Grunnleggende akustiske begreper
Akustisk kvalitet er i positiv utvikling i byggebransjen. Få en grunnleggende introduksjon til akustiske begreper og hvordan du beregner lyd i et rom.
Lyd er elastiske svingninger i luft, væsker og faste stoffer. Frekvensen, som måles i hertz (Hz), er et uttrykk for antall svingninger per sekund.
Øret kan oppfatte dype lyder fra ca. 20 Hz til høye lyder på 15 000-18 000 Hz.
Bygningsakustikk arbeider i krevende tilfeller med lyder fra ca. 63-8000 Hz.
Desibel (dB) er en logaritmisk skala som beskriver lydstyrken. Skalaen går i praksis fra 0 dB til 120-130 dB. Sistnevnte lydnivåer kan skade øret.
Ved å bygge inn et A-filter som tar hensyn til frekvens, kan lyden måles i dB(A), som mer konkret uttrykker hvordan øret oppfatter lyden.
Leq-verdien uttrykker lydens sjenerende og skadelige effekt. Skadegrensen for støy på arbeidsplassen er satt til 85 dB(A) i åtte timer, tilsvarende 88 dB(A) i fire timer, 91 dB(A) i to timer og så videre.
Toppverdien for en enkelt kraftig lyd (som et skudd) beskriver man ved toppverdien Lpeak, som aldri må overstige 137 dB.
Dette avsnittet gir en innføring i begrepene og beregningsprinsippene som er nødvendige for å kunne beregne lyd og delvis opplevelsen av lyd i et rom. Med denne grunnleggende kunnskapen er det mulig å være oppmerksom på – og styre utenom – de akustiske fellene som kan oppstå under bygging.
Lyd er elastiske svingninger i luft, væsker eller faste stoffer. Alle stoffer er elastiske, men elastisiteten er størst i luft og minst i faste stoffer. Ta en sykkelpumpe, hold i ventilen og pump. Elastisiteten man herved føler er nettopp elastisiteten til den innesperrede luften.
Figur 1: Utbredelse av en plan lydbølge i luft
Det er molekylene i stoffene som svinger, for eksempel når en høyttalermembran skyver luftmolekylene foran membranen. Den oppståtte vibrasjonsenergien overføres til nabomolekylene, og på denne måten forplanter lyden (dvs. lydenergien) seg til omgivelsene. Når energien treffer øret, settes trommehinnen i bevegelse, og vi hører lyden hvis den har en passende tonehøyde (frekvens) og lydstyrke. (Se figur 1.)
Det kan også oppstå lydsvingninger i faste stoffer. Hvis vi borer i en vegg med en boremaskin, forplantes lydenergien i veggen, og lyden kan deretter bevege seg over lange avstander inne i veggen. Det kan beboere i betongbygg si seg enige i.
Figur 2:
Frekvens er antall (lyd-) svingninger per sekund. Måleenheten er hertz (Hz). Øret er i stand til å oppfatte svingninger i frekvensområdet 20 Hz (svært dyp bass) opp til 15 000-18 000 Hz (svært høy, lys diskant). Etter hvert som vi blir eldre, faller evnen til å høre den aller lyseste diskanten (for eksempel lyden av gresshopper), og i 60-årsalderen ligger grensen på rundt 10 000 Hz.
Innen bygningsakustikk arbeider vi vanligvis med hvordan bygningsmaterialer fungerer i frekvensområdet fra ca. 125 Hz til ca. 4000 Hz. I krevende tilfeller fra ca. 63 Hz til ca. 8000 Hz.
Lydstyrken avhenger av hvor store svingninger lydsvingningene utfører. Man kan uttrykke lydstyrken på flere måter, men generelt måler man hvor kraftig lydtrykket er. Hvis man nå ser på hvor stort et område øret er i stand til å oppfatte, fra svake lydtrykk (små svingninger) til kraftige lydtrykk (store svingninger), viser det seg at øret dekker et kolossalt stort område.
De kraftigste lydtrykkene er dermed rundt en million ganger kraftigere enn de svakeste lydtrykkene vi kan oppfatte. Det er derfor hensiktsmessig å bytte til en annen skala, den såkalte desibelskalaen. Denne skalaen, som er logaritmisk, passer bedre til hvordan øret oppfatter lydvariasjoner. Skalaen er utformet slik at 0 desibel (dB) tilsvarer den svakeste lyden vi kan oppfatte. De kraftigste lydene vi møter ligger på 120-130 dB. Nedenfor vises en skala over vanlige lydnivåer angitt i dB.
Støybarometer
0 dB betyr ikke at det ikke er lyd i det hele tatt. Det betyr bare at vi er på grensen av hva vi kan høre. Det kan godt oppstå lyder som er svakere enn 0 dB, vi kan bare ikke høre dem.
Figur 3:
Støybarometer
Vi skal bare knytte et par andre begreper til lydstyrken som har å gjøre med hvordan lydstyrkens karakter påvirker vår hørsel og vår oppfatning av lyden.
Det viser seg at øret ikke oppfatter alle frekvenser like sterkt. Generelt oppfattes dype toner som svakere enn høye toner, og man snakker om at ørets følsomhet varierer med frekvensen. Når man måler støyens styrke, må man derfor ta hensyn til dette for å få en måleverdi som tilsvarer måten vi oppfatter lyden på.
Figur 4: A-vekting
Det gjøres ved å bygge inn et såkalt A-filter i lydtrykkmålere, som demper dype toner i forhold til høye toner, slik at den målte verdien (grovt sagt) tilsvarer måten vi hører lyden på. Måleverdien kalles dB(A), og hvis vi ser et støynivå angitt som for eksempel 65 dB(A), betyr det at støyen er målt med en lydtrykkmåler der A-filteret var innkoblet. De aller fleste målinger må utføres på denne måten. Det finnes andre vektinger, men de brukes svært sjelden. Offisielle støykrav angis (nesten) alltid i dB(A).
De fleste støypåvirkningene vi møter varierer over tid. Tenk på opplevelsen av trafikkstøy når du står ved siden av veien og hører på den. Eller støy på arbeidsplassen som også varierer gjennom dagen med skift mellom høy og lav intensitet, pauser og så videre. For å håndtere disse situasjonene innføres det ekvivalente konstante lydtrykknivået, Leq. Det er en ren beregningsstørrelse, utført over et bestemt tidsintervall, for eksempel åtte timer. Begrepet er innført for å kunne uttrykke den tidsvarierende støyen (for eksempel trafikkstøy) ved hjelp av et enkelt tall som over den aktuelle tidsperioden representerer samme energi som den aktuelle, tidssvarende støyen. En varierende støy som samles opp over en bestemt tid representerer en samlet energi.
Figur 5:
At det er energi som sammenlignes, henger sammen med at teoriene om støyskader og støyplager er knyttet til den støyenergien man har vært utsatt for. Det vil si at en kraftig, kortvarig støy har samme skadevirkning som en svakere, langvarig støy. Det er ikke helt dekkende, men vi har for øyeblikket ingen bedre modell. Leq-begrepet er nødvendigvis knyttet til en tid, siden det uttrykker en energi. Når man derfor nevner en Leq-verdi, må den ledsages av en varighet, ellers er den meningsløs. Den offisielle skadegrensen for støy på arbeidsplassen heter således:
«Leq = 85 dB(A) over en daglig arbeidstid på åtte timer»
Støydosen man dermed får tilsvarer beregningsmessig 88 dB(A) i fire timer, 91 dB(A) i to timer og så videre. I alle tre tilfellene er støydosen den samme.
Grunnen til at vi må ha med Leq-begrepet i denne gjennomgangen, er at det går igjen i alle kravene myndighetene stiller til støy på arbeidsplassen (som nettopp nevnt), støy fra bedrifter til omgivelsene utendørs, trafikkstøy med mer. Og at begrepet for øvrig svært ofte misforstås, idet man glemmer at det er snakk om en middelverdi. Man kan altså kortvarig ha høyere støynivåer enn Leq-verdien og likevel overholde grensen.
Snakker vi om risiko for støyskader, må vi ha enda et begrep på plass, nemlig lydtrykkets toppverdi eller peak-verdi. Med dette menes det maksimale lydtrykket som kan forekomme i en lydsekvens. Det er lettest å forstå i forbindelse med egentlige impulslyder, for eksempel et skudd eller et trommeslag. Betegnelsen for toppverdien er Lpeak og måles også i dB.
Man kan forestille seg at Leq-verdien, for eksempel av et bilde tatt over kort tid, kan være svært lav, siden varigheten av bildet bare er noen få millisekunder. Likevel viser det seg at kraftige impulslyder kan forårsake varige hørselsskader. Dette er et tegn på at teorien om det ekvivalente konstante lydtrykknivået ikke er skuddsikkert (unnskyld!). Man har derfor utstyrt lydtrykkmålere med en såkalt impuls- eller peak-visning, der man får registrert den absolutte maksimumsverdien når man for eksempel måler på et skudd.
Impulsstøyen måles med en lydtrykkmåler som er utstyrt med dette alternativet. Måleverdien uttrykkes ved Lpeak, for eksempel Lpeak = 127 dB. De offisielle grensene sier at øret ikke må utsettes for toppverdier eller peak-verdier over 137 dB.