ACOUSTIC BUILDING SOLUTIONS
For architects and engineers - Marcello Blasco
Les 1:
The basics
Fundamenten van akoestiek
1. Intro
GELUID
Geluid = een snelle verandering van geluidsdruk Bestaat uit overdruk & onderdruk
De deeltjes bewegen zich van links naar rechts
rond een bepaalde equilibrium (evenwicht) binnen
een medium (lucht, water, …)
Ze blijven dus altijd binnen een bepaalde zone
Hoe snel de deeltjes zich verspreiden hangt af van hoeveel kinetische E ze bevatten
= hoe meer kinetische E
= hoe hogere amplitude = hoe luider
De energie wordt doorgegeven door botsing
Rode lijn = ‘fase’, de deeltjes op deze lijn hebben hier dezelfde ‘elongatie’ op het zelfde moment (golf)
= afwijking van deeltje van
Bv.: Mexian wave → zitten = oorspronkelijke positie
zijn oospronkelijke positie in
→ staan = afwijking
het medium
De golflente is de afstand tussen 2 gelijke punten
Geluid = iets dat niet bestaat zonder het oor trommelvlies vangt trilling op & brein zet het
om in geluid
druk van de atmosfere = 100.000 Pa(scal)
Geluid bestaat uit golven
• A: aantal golven per seconde = frequentie (Hz)
• B: amplitude van de golf = geluidsdruk (p)
= de hoogte van de golf (trilling v lucht),
bepaalt hoe hard het geluid is
Geluidsgolven bestaan uit lucht en bewegen dus volgens een luchtsnelheid (celerity air)
C = . f ~ 340 m/s
, • Vloeistoffen: c ~ 1400 m/s
• Vaste stoffen: c ~ 5000 m/s (logisch want partikels liggen dicht bij elkaar)
Bv.: op doorlopende train rail kloppen → in 1. Sec. hoor je dit 5 km verder
Als mens hoor je liefst veel golven per seconde = hoge frequentie (Hz)
• Wij horen tussen 20 & 20.000 Hz
• 10 Hz kunnen we voelen, niet horen
• 50 – 50.000 Hz: interessant bij gebouwen → lage frequentie gaat makkelijker door gebouwen
• heeft lage golflengte
• altijd grootste problemen in gebouwen
• veel massa nodig om dit op te lossen
…kg/m2 bv.: 500 kg/m2 is goed tegen lage frequentie
Tijdens design in achterhoofd houden want is permanent
SPECTRALE ANALYSE
= analyse om complex signaal (geluid) te ontleden in verschillende frequenties
Kan hierop aflezen soorten & sterkte van frequenties op aflezen
Gebeurt via Fouriertransformatie
Bv.: hoort muzieknoot → klinkt als 1 geluid, eigenlijk:
• grondtoon (bv. 440 Hz)
• meerdere harmonische tonen (880 Hz, 1320 Hz, …)
FT splitst geluid op in deze componenten zodat je ze kunt zien/analyseren
Deze getallen (frequenties) vanbuiten kennen !!
100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000
Methode: elke band (bestaande uit 3 getallen) = 1 octaaf → octaaf sprong = x2
1. Acoustic pressure
Akoestische druk: p (Pa) = de wisselende luchtdruk die ontstaat wanneer een geluidsbron trillingen
veroorzaakt
• geluid = snelle drukschommeling in de lucht
• drukverandering boven & onder normale luchtdruk = akoestische druk
• oren & microfoons ‘meten’ deze drukgolven & vertalen ze naar geluid
p(t) = P(t) – P0 → uitgedrukt in Pascal (Pa)
akoestische druk totale luchtdruk gemiddelde (statische) luchtdruk
= kleine drukschommelding die geluid vorm
, peak (+/-) = amplitude = max. verlenging van de trilling
RMS = root-mean-square = gemiddelde ‘kracht’ van golf
P(t)
P0
P(t)
Vormen Pascal altijd om naar dB om makkelijker te rekenen
Gebruiken hiervoor Akoestische druk level: Lp (acoustic pressure level)
= hoe sterk geluid is i.v.m. gemiddelde luchtdruk P 0
2. Sound Pressure level and decibels
Lp = 10Log (p2/p20) in dB*
Vanaf het gaat over ‘10log’ = decibel → !! dit is geen unit, enkel een indicatie om
• log x = Bel duidelijk te maken dat het over 10log gaat
• 10 log x = deciBel
bij communiceren daarom Rw = … dB gebruiken
• 2.10-5 Pa = P0 = gehoordrempel, vanaf deze druk horen we geluid
• 1013 hPa = gemiddelde luchtdruk
• 20 Pa = max. geluid, zoals vliegtuig dat opstijgt
→ kans op gehoorschade
Is dus een amplitude van 20 Pa
Om een geluidsverandering te horen moet er minstens 3dB verschil zijn:
• 1 dB = horen geen verschil in renovatie minstens 6 dB
• 3 dB = Iedereen hoort verschil verschil horen, anders investering
• 10 dB = enorm verschil niet waard
𝐿𝑝1 𝐿𝑝2 𝐿𝑝𝑚
* Formule toepassen: Lp = 10log (10 10
+ 10 + … + 10 )
10 10
= verschillende geluidsbronnen
REKENEN MET LOGARITMES
• Log (A x B) = Log (A) + log (B) • 10log 1 = 0 dB
• Log (A / B) = Log (A) – log (B) • 10log 2 = 3 dB
• Log (Xn) = n x log X • 10log 4 = 6 dB
• 10log 8 = 9 dB
• 10log 10 = 10 db
Verschil van …
• 0 – 1 dB = +3 dB bij hoogste getal 50 + 51 = 54 dB
• 2 – 3 dB = +2 dB bij hoogste getal 50 + 52 = 54 dB
• 4 – 9 dB = +1 dB bij hoogste getal 50 + 53 = 54 dB
• 10 of meer = +0 dB bij hoogste getal 50 + 60 = 60 dB
, OEFENING
Geg.: concert, totale Lp = 120 dB, elke persoon: Lp = 70 dB Gevr.: hoeveel mensen op het concert?
Opl.:
De trillingen kunnen worden omgezet in een spectrum om ze te analyseren
via fast Fourriertransformatie
= origineel signaal wordt opgedeeld in verschillende sinussen (=frequenties) om het
• Pure toon = periodisch & harmonisch
• Enkel te produceren met elektriciteit
• Bv.: beltoon
• Viool A-toon
• 1 base toon met meerdere harmonies
• Geeft rijke toon → door veel energie in harmonies
• Ruis geluiden
• Schot van een half-automatisch geweer
• Willen we in gebouwen vermijden
• Lage frequenties zijn moeilijkst tegen te gaan
3. Intensity
EXAMEN: Leg ‘isophone’ uit en hoe het menselijk oor werkt
Isophone = een lijn die punten verbindt waar geluiden van verschillende frequenties door het menselijk
oor als even luid worden waargenomen
iso = zelfde, phone = geluid
• Amerikanen Fletcher & Munson ontdekte dit
• 1 lijn is voor menselijk oor dus constant zelfde gelduid,
ondanks verandering dB & energie
• Onder stippellijn horen we niet meer
• Horizontaal: toonhoogte (frequentie) & verticaal: volume (dB)
• Lage tonen (Hz) = meer dB nodig om te kunnen horen
• 1-4 kHz: dip (minder dB nodig) → oor hier gevoeliger voor toon
• Hoge tonen = opnieuw meer dB nodig om te kunnen horen
Bij lage frequentie moet je energie maar klein beetje verhogen om volgende isophone te horen terwijl bij
de middenrage je hier 10 decibel voor nodig hebt (we horen hier meer differentiatie want oor gevoeliger)
DUS: hogere dB wil zeggen dat ons oor minder gevoelig is voor deze toonhoogte, we moeten de
energie dus omhoog draaien om hetzelfde geluid te ervaren & omgekeerd
For architects and engineers - Marcello Blasco
Les 1:
The basics
Fundamenten van akoestiek
1. Intro
GELUID
Geluid = een snelle verandering van geluidsdruk Bestaat uit overdruk & onderdruk
De deeltjes bewegen zich van links naar rechts
rond een bepaalde equilibrium (evenwicht) binnen
een medium (lucht, water, …)
Ze blijven dus altijd binnen een bepaalde zone
Hoe snel de deeltjes zich verspreiden hangt af van hoeveel kinetische E ze bevatten
= hoe meer kinetische E
= hoe hogere amplitude = hoe luider
De energie wordt doorgegeven door botsing
Rode lijn = ‘fase’, de deeltjes op deze lijn hebben hier dezelfde ‘elongatie’ op het zelfde moment (golf)
= afwijking van deeltje van
Bv.: Mexian wave → zitten = oorspronkelijke positie
zijn oospronkelijke positie in
→ staan = afwijking
het medium
De golflente is de afstand tussen 2 gelijke punten
Geluid = iets dat niet bestaat zonder het oor trommelvlies vangt trilling op & brein zet het
om in geluid
druk van de atmosfere = 100.000 Pa(scal)
Geluid bestaat uit golven
• A: aantal golven per seconde = frequentie (Hz)
• B: amplitude van de golf = geluidsdruk (p)
= de hoogte van de golf (trilling v lucht),
bepaalt hoe hard het geluid is
Geluidsgolven bestaan uit lucht en bewegen dus volgens een luchtsnelheid (celerity air)
C = . f ~ 340 m/s
, • Vloeistoffen: c ~ 1400 m/s
• Vaste stoffen: c ~ 5000 m/s (logisch want partikels liggen dicht bij elkaar)
Bv.: op doorlopende train rail kloppen → in 1. Sec. hoor je dit 5 km verder
Als mens hoor je liefst veel golven per seconde = hoge frequentie (Hz)
• Wij horen tussen 20 & 20.000 Hz
• 10 Hz kunnen we voelen, niet horen
• 50 – 50.000 Hz: interessant bij gebouwen → lage frequentie gaat makkelijker door gebouwen
• heeft lage golflengte
• altijd grootste problemen in gebouwen
• veel massa nodig om dit op te lossen
…kg/m2 bv.: 500 kg/m2 is goed tegen lage frequentie
Tijdens design in achterhoofd houden want is permanent
SPECTRALE ANALYSE
= analyse om complex signaal (geluid) te ontleden in verschillende frequenties
Kan hierop aflezen soorten & sterkte van frequenties op aflezen
Gebeurt via Fouriertransformatie
Bv.: hoort muzieknoot → klinkt als 1 geluid, eigenlijk:
• grondtoon (bv. 440 Hz)
• meerdere harmonische tonen (880 Hz, 1320 Hz, …)
FT splitst geluid op in deze componenten zodat je ze kunt zien/analyseren
Deze getallen (frequenties) vanbuiten kennen !!
100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000
Methode: elke band (bestaande uit 3 getallen) = 1 octaaf → octaaf sprong = x2
1. Acoustic pressure
Akoestische druk: p (Pa) = de wisselende luchtdruk die ontstaat wanneer een geluidsbron trillingen
veroorzaakt
• geluid = snelle drukschommeling in de lucht
• drukverandering boven & onder normale luchtdruk = akoestische druk
• oren & microfoons ‘meten’ deze drukgolven & vertalen ze naar geluid
p(t) = P(t) – P0 → uitgedrukt in Pascal (Pa)
akoestische druk totale luchtdruk gemiddelde (statische) luchtdruk
= kleine drukschommelding die geluid vorm
, peak (+/-) = amplitude = max. verlenging van de trilling
RMS = root-mean-square = gemiddelde ‘kracht’ van golf
P(t)
P0
P(t)
Vormen Pascal altijd om naar dB om makkelijker te rekenen
Gebruiken hiervoor Akoestische druk level: Lp (acoustic pressure level)
= hoe sterk geluid is i.v.m. gemiddelde luchtdruk P 0
2. Sound Pressure level and decibels
Lp = 10Log (p2/p20) in dB*
Vanaf het gaat over ‘10log’ = decibel → !! dit is geen unit, enkel een indicatie om
• log x = Bel duidelijk te maken dat het over 10log gaat
• 10 log x = deciBel
bij communiceren daarom Rw = … dB gebruiken
• 2.10-5 Pa = P0 = gehoordrempel, vanaf deze druk horen we geluid
• 1013 hPa = gemiddelde luchtdruk
• 20 Pa = max. geluid, zoals vliegtuig dat opstijgt
→ kans op gehoorschade
Is dus een amplitude van 20 Pa
Om een geluidsverandering te horen moet er minstens 3dB verschil zijn:
• 1 dB = horen geen verschil in renovatie minstens 6 dB
• 3 dB = Iedereen hoort verschil verschil horen, anders investering
• 10 dB = enorm verschil niet waard
𝐿𝑝1 𝐿𝑝2 𝐿𝑝𝑚
* Formule toepassen: Lp = 10log (10 10
+ 10 + … + 10 )
10 10
= verschillende geluidsbronnen
REKENEN MET LOGARITMES
• Log (A x B) = Log (A) + log (B) • 10log 1 = 0 dB
• Log (A / B) = Log (A) – log (B) • 10log 2 = 3 dB
• Log (Xn) = n x log X • 10log 4 = 6 dB
• 10log 8 = 9 dB
• 10log 10 = 10 db
Verschil van …
• 0 – 1 dB = +3 dB bij hoogste getal 50 + 51 = 54 dB
• 2 – 3 dB = +2 dB bij hoogste getal 50 + 52 = 54 dB
• 4 – 9 dB = +1 dB bij hoogste getal 50 + 53 = 54 dB
• 10 of meer = +0 dB bij hoogste getal 50 + 60 = 60 dB
, OEFENING
Geg.: concert, totale Lp = 120 dB, elke persoon: Lp = 70 dB Gevr.: hoeveel mensen op het concert?
Opl.:
De trillingen kunnen worden omgezet in een spectrum om ze te analyseren
via fast Fourriertransformatie
= origineel signaal wordt opgedeeld in verschillende sinussen (=frequenties) om het
• Pure toon = periodisch & harmonisch
• Enkel te produceren met elektriciteit
• Bv.: beltoon
• Viool A-toon
• 1 base toon met meerdere harmonies
• Geeft rijke toon → door veel energie in harmonies
• Ruis geluiden
• Schot van een half-automatisch geweer
• Willen we in gebouwen vermijden
• Lage frequenties zijn moeilijkst tegen te gaan
3. Intensity
EXAMEN: Leg ‘isophone’ uit en hoe het menselijk oor werkt
Isophone = een lijn die punten verbindt waar geluiden van verschillende frequenties door het menselijk
oor als even luid worden waargenomen
iso = zelfde, phone = geluid
• Amerikanen Fletcher & Munson ontdekte dit
• 1 lijn is voor menselijk oor dus constant zelfde gelduid,
ondanks verandering dB & energie
• Onder stippellijn horen we niet meer
• Horizontaal: toonhoogte (frequentie) & verticaal: volume (dB)
• Lage tonen (Hz) = meer dB nodig om te kunnen horen
• 1-4 kHz: dip (minder dB nodig) → oor hier gevoeliger voor toon
• Hoge tonen = opnieuw meer dB nodig om te kunnen horen
Bij lage frequentie moet je energie maar klein beetje verhogen om volgende isophone te horen terwijl bij
de middenrage je hier 10 decibel voor nodig hebt (we horen hier meer differentiatie want oor gevoeliger)
DUS: hogere dB wil zeggen dat ons oor minder gevoelig is voor deze toonhoogte, we moeten de
energie dus omhoog draaien om hetzelfde geluid te ervaren & omgekeerd
