Rumsakustikkens absorbatortyper

24:e maj. 2016

  • De tre huvudtyperna av absorbatorer (porösa absorbatorer, membranabsorbatorer och resonansabsorbatorer) kan kombineras för att erhålla en förutbestämd efterklangstid som är balanserad avseende de olika frekvenserna.
  • Det är ofta tillräckligt att kombinera två typer, till exempel en porös absorbator och en membranabsorbator.
  • Det är mycket viktigt att försöka komma fram till en efterklangstid som är densamma för hela frekvensområdet. Tillsammans med formen på rummet och hur absorbatorerna är fördelade, är en balanserad efterklangstid av avgörande betydelse för den totala ljudkomforten som är slutmålet.

Introduktion till olika absorbatortyper

Rumsakustiska problem uppstår när efterklangstiden inte är enhetlig i de olika frekvensbanden. I följande avsnitt presenteras de tre absorbatortyperna som – i rätt sammanhang – kan balansera efterklangstiden och ge en bekväm akustisk miljö.

Det är viktigt för ljudkvalitet att den valda efterklangstiden är så oberoende av frekvensen som möjligt. Detta innebär i princip att om du har valt en efterklangstid på till exempel 0,6 sekunder, måste detta i så stor utsträckning som möjligt vara densamma för bas-, mellanregister- och diskantfrekvenser. Att mäta efterklangstiden i ett visst rum kommer mycket enkelt att avslöja eventuella problem. Många av de rumsakustiska problem man upplever härrör från det faktum att denna balans inte har åtgärdats. Ofta är efterklangstiden längre i basområdet än i de andra frekvensområdena. Med andra ord är de ljudabsorberande materialens effekt frekvensberoende. Resultatet kan i vissa fall ge ett obehagligt dånande ljud i rummet, d.v.s. en brist på akustisk komfort.

Till exempel: Bostadshöghus i betong från 1970-talet kan ha denna egenskap om man till exempel sitter i en hörnsoffa i vardagsrummet. Bastoner i tal och musik låter konstigt. Välkända ljudabsorbatorer som mineralull etc. är mest effektiva i mellan- och och diskantregistret. Om du bara använder material som detta i ditt projekt, kan du stöta på de problem som beskrivs ovan med förlängda efterklangstider i basen. I många typer av byggnader kan problemet med bastoner lösas genom att kombinera två ljudabsorbatorer, till exempel genom att montera 25 millimeter Troldtekt med 250-millimeter mineralull på baksidan. Som vi kommer att se i följande exempel är det inte bara valet av material utan också det sätt på vilket materialet är monterat som bestämmer dess absorptionseffekt. Vi kommer att ta en närmare titt på de olika absorptionstyperna och deras egenskaper. Det finns tre huvudtyper; se Figur 8.

Figur 8: Det finns tre huvudtyper

Porösa absorbatorer

Dessa består som namnet antyder av poröst material. Mineralull, textilier, kläder, gardiner, mattor och vissa typer av skumplast hör alla till denna kategori. Den ljudabsorberande effekten härrör från det faktum att ljudenergin kan tränga in i materialet när den träffar ytan. Ljudenergin omvandlas till värmeenergi och endast en liten del reflekteras i form av ljudenergi. Med andra ord har materialet absorberat en del av ljudet. Som en ljudabsorbator är Troldtekt en kombination av en porös absorbator och en resonansabsorbator (vilket beskrivs nedan). Som vi alla minns från skolan kan energi aldrig skapas eller försvinna – den kan bara omvandlas. I porösa absorbatorer omvandlas ljudenergi till värmeenergi.

Men tro inte att man kan utnyttja detta för att värma upp rummet. Mängden energi är försumbar – bara en miljondels eller miljarddels Watt. Som nämnts ovan är porösa absorbatorer mest effektiva för mellanregister och diskanttoner, och ljudabsorptionskoefficienten är vanligtvis som i Figur 9.

Figur 9: Porösa absorbatorer

Porösa absorbatorer – där de fungerar bäst – är mycket effektiva med ljudabsorptionskoefficienter på upp till 100 %, det vill säga helt absorberande. Å andra sidan minskar effekten ner mot de lägre frekvenserna, och med bastoner fungerar de knappast alls. Det är viktigt att notera att samma porösa material, exempelvis 50 mm mjuk mineralullsvadd, kommer att vara mer eller mindre effektiv beroende på hur den är monterad. Ju tjockare material och/eller ju längre bort från taket eller väggen den är monterad, desto bättre fungerar den. Se figur 10.

Figur 10:

Det optimala avståndet mellan det fasta taket och ett nedpendlat akustiskt mineralullstak är i praktiken 200-300 mm. Strukturer som dessa är effektiva ner till ca. 200 Hz. Obs! 35 mm Troldtekt-plattor med 50 mm mineralull på baksidan ger ungefär samma resultat som ett undertak. Se figur 11.

Figur 11:

Membranabsorbator

I basfrekvensområdet är det nödvändigt att överväga andra typer av absorbatorer, i synnerhet membranabsorbatorer som är bra basabsorbatorer. De utgör en viktig grupp absorbatorer av flera skäl, men de förbises ofta, kanske för att de inte ser ut som om de kan absorbera ljud. I grund och botten är membranabsorbatorn en platt låda, 100-200 millimeter djup, som monteras på väggen med ett tunt skikt av plywood eller liknande på framsidan och med en lätt mineralullsfyllning i lådans hålighet. Se figur 12.

Figur 12: Membranabsorbator, gipsvägg

Om du slår mjukt på frontpanelen med handen, kommer du att höra en djup ton, lite som en bastrumma men mycket svagare. Tonen du hör är resonansfrekvensen för det oscillerande systemet som består av frontpanelen med en viss massa i kombination med fjädringen som bildas av den instängda luften.

Resonansfrekvensen är också den frekvens vid vilken membranabsorbatorn absorberar, eftersom ljudenergin får membranet att oscillera. Med andra ord finns det en energiomvandling, men den här gången från ljudenergi till mekanisk svängningsenergi. Alltså är den främsta egenskapen för en membranabsorbator att den absorberar ljudenergi vid låga frekvenser. Se figur 13.

Figur 13: Membranabsorbator, parkettgolv på reglar

Det andra viktiga kännetecknet för en membranabsorbator är att den är ett vanligt inslag i vårt dagliga liv, i vanliga byggnadskomponenter som dörrar, fönster, trägolv (på bjälklag) och gipsväggar. Alla fungerar som membranabsorbatorer. Ljudabsorptionskoefficienten är inte fantastisk, kanske 15-20 %, men eftersom komponenterna tillsammans utgör en stor yta, är effekten betydande. Ta till exempel de stora glasytorna i många moderna byggnader. De leder till många problem med inomhusklimatet, men vad akustiken anbelangar ser de till att efterklangstiden inte ökar överdrivet mycket för bastoner. Eftersom de är membranabsorbatorer hjälper glasytorna till att balansera rummets akustik. Slå försiktigt på en stor fönsterruta och du märker hur djupt ljudet som skapas är. Det är i detta frekvensområde som fönstret är absorberande. Men tänk på att membranabsorbatorer bara fungerar för bastoner, och därför reflekterar högre ljudfrekvenser. Fönster kan därför ge obehagliga reflektioner eller ekoeffekter som måste motverkas på något annat sätt. Det är också bra att veta att trägolv på reglar, som ju är membranabsorbatorer, kan ge ytterligare trumljud – med andra ord ljud som uppstår när man går på golvet i samma rum. Om detta är ett problem, försök lägga på en matta eller placera mattor på en del av golvet. Detta kan vara nödvändig i t.ex. stora, öppna kontorslandskap.

Resonansabsorbatorer

Den tredje huvudtypen är resonansabsorbatorer. De arbetar med samma princip som när man blåser över mynningen på en ölflaska för att få en ton. Tonen uppstår när det svängande systemet som består av luften i flaskhalsen, oscillerar på fjädringen som bildas av luften i flaskan. Mekanismen kallas Helmholtz-resonator, och du hittar den i många system, bland annat klarinetter, hydrauliska ljuddämpare och ventilationstrummor. Precis som med membranabsorbatorn, är den resonansfrekvens du hör den frekvens som absorberas, eftersom det sker en energiomvandling från ljudenergi till mekanisk svängningsenergi. I sin rena form skulle absorbatorn bara absorbera en frekvens, vilket inte skulle vara praktiskt när det gäller rumsakustiken (men mycket effektivt i t.ex. hydrauliska dämpare). Riktiga akustiska resonansabsorbatorer finns i form av exempelvis perforerade gipsskivor, perforerad och korrugerad metallplåt samt metallådor. Här motsvarar hålen i ytan flaskhalsen, och utrymmet bakom skivan flaskkroppen. Se figur 14.

Figur 14: Typisk perforerad och korrugerad metallplåt

Perforerade gipsskivor kombineras vanligen med en porös absorbator i hålrummet bakom gipsskivan och/eller ett tunt skikt av filt omedelbart bakom skivan. Eftersom gipsskivan även i viss utsträckning fungerar som en membranabsorbator, täcker den normalt ett stort frekvensområde. Se figur 15.

Figur 15: Typisk perforerad gipsskiva

 

>> Läs också nästa avsnitt om bra akustik