Efterklang och absorption

  • Efterklangstiden är ett mått på hur snabbt ljudet dör ut i ett visst rum.
  • Storleken på rummet och val av material avgör efterklangstiden.
  • När vi väl vet ljudabsorptionskoefficienten för ett material och hur mycket av materialet som finns i ett rum, kan vi beräkna den totala absorptionen i rummet. Måttenheten är metriska sabiner (m2 sabin).
  • När vi vet storleken på rummet och den totala absorptionen, kan vi med hjälp av Sabines ekvation beräkna efterklangstiden, till och med innan rummet byggts.

Introduktion till efterklang och absorption

Följande avsnitt berättar om de villkor som avgör hur vi uppfattar akustiken i ett rum. Nyckelbegreppet här är efterklangstiden, och följande beskriver hur man mäter efterklangstiden i ett visst rum. Avsnittet beskriver också hur valet av material och förmågan hos materialet att absorbera ljud, starkt påverkar efterklangstiden. Dessutom presenterar avsnittet Sabines efterklangsekvation. Med denna ekvation är det möjligt att beräkna efterklangstiden i ett rum, till och med innan det har lämnat ritbordet.

För att förstå vad som menas med god och dålig akustik är det viktigt att förstå begreppet efterklangstid.

 

Efterklangstid

Efterklangstiden är ett mått på hur snabbt ljudet dör ut i ett rum, till exempel när du klappar i händerna. Specifikt är det den tid (i sekunder) som det tar för den inledande ljudtrycksnivån att minskas med 60 dB. Figur 6 visar tidssekvensen för ljudtrycksnivån från en handklappning i ett rum med en kort efterklangstid, jämfört med tidssekvensen för ljudtrycksnivån för en handklappning i ett rum med lång efterklangstid.

Figur 6: Korta och långa efterklangstider

Våra öron reagerar på ”svansen”, och det är svansen som vi förknippar med rummets akustik. I fall av lång svans låter rummet ekande eller klangfullt. Om svansen är kort låter rummet ”torrt”. Det finns flera sätt att beskriva efterklang. Ett badrum har en relativt lång efterklang och låter ekande (och är en underbar plats att sjunga på!), men mycket olik efterklangen i en kyrka, som ju också låter ekande. Skillnaden i eko beror på att de två rummen skiljer sig mycket åt i storlek, och även för att det i kyrkan finns djupa toner som dör ut, och de finns inte i badrummet. Örat uppfattar dessa skillnader och kopplar dem till rummets ljud eller akustik. Med andra ord, de individuella frekvenserna dör ut på olika sätt vilket är en mycket viktig faktor när man vill skapa bra akustik.

Man talar om frekvensberoendet för efterklangstiden, eller om efterklangskurvan för ett givet utrymme. Och våra öron är mycket känsliga för detta. Vi har nämnt att storleken på rummet (volymen) har betydelse för efterklangstiden. Med andra ord har ett stort rum en längre efterklangstid än ett litet rum. Den andra viktiga faktorn som bestämmer efterklangstiden i ett rum är dess absorption.

Absorption

Absorption är ett mått på hur mycket ljudabsorberande material som finns i ett rum. Vissa material har en ljudabsorberande effekt även om det kanske inte verkar så. Således absorberar gipsskivor, glas och vissa trägolv djupa ljud. Men vi kommer att återkomma till detta senare. Den ljudabsorberande effekten för olika material varierar kraftigt. I själva verket absorberar betong och murverk inte ljud alls. Mattor, textilier, mineralull och glasull, cementbunden träull (Troldtekt) etc. är å andra sidan mycket ljudabsorberande.

Den här egenskapen uttrycks i ljudabsorptionskoefficienten (α). Ljudabsorptionskoefficienten är förhållandet mellan den ljudenergi som absorberas av materialet (d.v.s. den icke-reflekterade ljudenergin) och den ljudenergi som träffar materialet. Absorptionskoefficienten är därför en faktor mellan 0 och 1, där 0 indikerar att materialet inte absorberar någon ljudenergi alls, medan 1 indikerar att materialet absorberar all ljudenergi. Betong har typiskt en absorptionskoefficient på 0,01-0,02 vilket motsvarar 1-2 %. Troldtekt akustikplattor med mineralull på baksidan har vanligtvis en absorptionskoefficient på 0,8-0,9 vilket motsvarar 80-90 %.

Den ljudabsorberande effekten för ett material i ett visst rum beror naturligtvis inte enbart på storleken på ljudabsorptionskoefficienten, men också på hur många kvadratmeter av materialet som finns i rummet. Absorptionen, även kallad ekvivalent ljudabsorptionsyta (A), är produkten av ytmaterialet multiplicerat med materialets ljudabsorptionskoefficient.

A = S × α (msab)

Måttenheten är metrisk sabin (m2 sab) för att inte förväxla den med en ”normal” yta. Absorptionen uttrycker den totala effekten i rummet av materialet i fråga. Den fysiska innebörden av absorption kan uttryckas som ytan för ett öppet fönster (som absorberar 100 % eftersom ljudet inte kommer tillbaka in i rummet), med samma ljuddämpande effekt som det faktiska antalet kvadratmeter av materialet.

Om vi till exempel tar 10 kvadratmeter Troldtekt med en ljudabsorptionskoefficient på 0,8: Absorptionen är 10×0,8 eller 8 metriska sabiner. Samma effekt kan fås av 8 kvadratmeter öppna fönster som absorberar 100 %. Akustiskt sett, om man monterar 10 kvadratmeter Troldtekt i rummet motsvarar det att ha 8 kvadratmeter öppna fönster. I akustikens barndom användes faktiskt den öppna-fönsterenheten (Open Window Unit, OWU) som en uttryck för absorption, vilket var pedagogiskt. 

Vi har nu möjlighet att uttrycka den viktigaste formeln i akustiken, Sabines ekvation, som länkar samman efterklangstiden (T) med rummets volym (V) och absorptionen (A), samt proportionalitetsfaktorn 0,16:

T = 0,16 × V/A, där A = S × α

Det viktigaste är att efterklangstiden är proportionell mot volymen av rummet (d.v.s. ett rum med dubbelt så stor volym har dubbelt så lång efterklangstid), och omvänt proportionell mot absorptionen (dubbelt så hög absorption ger halva efterklangstiden). Proportionalitetsfaktorn 0,16 är en konstant som används för att se till att allt stämmer. Som vi vet är efterklangstiden den tid det tar för ljudet att minska med 60 dB. Om en annan definition hade valts – till exempel 40 dB i stället för 60 dB – hade också proportionalitetsfaktorn varit annorlunda.

Sabines efterklangsekvation innebär att det är möjligt att i förväg beräkna den resulterande efterklangstiden när storleken (volymen) på rummet är känd, och när man också vet hur mycket absorption som har tillförts rummet. Redan innan rummet byggts är det därför möjligt att förutsäga den efterklangstid som så småningom kommer att upplevas i det färdiga rummet. För att kunna utföra beräkningen som beskrivits, förutom att veta rummets dimensioner, är det också nödvändigt att känna till de akustiska egenskaperna för de byggmaterial som kommer att användas.  

Detta sker i form av data för ljudabsorptionskoefficienten (α) (se t.ex. tabellen på sida 9). Eftersom den ljudabsorberande effekten för materialen är frekvensberoende, återspeglas detta i α-värden för de olika frekvenserna, normalt i frekvensområdet 125-4 000 Hz.

Det är oftast möjligt att få α-värden för de olika materialen från de enskilda tillverkarnas webbplatser (se www.troldtekt.com, till exempel). I handböcker och på internet är det möjligt att hitta data för byggmaterial som inte är avsedda som akustikmaterial, som golv, fönster, murverk och så vidare. Tabellen på nästa sida kan också användas som utgångspunkt. Som ses är beräkningen linjär; med andra ord adderas bidraget från de olika materialen och byggelement till absorptionen för att ge oss den totala absorptionen (A), som ingår i Sabines ekvation. För ett givet rum görs beräkningen individuellt för varje frekvensband. Detta ger oss efterklangstiden i rummet för varje frekvensband och därför efterklangskurvan för rummet. Efterklangskurvan är efterklangstidens frekvensberoende för rummet i fråga. Formen på efterklangskurvan uttrycker den akustiska kvaliteten för rummet i fråga. Men vi kommer att återkomma till detta senare.

 Figur 7:

>> Läs också nästa avsnitt om olika typer av absorption