VENTILATIONSKANALER Kandidatexamensarbete

Transkript

1 ÖVERHÖRNING VIA VENTILATIONSKANALER Kandidatexamensarbete Rebecca Janson - rjanson@kth.se Tomas Wigervall - twig@kth.se June 4, 2017 SA115X Examensarbete på Kandidatnivå inom Farkostteknik, med inriktning ljud, vibrationer och signaler. Handledare: Hans Bodén, KTH Morteza Vinberg, ACAD

2 Sammanfattning Projektet studerar överhörning av ljud via ventilationskanaler, det vill säga hur mycket ljud som transmitteras från ett rum till ett annat via ventilationen. En teoretisk beräkningsmodell tas fram för att sedan verifieras med mätningar. Skillnaden mellan resultaten från beräkningsmetoden och mätningarna var endast 1dB vilket är ett mycket väl godkänt resultat. Resultatet är inom den felmarginal som finns för mätningarna. För att kunna jämföra beräkningsmetoden med mätningarna gjordes ett antal antaganden. Bland annat att allt ljud som kommer in i mottagarrummet kommer från ventilationen. Detta kontrolleras genom att göra en mätning där donen täpps igen med mineralull och mätningarna jämförs sedan med fallet utan mineralull. Minneralullen släpper igenom låga frekvenser vilket gör att det inte går att kontrollera antagandet där. Det finns även en del läckage i höga frekvenser beroende på de dörrar som finns. Därför blir det intressanta området att studera 200Hz till 1250Hz. Mätningarna görs enligt standard ISO , Acoustics - Field measurement of sound insulation in buildings and of building elements - Part 1: Airborne sound insulation. Två olika metoder för att beräkna dämpningen från sändarrum in i kanalen analyseras och jämförs med uppmätta värden angivna av dontillverkare. Analysen visar att dämpningen in i kanalen bäst uppskattas med L = 10 log 10 (S kanal ). Abstract The project studies sound transmission from one room to another through the ventilation system. A theoretical calculation model is presented and then verified by measurements. The difference between the calculation and the measurements is only 1dB. Which is a very good result. The result is within the error margin for the measurements. To be able to compare the theoretical calculation model with the measurements some assumptions where made. One assumption is that all the sound in the receiver room comes from the ventilation system. This is verified by making a measurement with mineral wool in the ventilation system and comparing with the case without mineral wool. The mineral wool lets the low frequency sound through which makes comparisons at low frequencies difficult. There are some leakage at high frequencies which is assumed to be caused by the sealing of the doors. This leads to the conclusion that the relevant frequency region to study is between 200Hz and 1250Hz. The measurements are done according to standard ISO , Acoustics - Field measurement of sound insulation in buildings and of building elements - Part 1: Airborne sound insulation. Two different methods for calculating the noise reduction from the source room into the ventilation system are analyzed and compared with values from measurements made by the manufacturer. The analysis shows that the best approximation for noise reduction from source room into the ventilation system is L = 10 log 10 (S kanal ).

3 Innehåll 1 Inledning Bakgrund Syfte Teori Ljuddämpning i rak kanal Ljuddämpning i förgreningar Ljuddämpning i kanalböj 45 o Egendämpning i don Metod Ventilationssystemet Ljuddämpning i don Ljuddämpning rak kanal T-Stycken Totala dämpningen Mätningar Standard Mätuppställning Tillvägagångssätt Mätfall Mätfall Mätfall Mätfall Efterklangstid Resultat Beräkningsmetod Dämpningen i donen Ljuddämpning från rum till kanal Ljuddämpning från kanal till rum Dämpningen i de raka kanalerna Dämpning i T-stycken Element Element Element Totala dämpningen Mätning Mätfall Mätfall Mätfall Mätfall Analys och diskussion Rumskorrigering av modell Med eller utan don Dämpning in i kanalen Reduktionstal för kanal Verifiering av beräkningsmodell Jämförelse av ljudtransmission med- eller mot strömningsriktningen Felkällor Slutsats 27 8 Framtida arbete 27

4 1 Inledning Projektet handlar om att analysera överhörning via ventilationskanaler. Analysen kommer innehålla både en litteraturstudie där en metod för teoretisk beräkning av överhörning tas fram samt verifiering av metoden med hjälp av mätningar. Därefter kommer resultatet analyseras för att konfirmera eller förkasta den teoretiska metoden. 1.1 Bakgrund Folk blir mer och mer medvetna om hur ljud påverkar människan. Därför är det viktigt att veta hur ljuden uppkommer och utbreder sig. Det finns många olika mekanismer i byggnader som alstrar och överför ljud. En av dessa är ventilationssystemet. Systemet består av många olika delar, bland annat fläktar, kanaler och don. Dessa delar kopplar samman olika rum i en byggnad och ljud kommer att kunna utbredas via kanalerna från ett rum in i ett annat. Det är här problem kan uppstå. Ljud som transmitteras via ventilationen från ett rum till ett annat kan upplevas som extremt störande samt ibland helt oaccetabelt, till exempel i vårdlokaler. Därför är det viktigt att kunna beräkna hur mycket ljud som kommer att utbredas via kanalen innan man bygger ventilationssystem. 1.2 Syfte Syftet med detta projekt är att ta fram och analysera en beräkningsmetod för överhörning via ventilationskanaler. Detta görs genom en litteraturstudie och sedan verifiera modellen med mätningar. 1

5 2 Teori Fo r att kunna ta fram en modell beho ves en del kunskap om de olika elementen i ventilationssystemet som anva nds och hur da mpningen pa verkas av varje element. I den ha r delen kommer teorin bakom metoden behandlas. 2.1 Ljudda mpning i rak kanal Raka kanaler har en viss da mpning. Da mpningen som uppkommer i raka kanaler a r membranda mping samt turbulensda mpning. Membranda mpning inneba r att pla ten i kanalen sa tts i sva ngning och da rmed absorberar ljud. Sva ngningar i pla ten uppkommer framfo r allt i rektangula ra kanaler och vid la ga frekvenser. Fo r en cirkula r kanal a r pla ten styvare pa grund av utformningen och en mycket mindre da mpning erha lls. Da mpningen per meter kanal kan avla sas ur Frigur 1 nedan. Figur 1: Membranda mpning fo r rak kanal, [4]. Turbulensda mpning a r fo rsumbar i oisolerade kanaler. I inva ndigt isolerade kanaler, speciellt i frekvensomra det 1000Hz och da ro ver har turbulensda mpningen betydelse [4]. I den ha r rapporten behandlas oisolerade kanaler och da rfo r tas ingen ha nsyn till detta i modellen. 2

6 2.2 Ljuddämpning i förgreningar Figur 2: T-Stycke. Vid förgreningar görs antagandet att ljuudämpningen är en funktion av givarkanalens och förgreningskanalens tvärsnittsareor [4]. En vanlig förgrening är ett T-stycke, se Figur 2. Genom areaförhållandet: A = [4], kan dämpningen beräknas enligt formeln nedan: A 1 A 1 + A 2, (1) L = 10 log 10 A 1 A 1 + A 2 db, (2) [4]. q Vid mindre noggranna beräkningar kan flödesfördelningen, A1 q A1 +q A2 användas för att beräkna dämpningen i förgreningen, då lufthastigheterna i de olika förgreningspunkterna är ungefär lika stora. Flödesförhållandet mellan givarkanalen och förgreningskanalen kan då användas i beräkningarna. Det är så kallat effektdämpning. Dämpningen beräknas då enligt: L = 10 log 10 [4]. Ljuddämpningen för T-Stycket antas vara lika lika i alla oktavband. 2.3 Ljuddämpning i kanalböj 45 o q A1 q A1 + q A2, (3) I det aktuella exemplet finns det två kanalböjar. Dessa har en vinkel på 45 o och en rördiameter på 100mm. Då det är cirkulära kanaler och en vinkel mindre än 90 o skiljer dämpningen sig mycket lite jämfört med en rak cirkulär kanal med samma diameter [2]. Därför kommer dämpningen från kanalböjarna försummas och ventilationselementen kommer ses som raka cirkulära kanaler. 2.4 Egendämpning i don Dondämpningen kan delas upp i tre delar, insättningsdämpning, mynningsdämpning och dämpningen som uppstår när ljudenergin i rummet ska ta sig in i det lilla kanalhålet. Insättningsdämpningen kan ses som den skillnad i dämpning med och utan don. Mynningsdämpningen däremot är ett fenomen som uppstår när infallande ljudvågor i lågfrekvensområdet möter mynningen mot ett stort rum. En del av den infallande ljudenergin reflekteras då tillbaka in i kanalen. 3

7 Hur mycket ljud som reflekteras beror på hur mynningen är placerad i rummet. Närhet till reflekterande ytor såsom väggar och tak minskar dämpningen [1]. Information om dämpning i ventilationsdon erhålls från tillverkare. Vanligtvis ges donets insättningsdämpning alternativt insättningsdämpning och mynningsdämpning. Notera att dämpningen beror på donets inställning, det vill säga till vilken grad ventilationsdonet är strypt. För donen uppsatta i rummen som modellen baseras på hade tillverkaren valt att ange dämpning från kanal till rum (mynning och insättningsdämpning) och från rum till kanal. Alla tre delar av dondämpningen angavs alltså av tilllverkare och en teoretisk metod för att uppskatta dämpningen från rummet in i kanalen kommer tas upp i metoden och undersöks i analysen. 4

8 3 Metod För att verifiera modellen mot mätningar har beräkningar utförts för ett pågående byggprojekt. Modellen tas fram med hjälp av ritningar samt teori beskriven i avsnitt 2. I det här avsnittet kommer modellen att beskrivas steg för steg. 3.1 Ventilationssystemet Figur 3: Skiss på rumskonfiguration, med ventialtionskanal utanför. Systemet som används i mätningarna ser ut som Figur 3 ovan. Eftersom det som ska mätas är hur mycket ljud som kommer ut ur donet i mottagarrummet behöver transmissionen av ljud mellan väggarna och andra vägar än ventilationen vara minimal. Det är därför sändarrummet och mottagarrummet ligger med ett rum emellan. Det antas att transmissionen genom rummet och de två väggarna blir tillräckligt liten för att kunna försumma det ljud som går den vägen. Mätningarna görs i frånluftskanalen och eftersom rummen är sammankopplade med både tilluftskanalen och frånluftskanalen täpps tilluftskanalen igen vid mätningen. Då flödet av luft i kanalerna är konstant antas att ingen förändring i ljudalstringen uppstår och att allt ljud som inte ges av högtalaren är bakgrundsljud. 5

9 Figur 4: Skiss på rumskonfiguration med de olika ventilationselementen markerade. Ventilationssystemet kan delas upp i 11 element, se Figur 4. Varje del består av ett ventilationssystemelement som ger dämpning, se Tabell 1 nedan. Del Ventilationselement 1 Don, rum till kanal 2 Rak kanal 3 Kanalböj 45 o 4 Förgrening, T-stycke 5 Rak kanal 6 Förgrening, T-stycke 7 Rak kanal 8 Förgrening, T-stycke 9 Kanalböj 45 o 10 Rak kanal 11 Don, Kanal till rum Tabell 1: Ventilationssystemets delar. I den teoretiska modellen antas att ljudet inte förändras med strömningen. För att undersöka om detta antagande är korrekt utfördes en mätning där sändarrum och mottagarrum bytte plats, vilket resulterar i motsatt strömningsriktning i huvudkanalen. 3.2 Ljuddämpning i don Ljuddämpningen i ventilationsdonen delas upp i fallen rum till kanal, element 1, samt kanal till rum, element 11. I fallet rum till kanal avläses donets insättningsdämpning från tillverkarens produktdatablad. Dämpningen är frekvensberoende och listas i oktavband. Dämpningen som uppstår då ljudenergin i rummet ska ta sig in i det förhållandevis lilla kanalhålet brukar vanligtvis inte inkluderas i produktdatabladet. Dämpningen uppskattas då enligt: [2]. L = 10 log 10 S don, (4) 6

10 För fallet kanal till rum avläses insättningsdämpningen precis som ovan. Ibland har tillverkare valt att inkludera mynningsdämpningen, som uppstår då ljudet går från kanalen till rummet, i sitt datablad. Saknas data från tillverkare avläses mynningsdämpning för olika kanalstorlekar och placeringar från diagram. Ett exempel på sådant diagram visas nedan. Figur 5: Mynningsdämpning för kanal med diameter 100mm[4]. Dämpningen i donet skiljer sig alltså åt beroende på om ljudet går ut ur kanalen eller in i kanalen. Indelningen rum till kanal och kanal till rum återfinns därför i resultatdelen där dämpningen för de olika elementen i ventilationskanalen beräknas. 3.3 Ljuddämpning rak kanal Andra, femte, sjunde och tionde elementet är raka kanaler med två olika diametrar. Element två och tio har en diameter på 100mm och element fem och sju har diametern 250mm. Kanalens dämpning beror på längden och diametern. Dämpningen per meter för de olika diameterna kan avläsas i Tabell 2 och Tabell 3 nedan. Oktavband [Hz] Dämpning [db] Tabell 2: Dämpning per meter i rak, cirkulär kanal med diameter 100 mm. Oktavband [Hz] Dämpning [db] Tabell 3: Dämpning per meter i rak, cirkulär kanal med diameter 250 mm. Dessa värden multipliceras med den kanallängd av varje dimension som finns i systemet. 3.4 T-Stycken Element fyra, sex och åtta består av olika T-Stycken. 7

11 Figur 6: Element 4, T-Stycke. Element fyra består av ett T-Stycke där ljudet går från den mindre kanalen till den större, se Figur 6 ovan. Areaförhållandet beräknas enligt ekvation (1). Figur 7: Element 6, T-Stycke. Element sex består av ett T-Stycke där ljudet går enligt Figur 7. Areaförhållandet beräknas enligt ekvation (1). Figur 8: Element 8, T-Stycke. 8

12 Element åtta består av ett T-Stycke där ljudet går enligt Figur 8 ovan. Areaförhållandet beräknas enligt ekvation (1). Dämpningen för varje enskilt element beräknas med hjälp av ekvation (2) och dämpningen är lika i varje oktavband. 3.5 Totala dämpningen Den totala dämpningen fås genom att summera dämpningen från alla element i de olika oktavbanden. Den totala ljudtrycksnivån fås genom att summera effektivvärdeskvadraterna för respektive oktavband och därefter beräkna ljudtrycksnivån enligt: [3]. L tot = 10 log 10 N n=1 10 Ln/10, (5) 9

13 4 Mätningar Mätningarna utfördes för att verifiera modellen som tagits fram är tillräckligt bra. Fyra olika mätfall inkluderades för att verifiera om vissa antaganden och approximationer är korrekta. Detta avsnitt behandlar hur mätningarna utfördes. 4.1 Standard För att göra mätningarna på korrekt och jämförbart sätt används ISO , Acoustics - Field measurement of sound insulation in buildings and of building elements - Part 1: Airborne sound insulation, som standard. Denna standard beskriver mätuppställning samt hur mätningarna går till. 4.2 Mätuppställning Mätuppställning som används är enligt standarden. I sändarrummet placeras en rundstrålande högtalare som sänder ut rosa brus. Högtalaren måste placeras minst 0.5m från en närliggande yta samt minst en meter från donet. Högtalaren måste placeras minst en meter från golvet. Figur 9: Mikrofonpositioner i mottagarrummet. De blå markeringarna är mikrofonpositionerna. (a) Mikrofonposition 1 i sändarrummet. (b) Mikrofonposition 2 i sändarrummet. Figur 10: Mikrofonpositioner i sändarrummet för de två olika högtalarplaceringarna. De blåa markeringarna är mikrofonpositionen. 10

14 I mottagarrummet är tilluftsdonet igensatt för att ljudet endast ska transmitteras ut genom frånluftsdonet. Mätningarna utförs med handhållna mikrofoner med fem olika mätpunkter i rummet, se Figur 9. Mätningarna i sändarrummmet görs på samma sätt som i mottagarrummet men med mätpositionerna enligt Figur 10. Avståndet mellan mikrofonen och närliggande yta måste vara minst 0.5m och det måste vara minst en meter mellan mikrofonpositionen och högtalare. Det första mätfallet behandlar den mest intressanta uppställningen för att kunna verifiera beräkningsmodellen. Mätfallet behandlar ljudet när det utbredes motströms flödesriktningen samt med icke tilltäppt don. I det andra mätfallet kontrolleras hur mycket flanktransmission och transmission genom väggarna som finns. Detta görs för att kontrollera om antagandet om att försumma den transmissionen är korrekt. För att minimera ljud som går via frånluftskanalen sätts denna igen med mineralull. För det tredje mätfallet ser uppställningen ut på samma sätt som i första men sändarrummet och mottagarrummet har bytt plats. Detta för att kunna mäta om det blir någon skillnad om ljuden utbreds med eller mot flödesriktningen i kanalen. För det fjärde och sista mätfallet görs en extra mätning som går ifrån standarden. Denna mätning går ut på att mäta precis vid donen i sändar- och mottagarrummet. Detta för att försöka undersöka hur mycket stor ljuddämpningen var i kanelen respektive donen. 4.3 Tillvägagångssätt De flesta mätningarna utförs enligt standard, som bland annat beskriver hur mätutrustningen ska kalibreras innan mätningen påbörjas. Detta görs med en speciell kalibrator. Då högtalaren är placerad på samma sätt i första och andra mätfallet görs mätningarna för dessa fall efter varandra. Efterklangstiden mäts i mottagarrummet med hjälp av att spränga sex ballonger och använda mikrofonen för att mäta hur lång efterklangstiden är i rummet Mätfall 1 Högtalaren ställs upp enligt Figur 10a. Sedan görs mätningar i de givna mikrofonpositionerna i sändarrummet för att för att bestämma ljudtrycksnivån i rummet. Enligt standarden ska det vara minst en mätposition och den totala mättiden ska vara minst 30 sekunder. Då mätningen görs i fält på en byggarbetsplats finns det mycket yttre störningar. För att undvika att få med dessa i mätningarna görs valet att dela upp mätningen i 5 mätningar, 6 sekunder var. Om mikrofonoperatören lägger märke till en störning under mättiden görs denna mätning om. Mätrörelsen är en cirkelrörelse. Enligt standard ska operatören hålla mikrofonen med utsträckt arm medan han eller hon roterar armen kring koppen minst tre kvarts varv. Vinkeln mellan rummets ytor och cirkelns plan måste vara mer än 10. Varje mätning ska ha olika höjd. Det är viktigt att mikrofonen rörs med konstant vinkelhastighet och den ska maximalt vara 20 per sekund. Då det tar längre tid än 6 sekunder att rotera tre kvarts varv följs standarden ej. Mätningarna i mottagarrummet görs på samma sätt som i sändarrummet fast med mikrofonpositionerna enligt Figur 9. Efter mätningarna för första högtalarpositionen är klar flyttas högtalaren enligt uppställningen i Figur 10b och mätningarna görs om på samma sätt. I mottagarrummet görs även mätningar av bakgrundsljudet. Dessa mätningar görs på samma sätt som de andra men högtalaren är inte på Mätfall 2 För det andra mätfallet täpps både tilluftsdonet och frånluftsdonet igen för att mäta hur mycket ljud som inte går via kanalen. Mätningen görs på samma sätt som i första mätfallet Mätfall 3 Mätningarna för det tredje mätfaller görs på exakt samma sätt som i första mätfallet. Skillnaden är att mottagarrummet och sändarrummet har bytt plats. Detta för att undersöka om det ger någon skillnad om ljudet utbreds med eller mot luftflödet i ventilationskanalen. 11

15 4.3.4 Mätfall 4 I det sista mätfallet görs en mätning som inte följer standarden. För detta mätfall mäts ljudtrycksnivån precis vid donet i sändarrummet, se Figur 11a nedan. Mätningen i mottagarrummet görs på samma sätt. Donet skruvas ut och mikrofonen placeras i centrum av hålet, se Figur 11b nedan. (a) Mikrofonposition för specialfall i sändarrummet. Figur 11: Mikrofonpositioner för specialfallet. (b) Mikrofonposition för specialfall i mottagarrummet. 4.4 Efterklangstid Figur 12: Mikrofon- och sändarpositioner i mottagarrummet. De blåa markeringarna är mikrofonpositionerna. Efterklangstiden mäts också enligt standard, ISO Här använd sex olika mikrofonpositioner samt tre olika sändarpositioner, se Figur 12. Här används ballonger som ljudkälla. Dessa blåses upp och smälls i tre olika positioner, två ballonger för varje position. Mikrofonen registrerar hur ljudtrycksnivån avtar efter att ballongen har exploderat och den tid det tar för ljudtrycksnivån att minska 60 db. Efterklangstiden mäts i samtliga mottagarrum. 12

16 5 Resultat Resultaten som fås från beräkningsmetoden samt mätningarna presenteras här nedan uppdelat på de olika fallen. 5.1 Beräkningsmetod Resultaten presenteras uppdelat för de olika elementen samt summeras till sist till den totala dämpningen Dämpningen i donen Då olika dämpning erhålls för donen i sändarrummet, element 1, och mottagarrummet, element 11, delas dondämpningen upp i fallen rum till kanal och kanal till rum Ljuddämpning från rum till kanal Från sändarrummet sett är det första ljuddämpande elementet det frånluftsdon som sitter i väggen. Värden för egendämpning för ett don hämtas ur fabriksdata från tillverkare. För modellen används ett don från Fläktwoods, modell GPDF/GPDB-100. Egendämpningen kan läsas av i Tabell 4 nedan. Inställning Tabell 4: Fabriksdata för don från Fläktwoods, modell GPDF/GPDB-100. Egendämpning L w för varje oktavband, fall rum till kanal [5]. Den inställning som används är inställning +8, densamma som används vid mätningen. I det här fallet har tillverkaren mätt upp dämpningen från rum till kanal, alltså insättningsdämpning och dämpningen in i kanalhålet har inkluderats i databladet och ingen korrigering krävs Ljuddämpning från kanal till rum På samma sätt som fallet för ljuddämpning från rum till kanal hämtas fabriksdata för egendämpningen, se Tabell 5. Inställning Tabell 5: Fabriksdata för don från Fläktwoods, modell GPDF/GPDB-100. Egendämpning L w för varje oktavband, fall kanal till rum [5]. I det här fallet har dontillverkare valt att inkludera mynningsdämpningen i sitt produktdatablad för dämpning i don, kanal till rum och ingen extra korrigering för denna skall göras Dämpningen i de raka kanalerna Kanallängden för element två och åtta är 1.2m. Membrandämpningen för dessa element avläses ur Tabell 6 nedan. Element fyra har längden 3m. Membrandämpningen kan avläsas ur Tabell 7 nedan. Element sex har kanallängden 3.4m och dess membrandämpning kan avläsas i Tabell 8 nedan. Den totala dämpningen avläses enligt Tabell 9 nedan. 13

17 Oktavband [Hz] Dämpning [db] Tabell 6: Dämpning i oktavband i rak, cirkulär kanal med diameter 100mm och längden 1.2m. Oktavband [Hz] Dämpning [db] Tabell 7: Dämpning i oktavband i rak, cirkulär kanal med diameter 250mm och längden 3m. Oktavband [Hz] Dämpning [db] Tabell 8: Dämpning i oktavband i rak, cirkulär kanal med diameter 250mm och längden 3.4m. Oktavband [Hz] Totala dämpningen [db] Tabell 9: Den totala dämpning i oktavband i de raka cirkulära kanalerna. 5.2 Dämpning i T-stycken Med hjälp av ekvation (1) och (2) beräknas dämpningen för de olika T-styckerna Element 4 Areaförhållandet mellan de olika vägarna ges av: vilket ger dämpningen: A = A 1 A 1 + A 2 = = 1 2, (6) 1 L = 10 log 10 = 3dB. (7) Element 6 Areaförhållandet mellan de olika vägarna ges av: vilket ger dämpningen: A = A 1 A 1 + A 2 = = 5 7, (8) 5 L = 10 log 10 = 0.6dB. (9) Element 8 Areaförhållandet mellan de olika vägarna ges av: vilket ger dämpningen: A = A 1 = 100 A 1 + A = 2 7, (10) 2 L = 10 log 10 = 8.6dB. (11) 7 14

18 5.3 Totala dämpningen Den totala dämpningen i varje oktavband fås genom att summera dämpningen från de olika elementen. Den totala dämpningen i respektive oktavband, avrundat till en decimal, kan läsas av i Tabell 10 nedan. Oktavband [Hz] Totala dämpningen [db] Tabell 10: Den totala dämpning i oktavband. Genom att summera dämpningen från alla oktavband enligt ekvation (5) fås den totala dämpningen till ungefär 61dB. 5.4 Mätning Mätningarnas resultat presenteras nedan uppdelat i de fyra olika mätfallen Mätfall 1 Skillnaden i ljudtrycksnivå (med en decimal) mellan sändarrummet i de olika oktavbanden uppmättes enligt Tabell 11 och resultatet plottas i Figur 13 nedan. Oktavband [Hz] Totala dämpningen [db] Tabell 11: Den uppmätta dämpningen i oktavband. Figur 13: Skillnaden i ljudtrycksnivå mellan sändar- och mottagarrum, mätfall 1. Den totala dämpningen summeras till 60.8dB. 15

19 5.4.2 Mätfall 2 För fallet där donet är igensatt med mineralull blev skillnaden i ljudtrycksnivå enligt Tabell 12 samt Figur 14 nedan. Oktavband [Hz] Totala dämpningen [db] Tabell 12: Den uppmätta dämpningen i oktavband. Figur 14: Skillnaden i ljudtrycksnivå mellan sändar- och mottagarrum, mätfall 2, tilltäppt don Mätfall 3 Resultatet för dämpningen i mätfall 3, där mottagarrummet och sändarrummet har bytt plats ses i Tabell 13 samt Figur 15 nedan. Oktavband [Hz] Totala dämpningen [db] Tabell 13: Den uppmätta dämpningen i oktavband. 16

20 Figur 15: Skillnaden i ljudtrycksnivå mellan sändar- och mottagarrum, mätfall Mätfall 4 Dämpningen som sker mellan mätpositionerna i sändarrummet och mottagarrummet kan läsas av i Tabell 14 samt i Figur 16 nedan. Oktavband [Hz] Totala dämpningen [db] Tabell 14: Den uppmätta dämpningen i oktavband. 17

21 Figur 16: Skillnaden i ljudtrycksnivå mellan sändar- och mottagarrum, mätfall 4. 18

22 6 Analys och diskussion I detta avsnitt jämförs resultat från mätningar och beräkningsmodellen. Värdena från mätningen förs in i MATLAB och jämförs med resultatet från beräkningsmodellen. 6.1 Rumskorrigering av modell Absorptionen i mottagarrummet påverkar dämpningen. Absorptionen kan beräknas med två olika metoder. För den första metoden måste mätningar av efterklangstiden göras och därefter beräkna absorptionen utifrån det. Den andra metoden är att ta reda på precis vad som finns i rummet och sedan söka i litteratur efter absorptionsfaktorn för väggar, golv, tak och rumsinnehåll varefter absorptionen kan beräknas [4]. Då dessa metoder bygger på att rummets egenskaper är kända valdes att inte inkludera rumskorrigeringen i modellen. Hur rumskorrigeringen kan adderas till modellen visas istället här. Utifrån efterklangstiderna uppmätta i rummet kan rummets absorption beräknas enligt: A = V T, (12) [3], där A är absorptionen, enhet m 2 Sabine, V är rummets volym och T är efterklangstiden i respektive oktavband. För att ta reda på hur mycket dämpning absorptionen i rummet resulterar i jämförs absorptionen med en standardabsorption, A standard = 10m 2 Sabine, enligt: A K = 10 log 10, (13) A standard [4], där K är korrektionen. Ett negativt värde innebär att absorptionen i rummet är lägre än standardabsorption, vilket minskar dämpningen och vice versa [4]. Istället för att räkna om efterklangstiderna till absorbtionsareor, kan efterklangstiden relateras till efterklangstiden för ett rum med standardad absorbtionsarea enligt: T K = 10 log 10. (14) T standard Där efterklangstiden för ett rum med standardabsorption är, T standard = 0.5s. Det är denna metod som används i modellen. För att beräkna den totala rumskorrigerade dämpningen korrigeras det tidigare beräknade dämpningen med ekvation (14) enligt: D korrigerad = D beräknad + K, (15) [4], där D är dämpning. Efterklangstiderna från mätningen kan avläsas i Tabell 15 nedan. Oktavband [Hz] Efterklangstid [s] Tabell 15: Uppmätt efterklangstid för respektive oktavband. Med efterklangstider insatt i ekvation (14) och i (15) erhålls den totala korrigerade dämpningen för respektive oktavband. Resultatet presenteras i Tabell 16 nedan, avrundat till en decimal. Oktavband [Hz] Dämpning [db] Tabell 16: Total dämpning för kanalsystemet, korrigerat för verklig rumsabsoption, för respektive oktavband. Dämpningen summeras över det intressanta området 250Hz till 1250Hz. Dämpningen för det okorrigerade fallet för mätningen blir då 53.1dB och dämpningen för det korrigerade fallet för mätningen blir 59.6dB. Slutsatsen är att om noggrannare beräkning av ljuddämpningen eftersöks bör rumskorrigeringen utföras. 19

23 6.2 Med eller utan don Figur 17: Skillnaden i ljudtrycksnivå mellan sändar- och mottagarrum för orginalfallet samt med tilltäppt don. Figur 17 visar en jämförelse mellan fallet där donet är igensatt jämfört med då donet är öppet. Det kan ses att vid låga frekvenser, upp till 200Hz, är skillnaden låg. Detta antas bero på att mineralullen som donet är tätat med släpper igenom de låga frekvenserna. Vid högre frekvenser har bägge kurvorna ett minimum i dämpningen, vilken antagligen kommer från läckage genom dörrarna som ej var tätade ordentligt. Ljudet har då tagit sig igenom dörren i sändarrummet, ut i korridoren och sedan in genom dörren i mottagarrummet. Slutsatsen om att det intressanta området att studera är 200Hz till 1250Hz kan dras. 6.3 Dämpning in i kanalen Dämpning in i kanalen som egentligen inte har med donets egenskaper att göra är den som presenterades i metoden, ekvation (4). I litteraturen finns ingen teoretisk bakgrund till var ekvationen kommer ifrån. Det är därför av intresse att studera denna noggrannare. Likheter hittades med ekvation (4) vid studier av sammansatta skiljekonstruktioners reduktionstal, beräknat med energimetoder. Transmissionsfaktor för skiljekonstruktion bestående av vägg med ett hål i beräknas enligt: τ = S hål S vägg τ hål + τ vägg (16) S vägg + S hål S vägg + S hål där S representerar respektive delytas area, [3]. Transmissionsfaktorn för väggen antages vara 0 då även om lite ljud skulle transmitteras genom väggen är ingen vägg i sändarrummet i direktkontakt med mottagarrummet. Transmissionsfaktorn för ett hål är 1. Med τ vägg = 0 och τ hål = 1 insatt i ekvation (16) erhålls: τ = S hål S vägg + S hål. (17) 20

24 Reduktionstalet är definierat enligt: R = 10 log 10 ( 1 τ [3]. Med ekvation (17) insatt i ekvation (18) fås: R = 10 log 10 ( Svägg + S hål S hål ), (18) ). (19) Dessa energimetoder bör egentligen endast användas för frekvenser vars ljudvåglängd är små i förhållande till typiska dimensioner som till exempel kanalhålet [3]. Jämförs ekvation (19) med ekvation (4), presenterad i metoden, uppmärksammas att termen 10 log 10 S kanal är densamma men räknat som skiljevägg tillkom termen 10 log 10 (S kanal + S vägg ). För att undersöka vilken metod som stämmer bäst överens med verkligheten jämförs de både beräkningssätten med dontillverkarens datablad för dondämpning, rum till kanal. Då dontillverkarens data innehåller både insättningsdämpning och den dämpning som söks behöver insättningsdämpningen subtraheras. För att ta reda på donets insättningsdämpning subtraheras mynningsdämpningen, se Figur 5, från dontillverkarens datablad för dämpning, kanal till rum. Dämpningen in i kanalen utan donets insättningsdämpning presenteras i Tabell 17 nedan. Oktavband [Hz] Dämpning in i kanal [db] Tabell 17: Dämpningen från rum in i kanalen där donets insättningsdämpning har subtraherats. I tabellen syns att dämpningen skiljer sig åt i olika oktavband medan båda beräkningssätten antar samma dämpning i alla oktavband. Detta skulle delvis kunna förklaras med att kanalhålet med en diameter på 100mm inte kan ses som stort i förhållande till ljudvåglängden för frekvenser under 2000Hz och därmed är energimetoder inte tillämpbara i det området [3]. För att ändå jämföra hur bra beräkningsmetoderna stämmer insätts arean för kanal med diameter 100mm i ekvation (4) och en dämpning på 21dB erhålls. Då det är okänt vilken väggarea som dontillverkare använde i sina mätninger är det svårt att jämföra med beräkningen enligt ekvation (19). Antages en väggarea någonstans mellan tio och hundra kvadratmeter skulle det innebära ett bidrag på ytterligare 10-20dB dämpning utöver de 21dB som erhålls i ekvation (4). För att få ett enskilt siffervärde att jämföra summeras dämpningen för oktavbanden Hz enligt ekvation (5), resultaten presenteras i Tabell 18 nedan. Summerad dämpning [db], Hz Data från tillverkare, Tabell Beräknat enligt ekvation (4) 30 Beräknat med metod för skiljekonstruktioner, ekvation (19) med area från 41.4 mätuppställning Tabell 18: Summerad dämpning från rum in i kanalen enligt presenterade beräkningsmetoder och utifrån dontillverkares produktdata. Utifrån resultaten i Tabell 18 verkar det som att ekvation (4) är den modell som stämmer bäst överens med de uppmätta värdena från dontillverkare. 6.4 Reduktionstal för kanal Som en extra analys fanns det intresse av att undersöka möjligheten att utifrån mätningarna bestämma ett reduktionstal för kanalhålet. Tanken är att utifrån mätningarna, med donet tilltäppt, beräkna reduktionstalet för vägg och dörr tillsammans, som skillnaden i ljudnivå mellan sändar- 21

25 och mottagarrum. Samma sak genomförs för mätningen med öppet don och ett reduktionstal för väggen, dörren och kanalen erhålls. Reduktionstal för sammansatta skiljekonstruktioner beräknas enligt: R = 10 log 10 S, (20) Sn 10 Rn/10 [3]. Med ett totalt reduktionstal från mätning med öppet don och ett reduktionstal för dörr och vägg tillsammans ställs ekvationen upp enligt: R = 10 log 10 S S vägg+dörr 10 R vägg+dörr/10 + S kanal 10 R kanal/10. (21) Reduktionstalet för donet kan då lösas ut enligt: ( S R kanal = log 10 (S ) vägg+dörr) 10 Rvägg+dörr. (22) 10 R/10 S kanal S don Resultaten presenteras för respektive oktavband i Tabell 19 nedan. Oktavband [Hz] Dämpning [db] Tabell 19: Dämpningen i oktavband. Jämförs reduktionstalet för kanal och don med erhållen dämpning från mätningar samt tidigare beräkningar verkar denna metod inte alls fungera. Detta kan bero på att trots att donet var tilltäppt släppte mineralullen igenom de låga frekvenserna. Metoderna som används är energibaserade och som i tidigare analys så stämmer dessa inte så bra vid frekvenser under 2000Hz för ett kanalhål med diameter 100mm. 6.5 Verifiering av beräkningsmodell Genom att jämföra resultatet för mätningarna i mätfall 1 och resultatet som fås av beräkningsmetoden kan ett mått på hur bra beräkningsmetoden är fås. Jämförelsen kan ses i Figur 18 nedan. Figur 18: Jämförelse mellan dämpningen i rumskorrigerad beräkningsmetoden och vid mätningen. 22

26 Som ses i Figur 18 stämmer beräkningsmetoden inte speciellt bra överens med mätningen vid låga frekvenser. Om värdena i en tredjedels oktavband studeras syns detta fenomen väldigt tydligt, se Tabell 20. Att modellen inte stämmer så bra i lågfrekvensområdet är förväntat. Detta på grund av att antaganden som gjorts vid beräkningar är bland annat planvågsutbredning i kanalen och att ljudenergin är jämnt fördelad. Det stämmer inte så bra överens med verkligheten vid lägre frekvenser. Frekvens [Hz] Skillnad [db] Tabell 20: Skillnaden i dämpning mellan mätning och beräkning, avrundat till en decimal. Däremot är det området som är intressant att studera mellan 200Hz och 1250Hz och då stämmer beräkningsmetoden bättre. Resultatet kan ses nedan i Figur 19. Det går även att tydligt se detta i Tabell 20 ovan. Figur 19: Jämförelse mellan dämpningen i rumskorrigerad beräkningsmetoden och vid mätningen. Frekvenser mellan 200Hz till 1250Hz. Vid summering av den totala dämpningen med rumskorrektionen gjord i de båda fallen skiljer det sig mycket lite. Om hela oktavbandet studeras ger beräkningsmetoden en dämpning på 68.4dB och för mätningen ges en dämpning på 66.1dB. Då det var mycket störningar i höga och låga frekvenser studeras dämpningen i frekvensspannet 200Hz till 1250Hz. Beräkningsmetoden ger då en dämpning på 58.6dB och mätningen ger en dämpning på 59.6dB. Det som är bra är att beräkningen ger en lägre dämpning än mätningen. Detta för att det är bättre ur ett beräkningsmetodsperspektiv att ha en lägre dämpning än det riktiga fallet då det minimerar risken att kraven inte uppfylls vid kontrollmätning. Den totala skillnaden mellan de olika metoderna är cirka 1dB vilket är mindre än de felmarginaler som finns i mätningen. Om rumskorrektionen för både mätfallet och beräkningsmetoden är gjorda kan resultatet jämföras med hjälp av reduktionstal R w. För att ta fram och studera dessa andvänds standard SS- EN ISO 717-1:2013. Den går ut på att jämföra värdena med en refereskurva där frekvensvärdena är givna enlig Tabell 21 nedan: 23

27 Oktavband [Hz] Referensvärde [db] Tabell 21: Referensvärde i oktavband. Referenskurvan flyttas sedan upp eller ner med steg på 1dB för att passa in med den uppmätta eller den beräknade kurvan. Skillnaden mellan referenskurvan och de andra kurvorna ska maximalt vara så nära 10dB som möjligt men inte över. Det total R w värdet fås genom att läsa av vilket värde referenskurvan har vid 500Hz. Genom att studera kurvorna i Figur 20 nedan går det att läsa av att R w för mätningen är 57dB och R w för beräkningsmetoden läses av till 56dB. Figur 20: Jämförelse mellan beräkning och mätning med referenskurvor. 6.6 Jämförelse av ljudtransmission med- eller mot strömningsriktningen En jämförelse gjordes genom att byta plats på sändar och mottagarrum. det var svårt att dra några säkra slutsatser eftersom förutsättningarna i rummen är olika. I det ena rummet fanns brandlarmscentralen för hela byggnaden, se Figur

28 Figur 21: Brandlarmscentral i ena rummet. Denna gav ifrån sig ljud vilket gör det svårt att få korrekta värden då det rummet används som mottagarrum. Korrektion för bakgrundsnivå har gjorts men det finns för stora felkällor för att kunna dra några slutsatser om det blir någon skillnad i dämpning om ljudet utbreds med- eller mot strömningen. En hypotes var att en skillnad borde finnas men att den skulle vara mycket liten. Figur 22 visar att det inte är någon större skillnad i dämpning för de två fallen. Den skillnaden som finns kan komma från andra källor. Figur 22: Skillnaden mellan dämpningen då ljudet utbreds med- eller motströms. 25

29 6.7 Felkällor Det finns ett antal möjliga felkällor vid mätningen. Ett av dessa är... olika felkällor som kan ha uppkommit. En av dessa är hur rummen ser ut i mätfallen. Rummen var inte helt tomma och det fanns lite olika material i dem, som till exempel, brandtätningar, brandlarmscentral samt kabelstegar. Dessa kan ge en viss skillnad i hur ljudet i rummen beter sig. Omgivningen runt testuppställningen var inte optimal då det var en byggarbetsplats och det var mycket störningar i form av ljud. Dessa störningar kan med stor sannolikhet ha gett en viss inverkan på mätningarna. En annan felkälla är mätinstrumenten, dessa har en viss felmarginal. Beräkningsmetoden är byggd till viss del av givna värden samt avläsningar i diagram. Det står inte i litteraturen hur värdena är framtagna vilket är ännu en osäkerhet. Genom att läsa av värdena från ett diagram kommer ytterligare en felkälla. Det kan vara svårt att få fram ett exakt värde. 26

30 7 Slutsats Slutsatsen som kan dras av analysen är att beräkningsmetoden stämmer bra överens med mätningarna. Eftersom det endas skilljer cirka en decibel är resultatet ett bra mått på att beräkningsmetoden fungerar för att kontrollera dämpningen i förhand. Däremot kan vi inte säga hur bra beräkningsmetoden stämmer vid höga fekvenser då det fanns ett läckage från dörren. Vid låga frekvenser stämmer inte heller beräkningsmetoden som till stor del består av energimetoder vars antaganden inte är giltiga vid låga frekvenser. Jämförelsen med reduktionstal R w ger en bättre jämförelse än om endast summering av ljudtrycksnivåskillnaden görs. Skillnaden i R w för mätingen och beräkningen är endast en decibell vilket kan ses som ett mycket bra resultat och att beräkningsmetoden stämmer mycket bra överrens med den verkliga mätnigen. Eftersom det var för stora felkällor i mätfall 3 för att kunna kontrollera om det är någon skillnad om ljudet fördas med- eller motströms i kanalen kan inte några slutsatser dras av detta. Analysen för dämpning in i kanalen påvisar att den metod som stämmer bäst överens med de upmätta värdena från dontillverkare är den som presenterades i metoden, ekvation (4), L = 10 log 10 S don. 8 Framtida arbete Genom att göra ytterligare undersökningar och studera fler fall kan beräkningsmetoden kontrolleras ytterligare. För att verifiera att skillnaden mellan dämpning i med- och motströmsfallen skulle det vara möjlig att göra experiment i en mer kontrollerad miljö där båda rummen är identiska och inga yttre störningar finns. 27

31 Referenser [1] 2011 ASHRAE HANDBOOK Heating, Ventilating, and Air-Conditioning APPLICATIONS. I: American Society of Heating-Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc., (2011), sida 788. [2] K-Konsult Akustik. Ljudhandbok för olika typer av installationer. Stockholm: K-Konsult Akustik, [3] H.P Wallin U. Carlsson M. Åbom H. Bodén och R. Glav. Ljud och vibrationer. Stockholm: KTH Marcus Wallenberg Laboratoriet, [4] Henry Nyman och Sören Denielsson. Ljud dimensionering av ventilationssytem. Stockholm: Byggforskningsrådet, [5] Fläkt Woods. Produktdatablad frånluftsventil GPDF, GPDB. url: http : / / dokument. flaktwoods.se/260e03d1-bd b092-36edcdf2442a. 28