydfelt og etterklangstid 1 Lydfelt 11 Generelt. Et lydfelt er et område der det er lydbølger. 1 Direkte lydfelt er lydfelt hvor lydtrykknivået er bestemt av den direkte utstrålingen fra kilden. I et direkte lydfelt faller lydtrykknivået 6 db per avstandsfordobling fra kilden når kildens utstrekning er liten i forhold til avstanden til kilden. Se fi g Etterklangslydfelt, eventuelt refl eksjonslydfelt, er lydfelt (i et rom) hvor lydtrykknivået er bestemt av refl ektert lyd fra rommets begrensningsfl ater. Se fi g Diffust lydfelt er refl eksjonslydfelt som midlet over tid er uavhengig av romposisjon og retning. 15 Klangrom er rom med tilnærmet diffust lydfelt. Et klangrom kan oppnås ved lydrefl ekterende begrensningsfl ater og lydspredende elementer. Rommet benyttes for måling av absorpsjonsfaktor og lydeffekt (utstrålt fra kilde). Ettertrykk forbudt Norges byggforskningsinstitutt Postboks 13 Blindern, 314 Oslo Tlf

2 Bassforhold, BR, er forholdet mellom midlere etterklangstid i et rom for oktavbåndene 15 og 5 Hz, og midlere etterklangstid for oktavene 5 og 1 Hz. Se fi g. 3. T15 + T5 T5 T1 BR = + Fig. 13 Lydtrykknivå i direkte lydfelt og etterklangslydfelt avhengig av avstand fra kilde. r betegner romradius (hallradius) og er avstanden fra kilden der lydtrykknivået i det direkte lydfeltet er lik midlere lydtrykknivå i etterklangslydfeltet, forutsatt retningsuavhengig utstråling. 16 Ekkofritt rom er et rom med nær totalabsorberende begrensningsfl ater. Rommet muliggjør innendørs målinger i direkte lydfelt. Etterklangstid 1 Generelt. Etterklangstid, T (s), er den tiden det tar for midlere lydenergitetthet (midlere lydtrykknivå) å falle 6 db, se fi g. 1. Fig. 3 Eksempel på etterklangstid ved forskjellige frekvenser 3 Lydabsorpsjon, -refleksjon, -transmisjon og -dissipasjon 31 Lydrefleksjon, -transmisjon og -dissipasjon Forholdet mellom innfallende lydeffekt og effekten som blir refl ektert, transmittert og dissipert er illustrert i fi g. 31. Refl eksjonsfaktoren, r, er forholdet mellom refl ektert og inn fallende lydeffekt. Transmisjonsfaktoren, τ, er forholdet mellom transmittert (gjennomgående) lydeffekt og innfallende lydeffekt. Dissipasjonsfaktoren, δ, er forholdet mellom dissipert og innfallende lydeffekt. Dissipert effekt er lydeffekt som går over til varme eller forplanter seg i konstruksjonen (plata). r = W r Fig. 1 Eksempel på beregning av etterklangstid Etterklangstiden beregnes ved ekstrapolering, ved å legge inn en rett linje på fi guren. Tidlig etterklangstid, EDT (s), er etterklangstid målt over de første 1 db av etterklangsforløpet, multiplisert med 6, se fi g.. τ = δ = W t W δ + r + τ = 1 = innfallende lydeffekt W r = refl ektert lydeffekt W t = transmittert lydeffekt W = dissipert lydeffekt Fig. Beregning av tidlig etterklangstid Fig. 31 Prinsippskisse som viser hva innfallende lydeffekt går over i. Pilene på W r og W t viser hovedretningen.

3 Lydabsorpsjon 31 Absorpsjonsfaktoren, α, er forholdet mellom ikke-refl ektert og innfallende lydeffekt. est brukt er absorpsjonsfaktoren for diffust lydinnfall. Den teoretiske absorpsjonsfaktoren kan maksimalt være lik 1, mens den praktiske, på grunn av kanteffekter, kan være større enn 1. Se også fi g. 31. α = W r = δ + τ 3 Absorpsjonsklasse, A, B osv., er en klassifi sering av lydabsorbenter på grunnlag av målt absorpsjonsfaktor. Klassen for en aktuell absorbent framkommer ved at oktavverdiene fra 5 Hz til og med 4 Hz for absorpsjonsfaktoren beregnes ut fra 1/3-oktavverdiene, og avrundes etter trinn på,5. Disse verdiene plottes inn i diagrammet i fi g. 3, og absorpsjonsklassen bestemmes. Fig. 41 Illustrasjon av initialgap Fig. 3 Inndeling i absorpsjonsklasser basert på absorpsjonsfaktor og frekvens Det tolereres samlet negativt avvik på,1 fra aktuell referansekurve. etoden er beskrevet i NS-EN ISO Ekvivalent absorpsjonsareal, A (m ), er arealet av en tenkt sammenlikningsflate med absorpsjonsfaktor 1, som i diffust lydfelt absorberer like mye lydeffekt som den absorbenten (fl ate, gjenstand, luft) som betraktes. 4 ottak av lyd fra lydpuls Fig. 4 Illustrasjon av defi nisjonen 43 Klarhet, C8 Klarhet, C8 (db), er forholdet mellom lyd mottatt de første 8 ms, og lyd mottatt i resten av tidsforløpet fra en lydpuls, p, i et rom. 41 Initialgapet, t Initialgapet, t (ms), er tidsintervallet mellom ankomst av direktelyd og ankomst av første lydrefl eksjon når en sender ut en lydpuls i et rom, se fi g. 41. C 8 = 1 log 8 ms 8 ms p dt p dt (db) 4 Definisjonen, D Definisjonen, D, er forholdet mellom lyd mottatt de første 5 ms, og all mottatt lyd fra en lydpuls i et rom, se fi g Tyngdepunktstiden, T s Tyngdepunktstiden, T s (ms), er energimessig tyngdepunkt i tid, t, for all mottatt lyd fra en lydpuls, p, i et rom. D = 5 ms p p dt dt T = T s p tdt p dt (ms)

4 Lateralt energiforhold, LEF Lateralt energiforhold, LEF, er forholdet mellom lyd mottatt fra sidene og all mottatt lyd de første 8 ms. Høy LEF-verdi indikerer god opplevd romlighet (romfølelse). LEF = 8 ms 5 p cos 8 ms p dt Φdt der Φ er vinkelen mellom innfallsretning og akse gjennom ørene på en tilhører. Det brukes også andre defi nisjoner på lydinnfall fra sidene, blant annet lateral energifaktor, L. 5 Svingende systemer 51 Resonansfrekvensen, f Resonansfrekvensen, f (Hz), er en naturlig svingefrekvens for et system, se fi g. 51. Et system kan ha fl ere resonansfrekvenser. f = 1 π k (Hz) der C er dempekoeffi sient og C cr er kritisk dempekoeffi sient. For svært liten demping kan man tilnærmet bestemme tapsfaktoren ved: η =, / (f T S ) der T S er tiden det tar før vibrasjonsenergien er redusert med en milliondel av opprinnelig verdi (tilsvarende etterklangstid i rom). 53 Grensefrekvensen (koinsidensfrekvens), f g Grensefrekvensen (koinsidensfrekvens), f g (Hz), for en plate er den frekvensen der fasehastigheten for bøyebølger i platen er lik lydhastigheten i tilgrensende medium (vanligvis luft). En plate avstråler mer lyd for frekvenser over grensefrekvensen enn for frekvenser under grensefrekvensen. Tilnærmede grensefrekvenser for enkelte bygningsmaterialer med tykkelsen, h (m), er: Gipsplate: 3 f g = Hz h Sponplate: 7 f g = Hz h Betong: 19 f g = Hz h Se også fi g. 53. der er systemets masse (kg) og k er systemets stivhet (N/m) Fig. 53 Eksempel på grensefrekvens som skjæringspunkt mellom lydhastighet og fasehastigheter i forskjellige materialer Fig. 51 Resonansfrekvens for enkelt system 5 Tapsfaktoren, η Tapsfaktoren, η, uttrykker relativt energitap ved svingende systemer. E η = πe der E er dissipert energi i en svingeperiode og E er total mekanisk energi. Ofte brukes også begrepet relativ demping etter formelen: ζ = C / C cr = η / 54 Strålingsfaktoren, σ Strålingsfaktoren, σ, er forholdet mellom utstrålt lydeffekt fra en plate under virkelige svingeforhold og effekten ved utstrålingen av en plan bølge når alle deler svinger i fase (som et stempel). Strålingsfaktoren som en funksjon av frekvensen er vist i fi g. 54. For plate med areal, S, er strålingsfaktoren: W = ρcs < ~ v σ > der: W er utstrålt lydeffekt (W) < ~ v > er hastighetskvadrat midlet over flate og tid (m /s ) ρ er luftas tetthet (kg/m 3 ) c er lydhastighet i luft (ca. 34 m/s ved C)

5 Feltmålt reduksjonstall, R (db), er reduksjonstallet målt i en bygning, medregnet flanketransmisjon, se pkt. 8. Eksempel på måling av feltmålt reduksjonstall er vist i fi g Fig. 54 Strålingsfaktoren som en funksjon av frekvensen (forenklet, generelt forløp) 6 Luftlyd 61 Reduksjonstall 611 Generelt. Reduksjonstallet, R (db), er ti ganger logaritmen til forholdet mellom innfallende og transmittert (gjennomgående) lydeffekt: W 1 R = 1 + log i = 1 log W τ W t (db) hvor: er innstrålt lydeffekt (W) W t er transmittert lydeffekt (W) τ er transmisjonsfaktor 61 Laboratoriemålt reduksjonstall, R (db). Reduksjonstallet karakteriserer skillekonstruksjonen, og måles i laboratorium (liten fl anketransmisjon), se fi g. 61. Ved måling i laboratorium blir reduksjonstallet: R = LS L + log S A (db) Fig. 613 Eksempel på måling av feltmålt reduksjonstall 614 Referansekurve for lydreduksjonstall l er en kurve som angir krav til lydisolasjonen ved de 16 standardiserte senterfrekvensene fra 1 til 3 15 Hz. Kurven tilpasses måleverdien etter normgitte avviksregler. En referansekurve kan spesifiseres ved et enkelt tall. Nærmere beskrivelse er gitt i NS-EN ISO iddelreduksjonstallet, R m (db), er aritmetisk middel av reduksjonstallet ved de 16 standardiserte senterfrekvensene. 616 Veid lydreduksjonstall, R w (db), angis som referansekurvens verdi ved 5 Hz når denne tilpasses måleverdien for R slik at summen av avvikene i ugunstig retning ved de 16 standardiserte senterfrekvensene ikke er større enn 3 db, se fi g R w er beskrevet i NS-EN ISO hvor: L S er midlere lydtrykknivå i senderrom (db) L er midlere lydtrykknivå i mottakerrom (db) A er mottakerrommets ekvivalente absorpsjonsareal (m ) S er skillefl atens areal (m ) Fig. 616 Eksempel på kurve for veid reduksjonstall med R w = 5 db. Skravert felt viser avvik i ugunstig retning. Fig. 61 Eksempel på måling av reduksjonstall 617 Veid feltmålt lydreduksjonstall, R w (db) w, er analogt med R w. Den eneste forskjellen er at R w er basert på feltmålinger, mens R w er basert på laboratoriemålinger. R w er beskrevet i NS-EN ISO

6 Omgjøringstall for spektrum, C eller C tr Omgjøringstall for spektrum, C eller C tr (db), er en verdi som skal legges til ett-tallsverdien (for eksempel R w ) for å ta hensyn til formen på bestemte lydspektre. Det er definert to forskjellige spektre, ett beregnet for inneforhold (C) og ett beregnet for isolering mot et standardisert referansespektrum for veitrafi kkstøy (C tr ). Omgjøringstallet for spektrum kan også beregnes for et utvidet frekvensområde, C 5 5, som gir en strengere bedømmelse av lydreduksjonstallet ved lave frekvenser. Beregningsprosedyrer og spektre er nærmere beskrevet i NS-EN ISO hvor: L er midlere lydtrykknivå i mottakerrommet (db) A er ekvivalent absorpsjonsareal i mottakerrommet (db) A er referanseabsorpsjonsarealet på 1 m 63 Enhetsisolering, D I Enhetsisolering, D I (db), er reduksjonstall, målt i laboratorium, for små bygningselementer med areal mindre enn 1 m. Reduksjonstallet måles på vanlig måte, men arealet settes alltid lik 1 m, uansett hvilken størrelse elementet har. Enhetsisolering er beskrevet i [91]. Veid enhetsisolering, D I,w (db), angis som referansekurvens verdi ved 5 Hz når denne tilpasses måleverdien for D I, slik at summen av avvikene i ugunstig retning ved de 16 standardiserte senterfrekvensene ikke er større enn 3 db. 64 Lydklasser for dører og vinduer Lydklasse brukes for lydklassifi sering av dører og vinduer etter henholdsvis NS 315 og NS 34. Reduksjonstallet, R w, måles i laboratorium, og lydklassen bestemmes etter reglene i tabell 64. Fram til 199 ble lydklassen for dører bestemt ut fra middelreduksjonstallet. Det er derfor ingen entydig sammenheng mellom lydklasse for dører før og etter 199. Tabell 64 Grenser for reduksjonstall for dører og vinduer avhengig av lydklasse Lydklasse Reduksjonstall, R w (db) Fig. 711 Eksempel på måling av normalisert trinnlydnivå 71 Referansekurve for trinnlydnivå er en kurve som angir krav til lydisolasjonen ved de 16 standardiserte senterfrekvensene. Kurven tilpasses måleverdien etter normgitte avviksregler. En referansekurve kan spesifi seres ved et enkelt tall. Nærmere beskrivelse er gitt i NS-EN ISO Veid normalisert trinnlydnivå, L n,w (db), angis som referanse frekvensens verdi ved 5 Hz når denne er tilpasset de målte L n -verdier, slik at summen av avvikene i ugunstig retning ved de 16 standardiserte senterfrekvensene ikke er større enn 3 db, se fi g L n,w angis for laboratoriemålte verdier, og L n,w for feltmålte verdier. L n,w er beskrevet i NS- EN ISO Trinnlyd 71 Trinnlydnivå 711 Normalisert trinnlydnivå, L n (db), er lydtrykknivået i et rom når det bankes på etasjeskilleren med ISO-standardisert hammerverk, se fi g Trinnlydnivået normaliseres til 1 m ekvivalent absorpsjonsareal (referanseabsorpsjon) og angis ved de 16 standardiserte senterfrekvensene. L n angis for laboratoriemålte verdier og L n for feltmålte verdier. L n er beskrevet i NS-EN ISO Formelen for normalisert trinnlydnivå, L n, er: L' = L n A + 1 log A (db re 1-5 Pa) Fig. 713 Eksempel på kurve for normalisert trinnlydnivå med L n,w = 6 db Skravert felt viser avvik i ugunstig retning. 7 Omgjøringstall for spektrum, C I Omgjøringstall for spektrum, C I (db), er en verdi som skal legges til ett-tallsverdien (for eksempel L n,w ) for å ta hensyn til det uveide trinnlydnivået, slik at det representerer egenskapene til typiske lydspektre for gange. Omgjøringstallet for spektrum kan også beregnes for et utvidet frekvensområde,

7 C I,5 5, som gir en strengere bedømmelse av trinnlydnivået ved lave frekvenser. Beregningsprosedyrer og spektre er nærmere beskrevet i NS-EN ISO Trinnlyddemping, L Trinnlyddemping, L (db), er reduksjon i trinnlydnivå som følge av trinnlydreduserende tiltak (for eksempel golvbelegg, tepper, fl ytende overgolv eller lydstrålingsminskende himling), se fi g. 73 a. Trinnlydforbedringstallet, L w (db), angir den forbedringen i L n,w -verdi som et golvbelegg vil gi hvis det legges på en tenkt golvkonstruksjon med en standardisert trinnlydkurve, se fi g. 73 b. Trinnlyddempingen for golvbelegget måles i laboratorium på en golvkonstruksjon som er mest mulig lik den standardiserte konstruksjonen. Den standardiserte trinnlydkurven korrigeres med disse dempningsverdiene, og L w er forbedringen i L n,w. Det er mest vanlig at L w -verdier for golvbelegg refereres til et massivt betongdekke, som vist i eksemplet. en tilsvarende prosedyre kan også gjøres med belegg på et standardisert trebjelkelag. Ett og samme golvbelegg får alltid lavere L w -verdi på trebjelkelaget enn på betongdekket. 74 Trommelyd Trommelyd, L p (db re 1-5 Pa), er lyd i samme rom på grunn av tråkk på etasjeskilleren, se fi g. 74. Det fi ns ingen standardisert målemetode for trommelyd. Fig. 74 Eksempel på trommelydgenerering 8 Flanketransmisjon Fig. 73 a Eksempel på trinnlydnivå med og uten trinnlydreduserende tiltak Flanketransmisjon er energi som overføres mellom rom via fl ankerende konstruksjonsdeler. Flanketransmisjon brukes også om all transmisjon som ikke går direkte gjennom skillekonstruksjonen, for eksempel gjennom kanaler, utettheter, langs rand, over himling o.l. Se fi g. 8. Fig. 73 b Eksempel på beregning av L w for golvbelegg på betongdekke: Kurve 1: Standardisert trinnlydkurve, L n,w = 78 db Kurve : ed trinnlyddemping, L n,w = 6 db L w = 78-6 = 18 db Fig. 8 Eksempel på fl anketransmisjonsveier

8 Referanser 91 Utarbeidelse Dette bladet er revidert av Sigurd Hveem. Bladet erstatter deler av blad med samme nummer og deler av Byggdetaljer og utgitt i Fagredaktør har vært Britt Galaasen Brevik. Faglig redigering ble avsluttet i november 4. 9 Litteratur 91 Nordtestrapport NT easurement of Drum Noise A Pilot Project. Danmark, 4 9 Vigran, Tor Erik. Bygningsakustikk et grunnlag. Trondheim