Absorbenttyper for romakustikk

Forskjellige typer absorbenter bidrar til en velbalansert etterklangstid, som igjen bidrar til å skape god romakustikk og høy lydkomfort.

• De tre hovedtypene av absorbenter (porøse absorbenter, membran- og resonansabsorbenter) kan kombineres for å oppnå en forhåndsvalgt etterklangstid som er i frekvensbalanse.

• Ofte er det nok å kombinere to typer, for eksempel et porøst absorberende materiale og et membranabsorberende materiale.

• Det er svært viktig å strebe etter en etterklangstid som er lik i hele frekvensområdet. Sammen med rommets form og fordelingen av lydabsorbentene som brukes, har den balanserte etterklangstiden avgjørende betydning for den opplevde akustiske komforten, som er det endelige målet.

Romakustiske problemer oppstår når etterklangstiden ikke forløper jevnt i de ulike frekvensbåndene. Følgende avsnitt presenterer de tre absorberingstypene som – i riktig sammensetning – kan balansere etterklangstiden og gi et behagelig akustisk miljø.

Det er viktig for den akustiske kvaliteten at den valgte etterklangstiden er så uavhengig av frekvensen som mulig. Det betyr i klartekst at hvis man har valgt en etterklangstid på for eksempel 0,6 sekunder, så skal den så langt som mulig være den samme både i bassen, i mellomtoneområdet og i diskanten. En måling av etterklangstiden i et gitt rom vil ganske enkelt kunne avdekke problemene. En del av de romakustiske problemene man møter, skyldes at denne balansen ikke er i orden. Vanligvis er situasjonen at etterklangstiden er lengre i bassen enn i det øvrige frekvensområdet. De lydabsorberende materialene er med andre ord frekvensavhengige i sin virkning. Resultatet kan i noen tilfeller gi en ubehagelig, buldrende lydopplevelse i rommet, altså mangel på akustisk komfort.

Et eksempel: Leilighetsbygg i betong fra 1970-tallet kan gi denne opplevelsen hvis man for eksempel plasserer seg i hjørnesofaen i stuen. Tale og musikk høres merkelig ut i bassen. Velkjente lydabsorbenter som mineralull og lignende er mest effektive i mellomtoneområdet og i diskanten. Så hvis man utelukkende bruker disse typene i prosjektet, kan man løpe inn i de beskrevne problemene med forlenget etterklangstid i bassen. Bassproblemet kan i mange typer bygg løses ved å kombinere to lydabsorbenter, for eksempel ved å montere 25 millimeter Troldtekt med 250 millimeter bakenforliggende mineralull. Som vi skal se i det følgende, er det ikke bare valget av materiale, men også måten materialet monteres på, som bestemmer effekten. La oss se litt nærmere på de ulike absorbenttypene og deres karakteristiske egenskaper. Det finnes tre hovedtyper, se figur 8.

Figur 8: De tre hovedtypene

Disse materialene består, som navnet antyder, av porøst materiale. Mineralull, tekstiler, klær, gardiner, tepper og visse typer skumplast er alle av denne typen. Den lydabsorberende effekten består i at lydenergien når den treffer overflaten, kan trenge inn i materialet. Her omdannes lydenergien til varmeenergi, og dermed kastes bare en liten del tilbake i form av lydenergi. Med andre ord er det skjedd en lydabsorpsjon i materialet. Troldtekt er i sin lydabsorberende virkning en kombinasjon av en porøsitetsabsorbent og en resonansabsorbent (som beskrives nedenfor). Som vi alle husker fra skolen, kan energi aldri oppstå eller forsvinne, bare omdannes. Og i de porøse absorbentene omdannes lydenergi altså til varmeenergi.

Man skal imidlertid ikke tro at man kan utnytte dette forholdet til oppvarming. Energimengdene det dreier seg om er ubetydelige, bare av størrelsesordenen en milliondel eller en milliarddel watt. Som nevnt er de porøse absorbentene mest effektive i mellomtoneområdet og i diskanten, og absorpsjonskoeffisienten forløper vanligvis som vist i figur 9.

Figur 9: Porøs absorbent

Som det fremgår, er den porøse absorbenten, der den er best, svært effektiv med absorpsjonskoeffisienter på opptil 100 prosent, det vil si fullstendig absorberende. Til gjengjeld faller effekten ned mot de lavere frekvensene, og i bassen fungerer den praktisk talt ikke. Det er viktig å merke seg at det samme porøse materialet, for eksempel en 50 millimeter myk mineralullplate, vil virke mer eller mindre effektivt avhengig av hvordan mineralullplaten monteres. Jo tykkere materialet er og/eller jo lenger unna himlingen eller veggen det monteres, desto bedre fungerer det. Se figur 10.

Figur 10:

Den optimale avstanden mellom den faste himlingen og en nedhengt akustikkhimling av mineralulltype er i praksis 200-300 millimeter. Dermed får vi konstruksjoner som er effektive ned til ca. 200 Hz. Merk: 35 millimeter Troldtekt og 50 millimeter mineralull direkte montert gir omtrent samme resultat som en nedhengt himling. Se figur 11.

Figur 11:

I bassområdet må man se seg om etter andre typer absorbenter, spesielt membranabsorbentene, som er de egentlige bassabsorbentene. De utgjør en viktig gruppe absorbenter av flere grunner, men de blir ofte oversett, kanskje fordi de ikke ser ut som noe som kan absorbere. Membranabsorbenten er i sin prinsippform en flat kasse, 100-200 millimeter dyp, montert på veggen med en tynn plate av kryssfiner eller lignende på forsiden og med lett mineralull i kassens hulrom. Se figur 12.

Figur 12: Membranabsorbent, gipsvegg

Hvis man banker med myk hånd på forplaten, vil man kunne høre en dyp tone, litt som en stortromme, men mye svakere. Tonen som høres er resonansfrekvensen til det svingende systemet, som består av frontplaten med en viss masse i kombinasjon med fjæren som utgjøres av den innesperrede luftmengden.

Resonansfrekvensen er også frekvensen som membranabsorbenten absorberer ved å bruke lydenergi til å sette membranen i svingninger. Her skjer det altså en energiomsetning, men denne gangen fra lydenergi til mekanisk svingningsenergi. Den første viktige egenskapen til membranabsorbenten er altså at den absorberer lydenergi ved lave frekvenser. Se figur 13.

Figur 13: Membranabsorbent, parkettgulv på bjelker

Den andre viktige egenskapen til membranabsorbenten er at den så å si opptrer automatisk i vår hverdag, ettersom en del vanlige bygningskomponenter som dører, vinduer, tregulv (på bjelker) og gipsvegger er membranabsorbenter i sin virkning. Absorpsjonskoeffisienten er ikke overveldende, kanskje 15-20 prosent, men siden de til sammen utgjør et vesentlig areal, er effekten viktig. Et eksempel er de store glassflatene i moderne bygg. De gir mange inneklimamessige problemer, men akustisk betyr de at etterklangstiden i rommet ikke øker helt uakseptabelt i bassen. Glassflatene bidrar til å balansere romakustikken fordi de er membranabsorbenter. Prøv å banke med en myk hånd på et stort vindu og hør den svært dype lyden som kommer frem. Det er i dette frekvensområdet at glassruten virker absorberende. Man må huske at membranabsorbenter bare virker i bassen og dermed reflekterer lyd ved høyere frekvenser. Glassflatene kan derfor gi ubehagelige lydrefleksjoner eller ekkoeffekter som må motvirkes på annen måte. Man må også være oppmerksom på at tregulv på bjelker, som jo er membranabsorbenter, kan gi økt trommelyd, det vil si støy som oppstår når man går på gulvet i samme rom. Hvis dette er et problem, kan du prøve å legge et teppe eller en løper på deler av gulvet. Situasjonen kan være aktuell i for eksempel kontorlandskap.

Den tredje hovedtypen er resonansabsorbenter. De bygger på samme prinsipp som det som frembringer en tone når man blåser over munningen på en flaske. Tonen i flasken oppstår ved at det svingende systemet, som består av luftproppen i flaskehalsen, svinger på fjæren som utgjøres av luftmengden som befinner seg nede i flasken. Mekanismen kalles en Helmholtz-resonator, og man finner den i mange systemer, blant annet tverrfløyter, hydrauliske lyddempere og ventilasjonskanaler. I likhet med membranabsorbenten er resonansfrekvensen som høres den frekvensen som absorberes ved at det skjer en energiomsetning fra lydenergi til mekanisk vibrasjonsenergi. I sin rene form ville absorbenten bare absorbere ved én frekvens, noe som ikke ville være praktisk for romakustikkformål (men svært effektivt for eksempel i hydrauliske lyddempere). Ekte lydabsorbenter av resonanstypen er for eksempel perforerte gipsplater, perforerte metalltrapesplater og metallkassetter. Her tilsvarer hullene i platen flaskehalsen og hulrommet bak platen «flaskebeholderen». Se figur 14.

Figur 14: Vanlig perforert ståltrapesplate

Perforerte gipsplater er vanligvis kombinert med et porøst absorberende materiale i hulrommet bak gipsplaten og/eller en tynn filt rett bak platen. Siden det også forekommer en viss membranabsorberende effekt i gipsplaten, får den normalt et ganske bredt virkeområde. Se figur 15.

Figur 15: Vanlig perforert gipsplate