Grundlæggende akustiske begreber
Akustisk kvalitet er i positiv udvikling i byggeriet. Få en grundlæggende introduktion til akustiske begreber, og hvordan man beregner lyd i et rum.
-
Lyd er elastiske svingninger i luft, væsker og faste stoffer. Frekvens, som måles i hertz (Hz), er udtryk for antal svingninger per sekund.
-
Øret kan opfatte dybe lyde fra cirka 20 Hz til høje lyde på 15.000-18.000 Hz.
-
Bygningsakustik beskæftiger sig i krævende tilfælde med lyde fra cirka 63-8.000 Hz.
-
Decibel (dB) er en logaritmisk skala, der beskriver lydstyrke. Skalaen går i praksis fra 0 dB til 120-130 dB. Sidstnævnte lydniveauer kan ødelægge øret.
-
Ved at indbygge et A-filter, som tager højde for frekvens, kan lyden måles i dB(A), der mere konkret udtrykker, hvordan øret opfatter lyden.
-
Leq-værdi udtrykker lydens gene- og skadevirkning. Skadegrænsen for støj på arbejdspladsen er sat til 85 dB(A) i otte timer, svarende til 88 dB(A) i fire timer, 91 dB(A) i to timer og så videre.
-
Spidsværdien for en enkelt kraftig lyd (som et skud) beskriver man ved peak-værdien Lpeak, der aldrig må overstige 137 dB.
Dette afsnit giver en indføring i de begreber og de beregningsprincipper, der er nødvendige for at kunne beregne lyd og til dels oplevelsen af lyd i et rum. Med den basisviden er det muligt at være opmærksom på – og styre uden om – de akustiske fælder, der kan opstå i byggeri.
Lyd er elastiske svingninger i luft, væsker eller faste stoffer. Alle stoffer er elastiske, men elasticiteten er størst i luft og mindst i faste stoffer. Tag en cykelpumpe, hold for ventilen, og pump. Den elasticitet, man herved føler, er netop den indespærrede lufts elasticitet.
Figur 1: Udbredelse af en plan lydbølge i luft
Det er molekylerne i stofferne, der svinger, for eksempel når en højttalermembran skubber til luftmolekylerne foran membranen. Den opståede svingningsenergi overføres til nabomolekylerne, og på denne måde forplanter lyden (det vil sige lydenergien) sig til omgivelserne. Når energien rammer øret, sættes trommehinden i bevægelse, og vi hører lyden, hvis den har en passende tonehøjde (frekvens) og lydstyrke. (Se figur 1).
Der kan også opstå lydsvingninger i faste stoffer. Hvis vi borer i en væg med en boremaskine, forplantes lydenergien i væggen, og lyden kan herefter bevæge sig over lange afstande inde i væggen. Det kan beboere i betonbyggeri tale med om.
Figur 2:
Frekvens er antal (lyd-) svingninger per sekund. Måleenheden er hertz (Hz). Øret er i stand til at opfatte svingninger i frekvensområdet 20 Hz (meget dyb bas) op til 15.000-18.000 Hz (meget høj, lys diskant). Efterhånden som vi bliver ældre, falder evnen til at høre den allerlyseste diskant (for eksempel lyden af græshopper), og i 60-års alderen ligger grænsen på omkring 10.000 Hz.
I bygningsakustikken beskæftiger vi os typisk med, hvorledes bygningsmaterialer fungerer i frekvensområdet fra cirka 125 Hz til cirka 4.000 Hz. I krævende tilfælde fra cirka 63 Hz til cirka 8.000 Hz.
Lydstyrken afhænger af, hvor store udsving lydsvingningerne udfører. Man kan udtrykke lydstyrken på flere måder, men i almindelighed måler man, hvor kraftigt lydtrykket er. Ser man nu på, hvor stort et område øret er i stand til at opfatte, fra svage lydtryk (små udsving) til kraftige lydtryk (store udsving), så viser det sig, at øret dækker et kolossalt stort område.
De kraftigste lydtryk er således omkring en million gange kraftigere end de svageste lydtryk, vi kan opfatte. Det er derfor hensigtsmæssigt at skifte til en anden skala, den såkaldte decibelskala. Denne skala, som er logaritmisk, passer bedre til den måde, øret opfatter lydvariationer på. Skalaen er indrettet sådan, at 0 decibel (dB) svarer til den svageste lyd, vi kan opfatte. De kraftigste lyde, vi kommer ud for, ligger på 120-130 dB. Herunder er vist en skala over typiske lydniveauer angivet i dB.
Støjbarometer
0 dB betyder ikke, at der slet ikke er lyd tilstede. Det betyder blot, at vi er på grænsen af, hvad vi kan høre. Der kan godt optræde lyde, som er svagere end 0 dB, vi kan bare ikke høre dem.
Figur 3:
Støjbarometer
Vi skal lige have knyttet et par andre begreber til lydstyrken, som har at gøre med, hvorledes lydstyrkens karakter påvirker vores hørelse og vores opfattelse af lyden.
Det viser sig, at øret ikke opfatter alle frekvenser lige kraftigt. Generelt opfattes dybe toner som svagere end høje toner, og man taler om, at ørets følsomhed varierer med frekvensen. Når man måler støjens styrke, skal men derfor tage hensyn hertil for at få en måleværdi, der modsvarer den måde, vi opfatter lyden på.
Figur 4: A-vægtning
Det gøres ved i lydtrykmålere at indbygge et såkaldt A-filter, som dæmper dybe toner i forhold til høje toner, således at den målte værdi (groft sagt) svarer til den måde, vi hører lyden på. Måleværdien kaldes dB(A), og hvis vi ser et støjniveau angivet som for eksempel 65 dB(A), betyder det, at støjen er målt med en lydtrykmåler, hvor A-filtret var indkoblet. Langt de fleste målinger skal udføres på denne måde. Der findes andre vægtninger, men de bruges meget sjældent. Officielle støjkrav angives (næsten) altid i dB(A).
De fleste støjpåvirkninger, vi komme ud for, varierer over tid. Tænk på oplevelsen af trafikstøj, når man står i vejsiden og hører på den. Eller støj på arbejdspladen, der også varierer dagen igennem med skift mellem høj og lav intensitet, pauser og så videre. For at håndtere disse situationer indføres det ækvivalente, konstante lydtrykniveau, Leq. Den er en ren beregningsstørrelse, udført over et bestemt tidsinterval, for eksempel otte timer. Begrebet er indført for at kunne udtrykke den tidsvarierende støj (for eksempel trafikstøj) ved hjælp af et enkelt tal, som over det pågældende tidsrum repræsenterer samme energi som den aktuelle, tidssvarende støj. En varierende støj opsamlet over en bestemt tid repræsenterer en samlet energi.
Figur 5:
At det er energi, der sammenlignes, hænger sammen med, at teorierne omkring støjskader og støjgener er knyttet til den støjenergi, man har været udsat for. Det vil altså sige, at en kraftig, kortvarig støj har samme skadevirkning som en svagere, længerevarende støj. Det er ikke helt dækkende, men vi har for tiden ikke nogen bedre model. Leq-begrebet er nødvendigvis knyttet sammen med en tid, da det udtrykker en energi. Når man derfor nævner en Leq-værdi, skal den ledsages af en varighed, ellers er den meningsløs. Den officielle skadegrænse for støj på arbejdspladsen hedder således:
”Leq = 85 dB(A) over en daglig arbejdstid på otte timer”
Den støjdosis, man herved får, svarer beregningsmæssigt til 88 dB(A) i fire timer, 91 dB(A) i to timer og så videre. I alle tre tilfælde er støjdosen den samme.
Grunden til, at vi må have Leq-begrebet med i denne gennemgang, er, at det går igen i alle de krav, myndighederne stiller til støj på arbejdspladsen (som lige nævnt), støj fra virksomheder til omgivelserne udendørs, trafikstøj med mere. Og at begrebet i øvrigt meget ofte misforstås, idet man glemmer, at der tale om en middelværdi. Man kan således godt kortvarigt have højere støjniveauer end Leq-værdien og alligevel overholde grænsen.
Taler vi om risiko for støjskade, må vi have endnu et begreb på plads, nemlig lydtrykkets spidsværdi eller peak-værdi. Hermed menes det maksimale lydtryk, der kan forekomme i en lydsekvens. Det er lettest at forstå i forbindelse med egentlige impulslyde, for eksempel et skud eller et trommeslag. Betegnelsen for peak-værdien er Lpeak og måles også i dB.
Man kan forestille sig, at Leq-værdien, for eksempel af et skud, taget over selv kort tid kan være meget lav, da varigheden af skuddet kun er få millisekunder. Alligevel viser det sig, at kraftige impulslyde kan give varige høreskader. Det er et tegn på, at teorien om det ækvivalente, konstante lydtrykniveau ikke er skudsikker (undskyld!). Man har derfor udstyret lydtrykmålere med en såkaldt impuls- eller peak-visning, hvor man får registreret den absolutte maksimalværdi, når man for eksempel måler på et skud.
Måling af impulsstøjen foregår med en lydtrykmåler, der er udstyret med denne mulighed. Måleværdien ud-trykkes ved Lpeak, for eksempel Lpeak = 127 dB. De officielle grænser fortæller, at øret ikke må udsættes for spidsværdier eller peak-værdier over 137 dB.