Resonansfrekvens

Ett flytande golvs resonansfrekvens

Webers ljud- och Komfort-golvs ljuddämpning baserar sig på att möjligast effektivt omvandla ljudvibrationer i ytplattan till värme. Fysikaliskt kan metoden för detta beskrivas ungerfär som följer:

Huvudkomponenterna i ett flytande golv:

  • spiralYtplattan (Weber Floor avjämning), vars massa, kg/m² betecknas m’.
  • Fjädern (stegljudsisoleringen), vars viktigaste akustiska egenskap är dess dynamiska styvhet, vilken betecknas s’.
  • Underliggande bjälklag, där lufttätheten och dess massivitet M, kg/m² är av störst betydelse.

Då en ljudkälla (i bilden hammaren) träffar ytplattan börjar ljudet röra sig dels nedåt, dels i sidled, liksom ringar i vattnet efter en sten som kastats i vattnet.

Då ytplattan har en viss massa, har den även en tröghet och accelererar inte omedelbart av hammarens slag. På detta sätt uppstår en viss fördröjning innan ytplattan börjar röra sig nedåt.

Då ytplattan börjar röra sig nedåt klämmer den först ihop fjäderns översta spiral (ytskikt). Då denna spiral sammanpressas börjar den i sin tur pressa ned följande osv. Begreppet dynamisk styvhet beskriver just detta, dvs. hur långsamt stegljudsskivan sammanpressas.

Tiden löper medan den tröga plattan “funderar” och innan fjäderns sammanpressning har fortskridit. Under denna tid rör sig ljudenergin med ljudets hastighet i sidled och vibrationerna fördelar sig på en allt större golvyta. Ett bra flytande ljudgolv hinner konsumera en möjligast stor mängd vibrationsenergi innan “fjädern slår i botten”. Denna del av vibrationerna har omvandlats till värme.

Då fjädern “slår i botten” har cirka 25-30 dB av ljudet blivit värme. Då Bel-skalan (10 dB = 1 Bel) är logaritmisk motsvarar 10 dB ett tioförfaldigande av ljudeffekten, 20 dB motsvarar 10 x 10 = ett 100-faldigande och med 30 dB stegljudsreducering kommer enast 1/1000-del av ljudeffekten igenom.

Då man mäter den ljudnivå som kommer igenom ett bjälklag består ljudet av både låga (bas-) och höga (diskant-) ljud. Stegljudsnivån L’n,w baserar sig på mätningar i intervallet 100 – 3150 Hz.

Då stegljudsapparaten placeras direkt på bjälklaget kan man beroende på bjälklagets tjocklek uppmäta olika ljudnivåer (dB) vid olika frekvenser.

Frequencies1

Grafen ovan beskriver den stegljudsnivå Ln’w som kommer genom ett 160 mm tjockt massivbjälklag.

Den uppmätta ljudnivån i intervallet 100-3150 Hz jämförs sedan med en normkurva (svart), vilken lyfts eller sänks så att den sammanräknade överstigningen av den blå kurvans uppmätta punkter är högst 32 dB. Den överstigande delen är färgad röd). Sedan avläses den svarta kurvans värde vid 500 Hz. Detta är den enskilda värdet som anges som stegljudsnivå Ln’w enligt normen.

Frequencies2

I denna graf beskriver den blå kurvan fortfarande mätresultatet av ett 160 mm tjockt .

Den gröna kurvan visar stegljudsförbättringen frekvensvis för ett flytande ljudgolv (Weber avjämning på stegljudsisolering).

Vi ser att det flytande golvet förbättrar stegljud ju bättre desto högre upp i frekvensbandet vi är. Vid 100 Hz förbättrar den inte alls medan förbättringen är cirka 40 dB vid 3150 Hz. I teorin är denna förbättringskurva rak, men små mätfel uppstår alltid vid ljumätningar.

Frequencies5

Då massivbjälklaget (blå kurva) är är bra vid låga frekvenser och det flytande golvet (grön kurva) vid höga frekvenser är sameffekten (blå kurva minus grön kurva = röd kurva) en fallande kurva.

Totalkurvan följer bra formen på normkurvan, vilken likaså är sjunkande därför att människans hörsel är känsligare för höga frekvenser än för låga.

Totalöverskridningen (det röda området) ligger nu i basfrekvenserna och normkurvan kan sänkas till en sådan nivå att dess stegljudsvärde Ln,w är 50 dB.

Om ytmassan är för liten eller om isoleringens dynamiska styvhet är för hög (för styv) stiger resonansfrekvensen f0. Vid den frekvensen sker rentav en liten stegljudsförsämring och även i frekvenser under detta kan ljudnivån vara aningen säämre än utan flytande golv.

Resonansfrekvensen f0 kan räknas ur formeln:

f0 = 160 √(s’/m’) , där

s’ = isoleringensdynamiska styvhet

och

m’ = ytplattans massa, kg/m².

Således leder en för liten ytmassa ( i grafen 17 kg/m²) till att resonansfrekvensen stiger till ett område där invånarna upplever ljudet störande.

Även om den totala stegljudsnivån, Ln’w = 57 dB bara är 4 dB över det tillåtna 53 dB upplever grannarna detta som mycket störande. Detta beror på att de inte hör just några andra ljud, varvid detta ljud vid resonansfrekvensen, t.ex. grannens gång (duns-duns) upplevs väldigt starkt i brist på andra bakgrundsljud.

I Webers dB- och Komfort-golv eftersträvas alltid en ytmassa på 50-60 kg/m² och en dynamisk styvhet på cirka 15 MN/m³ för isoleringen. Ett dylikt golv har sin resonansfrekvens på f0 = 160 √(15/60) = 80 Hz, dvs. klart under 100 Hz. En så låg resonansfrekvens upplevs inte längre störande.

Störande resosans kan även orsakas av andra orsaker än en för liten ytmassa eller för styv isolering, såsom av:

  • Arbetsfel. Parketten eller plattsättningen installeras med beröring till väggarna så att ytplattans vibrationer leds tillbaks till husstommen.
  • Arbetsfel. Avjämning (eller betong eller gipsmassa) rinner genom skarvar och hål i isoleringen. T.ex. vid bruk av så kallade “knoppskivor” är det väldigt svårt att täta skivornas skarvar under rören. Ofta används för tätningen då PU-skum. PU är ett hårt isoleringsmaterial som inte just alls fjädrar och det hindrar isoleringsskiktets “fjäder” från att fjädra fritt. Fjädern blir mycket styv och resonansfrekvensen stiger märkbart. Om avjämning läcker igenom förstör det helt stegljudsnivån.
  • Arbetsfel: En efterinstallation, såsom ett skåp eller en tröskel fästs med långa skruvar ända ner till stommen. En dylik stum skruv för en anmärkningsvärd andel ljudenergi ner till stommen till grannarnas förtret.