paneelabsorbers zijn ondanks hun grote doeltreffendheid zowel simpel als goedkoop zelf te bouwen!





In deze ruimte is aandacht besteed aan
nagalmbeheersing, bass-management
en reflectiebeheersing




Paneelabsorber, basisprincipe

Bouw en Berekening van
PaneelAbsorbers

Het basisprincipe van akoestische absorptie bestaat uit de omzetting van geluidsenergie in warmte. Deze omzetting vindt meestentijds plaats in vezelrijk, luchtig of poreus materiaal.

Wanneer hiervoor gebruik wordt gemaakt van een constructie waarbij een akoestisch geschikt materiaal voor een holle ruimte van 4 tot 30cm diep wordt geplaats is er sprake van een paneelabsorber.

Wanneer eenzelfde constructie met een diepte van meer dan 30cm wordt toegepast spreek je al snel van een afgestemde basstrap.

Strikt genomen is een basstrap en een paneelabsorber hetzelfde. Het onderscheid berust op het frequentiegebied waarop de constructie dient in te werken. Een paneelabsorber zal maximaal dempen in het frequentiegebied tussen 100 en 500Hz, terwijl een basstrap werkzaam is op specifieke frequenties die onder 200 Hz liggen.

Het is een onontkoombaar gegeven dat de diepte van een paneelabsorber iets zegt over hoe laag de constructie zal kunnen absorberen. Hoe dieper de holle ruimte, des te lager de frequentie voor maximale absorptie zal komen te liggen.

Op deze pagina wordt de paneelabsorber uitgelegd, terwijl u eventueel ook HIER kunt klikken als u specifiek geïnteresseerd bent in basstraps voor de lagere frequenties.



naar boven



De mogelijkheden voor absorptie vallen uiteen in een directe en indirecte vorm.

Directe absorptie komt tot stand wanneer een gedeelte van het totale geluidsspectrum dat op een absorberend materiaal valt, in dat materiaal zal willen doordringen.
Dit proces van doordringing kost (geluids)energie, die in het dempmateriaal in een minieme hoeveelheid warmte wordt omgezet. U hoeft uiteraard niet bang te zijn voor een brandje als u de muziek eens flink hard zet.

Het welbekende noppenschuim van de bouwmarkt behoort tot de directe absorptiematerialen, evenals de meeste vlakke absorptiepanelen die bedoeld zijn om tegen de wand of aan het plafond te hangen. Ook de wandpanelen op de foto rechts maken deel uit van de directe absorptie in deze ruimte.

Van indirecte absorptie is sprake als het dempende materiaal niet direct aan het geluid wordt blootgesteld, maar via een trillend of resonerend medium -- de multiplex (triplex) frontplaat.

Exponenten van dit principe zijn onder andere verwerkt in de ruimte links op de foto, links en rechts achter de grote subwoofers en boven de diffuser die achter de luisterbank staat. De stoffering is hier enkel aangebracht tbv de zichtafwerking.

Er kunnen in principe twee verschillende vormen van indirecte absorptie onderscheiden worden:

Ten eerste:
Een holle, afgesloten en eventueel met dempingsmateriaal gevulde ruimte van een zekere diepte, die aan één zijde is 'bespannen' met een relatief dunne plaat (hardboard, rubber, vilt), is automatisch 'afgestemd' op een bepaalde resonantiefrequentie.

De tekening links toont het basisprincipe van de paneelabsorber.

Als deze absorber wordt getroffen door geluidsgolven waarop hij is afgestemd zal de lucht in de holle ruimte krachtig in resonantie worden gebracht. Hiervoor is veel energie nodig, die middels de trillende voorplaat onttrokken wordt aan de geluidsgolf en vervolgens in de vorm van warmte in het dempmateriaal in de holle ruimte verder aan zijn einde komt. Dit werkingsprincipe komt overeen met een (gesloten) trommel. De berekening ervan is eenvoudig, net als de feitelijke bouw ervan.

Ten tweede:
Een holle, afgesloten en met dempingsmateriaal gevulde ruimte van een zekere diepte, die aan één zijde is afgesloten met een in een bepaalde mate geperforeerde plaat van een zekere dikte, is eveneens automatisch afgestemd op een bepaalde resonantiefrequentie.

Het basisprincipe is wederom rechts in tekening gezet.

Als deze absorber wordt getroffen door geluidsgolven waarop hij is afgestemd, zal de lucht in de holle ruimte eveneens in resonantie worden gebracht. Hiervoor is een in principe kleinere hoeveelheid akoestische energie nodig dan voor de paneelabsorber, die via de perforatie onttrokken wordt aan de geluidsgolf en in de vorm van warmte in het dempmateriaal in de holle ruimte aan zijn einde komt.
Dit werkingsprincipe komt overeen met lucht die over de hals van een fles wordt geblazen en heet ook wel Helmholz resonator.

In beide voorbeelden van indirecte absorptie is er dus uiteindelijk ook sprake van warmte-absorptie; afstemming van de resonantie geschiedt door materiaalkeuze en kastdiepte (indirecte absorptie), of door materiaalkeuze alléén (directe absorptie).

Voor het aanpakken van frequenties onder 350Hz moet in elk geval gebruik worden gemaakt van afgestemde akoestische elementen, die werken volgens het principe van de indirecte absorptie.

In de praktijk is de bouw van een paneelabsorber en die van een Helmholz resonator alleen verschillend op het punt van de voorplaat. Aangezien geperforeerde panelen erg kostbaar kunnen zijn en in elk geval niet overal verkrijgbaar zijn, is de gewone paneelabsorber een betere keus voor de zelfbouwer in akoestiek.

Er bestaat tot nog toe geen ruimteontwerp van SoundScapeS dat het zonder paneelabsorptie doet.

Een Stukje Theorie

Een effectief werkende paneelabsorber moet tenminste 1/4 van de te dempen golflengte diep zijn.

Anders gezegd: als 100Hz de feitelijk te dempen resonantie moet zijn, dan moet de diepte van de absorber 86cm worden.
Immers:

F = 344 / [4.D]

waarbij:
F = frequentie voor piekabsorptie
344 = geluidssnelheid (m/s)
4.D = viermaal de diepte (m)

Met "effectief werkend" wordt hier bedoeld dat op deze frequentie voldoende piekabsorptie kan worden gerealiseerd om een bruikbare hoeveelheid akoestische energie om te zetten in warmte.

Indien de holle ruimte niet met poreus dempmateriaal is gevuld zal de absorptie krachtig van impact, maar smalbandig van werkgebied zijn.
De grafiek rechts toont de absorptiekarakteristiek van een op 70Hz afgestemde paneelabsorber -- duidelijk een smalbandig resonerend element.



De grafiek rechts toont een voorbeeld van breedbandige absorptie. De absorptie is hierbij verdeeld over een veel groter frequentiegebied en als zodanig zijn deze elementen dan ook niet zo geschikt voor het dempen van smalbandige pieken ten gevolge van staande golven.


naar boven

Doorgaans neemt paneelabsorptie in een ruimteontwerp van SoundScapeS de vorm aan van de helemaal bovenaan deze pagina geplaatste foto van een verlaagd plafond van precies dat akoestische plaatmateriaal dat in het gebied absorbeert waarin dat nodig is.

Fabrikanten als Rockfon en Ecophon leveren een enorm pakket plafond- en wandpanelen met allemaal verschillende absorptiewaarden. Een groot aantal varianten van deze panelen zijn in kleur verkrijgbaar -- ook in zeer donkere tinten, speciaal bedoeld voor de thuisbioscoop.

De meeste platen absorberen breedbandig en krachtig alle frequenties boven 500Hz. Dat is nuttig, wanneer ook daadwerkelijk aan die absorptie behoefte is. In veel gevallen is echter in woonruimtes sprake van de nodige hoogdemping, bijvoorbeeld als gevolg van tapijt en/of stoffering. Voor die situaties bestaan er ook wand- en plafondplaten die enkel het middengebied tot 2,5 tot 3kHz aanpakken, maar het midhoog en het hoog daarboven met rust laten.

In de foto's rechts wordt gebruik gemaakt van zo'n paneel dat geen frequenties meer absorbeert boven 3kHz. In feite is de enige functie van deze specifieke paneelabsorber absorptie van het lage middengebied. Hieruit volgt dat het geen probleem zal zijn als de paneelabsorber uiteindelijk onzichtbaar achter het gordijn zal verdwijnen. Lage frequenties trekken zich weinig van het gordijn aan en brengen het achterliggende frontpaneel van de paneelabsorber prima in resonantie.

De foto's voor dit beeldverhaal werden gemaakt door Erik van Voorst.

Als materiaal voor de voorplaat wordt gekozen voor een plafondpaneel van de firma Rockfon. Dit specifieke paneel is primair bedoeld om alleen lage en lage middentonen te dempen, wanneer het wordt geplaatst voor een LEGE holle ruimte van tenminste 20cm. Het absorbeert nagenoeg geen midhoog en hoog. Deze absorber kan zonder problemen uit het zichtworden geplaatst.

De paneelabsorber is redelijk makkelijk te bouwen in een overzienbaar tijdsbestek en bestaat uit een stevige houten lijst of raamwerk dat tegen de muur is verankerd en waarop uiteindelijk een voorplaat wordt bevestigd.

Te zien is dat het raamwerk een oppervlakte van zo'n twee vierkante meter gaat beslaan en een holle ruimte van 20cm zal hebben. Een dergelijke paneelabsorber heeft qua absorptieve uitwerking ruwweg het equivalent van twee tube traps van 42cm -- bepaald niet weinig!

Piekabsorptie van deze paneelabsorber ligt op 130Hz en bedraagt zo'n 75%. Deze waarde loopt terug totdat er rond 60Hz geen absorptie van betekenis meer is.
Boven 400Hz zal de absorptie ook teruglopen, om tussen 800 en 3000 Hz weer op te lopen tot een bruikbare waarde van iets meer dan 50%.

De resonantiefrequentie van een paneelabsorber wordt bepaald door twee parameters:

• Diepte van de resonantieruimte
  
  
• Gewicht per m² van de voorplaat

Het oppervlak van de plaat heeft dus geen enkele invloed op de resonantiefrequentie. Dit is analoog aan het gegeven dat het aantal tube traps geen invloed heeft op de diepte van de resonantiefrequentie.
Het heeft uiteraard wel invloed op de hoeveelheid absorptie, d.w.z. op het rendement van de absorber.

Hoe meer oppervlak, hoe meer van dezelfde absorptie.
Hoe dieper de holle ruimte, hoe lager de resonantiefrequentie van al die absorptie zal liggen.

Als de nagalmtijd T60 op 160Hz zonder absorber op 1,8 seconde ligt en met absorber terugvalt tot 1,2 seconde, dan zal verdubbeling van het plaatoppervlak tweemaal zoveel absorptie inbrengen waardoor in theorie een T60 van 0,6 seconde gehaald wordt met twee van dergelijke absorbers.

De formule voor het zelf berekenen van een plaatabsorber is als volgt:

F = 60 / Ö M.D

waarbij:
F = frequentie voor piekabsorptie
M = Gewicht voorplaat in kg/m²
D = Diepte holle ruimte in meter.

Een parameter die wat lastiger te achterhalen kan zijn is het gewicht per vierkante meter van het materiaal van de voorplaat. Behalve speciale akoestische panelen kan er natuurlijk ook gebruik worden gemaakt van doorgaans wat goedkopere materialen, zoals triplex of mdf, hardboard of zachtboard, of kunststofplaten. Alles is mogelijk, zolang het gewicht per vierkante meter maar nauwkeurig kan worden vastgesteld.

Een paneelabsorber heeft daarnaast een zeker minimaal vrij bewegend frontaal oppervlak nodig. De afstemming definieert de afmetingen van dit frontale oppervlak. Dit frontale oppervlak dient vrij bewegend te zijn, d.w.z. dat het enkel buitenom ondersteund mag worden. Ook de paneelabsorberontwerpen van SoundScapeS worden gekenmerkt door een door de benodigde afstemming gedicteerd frontaal oppervlak (lengte x breedte) dat vrij dient te kunnen bewegen.

Paneelabsorbers die uit akoestische harde materialen, zoals hout, bestaan zullen in bepaalde gevallen niet toepasbaar zijn. Hogere frequenties zullen immers weerkaatst worden door het oppervlak van de plaat, want voor die hogere frequenties is de plaatabsorber in feite gewoon een reflecterend oppervlak zoals iedere andere muur.

Het is toegestaan om de voorplaat van de absorber met akoestische tegels of schuimmaterialen te beplakken, om zodoende aanvullende absorptie in midden en treble te kunnen realiseren. Daarbij moet het gewicht van de tegels of het schuimmateriaal uiteraard worden opgeteld bij het gewicht van de plaat in kg/m².

Zoals op de foto's te zien is kan de paneelabsorber ook gewoon achter een gordijn verstopt zijn werk doen.

Een paneelabsorber kan ook best een flexibele of zeer dunne voorplaat hebben, zoals vinyl (vloerzeil), een zwaar gordijn of akoestisch schuim.

De paneelabsorbers aan het plafond en langs de wanden van bovenstaande ruimte zijn bedoeld voor de hogere regionen van het lage middengebied, zo tussen 250 en 450Hz -- in dat gebied spelen staande golven en ruimteresonanties geen rol meer, maar komen problemen tot uiting in de vorm van klankkleuring bij bepaalde muziekinstrumenten of stemmen die in dat frequentiegebied hun harmonischen hebben.


naar boven

paneelabsorbers kunnen natuurlijk ook volledig in de wand worden geïntegreerd en als zodanig niet meer herkend worden als akoestische hulpmiddelen

Je zou het niet gelijk zeggen, maar in dit
hoekje wordt gebruik gemaakt van
vier verschillende paneelabsorbers;
de twee houten paneelconstructies
horen daar niet bij: dat zijn basstraps!

Dempingsmateriaal en Gezondheid !!!

Inmiddels weet u dat een willekeurig absorberend dempmateriaal in de meeste gevallen vezelachtig van samenstelling zal zijn. Speciale akoestische dempmaterialen zijn doorgaans erg gebruiksvriendelijk; in de praktijk betekent het dat het prettig werken is met die materialen en dat er geen gezondheidsrisico's verbonden zijn aan de verwerking ervan, of het gebruik dat men van het eindproduct maakt.

Deze speciale dempmaterialen hebben één groot nadeel: hun prijs. Vandaar dat we in deze doe-het-zelf benadering trachten om goedkope alternatieven voor akoestisch dempmateriaal te vinden. In principe staan er drie gemakkelijk in de handel verkrijgbare dempmaterialen ter beschikking — twee, redelijk betaalbare, zonder gezondheidsrisico's en de andere, goedkopere, met gezondheidsrisico's (die met enkele voorzorgen geheel kunnen worden geëlimineerd).

Het betreft hier respectievelijk BAF (bonded acetate fibre) Vlaswol en Glaswol of Steenwol. Glas- en Steenwol worden in één adem genoemd omdat beide materialen (nagenoeg) identieke absorptiewaarden, structuur, gewichten en verwerkingsvoorschriften hebben. BAF is een (meestal) wit, synthetisch en uiterst licht vezelmateriaal, dat vaak in meubels wordt toegepast voor het verkrijgen van een comfortabele demping in combinatie met de inwendige veren. BAF wordt ook vaak als warmte-isolerende laag toegepast in 'gewatteerde' kleding, diepvriespakken, of in goedkopere synthetische dekbedden of slaapzakken. Een geheel andere toepassing is die in luchtbehandelingssystemen: sommige filterbussen in die systemen zijn gevuld met BAF voor het uitfilteren van de meeste zwevende deeltjes uit de lucht die er doorheen stroomt. De laatste algemene toepassing van BAF vinden we — hoe kan het ook anders — op het gebied van luidsprekerbouw: BAF is een uitstekend dempmateriaal voor het dempen van de klankkast van met name gesloten boxen. Bijgevolg kunt u een aantal varianten van BAF kopen op geheel verschillende verkooppunten. De prijs kan heel erg verschillen per verkooppunt. Als u BAF koopt bij de speciaalzaak voor luidsprekerbouw zou de prijs per m² van 2,5cm dikke vellen BAF weleens 5x zo duur kunnen zijn als bij de stoffenwinkel om de hoek. Deze stoffenwinkel verkoopt bovendien BAF in vellen die in dikte variëren tussen 2,5 en 10cm Meubelmakers willen ook weleens grote hoeveelheden BAF op voorraad hebben, hoewel ze misschien minder genegen zijn dit aan u door te verkopen. Als u maar in de gaten houdt dat het verkooppunt vanwaar u dit materiaal betrekt een grote invloed kan hebben op de prijs die u daar voor het materiaal betaald.
BAF kost op het goedkoopste verkooppunt nog altijd tweemaal zoveel als glas- en steenwol. Er zijn echter geen verwerkingsvoorschriften of gezondheidsoverwegingen bij de verwerking en het gebruik ervan in het eindproduct.

Vlaswol ziet er hetzelfde uit als glaswol en weegt een stukje zwaarder. Het is echter niet veel duurder dan glaswol. Het levert geen irritatie van huid en ademwegen op bij verwerking, en ook geen gezondheidsrisico's achteraf. De firma Isovlas in Oisterwijk levert vlaswol, maar ongetwijfeld zijn er meer adressen te vinden via Google.

Glaswol en Steenwol hebben iets soepeler vezels als BAF, maar verder komen zij qua structuur, samenstelling, absorptiewaarde en (soortelijk) gewicht aardig met elkaar overeen.

Glaswol en steenwol mag u eigenlijk nooit zonder beschermende kleding, gelaatsmasker en adembescherming toepassen — zeker niet binnenshuis. (Als u een parkiet snel om zeep wilt helpen moet u beslist eens proberen om een glaswolmat uit te kloppen in de buurt van de vogelkooi).

Bij resonatoren die open zijn — Helmholz Resonatoren — moeten de inwendige platen glaswol of steenwol in een vezeldichte maar geluiddoorlatende hoes worden 'verpakt', om te voorkomen dat er achteraf nog vezels in de lucht komen.

Vezeldicht materiaal is ieder materiaal dat het onmogelijk maakt dat de glas- of steenwolvezels, die in de resonator zijn opgesloten, via de geperforeerde voorplaat of via kieren langs de naden tussen de platen uit de resonator kunnen worden gewerkt. In de praktijk zal alleen de voorplaat van geperforeerde resonatoren dus een potentieel risico opleveren, want de naden van de kastconstructie zijn gemakkelijk met acrylaatkit luchtdicht te maken. Er bestaat een speciaal vezeldicht maar geluiddoorlatend doek dat 'Trevira' heet. In principe is elke stof geschikt, mits vaststaat dat deze absoluut vezeldicht is.

Tenslotte is het nog mogelijk om de wolpakketten die in een paneelabsorber worden verwerkt (dus niet die in een Helmholz) in plastic in te pakken.


naar boven

De Helmholz Resonator

De twee basstraps van de foto hierboven zijn zogenaamde lattenabsorbers -- een variant op de klassieke Helmholzresonator, waarbij de voorplaat talloze gaatjes bevat. Bij de lattenabsorber worden de gaatjes vervangen door sleuven tussen de latten, maar overigens is er geen verschil in het werkingsprincipe.

Voor wie hier in geïnteresseerd is volgt hieronder nog de berekeningswijze voor een Helmholz resonator.

Dit principe staat niet toe dat direct over de voorplaat doek wordt gespannen voor afwerking of aanvullende absorptie. De gaatjes moeten enkele centimeters ruimte hebben om te kunnen "ademen". Er mag echter wel een doek op 5cm vòòr de plaat worden opgehangen. In nevenstaande figuur is opnieuw de principiële opbouw weergegeven.

De resonerende (absorberende) frequentie van de Helmholz resonator is met onderstaande formule uit te rekenen:

F = 513 . Ö P/DT

waarbij:
F = Frequentie voor piekabsorptie
P = Perforatiepercentage van de voorplaat (%)
[dit behoort voor een optimaal rendement rond 20% te liggen!]
D = Diepte van de holle ruimte in cm
T = Effectieve gatdiameter in cm

Het perforatiepercentage P berekent u als volgt:

P = G/O . 100

waarbij:
G = totale oppervlakte van de gaatjes in m²
O = oppervlakte van de plaat in m²

De effectieve gatdiepte is groter dan de plaatdikte. Deze is eenvoudig te berekenen:

dikte van de plaat +
4/5 van de gatdiameter

In de berekening voor de Helmholz resonator kunt u dus vijf parameters onafhankelijk van elkaar veranderen om aan de gewenste resonantiefrequentie te komen!

De diepte staat echter in een zekere verhouding tot de resonantiefrequentie, zoals we eerder al zagen, en is dus min of meer gebonden aan de formule: D = (S / F) / 4.

De vijf parameters:

1. Diepte van de holle ruimte
2. Perforatiepercentage
3. Gatdiameter
4. Aantal gaten
5. Plaatdikte

Naast de diepte is het perforatiepercentage het belangrijkste gereedschap voor het bereiken van de gewenste afstem- of resonantiefrequentie. Voor het optimale percentage van 20 moeten al gauw honderden tot enkele duizenden gaten per m² geboord worden. In de doe-het-zelf handel is weliswaar geperforeerde plaat verkrijgbaar, maar het perforatiepercentage ligt op slechts 2,5% en levert in de praktijk een zeer ongunstig rendement op.

Panelen met de juiste perforatiepercentages zijn in principe wel te koop in de speciale vakhandel voor akoestische materialen, maar u moet bereid zijn om daar een flink bedrag voor over te hebben. Er bestaan visueel prachtige wandpanelen die over speciale boringen beschikken die het rendement van de Helmholzconstructie verhogen. Een voorbeeldje is onderaan in de kolom hier rechts te vinden.


naar boven