Grundläggande akustiska begrepp

• Ljud är elastiska mekaniska svängningar i medier som luft, vätskor eller fasta material. Frekvens mäts i Hertz (Hz) och uttrycker antalet svängningar per sekund.

• Det mänskliga örat kan uppfatta djupa ljud från ca. 20 Hz till höga ljud på ca. 15 000-18 000 Hz.

• I krävande miljöer kan byggnadsakustik handla om ljud som sträcker sig från ca. 63 till 8 000 Hz.

• Decibel (dB) är en logaritmisk skala som används för att uttrycka ljudintensitet. I praktiken går skalan från 0 dB till 120-130 dB. De övre ljudnivåerna kan skada örat.

• Genom att använda ett A-filter som tar hänsyn till frekvensen kan ljudet mätas i dB(A) som bättre uttrycker hur örat uppfattar ljudet.

• Leq-värdet uttrycker potentiella hälsoeffekter och obehag som kan orsakas av ljud. Den övre gränsen för buller på arbetsplatsen är satt till 85 dB(A) under åtta timmar, vilket motsvarar 88 dB(A) i fyra timmar, 91 dB(A) under två timmar och så vidare.

• Toppvärdet för ett enda högt ljud (t.ex. ett skott) uttrycks av Lpeak, som aldrig får överstiga 137 dB.

Följande avsnitt presenterar de begrepp och beräkningsprinciper som är nödvändiga för att beräkna ljudet och upplevelsen av ljud i ett rum. Med denna grundläggande kunskap är det möjligt att vara medveten om och undvika de akustiska fallgropar som kan uppstå i byggnader.

Ljud är elastiska mekaniska svängningar i medier som luft, vätskor eller fasta material. Alla material är elastiska men elasticiteten är störst i gaser och minst i fasta ämnen. Ta en cykelpump, blockera luftmunstycket och pumpa. Elasticiteten du känner är elasticiteten i den instängda luften.

Figur 1: Spridning av ett flygplans ljudvåg i luften:

Det är molekylerna i materialen som oscillerar, till exempel när en högtalare trycker på luftmolekylerna framför membranet. Den resulterande svängningsenergin överförs till intilliggande molekyler och på detta sätt överförs ljudet (d.v..s ljudenergin) till omgivningen. När energin träffar örat aktiveras trumhinnan och vi hör ljudet om det har rätt tonhöjd (frekvens) och ljudstyrka. (Se Figur 1).

Ljudsvängningar kan också genereras i fasta material. Om vi borrar i en vägg överförs ljudenergi till väggen, och ljudet kan då fortplantas över avsevärda avstånd inne i väggen. Folk som bor i betonghus kan säkert vittna om detta.

Figur 2:

Frekvens är antalet (ljud) svängningar per sekund. Mätenheten är Hertz (Hz). Det mänskliga örat kan uppfatta frekvenser som sträcker sig från 20 Hz (mycket djup bas) upp till 15 000-18 000 Hz (mycket hög frekvens, diskant). När vi blir äldre avtar vår förmåga att höra de allra högsta diskanttonerna (till exempel ljudet av en gräshoppa), och vid en ålder av 60 är den övre gränsen ca 10 000 Hz.

I byggnadsakustik talar vi oftast om hur byggmaterial beter sig i frekvensområdet från ca. 125 Hz till ca. 4 000 Hz. I krävande miljöer från ca. 63 Hz till ca. 8 000 Hz.

Ljudnivå beror på amplituden på ljudsvängningarna. Ljudnivå kan uttryckas på olika sätt men oftast mäter man hur starkt ljudtrycket är. Om man sedan tittar på frekvensområdet för det mänskliga örat, från svagt ljudtryck (små svängningar) till starkt ljudtryck (stora svängningar), kan man se att örat täcker ett brett område.

Det starkaste ljudtrycket är ungefär en miljon gånger större än det svagaste ljudtryck som kan uppfattas av det mänskliga örat. Det är därför rimligt att byta till en annan skala, den så kallade decibelskalan. Denna (logaritmiska) skala överensstämmer bättre med det sätt på vilket örat uppfattar variationer i ljud. Skalan är utformad så att 0 decibel (dB) motsvarar det svagaste ljud vi kan höra. Det starkaste ljud vi kan utsättas för är 120-130 dB. Skalan nedan visar typiska tryckljudnivåer i dB.

Ljudbarometer - 0 dB betyder inte att det inte finns något ljud närvarande. Det betyder bara att vi är på gränsen till vad vi människor kan höra. Det kan mycket väl finnas ljud som är svagare än 0 dB – vi kan bara inte uppfatta dem.

Figur 3: Ljudbarometer

Vi måste också lägga till några andra villkor som rör ljudnivån och som handlar om hur karaktären på ljudintensiteten påverkar vår hörsel och hur vi uppfattar ljudet.

Örat uppfattar inte alla frekvenser lika starkt. I allmänhet uppfattas djupa toner som svagare än höga toner, d.v.s. örats känslighet varierar beroende på ljudfrekvensen. När man mäter ljudstyrka är det därför nödvändigt att ta hänsyn till detta för att få ett mätvärde som motsvarar det sätt på vilket vi uppfattar ljud.

Figur 4: A-viktning

Ljudtrycksmätare gör detta genom att använda ett så kalladt A-filter, som dämpar låga toner i förhållande till höga toner, så att det uppmätta värdet (ungefärligt) motsvarar det sätt på vilket vi uppfattar ljudet. Det uppmätta värdet kallas dB(A), och om vi ser en ljudnivå indikerad som till exempel 65 dB(A), betyder det att ljudtrycksnivån mättes med en mätare där ett A-filter var aktiverat. De allra flesta mätningar måste göras på detta sätt. Det finns andra viktningar men de används mycket sällan. Officiella bullerkrav anges (nästan) alltid i dB(A).

De flesta ljud vi utsätts för varierar över tid. Tänk bara på upplevelsen av trafikbuller när du står bredvid en väg och lyssnar. Eller ljuden på din arbetsplats, som också varierar under dagen, växlar mellan hög och låg intensitet, avbryts etc. Ekvivalent, kontinuerlig ljudtrycksnivå, Leq. infördes för att ta hänsyn till dessa varierande situationer. Det är en beräkning av den genomsnittliga ljudnivån mätt under ett visst tidsintervall, till exempel åtta timmar. Konceptet infördes för att uttrycka ljudnivåer som varierar över tiden (t.ex. trafikbuller), vilket resulterar i ett enda decibelvärde som tar hänsyn till den totala ljudenergin över den aktuella tidsperioden. Fluktuerande buller som mäts under en viss tidsperiod representerar den totala energin.

 Figur 5:

 

 Det faktum att det är energi som jämförs ligger i linje med det faktum att teorier om bullerskador och bullerstörningar är kopplade till den bullerenergi som du utsätts för. Med andra ord har ett starkt, kortvarig ljud samma skadliga effekter som svagare, mer varaktiga ljud. Det är inte perfekt, men just nu är det den bästa tillgängliga modellen. Leq-begreppet är oundvikligen kopplat till en tidsperiod eftersom det uttrycker en energi. Därför måste ett Leq-värde åtföljas av en varaktighet, annars är det meningslöst. Det officiella gränsvärdet för skadligt buller på arbetsplatsen är:

”Leq = 85 dB(A) över en 8-timmars arbetsdag”

Den bullerdos du utsätts för motsvarar därför 88 dB(A) i fyra timmar, 91 dB(A) under två timmar, och så vidare. I alla tre fallen är bullerdosen densamma.

Anledningen till att ta med Leq-begreppet i denna sammanställning är att det ingår i alla de krav som ställs av myndigheterna angående buller på arbetsplatsen (som nämnts ovan), buller från verksamhet till utemiljön, trafikbuller etc. Dessutom missförstås begreppet ofta på grund av det faktum att det är ett medelvärde som ofta förbises. Därför är det möjligt att korta tidsperioder kan ha högre bullernivåer än Leq-värdet och fortfarande hålla sig inom gränserna.

När vi talar om risken för bullerskador behövs ett annat begrepp – toppvärdet för ljudtrycksnivån. Detta innebär den maximala ljudtrycksnivån som kan förekomma i en ljudsekvens. Det enklaste sättet att förstå det är om vi tar ett impulsljud, till exempel ett gevärsskott eller ett trumslag. Toppvärdet betecknas med Lpeak och mäts också i dB.

Leq-värdet, för t.ex. ett skott, mätt över även en kort tidsperiod, kan vara mycket lågt eftersom ett skott bara varar några millisekunder. Ändå kan starka impulsljud orsaka bestående hörselskador. Detta tyder på att teorin om ekvivalent konstant ljudtrycksnivå är inte skottsäker (förlåt!). Ljudnivåmätare har därför försetts med en så kallad impulstoppsdisplay som registrerar det absolut maximala värdet när man t.ex. gör ljudmätningar av ett skott.

Mätningar av impulsljud sker med en ljudtrycksmätare som har denna funktion. Det uppmätta värdet uttrycks i Lpeak, t.ex. Lpeak = 127 dB. Enligt officiella gränsvärden får det mänskliga örat inte utsättas för toppvärden över 137 dB.

>> Läs också nästa avsnitt om efterklang och absorption