Etterklang og absorpsjon
Etterklangstiden er viktig for akustikken i et rom, og bestemmes av de valgte materialenes evne til å absorbere lyd. Akustikk bør tenkes inn allerede i byggefasen.
Etterklangstiden er et mål for hvor raskt lyden dør ut i et gitt rom.
Rommets størrelse og valg av materiale er avgjørende for etterklangstiden.
Når vi kjenner absorpsjonskoeffisienten til et materiale og vet hvor mye av materialet som er i et rom, kan vi beregne den totale absorpsjonen i rommet. Måleenheten er «kvadratmeter sabin» (m2 sabin).
Når vi kjenner rommets størrelse og totale absorpsjon, kan vi ved hjelp av «Sabines formel» beregne etterklangstiden allerede før rommet blir oppført.
Denne delen tar for seg forholdene som avgjør hvordan vi oppfatter akustikken i et rom. Nøkkelordet er etterklangstid, og avsnittet viser hvordan man måler den for et gitt rom. Avsnittet viser også hvordan valg av materialer og materialenes evne til å absorbere lyd er avgjørende for etterklangstiden. I tillegg blir «Sabines formel» introdusert. Med den kan man beregne etterklangstiden i et rom allerede mens rommet er på tegnebrettet.
For å forstå hva det er vi opplever ved god og dårlig akustikk, er det viktig å kjenne til begrepet etterklangstid. Dette er nøkkelen til forståelse.
Etterklangstiden er – kort fortalt – et mål på hvor raskt lyden dør ut i et gitt rom, for eksempel når man klapper i rommet. Nøyaktig er det den tiden (i sekunder) fra lydimpulsen opphører eller stopper til lydnivået har falt med 60 dB. Figur 6 viser tidsforløpet av lydtrykknivået til et håndklapp i et rom med kort etterklangstid sammen med tidsforløpet til håndklappet i et rom med lang etterklangstid.
Figur 6: Kort og lang etterklangstid
Den «halen» som oppstår i løpet av tiden i et rom, reagerer ørene våre på, og halen forbinder vi med rommets akustikk. Hvis halen er lang, høres rommet rungende eller klangfullt ut. Hvis halen er kort, høres rommet «tørt ut». Etterklangen har flere karakteristikker. Et bad har en forholdsvis lang etterklang og høres rungende ut (og er herlig å synge i!), men svært forskjellig fra etterklangen i en kirke som også høres rungende ut. Forskjellen i klangen er for det første at de to rommene er svært forskjellige i størrelse, men også at det i kirkerommet er dype toner som klinger ut, og de er ikke til stede på badet. Øret oppfatter disse forskjellene og forbinder dem med rommenes klang eller akustikk.
De enkelte frekvensene dør altså ut forskjellig, noe som er en svært viktig erkjennelse når vi vil skape god akustikk. Man snakker om etterklangstidens frekvensavhengighet, også kalt etterklangskurven, for det gitte rommet. Og ørene våre er svært følsomme for dette forholdet. Vi har nevnt at rommets størrelse (volum) påvirker etterklangstiden i et rom. Et stort rom derfor har en lengre etterklangstid enn et lite rom. Den andre viktige størrelsen som bestemmer etterklangstiden i et rom, er absorpsjonen.
Absorpsjonen er et mål på hvor mye lydabsorberende materiale som finnes i rommet. Noen materialer virker lydabsorberende, selv om det ikke er umiddelbart synlig. Dermed virker gipsplater, glass og enkelte tregulv lydabsorberende i bassen. Det kommer vi tilbake til. De ulike materialenes lydabsorberende effekt er svært forskjellig. Betong og murverk er altså praktisk talt helt uten virkning. Tepper, tekstiler, steinull og glassull, trebetong (Troldtekt) med mer har derimot en kraftig effekt.
Denne egenskapen uttrykkes ved absorpsjonskoeffisienten (α). Absorpsjonskoeffisienten er forholdet mellom lydenergien som absorberes av materialet (faktisk: den ikke-reflekterte lydenergien) og lydenergien som treffer materialet. Absorpsjonskoeffisienten blir dermed en faktor mellom 0 og 1, der 0 uttrykker at materialet ikke absorberer lydenergi i det hele tatt, og 1 uttrykker at materialet absorberer all lydenergien. Betong har som regel en absorpsjonskoeffisient på 0,01-0,02, tilsvarende 1-2 prosent. Troldtekt med underliggende mineralull har som regel en absorpsjonskoeffisient på 0,8-0,9, tilsvarende 80-90 prosent.
Den lydabsorberende effekten av et materiale i et gitt rom avhenger naturligvis ikke bare av hvor stor absorpsjonskoeffisienten er, men også av hvor mange kvadratmeter av materialet som er brakt inn i rommet. Så absorpsjonen eller – mer nøyaktig – det ekvivalente absorpsjonsarealet (A) er altså produktet av arealet i kvadratmeter multiplisert med absorpsjonskoeffisienten:
A = S × α (m2 sabin)
Vi kaller måleenheten «kvadratmeter sabin» (m2 sabin) for ikke å forveksle den med et «normalt» areal. Absorpsjonen uttrykker den totale effekten av det aktuelle materialet i rommet. Den fysiske betydningen av absorpsjon kan uttrykkes som arealet av et åpent vindu (som jo absorberer 100 prosent fordi lyden ikke kommer tilbake) med samme lydabsorberende effekt som det aktuelle antall kvadratmeter av materialet.
Vi tar for eksempel 10 kvadratmeter Troldtekt med en absorpsjonskoeffisient på 0,8. Absorbansen blir 10 × 0,8 eller 8 kvadratmeter sabin. Den samme effekten har 8 kvadratmeter åpne vinduer som absorberer 100 prosent. Så akustisk er det altså det samme å plassere 10 kvadratmeter Troldtekt i rommet som å åpne 8 kvadratmeter vinduer. I akustikkens barndom brukte man faktisk begrepet Open Window Unit, OWU, som betegnelse på absorpsjonen. Veldig pedagogisk.
Vi er nå i stand til å sette opp akustikkens viktigste formel, Sabines formel, som knytter etterklangstiden (T) til rommets volum (V) og absorpsjonen (A), og proporsjonalfaktoren på 0,16:
T = 0,16 × V/A, der A = S × α
Det primære er altså at etterklangstiden er proporsjonal med rommets volum (det vil si at dobbelt så stort volum gir dobbelt så lang etterklangstid) og omvendt proporsjonal med absorpsjonen (dobbelt så stor absorpsjon gir halve etterklangstiden). Proporsjonalitetsfaktoren 0,16 er en konstant som kommer inn for å få pengene til å passe. Etterklangstiden er som kjent definert som tiden det tar for lydnivået å falle med 60 dB. Hadde man valgt en annen definisjon – for eksempel at lydnivået skulle falle med 40 dB – hadde faktoren også blitt en annen.
Sabines formel betyr at det er mulig å beregne den resulterende etterklangstiden på forhånd når rommets størrelse (volum) er kjent, og man samtidig vet hvor mye absorpsjon som bringes inn i rommet. Allerede når rommet eksisterer på tegnebrettet, kan vi altså forutsi den etterklangstiden vi til sin tid vil få i det ferdigbygde rommet. For å kunne foreta beregningen som beskrevet, må man i tillegg til å kjenne til rommets dimensjoner også kjenne til de akustiske egenskapene til materialene som skal brukes.
Dette skjer i form av data for absorpsjonskoeffisienten (α) (se for eksempel tabellen på side 9). Siden materialenes lydabsorberende effekt er frekvensavhengig, gjenspeiles dette i α-verdiene ved de ulike frekvensene, vanligvis i frekvensområdet 125-4000 Hz.
De nødvendige verdiene for α for de ulike materialene kan vanligvis hentes på de enkelte produsentenes nettsider (se for eksempel www.troldtekt.no). I håndbøker og også på Internett kan man finne data for de byggematerialene som ikke definitivt er akustikkmaterialer, som gulv, vinduer, murverk med mer. Tabellen på neste side kan også brukes som utgangspunkt. Som det fremgår, er beregningen lineær, det vil si at bidragene til absorpsjonen fra de ulike materialene og bygningsdelene legges sammen for å få den totale absorpsjonen (A), som inngår i Sabines formel. For et gitt rom utføres beregningen for hvert frekvensbånd separat. På denne måten får vi rommets etterklangstid i hvert frekvensbånd og dermed etterklangskurven for rommet. Etterklangskurven er nettopp etterklangstidens frekvensavhengighet for det aktuelle rommet. Formen på etterklangskurven er et viktig uttrykk for den akustiske kvaliteten i det aktuelle rommet. Det kommer vi tilbake til.
Figur 7:
