Efterklang og absorption
Efterklangstid er vigtig for akustikken i et rum og er bestemt af de valgte materialers evne til at absorbere lyd. Akustik bør tænkes ind allerede i byggefasen.
-
Efterklangstiden er et mål for, hvor hurtigt lyden dør ud i et givent rum.
-
Rummets størrelse og valget af materiale er afgørende for efterklangstiden.
-
Når vi kender et materiales absorptionskoefficient og ved, hvor meget af materialet, der er i et rum, kan vi udregne den samlede absorption i rummet. Måleenheden er ”kvadratmeter Sabine” (m2Sab).
-
Når vi kender rummets størrelse og samlede absorption, kan vi ved hjælp af ”Sabines formel” udregne efterklangstiden, allerede inden rummet bliver opført.
Dette afsnit fortæller om de forhold, der afgør, hvordan vi opfatter akustikken i et rum. Nøgleordet er efterklangstid, og afsnittet anviser, hvordan man måler den for et givent rum. Afsnittet angiver også, hvordan valget af materialer og materialernes evne til at absorbere lyd er afgørende for efterklangstiden. Desuden bliver ”Sabines formel” introduceret. Med den kan man beregne efterklangstiden i et rum, allerede mens rummet er på tegnebrættet.
For at forstå, hvad det er, vi oplever ved god og dårlig akustik, er det vigtigt at kende begrebet efterklangstid. Dette er nøglen til forståelsen.
Efterklangstiden er – kort fortalt – et mål for, hvor hurtigt lyden dør ud i et givet rum, for eksempel når man klapper i rummet. Helt præcist er det den tid (i sekunder), der går, fra lydimpulsen ophører eller stopper, til lydniveauet er faldet med 60 dB. På figur 6 ses tidsforløbet af lydtrykniveauet af et håndklap i et rum med kort efterklangstid sammen med tidsforløbet af håndklappet i et rum med lang efterklangstid.
Figur 6: Kort og lang efterklangstid
Den ”hale”, der opstår i tidsforløbet i et rum, reagerer vores ører på, og halen forbinder vi med rummets akustik. Er halen lang, lyder rummet rungende eller klangfuldt. Er halen kort, lyder rummet ”tørt”. Der er flere karakteristika for efterklangen. Et badeværelse har en forholdsvis lang efterklang og lyder rungende (og er herligt at synge i!), men meget forskellig fra efterklangen i en kirke, der også lyder rungende. Forskellen i klangen er for det første, at de to rum er meget forskellige i størrelse, men også at der i kirkerummet er dybe toner, der klinger ud, og de er ikke til stede i badeværelset. Øret opfatter disse forskelle og forbinder dem med rummenes klang eller akustik.
De enkelte frekvenser dør altså ud forskelligt, hvilket er en meget vigtig erkendelse, når man vil skabe god akustik. Man taler om efterklangstidens frekvensafhængighed, også kaldet efterklangskurven, for det givne rum. Og vores ører er meget følsomme over for dette forhold. Vi har nævnt, at rummets størrelse (volumen) har indflydelse på efterklangstiden i et rum. Et stort rum har alt andet lige en længere efterklangstid end et lille rum. Den anden vigtige størrelse, der bestemmer et rums efterklangstid, er absorptionen.
Absorptionen er et mål for, hvor meget lydabsorberende materiale, der findes i rummet. Nogle materialer virker lydabsorberende, selvom det ikke ses umiddelbart. Således virker gipsplader, glas og visse trægulve lydabsorberende i bassen. Det vender vi tilbage til. De forskellige materialers lydabsorberende virkning er meget forskellig. Beton og murværk er således praktisk talt helt uden virkning. Tæpper, tekstiler, stenuld og glasuld, træbeton (Troldtekt) med mere har derimod en kraftig virkning.
Denne egenskab udtrykkes ved absorptionskoefficienten (α). Absorptionskoefficienten er forholdet mellem den lydenergi, der absorberes af materialet (egentlig: den ikke-reflekterede lydenergi), og den lydenergi, der rammer materialet. Absorptionskoefficienten bliver således en faktor mellem 0 og 1, idet 0 udtrykker, at materialet overhovedet ikke absorberer lydenergi, og 1 udtrykker, at materialet absorberer al lydenergien. Beton har typisk en absorptionskoefficient på 0,01-0,02, svarende til 1-2 procent. Troldtekt med bagvedliggende mineraluld har typisk en absorptionskoefficient på 0,8-0,9, svarende til 80-90 procent.
En lydabsorberende virkning af et materiale i et givent rum er naturligt nok ikke alene afhængig af, hvor stor absorptionskoeficienten er, men også af hvor mange kvadratmeter af materialet, der er bragt ind i rummet. Så absorptionen eller – mere korrekt – det ækvivalente absorptionsareal (A) er således produktet af arealet i kvadratmeter multipliceret med absorptionskoefficienten:
A = S × α (m2Sab)
Vi kalder måleenheden ”kvadratmeter Sabine” (m2 Sab) for ikke at forveksle den med et ”normalt” areal. Absorptionen udtrykker den samlede virkning i rummet af det pågældende materiale. Den fysiske betydning af absorptionen kan udtrykkes som arealet af et åbent vindue (som jo absorberer 100 procent, eftersom lyden ikke kommer tilbage igen) med samme lydabsorberende virkning som det aktuelle antal kvadratmeter af materialet.
Vi tager for eksempel 10 kvadratmeter Troldtekt med en absorptionskoefficient på 0,8. Absorptionen bliver 10 × 0,8 eller 8 kvadratmeter Sabine. Den samme virkning har 8 kvadratmeter åbne vinduer, som absorberer 100 procent. Så akustisk er det altså det samme at placere 10 kvadratmeter Troldtekt i rummet som at åbne 8 kvadratmeter vinduer. I akustikkens barndom anvendte man faktisk udtrykket Open Window Unit, OWU, som betegnelse for absorptionen. Meget pædagogisk.
Vi er nu i stand til at opstille akustikkens vigtigste formel, Sabines formel, som sammenkæder efterklangstiden (T) med rummets volumen (V) og absorptionen (A), og proportionalitetsfaktoren på 0,16:
T = 0,16 × V/A, hvor A = S × α
Det primære er altså, at efterklangstiden er proportional med rummets volumen (det vil sige, at dobbelt så stor volumen giver dobbelt så lang efterklangstid) og omvendt proportional med absorptionen (dobbelt så stor absorption giver den halve efterklangstid). Proportionalitetsfaktoren 0,16 er en konstant, som kommer ind for at få pengene til at passe. Efterklangstiden er som bekendt defineret som den tid, det tager lydniveauet at falde med 60 dB. Hvis man havde valgt en anden definition – for eksempel at lydniveauet skulle falde med 40 dB – var faktoren også blevet en anden.
Sabines formel betyder, at det er muligt på forhånd at beregne den resulterende efterklangstid, når rummets størrelse (volumen) er kendt, og man samtidig ved, hvor meget absorption, der bringes ind i rummet. Allerede når rummet eksisterer på tegnebrættet, kan vi altså forudsige den efterklangstid, vi til sin tid vil få i det færdigbyggede rum. For at kunne lave beregningen som beskrevet, skal man, foruden kendskab til rummets dimensioner, også have kendskab til de akustiske egenskaber af de materialer, der skal bruges.
Det sker i form af data for absorptionskoefficienten (α) (se for eksempel tabellen side 9). Da materialernes lydabsorberende virkning er frekvensafhængig, afspejles dette i α-værdierne ved de forskellige frekvenser, i almindelighed i frekvensområdet 125-4.000 Hz.
De nødvendige værdier for α for de forskellige materialer kan man typisk hente på de enkelte fabrikanters websites (se for eksempel www.troldtekt.dk). I håndbøger og også på internettet kan man finde data for de byggematerialer, der ikke decideret er akustikmaterialer, såsom gulve, vinduer, murværk med videre. Tabellen på næste side kan også anvendes som udgangspunkt. Som det fremgår, er beregningen lineær, det vil sige, at bidragene til absorptionen fra de forskellige materialer og bygningsdele adderes for at få den totale absorption (A), som indgår i Sabines formel. For et givet rum gennemføres beregningen for hvert frekvensbånd for sig. På denne måde får vi rummets efterklangstid i hvert frekvensbånd og dermed efterklangskurven for rummet. Efterklangskurven er netop efterklangstidens frekvensafhængighed for det pågældende rum. Efterklangskurvens form er et vigtigt udtryk for den akustiske kvalitet af det pågældende rum. Det vender vi tilbage til.
Figur 7:
