Introduktion till Akustik

Transkript

1 Introduktion till Akustik Denna skrift är avsedd för dig som har begränsad erfarenhet av akustik och ljudmätning och behandlar parametrar inom byggakustik och delvis utomhusbuller. Skriften förklarar på ett lättfattligt sätt olika grundbegrepp inom akustiken. Matematiken är begränsad till ett minimum och i många fall ges det alternativa beräkningsmetoder med hjälp av enkla tumregler.

2 Ljud är en sammanfattning av alla tryckvariationer som ger en hörupplevelse. Buller är en typ av ljud som är oönskat av lyssnare. Det finns många anledningar till att ljudet är oönskat. De flesta anledningar är rent psykologiska faktorer. Några av de vanligaste är följande: Avsaknad till möjlighet att kontrollera ljudkällan, dvs. ingen möjlighet att stänga av ljudet. Ex: grannens musik. Ljudkällans förmåga att ge egen nytta eller samhällsnytta. Ex: när man klipper en gräsmatta på bekostnad av buller. Ex: ett bullrande flygplan som transporterar personer. När funktionen hos en apparat upplevs felaktig eller trasig. När ljudet hos en produkt upplevs som om produkten har dålig kvalitet. Ljudnivåerna upplevs som obehagligt höga. Men buller är inte alltid statiskt. Samma ljud som betraktas som välljud vid en tidpunkt kan vara buller vid en annan tidpunkt beroende av sinnestämningen. Det betyder att ljud kan vara behagligt vid rätt tillfälle. Ex: Fågelkvitter är behagligt en sommarkväll men inte lika trevligt att väckas av en mycket tidig morgon. 2

3 Ljudtrycket mäts som en avvikelse från det normala luftrycket vilket normalt är 100 kpa. Ljud är en variation i luftrycket vilket innebär att i vakuum kan det inte finnas något ljud. Precis som för dominobrickor, startar en vågrörelse när en partikel sätter nästa luftpartikel i rörelse. Denna rörelse sprider sig gradvis till intilliggande partiklar på allt större avstånd från ljudkällan. Beroende på medium utbreder sig ljud med olika hastighet. I luft utbreder sig ljud med en hastighet av cirka 340 m/s. I vätskor och solida material är utbredningshastigheten högre 1500 m/s i vatten och 5000 m/s i stål. Ljudtrycket påverkas av luftrycket. Vid halverat luftryck får man halverat ljudtryck vilket innebär att en stad som ligger på hög höjd som Mexico City mäter nästan alltid lägre ljudtrycksnivåer än i en stad som ligger lågt som New York. Förutsatt att det är samma ljudkälla. 3

4 Omfång av ljudtrycksnivåer Tryck p [Pa] Ljudtrycksnivå, L p 140 [db] BA Jämfört med det statiska lufttrycket (10 5 Pa), är de hörbara tryckvariationerna mycket små och varierar från 20 µpa (20x10-6 Pa) till kring 100 Pa. 20 µpa motsvarar hörtröskeln hos en normalperson. Den kallas därför helt kort för hörtröskeln. Ett ljudtryck på 100 Pa är så högt att det ger smärta och kallas därför för smärtgränsen. Tryckförhållandet mellan dessa är mer än en miljon till ett, och effektförhållandet mer än 1000 miljarder till ett. Att direkt använda den linjära skalan (Pa) vid mätning av ljudtryck leder till stora och kraftigt spridda tal. Örat reagerar dessutom mer logaritmiskt än linjärt på ett stimuli. Av den anledningen är det mer praktiskt att använda ett logaritmiskt förhållande mellan mätvärdet och ett referensvärde som uttryck för akustiska parametrar. Detta logaritmiska förhållande kallas decibel eller db. Fördelen med att använda db kan tydligt ses på illustrationen på nästa sida. Här kan man se att den linjära skalan med dess stora tal förvandlats till en mer hanterbar skala från 0 db vid hörtröskeln (20 µpa) till 130 db vid smärtgränsen (ca 100 Pa). 4

5 db decibel L p = 20 log p p 0 db re 20 Pa (p 0 = 20 Pa = Pa) Ex. 1: p = 1 Pa L p = 20 log Ex. 2: p = 31.7 Pa L p = 20 log = 20 log = 94 db = 20 log = 124 db BA Eftersom 20 µpa är hörtröskeln anger man styrkan på ljudet som en jämförelse med denna nivå. Förhållandet uttrycks matematiskt som L p = 20 log p/20 µpa. En nivå på 20 µpa motsvara 0 db då log 1=0 OBS!: db är ingen sort utan en logaritmisk jämförelse med ett referenstal som 20 µpa. Andra referenstal finns inom andra områden. Inom undervattensakustik används 1 µpa. För ljudeffekt används 1 pw. 5

6 Upplevelse av db Förändring av ljudnivå (db) Subjektiv upplevelse av ändringen Knappt märkbart Märkbar skillnad Dubbelt (eller 1/2) så högt Stor förändring Fyra gånger (eller 1/4) så högt BA På grund av att hörseln fungerar logaritmiskt krävs ganska stora förändringar i nivå för att ge en märkbar skillnad. 3 db nivåökning innebär fördubblad avgiven effekt och denna skillnad är i många fall knappt märkbar. Trots att en ökning med 6 db motsvarar en fördubbling av ljudtrycket, krävs det en ökning på 8-10 db innan ljudet subjektivt upplevs som väsentligt mycket högre. Men förmåga att uppleva ljudnivåförändringar beror mycket på situationen som tex frekvensinnehåll, ljudnivå och inlärnings effekt. Det är lättare att höra en nivåskillnad vid låga frekvenser som har en hög ljudnivå. Detta trots att vår förmåga att uppleva låga frekvenser är dålig. Inlärnings effekter kan vara avgörande. Personer som har övat upp sitt lyssnande kan ofta höra en skillnad på en halv db. För många personer är den minsta detekterbara skillnaden ca 1 db. 6

7 Hörbart relativt icke hörbart ljud BA Ljud och buller handlar nästan alltid om hörbart ljud. Det hörbara området kallas för Audio- området och täcker frekvensområdet mellan 20 Hz och 20 khz. Även frekvenser utanför detta område kan orsaka problem och är av denna anledning intressanta att mäta i vissa sammanhang. Således kallas området 2 Hz- 20 Hz för infraljud. Om nivån är tillräckligt hög ger dessa ljud upphov till diverse problem som yrsel, illamående, koncentrations-svårigheter, osv. Området mellan 20 khz-200 khz kallas för ultraljud och kan om nivån är tillräckligt hög ge smärtförnimmelse i örat. Ultraljud utbreder sig endast mycket korta sträckor men infraljud kan utbreda sig mycket långa sträckor. 7

8 Phonkurvor BA Örats förmåga att höra olika frekvenser varierar kraftigt. Speciellt låga frekvenser vid låga nivåer har örat svårt att detektera vilket är en fördel då vi annars skulle vara utsatta för ett kontinuerligt lågfrekvent buller från vår egen kropp (hjärta, mage, lungor, osv.) Är nivån mycket hög cirka 100 db är skillnaden i hörbarhet mellan låga frekvenser och andra frekvenser mycket liten. Nivåskillnaden på ett lågfrekvent ljud mellan att inte höra och att få en smärtförnimmelse är betydligt mindre än för andra frekvenser. Det innebär att en liten nivåskillnad vid låga frekvenser kan subjektivt upplevas som en mycket stor skillnad. Detta förhållande kan beskrivas med Phonkurvor där Phon är en subjektiv nivå. Varje Phonkurva visar den nivå i db som krävs för respektive frekvens för att det ska låta lika högt. 8

9 Zwickers teori om maskeringseffekt Zwickers teori går ut på att visa att frekvenser som ligger i närheten av en ton inte är hörbara. I synnerhet frekvenser som ligger direkt högre i frekvens än tonen. Maskeringen är betydligt kraftigare för frekvenser som ligger högre än det störande ljudet. Tex: vokaler (vid 500 Hz) maskerar konsonanter (vid 2000 Hz). Ljud som ligger lågt i frekvens har starkare maskeringseffekt än det som ligger högt i frekvens. Kurvorna visar att även om man bara har alstrat enbart en ton så kommer allt under linjerna att vara ohörbart. Kurvan som visar en ton i 250 Hz har nått en nivå på 60 db och har en maskeringseffekt för frekvenser upp till 1000 Hz. Ju starkare tonen är desto starkare och bredare är maskeringseffekten. I bilden kan man se en ton vid 1000 Hz som ökar i nivå och därmed också bredare maskeringseffekt. 9

10 Utöver att man har maskeringseffekt i frekvens har man en maskeringseffekt i tid. Det innebär att omedelbart efter ett starkt ljud (lång vokal) har man svårt att uppfatta ljud som ligger nära i tid, t ex: ät. I bilden motsvarar vokalen ä masking noise och det tar 200 ms innan all maskeringseffekt har försvunnit. När konsonanten kommer före så hörs den tydligare, t ex: ta. I bilden ser man på vänster sida att maskeringseffekten är mindre när konsonanten ligger före det maskerande ljudet. Låga frekvenser bildar stående vågor eller resonanser i rum vilket gör att nivån blir stark men även att de ligger kvar och ringer i tid. Högre frekvenser som konsonantljud (vid 2000 Hz) är däremot svaga och mycket korta i tid. Det dör ut mycket snabbt i rummet. Bilden visar en professionell studio där man har god kontroll på rummets akustik. Trots det ser man starka tendenser till lågfrekvens resonanser. I normala rum är dessa resonanser mycket starka och utdragna i tid. Det innebär att låga frekvenser har maskeringseffekt såväl i frekvens som i tid. 10

11 Olika vägningskurvor BA Då olika frekvenser uppfattas olika starkt vid olika nivåer kan man inte mäta totalnivån på ett ljud utan att ta hänsyn till detta då man önskar få en siffra på hur örat upplever ljudstyrkan. Av den anledningen finns det olika vägningsfilter som korrigerar nivån på de olika frekvenserna på ett sätt som liknar örats egenskaper. A filter är klart dominerande vid bullermätning och är anpassad till örats funktion vid låga nivåer Vid höga nivåer och låga frekvenser blir detta dock missvisande. Av den anledningen har C vägning kommit till användning som ett komplement. B filter är avsett för medelhöga nivåer men används nästan aldrig. D filter är anpassad för flygbuller men används mycket sällan. Leq(A) och Leq(C) är väldigt viktiga värden i en byggnad och dessa finns kravställda i Boverkets (SS), Arbetsmiljöverkets (AFS) och Socialstyrelsens (SOS) skrifter. 11

12 Frekvens och våglängd BA Det är viktigt att ha en känsla för sambandet mellan frekvens och våglängd eftersom både mätfel och åtgärder direkt påverkas av vilka frekvenser som dominerar. På så sätt kommer en kropps dimension att påverka det frekvensområdet där våglängden rimligt stämmer överens med dimensionen på objektet. Det kan vara bra att lära sig att 100 Hz (mycket låg frekvens) har våglängden 3,5 m, 1000 Hz (medelhög frekvens) har våglängden 35 cm och 10 khz (mycket hög frekvens) har 35 mm. På så sätt kommer en ½ mikrofon att påverka frekvenser över 10 khz samtidigt som ett normalt bostadsrum påverkar frekvenser runt 100 Hz. 12

13 Myndigheter och deras krav De viktigaste myndigheterna för buller och akustikfrågor är Boverket, Arbetsmiljöverket och Socialstyrelsen. Kraven från Boverket är sammanfattade i BBR som ansluter till SS 25268:2007 för offentliga miljöer. Sedan år 2008 är kraven i SS automatiskt antagna som BBR.s krav, vilket innebär att när standarden uppdateras så uppdateras även BBR. Ljudkrav finns i fyra klasser: A,B,C och D. Vid en byggnads färdigställande skall enligt besiktningsprotokollet kraven i ljudklass C vara uppfyllda. Det kan finnas särskilda skäl till att avvika från detta men då ska en avvikelserapport som är godkänd av byggnadsnämnden finnas som underlag. Byggentrepenär ansvarar för besiktning. När byggnaden sedan tagits i bruk gäller Arbetsmiljöverkets krav AFS 20005:16 för arbetande och Socialstyrelsens krav SOSFS 1996:7 och SOSFS 2005:6 för elever i skolor och boende. Således kan samma typ av lokal ha krav från Socialstyrelsen och från Arbetsmiljöverket. 13

14 AFS 2005:16 Störande buller Begreppet störande buller omfattar både psykologiska och fysiologiska effekter av buller. De psykologiska effekterna är i första hand relaterade till upplevelsen av bullret. Hit hör också vissa effekter som den som utsätts för buller inte nödvändigtvis själv kopplar till bullerexponeringen, exempelvis trötthet och irritation. Störande och stressande buller kan även leda till fysiologiska reaktioner av olika slag, t.ex. ökad hjärtfrekvens, förhöjt blodtryck och utsöndring av stresshormoner. Samverkan mellan de psykologiska och fysiologiska effekterna kan även förekomma. Regler och råd om arbetsrelaterade hälsorisker och medicinska kontroller finns i föreskrivna om medicinska kontroller i arbetslivet. Störningsupplevelse av buller påverkas av flera faktorer i samband med bullerexponering. En översiktlig genomgång av störande buller och dess inverkan ges här. Inverkan av ljudets egenskaper De egenskaper som främst påverkar upplevelsen är ljudets styrka samt dess frekvens- och tidskaraktär. Graden av störning ökar vanligtvis med ökande styrka hos ljudet. Om ett ljud innehåller hörbara toner ökar vanligen störningsgraden. Ljud som varierar i nivå eller karaktär upplevs ofta som mer störande än konstanta ljud. Ljud där låga frekvenser dominerar verkar vanligen tröttande. Eftersom risken för störning beror på flera egenskaper hos ljudet kan en bedömning sällan göras enbart med hjälp av något enkelt mätvärde, te.ex. ekvivalent A-vägd ljudtrycksnivå, utan hänsyn kan även behöva tas till ljudets frekvens- och tidskaraktär. Om bullret är konstant och relativt jämnt fördelat i frekvensområdet Hz kan dock den ekvivalenta A-vägda ljudtrycksnivån vara ett relativt bra mått på förväntad störning. Inverkan av andra faktorer Risken för störning kan heller inte bedömas enbart utifrån ett ljuds egenskaper. Samma ljud kan få skilda effekter i olika situationer och för olika personer. För att bedöma risken för störning på en arbetsplats behöver man därför vanligen beakta förhållanden utöver ljudets egenskaper. Några av de viktigaste beskrivs nedan. 14

15 Individuella skillnader Den individuella känsligheten för buller är olika och det är därför viktigt att hänsyn tas till enskilda individens behov. Hörselskadade är t.ex. en grupp som av flera skäl är mer känslig för buller vilket är viktigt att beakta i samband med hörselskadade arbetstagare. Den som ännu inte helt lärt sig sin arbetsuppgift kan också antas bli mer störd av buller än den med stor erfarenhet. Bullrets maskeringseffekter En allvarlig olägenhet med buller är dess förmåga att maskera önskvärt ljud som tal och annan viktig information. Bullrets maskering av tal är i situationer där det är viktigt att kunna uppfatta tal helt avgörande för den subjektiva reaktionen på bullret. Maskeringen beror dels på styrkan och frekvensinnehållet hos det störande ljudet, dels på hörselns känslighet för maskering vilket i sin tur beror av eventuell hörselnedsättning. Förmågan att uppfatta tal beror dessutom på språk och lyssnarens ålder. I en bullrig miljö har en lyssnare svårare att uppfatta tal på ett främmande språk jämfört med tal på sitt modersmål. En ung person har inte hunnit inpränta språkets alla mönster och regler och är därför sårbarare än en vuxen. Hos äldre försämras informationsbehandlingen i centrala banor i hjärnan, vilket ger större sårbarhet för störande ljudmiljö. I tabell 1 redovisas en bedömning av möjligheterna till talkommunikation vid olika bakgrundsbullernivåer. Tabell 1 Förhållanden för talkommunikation relaterade till bakgrundsbullrets nivå A-vägd ljudtrycksnivå (db) Förhållanden för talkommunikation 70 Samtal med hög röst kan nätt och jämnt föras på 1m avstånd för personer med fullgod hörsel. 55 Miljö som uppfyller genomsnittliga krav på fungerande talkommunikation med normal röststyrka på näravstånd från talaren. 50 Som ovan men på 5-10 m avstånd. 40 Miljö som uppfyller genomsnittliga krav på säker taluppfattbarhet på nära håll också för hörselskadade och äldre lyssnare samt vid kommunikation på språk som inte är lyssnarens modersmål. 35 Som ovan men på 5-10 m avstånd. 15

16 I miljöer rika på efterklang lever tidigare talljud kvar som ekon i rummet och maskerar efterföljande ljud. Efterklangstider på ca 0,8 s och därunder innebär i de flesta fall acceptabel störning från rumsekon. I större lokaler med längre efterklangstid, t.ex. aulor och stora konferenslokaler, krävs som regel speciella högtalaranläggningar för att skapa rimlig taluppfattbarhet. I lokaler för barn, äldre och hörselskadade där krav ställs på god taluppfattbarhet kan efterklangstider understigande 0,5 s behövas. Buller kan, på grund av dess maskerande effekt, även allvarligt försämra möjligheterna att uppfatta akustiska varningssignaler och tex ljud från ett annalkande fordon och kan därför utgöra en indirekt olycksrisk. Det är också svårare att uppfatta varifrån ett ljud kommer ju mer efterklangsrik en miljö är. Om bakgrundsbullret har sådan nivå att röststyrkan ofta behöver höjas för att talet ska kunna uppfattas tillräckligt bra finns även risk för röstproblem. Detta är speciellt angeläget att beakta i miljöer där talkommunikation är viktig, t.ex. i skolor och förskolor. För att höras i buller höjer talaren såväl röststyrkan som röstläget och pressar ofta rösten. Detta kan innebära slitage på stämbandsslemhinnan och påfrestning på struphuvudets muskulatur. Kvinnor löper större risk än män att få problem med rösten vid arbete i miljöer där röststyrkan behöver höjas. Arbetsuppgiftens betydelse Man är särskilt känslig för buller under arbete med mer komplexa uppgifter, speciellt arbetsuppgifter som kräver att man behandlar information i tal eller skrift. Förutsägbarhet och kontroll Bullret uppfattas vanligen som mer störande och tröttande då det varierar på ett sätt som den exponerade inte kan kontrollera eller förutsäga. Bullrets upplevda nödvändighet När bullret är ett resultat av den exponerades eget arbete eller av den verksamhet i vilken vederbörande ingår upplevs det vanligen som mindre störande än om det betraktas som helt ovidkommande och möjligt att eliminera. Därför är det bl.a viktigt att informera om åtgärder som vidtagits mot bullret och om de eventuella svårigheter som hindrar ytterligare förbättringar. 16

17 Ovidkommande tal Ovidkommande tal är påtagligt distraherande och är på många arbetsplatser det mest störande ljudet. Det blir särskilt störande när man arbetar med en uppgift som är av verbal karaktär. Det ovidkommande talets ljudnivå är här av begränsad betydelse, så länge det går att uppfatta. Stress, trötthet och prestation Buller kan på flera sätt bidra till den mentala belastningen i en arbetssituation och därmed göra arbetet mer tröttande och/eller ge upphov till stressymptom av olika slag. Detta kan i sin tur leda till att man presterar sämre. Man kan bli trött på grund av direkt påverkan av bullret, speciellt när man utsätts för höga ljudnivåer under längre tid. Monotona ljud, även på måttliga nivåer, kan göra att man blir sömnig, speciellt om ljudet är lågfrekvent. Buller kan göra arbetsuppgifterna mer ansträngande och tröttande, speciellt om uppgifterna kräver att man uppfattar tal eller annan akustisk information eller när de i övrigt är sådana att man är känslig för distraktion. Den ökade ansträngningen innebär ofta att man är extra trött efter arbetet vilket kan leda till en försämring av prestationsförmågan på längre sikt. Buller kan också leda till att man sänker sin ambitionsnivå vilket kan ha negativ inverkan på arbetets kvalitet. För känsliga personer, tex. Hörselskadade, ökar risken för negativ påverkan. Läsförståelse, läskunnighet och språkförståelse hos barn har också visat sig försämras under pågående bullerexponering. Lågfrekventbuller Lågfrekvent buller definieras i detta sammanhang som buller med dominerande ljudenergi inom frekvensområdet 20 till 200 Hz. Lågfrekvent buller kan ge upphov till trötthet och sömnighet men även vara störande i vissa situationer. Risken för störning ör störst i miljöer med stora krav på stadigvarande koncentration. Förutom bullrets nivå har dess tidskaraktär stor betydelse för störningsupplevelsen. Detta innebär att en bedömning i många fall inte kan göras enbart utifrån mätning av ekvivalenta ljudtrycksnivåer utan man kan även behöva ta hänsyn till hur bullret varierar med tiden. Om skillnaden mellan C-vägd och A-vägd ljudtrycksnivå är mindre än 15 db kan störningen på grund av lågfrekventbuller i de flesta fall uteslutas. Vid större skillnader är det lämpligt att genomföra en tersbandsanalys för att få ett säkrare bedömningsunderlag. Nedanstående värden i tabell 2 kan då användas som stöd när störningsrisken bedöms. Värdena torde i de flesta fall vara tillämpbara även på buller som har en från störningssynpunkt ogynnsam tidskaraktär. 17

18 Tabell 2 Exponeringsvärden för lågfrekvent ljud Mittfrekvens 1/3-oktavband (Hz) 25 31, Ekvivalent Ljudtrycksnivå (db) Värdena är tillämpbara för arbetsförhållanden där stora krav ställs på stadgivande koncentration. Planering av arbete Till 4 Det är inte möjligt att ange ett generellt samband mellan exponering, dvs. det buller som vederbörande utsätts för, och störningsupplevelse. Ofta kan även buller med låg nivå upplevas som mycket störande. Särskilt vid lägre ljudnivåer kan också känsligheten för bullrets störande inverkan variera avsevärt mellan olika individer. Det går därför inte att ange någon nedre gräns då bullerdämpande åtgärder inte längre är motiverande. Bedömning får därför göras från fall till fall och grundas på bl.a. besvärsupplevelse, talmaskering, aktuell ljudnivå, bullerexponeringens frekvens- och tidskaraktär samt tekniska möjligheter att begränsa bullret. Det är viktigt att följa den tekniska utvecklingen vid bullerbegränsning och tillämpa aktuella metoder när den genomförs. Bullerbegränsning vid själva ljudkällan är i allmänhet den mest ekonomiska och effektiva metoden. Värdena för ekvivalent A.vägd ljudtrycksnivå i tabell 5 kan tjäna som vägledning när man bedömer en bullersituation samt vid projektering, planering och inköp av ny utrustning. 18

19 Tabell 5 Exponeringsvärden för olika arbetsförhållanden Grupp Arbetsförhållanden I II III IV Stora krav på stadigvarande koncentration och på säker taluppfattbarhet Stora krav på stadigvarande koncentration eller behov av att kunna föra samtal obesvärat. Gynnsamma möjligheter att erhålla relativt låg ljudnivå. Betydelsefullt att kunna samtala eller stadigvarande krav på precision, snabbhet eller uppmärksamhet. Verksamhet där bullrande maskiner och utrustning används och som normalt ej omfattas av grupperna I, II och III. Exempel på aktiviteter Exponering under normal arbetsdag Ekvivalent A-vägd Ljudtrycksnivå Undervisning (där maskiner och andra bullerkällor normalt inte används i undervisningen) Kontorsarbete utan Bullrande kontorsmaskiner. Patientsamtal och liknande. Sammanträden. Processkontroll och fjärrstyrning. manuell montering, kontroll sortering, packning lagerarbeten mm. Servering i restauranger. (med undantag för dansrestauranger och diskotek). Huvudsakligen praktiskt arbete, arbete med maskiner och processer i verkstäder och industrier. Jord- och skogsbruk, bygg och anläggningsverksamhet. Betjäning av last- och transportutrustning. Arbete i dansrestauranger och diskotek. 35 db *) 40 db *) 55 db *) 75 db *) För grupperna I, II och III gäller att ljudbidrag från den egna verksamheten inte omfattas av det värde som anges i tabellen. 19

20 Enkla regler för omvandling Ljudtryck, p [Pa] BA För att förenkla db-räkning är det praktiskt att lära sig några olika omvandlingsregler, dels mellan tryck i Pascal och ljudtrycksnivå i db och dels mellan effekt och ljudtrycksnivå i db. Eftersom effekten är proportionell mot trycket i kvadrat blir db förhållandena dubbelt så stora för en höjning av ljudtrycket än för en höjning av ljudeffekten med samma faktor. Detta kan visas i nedanstående tabell faktor höjning i db för effekt ,5 9 9, höjning i db för tryck Se följande exempel. 20

21 Ex. I ett rum finns en pump installerad, ljudnivån i rummet är p.g.a. denna pump 47 db(a). Man vill nu installera ytterligare 3 st lika pumpar i detta rum. Hur hög kan ljudnivån förväntas bli? 1 pump låter 47 4 pumpar låter 4x mer, dvs + 6 db = 53 db Eller log 4 = 53 db Ex. I ett klassrum finns en dator installerad, ljudnivån i rummet är p.g.a denna dator 38 db(a). Man vill nu installera ytterligare 24 st datorer i detta rum. Hur hög kan ljudnivån förväntas bli? 1 dator låter datorer låter 25x mer, dvs + 14 db = 52 db Eller log 25 = 52 db Ex.I en tätort enkelriktar man trafiken på en gata. Detta innebär att trafiken halveras. Hur många db minskar dygnsekvivalenta värdet genom denna åtgärd? ½ effekten = - 3 db Ex 4. En lokal har hela takytan klädd med gamla övermålade absorbenter, vilka har ett α-värde på 0,1. Man klär nu hela taket med klass A absorbenter som har ett α-värde på 0,9 till 1. Hur många db minskar efterklangsfältet i nivå. 9x till 10 x mer absorption sänker ljudnivån med ca 10 db. 21

22 Två ljudkällor L p1 = X db L p2 = X db L p1 + L p2 = X + 3 db BA Två lika stora ljudkällor som inte är korrelerade till varandra (beroende av varandra) ger alltid en nivåhöjning med 3 db jämfört med den enskilda ljudkällan. Detta innebär att ljudkällor nästan alltid adderar sig effektmässigt. En fördubbling av ljudtrycket erhålls endast när ljuden adderar sig i samma fas (tidsläge). Ett sådant fall kan vara ljudtrycket på en väggyta där det infallande och reflekterande ljudet har samma läge. 22

23 Addition av db nivåer 1.4 db L + db 3 2 Exempel: L 1 L 2 L L + L t = = = = = 55 db 51 db 4 db 1.4 db = 56.4 db db L db BA Om ljudnivån från två eller fler ljudkällor har uppmätts separat, och man vill veta den sammanlagda ljudnivån, måste man addera dessa till varandra. Vid addition av db kan man använda sig av tre olika metoder. Antingen det strikt matematiska, en enkel tumregel eller med hjälp av ett enkelt nomogram som visas i bilden med exemplet. Matematiskt kan db adderas enligt: L= 10 log (10 x1/ x2/ xn/10 ) Tumregeln som visas med nedanstående tabell är praktiskt att använda i fält eftersom den är lätt att lära sig utantill. skillnad tillägg Märk att skillnaden L = 0 motsvarar situationen visad i den förra figuren där 3 db adderades enbart på grund av en ytterligare ljudkälla. Om skillnaden mellan de två ljudtrycksnivåerna är mer än 10 db, kan man bortse från bidraget från den svagaste ljudkällan. 23

24 Vid mätning på en bullerkälla i ett rum kommer olika ljudfält att dominera på olika avstånd från ljudkällan. Beroende på vilket ljudfält som dominerar är olika mätmetoder att föredra. I den direkta närheten av ljudkällan fungerar ljudtrycks mätning dåligt. Här är i stället en två mikrofons teknik benämnd ljudintensitet att föredra. Närfältet sträcker sig ut till ett avstånd som är lika stort som ljudkällan själv. I frifältet där ljudutbredningen följer avståndslagen fungerar ljudtrycks mätning med frifältmikrofon bra. I efterklangsfältet som kännetecknas av att nivån nämnvärt förändras av avståndet fungerar ljudtrycks mätning med diffusfälts mikrofon bra. I samtliga fall gäller att medelvärdes bildning i flera punkter är nödvändigt. Ett vanligt misstag är att mätta på ventilationen i närheten av frånluften eller tilluften. Det finns strikta normer som beskriver flerpunktsmätning i efterklangsfältet och där ett medelvärde av alla punkter måste beräknas. Se följande exempel. 24

25 Ex. I ett klassrum med stora krav på koncentration och på säker taluppfattbarhet har man uppmätt nivåer från trafik till 30 dba, ventilation till 30 dba, andra fasta installationer till 31 dba och en projektor till 41 dba. Vad blir den totala bakgrundsnivån? Uppfyller lokalen kravet från AFS? = 33; 31+33= 35; = 42 db(a) Kravet på bakgrundsbuller från AFS för lokaler med stadgivande koncentration är 35 db(a) uppfylls inte pga projektorn. Ex. I en lokal är två maskiner installerade som vardera ger 62 db(a). En ny maskin installeras som ger 65 db(a) i ljudtrycksnivå. Vad blir den samlade ljudtrycksnivå? = 65; = 68 db(a) Ex. I ett rum skall ljudnivån (dbc) från fasta installationer bestämmas. Man mäter ljudnivån i tre olika punkter. Nivåerna uppmättes till 32 db, 38 db och 42 db i resp punkt. Vad blir ljudnivån (medelvärde) för hela rummet = 39 ; = 44 ; 44 delad med 3 = 44 5 = 39 db ; då x3 = +5 och 1/3 = -5 db(medelvärde) = 10 log (10 32/ / /10 / 3 ) = 39 db Ex. Beräkna medelvärde i db 29 db, 35 db och 39 db = 36; = 41 ; 41 delad med 3 blir 41-5 = 36 db 50dB och 100 db = 100 ; 100 delad med 2 blir = 97 db 50dB och 60 db = 60 ; 60 delad med 2 blir 60 3 = 57 db 0 db och 100 db = 100 ; 100 delad med 2 blir = 97 db 25

26 Subtraktion av ljudnivåer L kölla+bakgrund [db] L bakgrund [db] BA Subtraktion av ljudnivåer används framför allt när man vill kompensera för det tillägg som bakgrundsljudet ger. Tex: när man vill mäta på ett industribuller som har trafikbuller som bakgrund. Man vill då enbart ha en siffra på industribullret genom att räkna bort trafikbullret. Förutsättningen enligt reglerna är att trafikbuller har en lägre nivå än industribullret samt att det finns möjlighet att mäta trafikbullret separat. Om L är mindre än 3 db är bakgrundsnivån för hög för att få en tillförlitlig mätning och ett korrekt resultat kan inte erhållas förrän bakgrundsnivån reducerats. Om skillnaden däremot är mer än 10 db kan man bortse från bakgrundsnivån. Att utvärdera buller handlar oftast om att bedöma påverkan från en specifik bullerkälla, t.ex. buller från en bestämd industrianläggning. Detta är inte alltid en lätt uppgift. I praktiskt taget varje miljösituation bidrar ett stort antal olika bullerkällor till bullret i en bestämd punkt. Omgivningsbuller är det totala bullret summerat från alla källor industribuller, trafikbuller, fågelsång, rinnande vatten, etc. Specifikt buller är det buller som skall utvärderas. Det specifika bullret är en av komponenterna i omgivningsbullret och är direkt förknippat med den specifika källan. Bakgrundsbuller är omgivningsbuller utan det specifika bullret. Bakgrundsbullret är det buller som finns kvar när just den specifika bullerkällan stängs av. 26

27 Subtraktion av db-nivåer L db Ex: L S+N L N L L L S = = = = = 60 db 53 db 7 db 1 db 60 1 = 59 db L S ~ L S+N L db BA Vid subtraktion av db kan man använda sig av tre olika metoder, det matematiska, tumregel och med hjälp av ett enkelt nomogram som visas i bilden. Matematiskt kan db subtraheras enligt L= 10 log ( 10 x1/10-10 x2/ xn/10 ) Tumregeln visas i nedanstående tabell. skillnad avdrag 0-3 ej tillåten , ,5 >

28 Ex. En industri gränsar mot ett bostadsområde. Man mätte nivån från industrin till 47 db(a). När industrin var stängd mättes trots det nivån till 42 db(a) från annan verksamhet än industrin. Hur hög var den nivån industrin alstrade? 47 db 42 db blir ca 45 db då 5 db skillnad = -1,5 db Eller 10 log (10 47/ /10 ) Ex. Ett klassrum har en bakgrundsnivå från fasta installationer på 30 dba. En projektor installeras och man mäter då nivån till 37 db(a). Vad var nivån från enbart projektorn? 37 db 30 db = 36 db då 7 db skillnad = -1 db Eller 10 log (10 37/ /10 ) Ex. Vid mätning av ljudtryck på en maskin visade mätaren 77 db(a), med maskinen avstängd var nivån 74 db(a). Vad uppskattar du maskinens verkliga nivå till? 77 db 74 db = 74 db ; då 3 db skillnad = -3 db 28

29 Dämpat (Anechoic) och efterklangsrum Ett fritt fält förekommer i laboratoriemiljö i ekofria rum. Där breder ljudet ut sig BA /1 enbart radiellt från ljudkällan och reflexerna har försumbar nivå. Detta ljudfält antas också i huvudsak föreligga vid utomhusmätning samt i direkt närhet till en bullerkälla. Diffusfält förekommer renodlat i speciella efterklangsrum som används i laboratoriemiljö för att mäta ljudeffekt från olika bullerkällor. Diffusfält antas föreligga vid mätning i ett rum och med ett visst avstånd från Akustiska fält ljudkällan. Fritt fält: Diffust fält: Source Reverbe rant Field Direct Field Microphone Oändligt långt bort från alla ytor som kan reflektera ljud. Kan simuleras i ekofritt rum eller i ett vanligt om man har tur. Korrektion krävs. Hårda ytor->många reflexioner->jämnt fördelad akustisk energi (ett diffust fält)-> idealt att Lp är samma i alla punkter Ljudeffekt Lw 29

30 Avståndslagen i ett rum BA Mycket nära en ljudkälla är skillnaden mellan ljudfältet inomhus och utomhus väldigt liten medan skillnaden på ett något längre avstånd är stor. Utomhus följs avståndslagen upp till ganska stora avstånd. Ljudnivå utomhus avtar med 6 db per fördubbling av avståndet. Inomhus följs avståndslagen upp till bara ett par meter beroende på rummets absorption. Har rummet hög absorption sträcker sig avståndslagen långt ut i rummet. Ett hårt rum (låg absorption) följer avståndslagen en mycket kort sträcka. Ju mer man avlägsnar sig från ljudkällan får rummet allt större betydelse. Ljudutbredningen är olika vid låga och höga frekvenser. Vid låga frekvenser domineras rummet av stående vågor som ger upphov till mycket stora nivåvariationer även relativt nära källan. Vid högre frekvenser är ljudet diffust och bildar det som kallas efterklansfält. Detta fält är relativt jämt fördelat i rummet och har ganska små nivåvariationer. 30

31 Exempel på stående vågmönster BA Vid låga frekvenser bildas stående vågmönster i rummet som beror av rummets dimensioner (längd, bredd, höjd). Vid rektangulära rum är mönstrena mycket symetriska med toppar och dalar. Vid oregelbundna rum bildas också oregelbundna mönster. Skillnaden i nivå mellan en topp och en dal är oftast mer än 20 db. För rektangulära rum är det ganska enkelt att förutsäga hur dessa mönster fördelar sig och vid vilka frekvenser det inträffar. Skillnaden i nivå mellan topp och dal påverkas av mängden lågfrekvens absorption i rummet. De flesta rum har låg absorption vid låga frekvenser och därmed mycket kraftiga stående vågor med stora nivåvariationer som följd. Låga frekvenser brukar man benämna frekvenser under 200 Hz och höga frekvenser från 2000 Hz och uppåt. Man kan också betrakta det som att låga frekvenser är frekvenser under rummets delningsfrekvens som ger en volymutbredning och att övriga frekvenser är frekvenser över rummets delningsfrekvens som ger en strålningsutbredning. Rummets delningsfrekvens bestäms av rummets dimensioner. I ett litet rum ligger delningsfrekvensen högt och i ett stort ligger delningsfrekvensen lågt. Delningsfrekvensen är tre gånger den frekvens som motsvarar rummets största dimension. Är rummets största dimension 3,4 m vilket är våglängden för 100 Hz så blir alltså delningsfrekvens i detta rum 300 Hz. Det betyder att det blir i huvudsak ett stående vågfält och interferenser som dominerar i frekvenser under 300 Hz och att strålgång dominerar över 300 Hz. 31

32 Absorption BA Vid en akustisk behandling av en lokal ingår så gott som alltid att absorbera en viss mängd ljud. Olika material har olika absorberande förmåga. Den absorberande förmågan benämns absorptions faktor och är ett tal mellan 0 och 1 där 0 innebär total reflexion och 1 innebär att 100 % av det infallande ljud absorberas. Man brukar beteckna absorption faktor med tecknet. Det finns inga material som är 100 % reflekterande eller 100 % absorberande. Absorptions-faktor är en linjär siffra vilket innebär att även relativt höga siffervärden ger upphov till reflexer med en påtaglig nivå. Det innebär att när =0,5 sa har reflexen endast 3 db lägre nivå än det infallande ljudet och vid =0,9 har reflexen 10 db mindre än det infallande ljudet. Det finns olika metoder att mäta absorption-faktor och vissa av dessa metoder kan ge siffervärden som ligger högre än 1,0. Detta gör att absorption-faktorn uppmätt med olika metoder inte alltid är jämförbara. 32

33 Hur fungerar porösa absorbenter? A Porös absorbent placerad på en hård yta ingen molekylrörelse ingen energiförlust Trycket är högst Molekylhastigheten är 0 Energiförlust är 0 B Porös absorbent placerad med luft bakom molekylrörelse genom abs energiförlust Trycket är 0 Molekylhastigheten är max Energiförlust är max Vid ¼ λ (25 % av λ) har absorbenten max effekt. Ex. 125 Hz 2,8 m 25 % 70 cm I praktiken 10% 28 cm mellan absorbenten och vägg Om det absorberande materialet är placerat mot en reflekterande vägg (vilket vanligen är fallet) kommer ljudet, efter att ha passerat genom det absorberande materialet, att reflekteras tillbaka. Stående vågor kommer att bildas och absorptionsförmågan kommer att bero av ljudets frekvens och materialets tjocklek. Partikelhastigheten hos luften kommer att ha maximum på en fjärdedels våglängd från väggen vilket medför att maximal absorption kommer att erhållas för frekvensen f c / 4d Där d är tjockleken hos det absorberande materialet. 33

34 Resonansabsorbenter Porösa absorbenter, tex. Mineralull, var mest verksamma vid medelhöga och höga frekvenser, men relativt overksamma vid låga frekvenser, om inte mycket stora materialtjocklekar skall behövas tillgripas. Man kan vid absorption av låga frekvenser i stället ofta använda resonansabsorbenter, som förekommer av två huvudtyper: Helmholtzabsorbenten,som utnyttjar egensvängningarna hos avgränsande luftmassor och membranabsorbenten, som utgörs av elastiska skivor som sätts i svängning av ljudet och därvid omvandlar ljudenergin via friktionsförluster i infästningarna till värme. Helmholtzabsorbenten Absorbenttypen är uppkallad efter den tyske fysikern Helmholtz. Den består av en kammare, som via en smal hals står i förbindelse med rummet som skall dämpas. Luften i flaskhalsen kommer att påverkas av störningar utifrån. Ett tryck utifrån kommer att förskjuta luftmassan inåt i halsen vilket ökar trycket i kammaren, som därmed åstadkommer en utåtriktad kraft på luftmassan; vid ett yttre undertryck kommer kammarvolymen att på motsatt sätt sträva att hålla emot luftmassan. Systemet kommer alltså att kunna jämföras med en svängande massa upphängd i en fjäder som utsätts för en växelsvängning som hela tiden strävar efter att bringa massan i halsen till jämvikts läge men ideligen pendlar förbi detta läge. På samma sätt som en massa upphängd i fjäder utför egensvängningar om man förskjuter massan ur sitt jämviktsläge varvid frekvensen bestäms av fjäderns styvhet och massans vikt kommer också Helmholtzabsorbenten att ha en egenfrekvens som funktion av dimensionerna på halsen ( massan ) och kammaren ( fjädern ): fo= c/2 S / le x V 34

35 När absorbenten träffas av en ljudvåg kommer luftmassan att sättas i svängningsrörelse med samma frekvens som ljudvågen. Om frekvensen avviker från absorbentens egenfrekvens, kommer luftmassan i halsen att svänga med samma hastighet som den infallande ljudvågens partikelhastighet och någon praktisk verkan kommer ej att erhållas. Om däremot ljudvågens frekvens överensstämmer med egenfrekvensen hos absorbenten, kommer luftmassan i halsen att utföra kraftiga växelsvängningar, resonanssvängningar som kommer att ta energi från ljudvågen för att hålla svängningarna i gång.. Av detta framgår att denna typ av absorbenter har ett mycket begränsat frekvensområde där absorptionsförmågan ör hög; den verkar således kraftigt selektivt men kan komma till användning då man vill dämpa ett enda skarpt avgränsat frekvensområde. Kammaren bör normalt fyllas med högporös mineralull så att ljudenergin snabbt kan omvandlas till värme och ledas bort. Man riskerar annars att kammaren endast tjänstgör som lagringskammare för energin som därefter åter avges som ljud till lokalen eller kanalen. 35

36 Membranabsorbenten En tät skiva som placeras på ett visst avstånd från en vägg kommer att arbeta som tidigare beskrivits i samband med Helmoltz absorbenten. Skivan utgör den svängande massan och den inneslutna luftvolymen utgör fjädern. Maximal absorption kommer att erhållas vid systemets resonansfrekvens, som (vid lift av normaltillstånd) bestäms av: fo= 60 / md m:skivans massa d: avståndet från väggen Om ett poröst absorptionsmaterial placeras mellan skivan och väggen, kommer absorptionen och bandbredden att öka. När plattan sätts i svängning av ljudet som överensstämmer med plattans egenfrekvens, blir panelens svängnings amplituder stora och absorptionen blir avsevärd. Resonatorpaneler utgör ett mellanting mellan Helmholtz- och membranabsorbenter. De utförs ofta som perforerade eller slitsade plattor med bakomliggande luftrum, som tjänstgör som absorbentens dämpningskammare. Eftersom denna kammare är gemensam för flera hål, kallas denna typ av resonator kopplad till skillnad från den tidigare beskrivna absorbenten som är enkel. Resonatorpanelen är, med lämplig avstämning, mindre selektiv än Helmholtz- och membranabsorbenten. För att resonatorn skall få maximal dämpningsverkan, brukar ett tunt genomsläppligt material, t.ex. duk av tunt tyg monteras på baksidan av resonatorns hals. 36

37 Samband absorption / efterklangstid BA Efterklangstiden anges som den tid i sekunder det tar för ett ljud att minska 60 db i nivå. Efterklangstiden byggs upp av ett mycket stort antal reflexer. Varje enskild reflex dämpas varje gång ljudet studsar mot en yta. Eftersom varje studs dämpas ett fåtal db kommer ett stort antal studsar att innebära en stor nivåskillnad (minskning). Eftersom ljudet förflyttar sig 340 m på 1 sekund hinner ljudet studsa många gånger i en normal lokal. Även om måttliga värden påverkar de enskilda reflexerna i ringa grad (nivåminskning är liten) kommer efterklangstiden att påverkas kraftigt. Efterklangstiden står i direkt relation till mängd absorption i lokalen. En dubblering av mängd absorption ger en ½ av efterklangstid. Mängden absorption beräknas som den synliga ytan multiplicerad med absorptions-faktor (S* ). Det innebär att det behövs dubbel så stor yta av en absorbent med =0,5 som med absorbent =1 för att få samma efterklangstid. Ex. En local har volymen 600 m 3. Hur många m 2 Sabin behövs för att efterklangstiden skall bli 2 sekunder och hur många m 2 av en viss absorbent med α= 0,8 behövs det? A = 0,163 x 600 / 2 = 49 m 2 Sabin S = A/α= 49/0,8 = 61,3 m 2 37

38 Samband absorption / ljudnivå BA I ett rum bestäms ljudnivån av hur kraftigt ljudkällan låter och även av hur mycket absorption det finns i rummet. Ljudnivån i efterklangsfältet bestäms av nivån på de summerade reflexerna. Har dessa lägre nivåer på grund av att absorptionen sänker deras nivå kommer också summan av reflexerna att få en lägre nivå. Nivån i efterklangsfältet är i direkt proportion till mängd absorption. En dubblering av mängden absorption sänker ljudnivån i efterklangsfältet med 3 db. Observeras bör att det är bara nivån på efterklangsfältet som minskar men direktljudet påverkas ej. På så sätt kommer direktljudet att vara dominant en längre sträcka ut i rummet. Det finns en koppling att ett högt värde på efterklangstiden oftast innebär mer klang. För rum av likartad storlek skiljer sig dock efterklangstiden tämligen lite åt trots att de klangliga skillnaderna kan upplevas som mycket stora. Anledningen är att klangen inte är ett homogent energifält utan består av enskilda reflexer med varierade nivå, täthet och tidslucka sinsemellan. Även frekvensinnehåll, fasläge, riktning och interferens påverkar den klangliga upplevelsen. Det är därför viktigt att lite mer i detalj studera hur dessa reflexer skapas och påverkas oss. 38

39 Manuell beräkning av efterklangstid BA Efterklangstid kan mätas med olika metoder men kan också beräknas manuellt utifrån kännedom om lokalens ytor. Alla ytor har ett viss mått av absorption. I akustikböcker kan man finna tabeller med absorptions-faktor för de flesta material. Genom att multiplicera ytans storlek (m 2 ) med denna faktor får man den totala absorptionen hos denna yta (S 1 * 1 = A 1 ). Genom att sedan addera dessa absorptions-mängder till varandra (A 1 +A 2 +A 3 =A) får man den totala absorptions-mängden i lokalen. Det finns olika formler med vars hjälp kan man räkna ut efterklangstiden. Den vanligaste är den Sabinska formel som är framtagen för relativt efterklangsrika miljöer. Ex. Ett rum har efterklangstiden 1,6 sek och volymen 500 m 3. Hur många m 2 absorption måste man addera till rummet för att få ned efterklangstiden till 0,8 sek? A 1 = 0,163 x 500 / 1,6 = 51 m 2 Sabin För att halvera efterklangstiden måste du dubblera absorption Svar: A 2 = 2x A 1 = 102 m 2 Sabin 39

40 Typiska exempel på efterklangstider BA Efterklangstiden varierar för olika typer av lokaler i ganska hög grad. Ett vanligt bostadsrum har efterklangstid (T) på cirka 0,5 sekunder. En radio-studio har T 0,2 sekunder. En större samlingslokal har T 1 sekund. Ett konserthus har T 2 sekunder. En kyrka av måttlig storlek har T 3-4 sekunder. En stor kyrka har T 7 sekunder. I extrema fall kan efterklangstiden överstiga 10 sekunder. Efterklangstiden varierar kraftigt med frekvensen. De höga frekvenserna har ofta betydligt kortare efterklangstid än de låga frekvenserna. Olika lokaler och verksamheter har helt olika behov och optimal efterklangstid (både totalt och för olika frekvenser). En kyrka behöver en mycket lång efterklangstid vid låga frekvenser för att ge kraft åt orgeln medan ett klassrum eller en radio-studio skall ha mycket kort efterklangstid för låga frekvenser för att ge hög taltydlighet. 40

41 Luftljudisolering är byggnadens förmåga att reducera ljud mellan två rum eller mellan enskilda utrymmen utan gemensamma fria öppningar. Det är svårt att veta vad olika nivåer av ljudisolering betyder i praktiken. Kopplingen mellan det tekniska värdet för ljudreduktion och hur man upplever olika bullerkällor har de flesta människor inte haft tillfälle att uppleva. I tabellen visas en sammanställning mellan byggnadsdelars ljudreduktion och hur olika bullerkällor uppfattas i rum intill. I BBR (SS 25267:2004) anges ljudklass C som minimikrav för bostäder och i BBR (SS 25268:2007) anges kraven för vårdlokaler, undervisningslokaler, dagoch fritidshem, kontor och hotell. En skiljekonstruktion består oftast av flera delar som tex, vägg, dörr och/eller fönster. Varje del har sin ljudisolering (Rw) och kravet i Svensk Standard gäller den samansatta ljudisoleringen för hela skiljekonstruktionen (R w). Det är då viktigt att ange vid projekteringen vilka Rw värden krävs för varje enskild del för att uppfylla det totala kravet R w. 41

42 R w räknas utifrån Rw av varje komponent och deras area (S). Ett sätt att räkna R w är att använda följande formel: R w = 10 log S (total) / S 1 x 10 R1/ S n x 10 -Rn/10 S (total) : Area för hela skiljekonstruktionen S 1 : Area för del 1 R 1 : Ljudisolering för del 1 S n : Area för del n R n : Ljudisolering för del n Ex 1. En skiljekonstruktion som består av en vägg (10,4 m 2 ) med Rw = 55 db och en dörr (1,6 m 2 ) med Rw = 25 db har ett totalt värde på R w = 33,7 db Ex 2. En dörr med Rw = 30 db har en spalt på 3 mm har ett totalt värde på R w ca 20 db. Det innebär att spalten försämrade R w med 10 db Angivna ljudkrav på dörrar förutsätter tröskel. Tas tröskeln bort sjunker värdet till ca db. Är tillgänglighetskravet att trösklar inte får förekomma kan man använda tex gumi tröskel och dubbla släplistor. Väggar måste byggas upp mot valv för att ljudkrav skall erhållas. Väggar projekteras med ett övervärde på minst 3-4 db över ljudkravet för att ge marginal för mindre läckage. Där kanaldragning för ventilation sker genom verksamhets skiljande vägg måste springan mellan kanal och vägg drevas med mineralull och tätas med brandmassa typ GPG. Eldosor och vägguttag skiljevägg mellan två 44 db rum måste vara skilda regelfack annars måste bottenlock och bakomliggande isolering användas. Ljuddämpning i kanalsystem måste projekteras så att den ligger ca 8 db över totalkravet för respektive skiljekonstruktion. Annars kommer överhörning via ventilation att försämra skiljeytans totala ljudisolering. Titta gärna på ljudkravet vid 250 Hz för dämparen. 42

43 Sedan ljudet alstras kan det fortplantas på olika sätt, man skiljer på följande typer: Luftljud, som från ljudkällan avges till omgivning genom luftmediet och genom detta sprids vidare till exempelvis väggar, som därvid kan alstra nytt luftburet ljud på andra sidan väggen. Stegljud, som tex uppstår då man går på ett bjälklag och som via byggnadskonstruktionen leds vidare till andra sidan av konstruktionen där det alstrar luftburet ljud. Trumljud, som vid tex gång på ett bjälklag alstras i det rum där den gående befinner sig. Stomljud, som är ljud som fortplantar sig i byggnadsstommen, tex som följd av vibrationer från roterande maskiner som är fast förbundna med byggnadsstommen, från VA-installationer, från gång på bjälklag etc. Stomljud anger således inte hur ljudet alstras, bara att det finns i byggnadsstommen. Flanktransmission innebär att ljudet tar en omväg, tex via bjälklagen istället för närmaste vägen mellan två rum. 43

44 Vägtrafikbuller Fönster i en fasad är oftast den svagaste länken när det gäller ljudisolering mot buller och ljud utifrån. Det buller som tränger in i en byggnad kan komma från vägtrafik eller järnvägstrafik utanför byggnaden, men det kan också komma från till exempel närliggande industrier. Vägtrafikbullret svarar dock för merparten av störningarna och i Sverige är ungefär 20 % av befolkningen utsatta för vägtrafikbuller som är högre än riktvärdena för godtagbar miljö enligt Statistiska Centralbyråns (SCB) uppgifter. Ljudet från vägtrafiken kommer både från motorer och från däck hos fordonen. Frekvensfördelningen för vägtrafikljudet beror dels på hur fordonen framförs och med vilken hastighet, dels på om ljudet är skärmat eller har hög markdämpning Det finns angivna riktvärden för vägtrafikbuller för olika typer av bebyggelse. Riktvärdena gäller vid nya eller väsentligt ombyggda vägar. Nedan redovisas riktvärdena för bostadsbebyggelse. De är antagna av riksdagen och är därmed bindande när åtgärder vidtas. Följande riktvärden bör normalt inte överskridas vid nybyggd bostadsbebyggelse eller vid ny eller väsentligt ombyggd väg: 30 dba ekvivalentnivå inomhus 45 dba maximalnivå inomhus nattetid 55 dba ekvivalentnivå utomhus (vid fasad) 70 dba maximalnivå vid uteplats i anslutning till bostad 44

45 Vad betyder alla mätvärden? LAFmax SEL dba? Peak Leq db BA På grund av att hjärnan är mer komplex än ett mätinstrument krävs det många olika mätvärden för att kunna beskriva vad vi upplever. Det vanligaste mätvärdet är db(a) som helt enkelt är ett db-tal där man kraftigt dämpar de låga frekvenserna i likhet med örats funktion för låga nivåer. Andra vanliga värden är L eq som är ett medelvärde över tiden. Peak är ett spetsvärde (toppvärde) som är en nivå tagen direkt från mikrofonen. Denna nivå är viktig ur hörselskade-synpunkt därför att mycket snabba kortvariga ljud med hög nivå kan skada örat utan att vi upplever ljudnivåerna som alltför kraftiga. L AFmax är det högsta momentana värdet uppmät på ett likartat sätt som örat upplever ljudet. På motsvarande sätt finns det även minvärde L AFmin för att ange den lägsta bakgrundsnivån. Vid mätning av RMS (värde som beskriver ljudstyrkan som står i relation till vår upplevelse) använder man sig av en tidsvägning som kan vara Fast, Slow eller Impulse. 45

46 Mätparametrar Visar att det är ett ljudvärde L AF Visar tidsvägning (i detta fall Fast) Tidsvägning kan vara S, F eller I Visar frekvensvägning (i detta fall A-filter) Frekvensvägning kan vara A eller C (även B och D) Man kan vidare göra exempelvis en frekvensanalys som kan ske med heloktav BA eller 1/3 oktavanalys vilka har konstant procentuell bandbredd. Man kan också göra analysen med konstant absolut bandbredd (samma antal Hz per frekvensband över hela registret) vilket sker i en FFT analysator (frekvens analysator som gör en matematisk analys av signalen). Fördelen med den procentuella är att man kan koppla analysen till en hörupplevelse medan den absoluta har en fördel vid maskinanalyser. Vill man veta mer om hur buller fördelar sig nivåmässigt kan man göra en statistisk analys. Denna utförs vanligen genom att ange ljudnivåerna som percentiler. Det innebär att nivån L 90 är den nivå som har överskridits 90 % av mättiden. Man kan också göra en kumulativ fördelning som exempelvis ger svar på hur stor del av tiden en viss nivå har överskridits eller som en distributions kurva som visar hur ofta en viss nivå förekommer. För att tydliggöra vilken mätparameter som avses finns det ett gemensamt system med förkortningar för att ange detta. Ett ljudnivåvärde anges som ett stort L. Därefter följer först vilken frekvensvägning (1) som används och sen kommer tidsvägning (2). Dessa två ska vara nedsänkta. Finns det ingen angivelse kan man anta att dessa är A och F vilket är vanligast. (1) Frekvensvägning används för att ta bort låga frekvenser i olika grad och efterlikna örats funktion. Se sida 9. (2) Tidsvägning används för att göra signalvariationerna långsammare och efterlikna hjärnans tröghet. 46

47 Ett L eq -värde visar samma nivå om nivå är konstant oavsett tid. Vid en kortvarig händelse typ ett passerande flygplan kommer Leq-värdet först att stiga för att sedan mycket långsamt avta. L eq- värdet påverkas kraftigt av mättiden i detta fall och ger således ett svårtolkat resultat. Då man önskar få ett siffervärde på enstaka kortvariga händelser är en SEL mätning oftast att föredra. Den ger oavsett mättid en siffra på energiinnehållet i en händelse. Dessa energivärden kan sedan jämföras med andra händelser och även användas beräkningsmässigt, tex när man vill subtrahera bort påverkan från ett flygplan när man mäter L eq -värde från en industri genom att omvandla SEL-värdet från flygplanet till L eq -värdet för hela mättiden. Ex. I ett bostadsområde är Leq-nivån under 24 timmar 48 db(a). Man planerar att placera en väg med en trafikmängd av 5000 bilar per dygn i samma område. Bilarna har ett SEL-medel per passage på 63 db(a). Vad kan man förvänta att den nya Leq-nivån per 24 timmar kommer att ligga på? 5000 bilar har SEL = log 5000 = 100 db 24 timmar = sekunder Från SEL till Leq log = 51 db 47

48 Sound Exposure Level, SEL SEL L eq t 10 log 1s L db(a) SEL L eq t 1 s Time BA SEL värde är ett beräkningsvärde som alltid är relaterad till en sekund. SEL har all energi förtryck i en sekund oavsett händelseförlopp. Detta gör att SEL värde oftast får en db siffra som aldrig upplevs i praktiken. Om man i stället expanderar denna sekund till en annan längre tid får man ett L eq i önskad omfattning. Förlänger man tiden ett visst antal gånger, kommer alltså nivå att minska med 10 log X, där X är antal gånger tiden förlängs. Ex. I ett bostadsområde är Leq-nivån under 24 timmar 45 db(a). Man planerar att placera ett flygfält med 20 starter och 20 landningar per dygn i samma region. Starterna har ett medel SEL per start på 85 db(a) och laddningarna motsvarande på 80 db(a). Vad kan man förvänta att den nya Leq nivån per 24 timmar kommer att ligga på? 20 starter har SEL = log 20 = 98 db 20 laddningar har SEL = log 20 = 93 db 24 timmar = sekunder Från SEL till Leq för starter = log = 48,7 db Från SEL till Leq för laddningar = log = 43,7 db 45 db + 48,7 db + 43,7 db = 10 log (10 45/ ,7/ ,7/10 ) = 51 db 48

49 Avståndslagen BA Om dimensionen på en bullerkälla är liten i förhållande till avståndet till lyssnaren, kallas den för punktkälla, till exempel fläktar eller skorstenar. Om ljudkällan är rundstrålande sprids ljudenergin sfäriskt, så att ljudtrycksnivån är densamma i alla riktningar på samma avstånd från ljudkällan, och avtar med 6 db per fördubbling av avståndet. Detta är korrekt så länge mark och luftabsorptionen inte påverkar nämnvärt. Ex Du har en fabriksskorsten som har ljudnivån 67 db(a) på 10 meters avstånd. En bostad befinner sig 200 meter från denna. Vad blir ljudnivån vid bostaden? 20x längre bort blir ljudtrucksnivå 26 db lägre; = 41 db Eller log 200/10 = 41 db Om en bullerkälla är smal i en riktning och lång i den andra jämfört med avståndet till lyssnaren, kallas den linjekälla. Det kan vara en enstaka källa, som ett långt rör som innehåller någon turbulent vätska, eller många punktkällor i drift samtidigt, tex en ström av fordon på en tätt trafikerad väg. Ljudnivån sprids ut cylindriskt så att ljudnivån är densamma i alla punkter på samma avstånd från linjen och avtar med 3 db per fördubbling av avståndet. 49

50 Ljudeffektbestämning L W Följande avsnitt behandlar ljudeffekt-bestämning. Mätmetoderna för ljudeffekt skiljer sig från mätning av ljudtryck. Hitintills har enbart ljudtrycks-mätningar behandlats. Ljudtryck Ljudeffekt Lw är något vi kan uppleva med vår hörsel. Det kan man däremot inte göra med ljudeffekt. Ljudeffekt är däremot något som är mycket andväntbart när man ska jämföra maskiner med varandra eller då man önskar beräkna ett ljudtryck på ett visst avstånd från maskinen. Ljudtryck/Ljudeffekt Sound Pressure vs. Sound Power Sound Source : Power P [W] Pressure p [N/m 2 ] Electrical Heater : Power P [W] Temperature t [ C] Sound Power Determination Sound Pressure Based Author: NJJ86 Page: 3 För att få en känsla för skillnaden mellan ljudtryck och ljudeffekt kan man göra en jämförelse mellan värmeavgivelse och temperatur. Precis Ljudeffekt som Lw ett värme-element avger en viss värmeeffekt så avger en ljudkälla en viss ljudeffekt. Den avgivna värmen ger upphov till temperaturen i rummet som påverkas av rummets värmeisolering, medan den avgivna ljudeffekten ger upphov till ett visst ljudtryck som påverkas av rummets absorption. Det vi upplever från värmeelement är temperaturen i rummet och inte själva värmeelement. På samma sätt är det med ljud. Det vi upplever är det uppkomna ljudtrycket och inte maskinens angivna ljud. Ska vi köpa ett värmeelement så köper vi ett element med en viss effekt och inte med en viss temperatur. På samma sätt förhåller det sig ljudet från maskinen. Det går inte att köpa en maskin för ett visst ljudtryck i ett okänt rum. 50

51 Ljudeffekt, vad är det? Ljudeffekt är mängden avgiven akustisk energi per tidsenhet. För att kunna bestämma den m h a en tryckmikrofon måste man gå omvägen via ljudintensitet och kända samband Under frifältsförhållanden: P 2 P 2 LJudintensitetsvektorn, beskriver mängden av och riktningen på den akustiska energin i en given punkt. P r 1 r 2 P r p c Effekt: P [W] = J/s Intensitet: [J/s/m 2 ] = W/m 2 Tryck: p [Pa = N/m 2 ] Ljudeffekt Lw Ljudeffekten är helt oberoende av avståndet. Även om maskinen befinner sig på andra sidan jordklotet är ljudeffekten densamma som om vi har maskinen tätt intill oss. Ljudtrycket däremot beror direkt av avståndet. Avlägsnar vi oss från ljudkällan så kommer mantelytan på en utstrålad sektor att öka i samma grad som ljudtrycket minskar. Ett klot med radie 28 cm har en mantelyta på 1 m 2 vilket innebär att en mycket liten punktkälla på 28 cm avstånd mäter samma ljudtryck som ljudeffekten. Detta kan beräknas med hjälp av följande formel: L p = L W 20 log r/0,28 m L p är ljudtryck och L W är ljudeffekt. Ex. En takfläkt har Ljudeffektsnivån Lw = 80 db(a). Vad kan ljudtrycksnivån förväntas bli på 100 meters avstånd? Lp = log 100/0,28 = 32 db 51

52 Vitsen att mäta just ljudeffekt Det enda objektiva sättet att beskriva hur mycket något låter. Oberoende av miljön den befinner sig i och avstånd till mätpunkt. När maskiner är märkta med ljudeffekt kan man göra en direkt jämförelse mellan olika maskiner avseende ljud. Det går också rimligt enkelt att beräkna ljudtrycket på ett visst avstånd. Inomhus kräver detta dock visst kännedom om lokalens akustiska egenskaper. Har man många maskiner i ett rum kan man enkelt addera de olika ljudeffekterna till varandra och få en total effekt som i sin tur kan användas för att kalkylera den totala ljudnivån i rummet. Detta Ljudeffekt görs Lw med hjälp ab rumskorektionen (faktor K) som mätts med referensljudkällan. Lp = Lw K K = 10 log A/4 K = Rumskontant A = Totalyta absorption (m 2 Sabin) Ex. En lokal har Ljudtrycksnivå Lp = 70 db(a), man vill i denna sätta in ytterligare maskiner som har en sammanlagd Ljudeffekt Lw = 95 db (A). Rumskorrektionen har med en referensljudkälla uppmätts till 22 db. Vad kan ljudtrycksnivån förväntas bli efter detta montage? L p2 = L w K = = 73 db L p1 + L p2 = = 75 db Ex. Beräkna Ljudtrycksnivå i ett rum med K = 11. Ljudtrycksnivå utanför fasaden är Lp= 100 db. Fasaden har R w = 40 db och är 20 m 2. Lw = 100 db/m 2 20 m 2 20x = +13 db Lw = 113 db för hela väggen Lp i rummet blir 113 R w(40) = 73 K(11) = 62 db 52

53 Varför mäta ljudeffekt? Ålagd att göra det (Maskindirektivet t ex) Använda i marknadsföring För att kunder kräver det Maskindirektivet är den vanligaste anledningen till att mäta ljudeffekt då samtliga maskiner som marknadsförs inom EU och som har ett ljudtryck överstigande 85 db A på 1 meter avstånd skall ha ljudeffekten angiven i brukanvisningen. Många produkter som pumpar och fläktar (gräsklippare..) har krav på sig att ha ljudeffekten angiven även när ljudnivån inte överstiger 85 db A. Ljudeffekt Lw Vad kan man ha ett ljudeffektvärde till? Beräkna ljudtrycket i en viss punkt i ett rum om vi känner avstånd, rummets volym och dess absorberande förmåga. Jämföra ljuddata för olika maskiner innan köp. Planera för behov av ljudreducerande åtgärder Konstatera om en maskin uppfyller de krav som ställdes vid upphandlingen Kan tjäna som mått på hur väl man lyckats med utvecklingsarbete för tystare maskiner Ljudeffekt Lw Ex. En maskin har en ljudeffekt på 50 db(a), den står ensam i ett rum som har volymen 100 m 3. Hur mycket absorption måste minst finnas i detta rum för att ljudnivån ej skall överskrida 40 db(a)? Lp = Lw K, K= = 10 db(a) K = 10 log A/4 A = 4 x 10 K/10 Svar = 40 m 2 Sabin 53

54 Ljudeffektsbestämning Kan ske med hjälp av 1. Ljudtrycksmätning 2. Ljudintensitetsmätning Ljudeffekt-bestämning sker för det mesta via ljudtrycks mätningar och enligt mycket strikta regler. Ljudtrycks-mätningar ställer stora krav på mätmiljön så som bakgrunds nivå definierade akustiska förhållanden vilket oftast innebär behov av ett mätlabb. Ibland kan det vara svårt att förflytta maskinen till en sådan miljö, utan man har behov av att mäta på plats. Då kan man använda sig av ljudintensitets-mätning med två-mikrofons-teknik Ljudeffekt Lw där man kraftigt undertrycker både bakgrunds-störningar och den akustiska miljöns inverkan. Akustiska mätmiljöer Beroende på standard kan man använda Efterklangsrum Ekofritt rum Halvekofritt rum Utomhus/stor lokal Odefinierad lokal Rumskorrektion krävs. Tas fram m h a efterklangsmätning eller referensljudkälla Det finns olika sorters standar som förutsätter olika mätmiljöer. De flesta Ljudeffekt Lw standarder innebär att man skall mäta upp den akustiska påverkan rummet har. Denna benämns rumskorrektion och mäts säkrats med en referens-ljudkälla. En referens-ljudkälla är en mycket stabil och välkalibrerad ljudeffektkälla som utifrån den uppmäta ljudtrycksnivån låter rummets inverkan beräknas. På så sätt har man fått en kalibrering av det använda mätrummet. 54