Streefwaarden voor laagfrequente geluidsafstraling door trillingen in de woonomgeving
Frits van den Berg
Natuurkundewinkel Rijksuniversiteit Groningen
(presentatie op congres Geluid en Trillingen, Rotterdam, 9 - 11 november 1999)
Inleiding
De laatste jaren neemt de aandacht voor hinder door laagfrequent (LF) geluid toe, zowel in Nederland als daarbuiten (zie bijv. [1]). Of dat het gevolg is van een toename in klachten is niet zeker: het zou ook een gevolg kunnen zijn van een meer attent zijn op deze klachten. Het aantal klachten dat zich per jaar voordoet is niet goed bekend: in Nederland zijn tenminste enige honderden klachten bekend, maar het kunnen er ook (aanzienlijk ?) meer zijn. In de afgelopen jaren zijn er in Nederland een aantal onderzoeken uitgevoerd naar het vóórkomen van laagfrequent geluid en naar de optredende klachten [2,3,4]. Deze hebben onlangs geleid tot een richtlijn voor het meten en beoordelen van laagfrequent geluid bij klachten [5]. Een recent themanummer van het blad 'Geluid' bevat artikelen over deze onderzoeken [6].
Vaak zullen trillingsbronnen direct (lucht-) geluid uitstralen en op het aspect 'lawaai' beoordeeld worden. Als deze bronnen trillingen veroorzaken van het aardoppervlak en/of van gebouw(del)en ontstaat in principe ook altijd laagfrequent geluid: ook de aan de bodem of het gebouw grenzende lucht wordt immers in trilling gebracht. De vraag is nu of dit geluid zo sterk kan zijn dat het klachten veroorzaakt. Dit is vooral van belang als de trilling van de vloer of de wand zo gering is dat deze op zichzelf toelaatbaar is.
In deze bijdrage worden eerst enkele aspecten van LF-geluidsklachten behandeld en de wijze waarop LF geluid kan worden gemeten en beoordeeld. Daarna wordt onderzocht bij welke trillingssterkte een wand of vloer een zo hoog geluidsniveau kan veroorzaken dat klachten daarover niet kunnen worden uitgesloten.
Laagfrequent geluid: klachten en beoordeling
Klachten. Uit een onderzoek van Gielkens et al [2] bij 40 mensen met klachten over LF geluid en bij een controlegroep (29 volwassen huisgenoten zonder klachten) bleek dat klagers relatief vaak vrouwen zijn (70 %), van middelbare leeftijd (gemiddeld 54 jaar; controles 55 jaar) en relatief veel tijd thuis doorbrengen. De gehoordrempel van de klagers (gemeten bij frequenties boven 200 Hz) komt overeen met wat men zou verwachten op grond van hun leeftijd en verschilt ook niet van de controlegroep. Een duidelijk verschil tussen klagers en controlegroep is dat de klagers zich geluidsgevoeliger noemen en een zichzelf minder gezond vinden. De klagers gebruiken aanzienlijk meer kalmerings- en slaapmiddelen dan de controlegroep.
Klagers ervaren een zoemend, brommend of een 'motor-achtig' geluid en geven vaak aan ook een trilling te voelen of een gevoel van druk op de oren. Dat kan dagen of weken duren, dan verdwijnen (of veel minder worden) en weer terug komen. Of het kan vrijwel voortdurend gedurende meerdere jaren voorkomen. De ernst van de klachten wordt vooral bepaald door slaapproblemen: de klager heeft moeite om in te slapen vanwege het geluid of wordt er wakker van Overdag horen klagers het LF geluid vaak niet of minder en hebben er in elk geval minder last van. De meesten horen het buiten niet, overdag noch 's nachts. De bron is vaak onbekend. Voor de klagers kan het frustrerend zijn dat in veel gevallen huisgenoten het geluid niet (of niet in hinderlijke mate) horen, net zo min als onderzoekers die worden ingeschakeld.
Metingen LF geluid. Er is geen goed gedefinieerde grens tussen LF en 'gewoon' geluid. In het algemeen wordt echter geluid beneden 100 Hz wel, boven 200 Hz niet laagfrequent geacht. Er is geen ondergrens bekend. Uit metingen van Van den Berg et al [4] in 35 woningen van zowel klagers als niet-klagers blijkt dat de geluidsdrukniveaus bij frequenties beneden ca. 30 Hz (infrageluid) zo laag te zijn dat dat geluid er onhoorbaar moet worden geacht.
Het is in veel woningen zo stil dat ook een gering LF geluid hoorbaar en mogelijk hinderlijk kan zijn. In sommige gevallen kan evenwel geen waarneembaar LF geluid worden aangetoond als oorzaak van de klachten terwijl het toch wordt waar-genomen door de klager. Daaruit kan worden geconcludeerd dat er waarschijnlijk meer oorzaken zijn die tot dezelfde klachten aanleiding geven.
Onderzoekers in zowel Nederland als daarbuiten concluderen dat LF geluiden die klachten veroorzaken een tonaal karakter hebben [3, 4]. In Nederlandse metingen [4] blijken relatief vaak tonale componenten voor te komen die afkomstig zijn van elektrische bronnen (met frequenties afgeleid van 50 Hz) en verbrandingsmotoren (frequenties afgeleid van het toerental).
Recent is door de Nederlandse Stichting Geluidshinder (NSG) een richtlijn uitgebracht [5] voor het meten van LF geluid ingeval van klachten. De richtlijn is bedoeld om klachten in woningen te kunnen objectiveren door middel van het door meting aantonen van waarneembaar LF geluid. De methode berust op het registreren van alle LF geluid op een plaats en op tijden die voor de klachten relevant zijn, waarna achteraf van het geluid tertsbandspectra en desgewenst gedetailleerder spectra worden bepaald. Aangezien het vaak om relatief stille woningen gaat, is het van groot belang stoorgeluiden te elimineren, zowel voor als na registratie.
Beoordeling LF geluid. In de NSG richtlijn wordt het gemeten LF geluid beoordeeld aan de hand van een referentiecurve. Deze curve komt overeen met de gehoor-grens, in het gebied van 20 tot 100 Hz, die bij de doorsnee mensen in de leeftijd van 50 tot 60 jaar de 10% best horenden scheidt van de overige 90% slechter horenden. Dit geldt voor de gehele leeftijdsgroep, dus zonder dat enige selectie op gehooreigenschappen heeft plaatsgevonden.
90% van de doorsnee bevolking van middelbare leeftijd kan een tonaal of smal-bandig geluid met een niveau beneden de referentiecurve dus niet horen. Indien men 95% van de bevolking van middelbare leeftijd zou willen beschermen, dan zou naar schatting een waarde van 2 dB beneden de referentiecurve gehanteerd moeten worden. Van geluid met een niveau boven de curve wordt het mogelijk geacht dat het hinder kan veroorzaken. Immers, een geluid dat gehoord kan worden, kan in principe hinderlijk zijn.
In tabel 1 is 90%-gehoordrempel en de referentiecurve getalsmatig gegeven. De mediane (50%) gehoordrempel van dezelfde groep (ongeselecteerde mensen van middelbare leeftijd) ligt 11,5 dB boven de in tabel 1 gegeven waarden. De overeenkomstige gehoordrempel-waarden van otologisch geselecteerde jong volwassenen (jonge volwassenen zonder gehoorproblemen) liggen resp. 3 dB beneden en 4,5 dB boven de in tabel 1 gegeven waarden.
Tabel 1: Laagfrequente gehoordrempel van doorsnee bevolking 50 tot 60 jaar
| Frequentie (Hz) |
Niveau (dB) |
| 10 |
92 |
| 12,5 |
88 |
| 16 |
84 |
| 20 |
74 NSG |
| 25 |
64 |
| 31,5 |
55 |
| 40 |
46 |
| 50 |
39 referentie |
| 62,5 |
33 |
| 80 |
27 |
| 100 |
22 curve |
| 125 |
18 |
| 160 |
14 |
| 200 |
10 |
Eerder zijn zowel in Nederland als in het buitenland beoordelingscriteria opgesteld voor LF geluid (zie [4]). Bij de laagste frequenties gaan deze ook uit van het overschrijden van een gehoordrempel ("hoorbaar = mogelijk hinderlijk"), maar bij hogere frequenties zoeken ze aansluiting bij bestaande 'gewone' A-gewogen grenswaarden, bijvoorbeeld van 25 dB(A). Ook in Nederland kan een dergelijke waarde van belang zijn als wettelijke grenswaarde. In de NSG richtlijn wordt geen overgang naar 'gewoon' geluid gehanteerd, aangezien er onvoldoende kennis is om bij het optreden van klachten een dergelijke scheiding te kunnen aanbrengen [3].
LF geluid veroorzaakt door trillingen
Een bron die via de bodem of een (bouw)constructie trillingen doorgeeft aan de vloeren of wanden van een woning kan in die woning oorzaak zijn van trillings-hinder of trillingsschade. In het algemeen gaat het hier om lage frequenties omdat 1) LF trillingsbronnen meer voorkomen c.q. bij lage frequenties sterkere trillingen veroorzaken; 2) lage frequenties minder sterk worden gedempt in de overdracht; 3) constructiedelen vooral bij lage frequenties eigenfrequenties hebben en juist bij deze frequenties door opslingering (resonantie) versterking op zal treden. In typische Nederlandse laagbouw tot ca. 3 bouwlagen komen trillingstijden voor in de orde van 0,2 tot 0,05 seconde [7], dus (eigen-) frequenties van 5 tot 20 Hz.
In principe zal een trillende vloer of wand altijd geluid voortbrengen, aangezien de vloer of wand de aangrenzende lucht in beweging brengt. De vraag is nu of dit geluid zo sterk kan zijn dat het klachten veroorzaakt.
Deze vraag wordt hier vanuit twee hoeken belicht. Ten eerste wordt onderzocht hoeveel LF geluid een vloer voortbrengt in een kamer als de trillingssterkte nog net aanvaardbaar is. Als dit geluid boven de referentiecurve voor LF geluid ligt, kan het in principe klachten veroorzaken. Ten tweede wordt onderzocht hoe sterk een vloer of wand moet trillen opdat het geproduceerde geluidsniveau nog net aanvaardbaar is, d.w.z. juist overeenkomt met de referentiecurve.
Geluidsniveau tengevolge van net aanvaardbare trillingssterkte
. In het navolgende gaan we uit van een bron die over lange tijd een min of meer continue trilling veroorzaakt in een woning. Volgens de richtlijn voor trillingshinder in gebouwen van de Stichting BouwResearch (SBR) [8] is de maximaal toelaatbare gewogen trillingssterkte 0,1. Beneden deze waarde is in het algemeen een trilling niet, daarboven wel voelbaar. De gewogen trillingssterkte is de effectieve trillingssnelheid (en wel de maxima binnen perioden van 30 seconden), gewogen met een factor {vo
2·[(5,6/f)2 +1]}-1/2 in het frequentiegebied 1 < f < 100 Hz (daarbuiten is de wegingsfactor 0). Hierin is vo = 1 mm/s een referentiewaarde. De volgens SBR laagst voelbare snelheid van een vloer, de 'voelgrens-snelheid', is dus 0,1 gedeeld door de weegfactor:
(1) vvoelgrens = 0,1· vo·[(5,6/f)2 +1]1/2
De voor hinder relevante trillingssnelheid moet worden gemeten op de plaats van de sterkst voorkomende trilling, hetgeen in het algemeen midden op de vloer is.
Een vlak (wand, vloer) met oppervlak S dat trilt met een effectieve snelheid v straalt een geluidsvermogen W = s·r·c·v2·S uit, waarin s de afstraalcoëfficiënt en r·c de akoestische impedantie van lucht. In een omsloten ruimte is het vlak tenminste aan de zijden ingeklemd en is de over het vlak gemiddelde snelheid een fractie 4/pi2 van de effectieve snelheid ter plaatse van de grootste trilling. Het geluidsvermogensniveau is dus:
(2) Lw = 10·log{s·r·c·(4v/pi2)2·S/Wo}
met als referentievermogen Wo = 1 pW.
In een omsloten ruimte met volume V, (totaal) oppervlak A en (gemiddelde) absorptiecoëfficiënt a geeft een constant geluidsvermogen W aanleiding tot een geluidsdrukniveau Lp = Lw - 10·log(a·A/4) (mits a niet te groot is: voor a <= 0,2 geeft dit in Lp een verschil <= 1 dB). Gebruiken we de nagalmtijd T als maat voor de absorptie, waarvoor geldt T = V/(6·a·A), dan is:
(3) Lp = Lw - 10·log(V/24T)
Het geluidsdrukniveau tengevolge van een trillende vloer of wand wordt gegeven door de combinatie van (2) en (3):
(4a) Lp = 10·log(v2) + 10·log(s·T·S/V) + 10·log(384·rc/pi4) - 10·log(Wo)
of:
(4b) Lp = Lv + 10·log(s·T·S/V) + 10·log(384·rc/pi4) - 10·log(Wo/vo
2)
waarin Lv het snelheidsniveau, waarvoor hier de referentiesnelheid vo = 1 mm/s wordt aangehouden. V/S is de kamerafmeting h loodrecht op het trillende vlak: h = V/S. Bij een trillende vloer is dat dus de kamerhoogte. Bij kamertemperatuur (r = 1,29 kg/m3 en c= 344 m/s) levert dit: (5a) Lp = 10·log(v2) + 10·log(sT/h) + 150,9 dB of: (5b) Lp = Lv + 10·log(sT/h) + 90,9 dB De ‘kamer’factor sT/h neemt in de praktijk waarden aan van ca. 0,001 tot ca. 1, aangezien de afstraalcoëfficiënt waarden aanneemt van 0,01 tot 1, de nagalmtijd waarden van 0,5 tot 1,5 seconde, en de kamerafmeting waarden van 2 tot 8 meter. Als nu de trilling van de vloer net voelbaar wordt (dus v = vvoelgrens) veroorzaakt deze een geluidsdrukniveau volgens (1) en (5a) van: (6) Lp,voelgrens = 10·log[(5,6/f)2 +1] + 10·log(sT/h) + 70,9 dB Het verloop van Lp,voelgrens, dus het geluidsdrukniveau tengevolge van een net voelbaar trillende vloer, is gegeven in figuur 1. Uit de figuur blijkt dat dit niveau in belangrijke mate afhangt van de 'kamer'factor sT/h, waarbij vooral de waarde van s van belang is. Deze factor leidt tot een hoog geluidsniveau bij een hoge afstraalcoëfficiënt, een grote nagalmtijd en een kleine kamerafmeting. Het veroorzaakte geluidsniveau is daarentegen laag voor een lage afstraalcoëfficiënt, een kleine nagalmtijd en een grote kamer. In figuur 1 is tevens de NSG referentiecurve gegeven. Uit de figuur blijkt dat het door een trillende vloer geproduceerde geluid hoorbaar kan zijn terwijl men de vloer niet voelt trillen. Dit geldt echter bij frequenties hoger dan 20 a 45 Hz, afhankelijk van de factor sT/h; de eigenfrequenties van vloeren en wanden zullen veelal evenwel lager liggen.
