Akoestische aspecten bij het ontwerp van hoge ... - ibpsa-nvl

Symposium IBPSA 11 December 2003Akoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.beAkoestische aspecten bij het ontwerpvan hoge glasoverkapte ruimtenMarcelo BlascoWTCBINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Glasoverkapte ruimtes (atria)Akoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.beIn:Musea / ExpoKantoorgebouwenPublieke gebouwenPleinen tss gebouwenINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Voorbeelden ATRIAAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.beINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Wat is geluid ?Akoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.be• Golffronten celeriteit lucht: c = λ . f ~ 340m/s• vloeistoffen: c ~ 1400 m/s• vaste stoffen: c ~ 5000 m/sINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Isolatie AbsorptieAkoestiek in glasoverkapte ruimtesWihttp://www.bbri.be• Isolatie (akoestisch):R θ,f = 10 log (W i /W d ) [dB]θWrθWaθWd• Absorptie:αθ,W + W= d af Wi[-]INLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Isolatie AbsorptieAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.be• Isolatie tegen geluid:(volle barrières) toepasbaar tussen ruimten onderling• Absorptie: annuleren van resonanties,weergalming ineen spouw of ruimte (minerale wol, geperforeerdepanelen,…) toepasbaar op 1 enkele ruimteINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Isolatie AbsorptieAkoestiek in glasoverkapte ruimtes• voorbeeld:Glaswolplaat (5 cm - 60 kg/m³)akoestische isolatie (lucht): 5 dBakoestische absorptie (gem.): 0.7http://www.bbri.beABSORPTIEGlas (10 mm - 2500 kg/m³)akoestische isolatie (lucht): 37 dBakoestische absorptie (gem.): 0.1ISOLATIEINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

HinderAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.beINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Hinder – Akoestisch comfortAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.be• Geluidsniveau• Frequenties• Tijdsfluctuatie• Herkenbaarheid geluid• Achtergrondniveau Signal to Noise ratio (S/N)• VerstaanbaarheidINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Hinder - GeluidsveldAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.beDiffuus veldDirect veldReëel veldBronr G=Q.A16πINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Is een atrium akoestisch hinderlijk ?Akoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.be• 2 volumes met gelijke absorptie index r GA < r GB• Conclusie: In B moet geluidsvermogen hoger zijnom impact nagalm te ondervinden atria« hinderlijk » bij hoge aanwezige geluidsvermogensBAINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Is een atrium akoestisch hinderlijk ?Akoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.be• Laag geluidsvermogen: Directe veld Nagalm niet duidelijkhoorbaarVocale prestatiedB(A)Vocale prestatiedB(A)Fluisteren 32Zacht 37Relaxed 42Normaal (privé) 47Opgeheven 57Luid 62Zeer luid 67Roepen 72Normaal(publiek) 52Max. roep 77INLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Is een atrium akoestisch hinderlijk ?Akoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.be• Hoog geluidsvermogen: Directe veld + Diffuus veld Nagalm wordt duidelijkhoorbaar 50 dB + 50 dB = 53 dB 100 personen: + 20 dBINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Is een atrium akoestisch hinderlijk ?Akoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.be• Directe geluid + gereflecteerde geluid• Afh. van vorm , behandeling enoppervlaktemateriaal:1. Lang aanhoudende, veelvuldig gereflecteerd geluid nagalm2. Stationair gebied in 3D (bep. freq.band) staandegolven of resonantie3. Serie (korte) echo’s (beprekte freq. omvang) (flutter)echoINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Parameters: Nagalmtijd T / EDTAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.beGELUIDDRUKNIVEAU in een punt [dB]60 dB15 dBt 1T 60t 2TIJD [s]INLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

NagalmAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.be1. Belangrijk criterium in een ruimte nagalmtijd (spectraal)2. Afhankelijk van functie !3. Gemiddelde nagalmtijd =½(T 500 + T 1000 )(in seconden)4. Als nagalm te groot geluid absorberen (Sabine)INLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Correctie nagalm TAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.be• Hoge nagalm : 10-12 m³/persoon• Lagere nagalm : 3-8 m³/persoon of veel absorptie• T met 50% verminderd Lp is 3 dB lager• Nagalmtijd ruimte: gem. bij 500 en 1000 Hz• Men kan T verlagen nooit verhogen (enkel digitaal) Absorptie mbv. baffles, absorberend plafond,panelen, absorberende pleisterwerk,…INLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Absorptiematerialen ter verlaging TAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.be• Type A:Poreuze materialen (dikte, type, vorm)(Doorschijnende geperforeerde folies)• Type B:Resonatoren:membranen (spouwdikte, massa)Helmholtz (vorm)• Type C:CombinatiesINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Type A: Poreuze materialenAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.be• Dikte absorptiemateriaal invloed opfrequentiegamma• Hoe dikker, hoe meer absorptie bijlagere frequenties.INLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

type b: Membraan resonatorHelmholtz resonatorAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.beGebruikt voor absorptie van freq. < 250 HzHelmholtz: perforatie -> mid-hoog freq. absorptieINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

AbsorptieAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.beINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Vermijden staande golvenAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.be• Correcte evenredige verdeling vanresonantiemodi belangrijk (onregelmatigezaalvorm)(parameter = afmetingsverhoudingen)• Vermijd ruimtes met (h,b,l)=(x,nx,nx)• Geen 2 parallele « kale » wanden• Grote volumes veel staande golven positiefINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Ideale afmetingsverhouding (Louden)Akoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.be• Voor regelmatige ruimte• Evenredige verdelingresonantiemodi• Zeer slecht = modivolgens X,Y,Z vallensamenKwaliteit hoogte x-factor y-factor1 1 1.9 1.42 1 1.9 1.33 1 1.5 2.14 1 1.5 2.25 1 1.2 1.56 1 1.4 2.17 1 1.1 1.48 1 1.8 1.49 1 1.6 2.110 1 1.2 1.411 1 1.6 1.212 1 1.6 2.313 1 1.6 2.214 1 1.8 1.315 1 1.1 1.516 1 1.6 2.417 1 1.6 1.318 1 1.9 1.519 1 1.1 1.620 1 1.3 1.7INLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Diffusering geluidAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.be• Homogeen verspreiden geluid• Spraakverstaanbaarheid +/-overal gelijk• Vermijden echo’s• Afmeting onregelmatigheid oppervlak ~ de tediffuseren frequentie• Praktisch: binnenbekleding, decoratie,…INLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Akoestiek in glasoverkapte ruimtes• Gebogen plafonds• Bolle (convexe) vlakken : verstrooiing(diffusering) geluidhttp://www.bbri.beauditoriumINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Akoestiek in glasoverkapte ruimtes• Gebogen plafonds• Holle (concave) vlakken : focuseringgeluidhttp://www.bbri.bevergaderruimteINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Akoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.beReflectieINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Akoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.beReflectieDiffuseringINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Aanpak akoestische studieAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.beEénvoudig geval:• Akoestische studie naarchitecturale• Bereken nagalm• Bepaal vereiste nagalm• Kies absorptie techniek:bepaal A• Plaats materiaal doordachtComplex geval:• Zaalakoestische studietesamen met architecturale– parameters: functie, vorm,flexibiliteit, capaciteit,…– gespecialiseerdstudiebureau (simulaties)• Absorptie kan leiden tottonaliteitverandering en een tekorte nagalmtijd• Objectieve parameters:Nagalm / Vroege nagalm / Klaarheid-Definitie / Ruimtelijke impressie /VerstaanbaarheidINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Vlaams Parlement (Brussel)Akoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.be• Vergaderzaal• Amfitheater, hellende « parterre »• Elektrische versterking• Direct + Diffuus absorptie stijgenAbsorptie door:– Tapijt– Absorberende pleister– Absorb. tussenschotten– Rugleuningen zetels– Personen– Openingen– …INLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

AbsorptieAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.be• Personen (S = 1.7 m²)• Absorptiematten• Absorberende pleisterINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Absorptie index αAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.beGeluidabsorptie poreuze materialenFrequentie (Hz)materiaal dikte (mm) 125 250 500 1000 2000 4000glaswol (12 kg/m³) 45 0.16 0.39 0.8 0.96 1.09 1.2glaswol (55 kg/m³) 60 0.09 0.28 0.74 1.03 1.13 1.18PU opencellig 70 0.11 0.27 0.59 1.08 1.07 1.02Betonsteen 100 0.06 0.08 0.11 0.27 0.51 0.47Geluidabsorptie vlakke panelenmateriaal 125 250 500 1000 2000 4000multiplex 4mm op regelwerk 0.22 0.12 0.14 0.06 0.04 0.09(2.9 kg/m²) met spouw 60 mmidem met 40mm 0.5 0.2 0.12 0.06 0.04 0.09minerale wolAbsorptie door meubelen, gordijnen, bekleding,… hoog frequentie absorptieresonatoren laagfrequente absorptieINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Absorptie index panelenAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.beabsorptie index (frequentie in Hz) 125 250 500 1000 2000 4000Hardboard: 3.5 mm op regelwerk: m''=3.3 kg/m²-spouw 60 mm 0.36 0.11 0.12 0.03 0.05 0.05-idem + 40 mm Mwol 0.58 0.18 0.11 0.09 0.05 0.04-spouw 120 mm 0.54 0.08 0.08 0.07 0.06 0.09-idem + 40 mm Mwol 0.42 0.17 0.09 0.07 0.06 0.09Multiplex: 4 mm op regelwerk: m"=2.9 kg/m²-spouw 60 mm 0.22 0.12 0.14 0.06 0.04 0.09-idem + 40 mm Mwol 0.5 0.2 0.12 0.06 0.05 0.1-spouw 120 mm 0.47 0.1 0.1 0.04 0.07 0.06-idem + 40 mm Mwol 0.43 0.16 0.11 0.05 0.05 0.09Spaanplaat: 19 mm op regelwerk: m"=13.5 kg/m²-spouw 60 mm 0.33 0.1 0.12 0.1 0.14 0.26-idem + 40 mm Mwol 0.29 0.14 0.12 0.11 0.18 0.11-spouw 120 mm 0.3 0.11 0.15 0.08 0.12 0.24-idem + 40 mm Mwol 0.24 0.14 0.16 0.09 0.14 0.17INLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

SimulatiesAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.beINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

DesignprocedureAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.beGlasoverkapte ruimteFunctie ruimteEisenVorm Volume ConfiguratieAbsorptieDiffuseringFlexibiliteit ?Comfort ?Andere aspectenINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Geometrische en digitale zaalakoestiekAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.beOude theaterzalen Moderne cinema ’sSterk reflecterende ruimtes (ATRIA)INLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

Lage en hoge frequentiesAkoestiek in glasoverkapte ruimtesmodale akoestiekgeometrische akoestiekhttp://www.bbri.begrens afh. van dimensies ruimtein bep. ruimtelijke vorm: zoveel mogelijkresonantiesvoor bepaald V, vooral laagfrequenteresonantiesmodaal gedrag (f )Hoge frequenties: gemakkelijk absorbeerbaar (‘treble’)Lage frequenties: moeilijker, buigen om hindernissen (‘bas’)INLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

ZaalvormAkoestiek in glasoverkapte ruimtes• Vermijden echo’s: ∆l < 17 m (Haas-effect)• Muziektoepassingen: ∆l < 27 m helling, hoogte zaal (reflectie panelen)http://www.bbri.be• Moderne cinemazalen: geen reflectie (meestalbalkvormige ruimte)INLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

ZaalvormAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.beMogelijkheid tot spraakversterking doch metecho’s, beter is…INLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES

SimulatiesoftwareAkoestiek in glasoverkapte ruimteshttp://www.bbri.beEmpirisme en ervaring toch zeer belangrijk controles achteraf: fine tuning flexibiliteit kan belangrijk zijnINLEIDING ISOLATIE ABSORPTIE HINDER PARAMETERS SIMULATIES