paneelabsorbers zijn simpel en goedkoop
zelf te bouwen






hier is veel aandacht besteed aan nagalmbeheersing,
bass-management èn reflectiebeheersing







Paneelabsorber, basisprincipe

Bouw en Berekening van Paneelabsorbers

Het basisprincipe van akoestische absorptie bestaat uit omzetting van geluidsenergie (akoestische energie) in warmte. Deze omzetting vindt meestal plaats in vezelrijk, luchtig en/of poreus materiaal.

Wanneer er een constructie wordt gemaakt, waarbij een akoestisch geschikt plaatmateriaal op een afgesloten holle ruimte van 4 tot 30cm diep wordt geplaatst, zal er sprake zijn van een paneelabsorber.
Wanneer eenzelfde constructie met een diepte van meer dan 30cm moet worden toegepast, om lagere frequenties te kunnen absorberen, zal het plaatmateriaal van een perforatie moeten worden voorzien.
In zo'n geval spreek je van een afgestemde basstrap of een "Helmholz resonator".

Strikt genomen zijn basstraps en paneelabsorbers in grote lijnen identiek, zowel qua werkwijze als qua bouw. Het onderscheid berust, zoals gezegd, vooral op het frequentiegebied waar de constructie op in moet werken. Lage frequenties vereisen een geperforeerde frontplaat. Hogere frequenties (>100Hz) kunnen zowel met als zonder geperforeerde voorplaat worden uitgevoerd.
Een paneelabsorber zal maximaal actief kunnen zijn in het frequentiegebied tussen 100 en 500Hz, terwijl een afgestemde basstrap maximaal werkzaam beoogt te zijn op frequenties die tussen 20 en 150Hz liggen.

Het is weliswaar een feit dat de diepte van een paneelabsorber iets onthult over hoe laag de constructie zal kunnen absorberen, maar er zijn tegelijkertijd ook nog andere parameters verantwoordelijk voor de uiteindelijke afstemming van het element. In principe geldt: hoe dieper de holle ruimte, des te lager de frequentie waarop maximale absorptie plaatsvindt kan liggen.
In dit artikel wordt in het bijzonder de bouw en werking van de paneelabsorber uitgelegd.

Je kunt HIER klikken als je informatie over afgestemde basstraps voor de lagere frequenties wenst.


naar boven





Directe en Indirecte Absorptie

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

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 vergt energie, die in het dempmateriaal in een minieme hoeveelheid warmte wordt omgezet.
Je hoeft niet bang te zijn voor brand, als je je muziek flink hard gaat zetten...

Het bekende noppenschuim van de bouwmarkt, of de meer veredelde schuimvarianten die akoestische verkooppunten aanbieden, behoren tot de directe absorptiematerialen. Ook vlakke systeempanelen, bedoeld om met speciale middelen fraai tegen een wand of plafond te bevestigen, zijn middelen voor directe absorptie.

Van indirecte absorptie is sprake wanneer het absorberende materiaal zelf niet direct aan het geluid wordt blootgesteld, maar via een trillend of resonerend medium -- de houten frontplaat van de paneelabsorber, ook wel een buigslappe wand genoemd.

Zie ook de tekening links.

Exponenten van dit principe zijn verwerkt in de ruimtes links op de foto's. Ze zitten o.a. links en rechts achter de grote luidsprekers, en boven de diffuser die achter de luisterbank staat. Stoffering is hier aangebracht tbv de zichtafwerking en als aanvullende directe absorptiemaatregel.



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 en lichte plaat (hardboard, triplex, rubber, vilt). Deze constructie zal 'afgestemd zijn' op een welbepaalde resonantiefrequentie.

De tekening links toont het basisprincipe van de paneelabsorber.

Als deze absorber wordt getroffen door geluidsgolven zal de lucht in de holle ruimte krachtig in resonantie worden gebracht op de bedoelde resonantiefrequentie. Hiervoor is nogal wat akoestische energie nodig, die door de resonerende voorplaat en luchtkolom samen onttrokken wordt aan de geluidsgolf, en vervolgens in de vorm van warmte in het absorptiemateriaal in de holle ruimte aan zijn einde komt.
Dit werkingsprincipe komt overeen met een (gesloten) trommel. De berekening ervan is eenvoudig, net als de feitelijke bouw.

Ten tweede:
Een holle, afgesloten en deels 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 aldus automatisch afgestemd op een welbepaalde resonantiefrequentie.
Dit werkingsprincipe staat bekend als "Helmholz resonator" en is zeer geschikt voor het realiseren van lage tot zeer lage afstemmingen.

Het basisprincipe is rechts in tekening gezet.

Als deze absorber wordt getroffen door geluidsgolven, zal de lucht in de holle ruimte eveneens in resonantie worden gebracht. Hiervoor is minder akoestische energie nodig dan bij de paneelabsorber. De perforatie verhoogd het rendement, en onttrekt veel akoestische energie aan de geluidsgolf. In de vorm van warmte komt die in het dempmateriaal aan zijn einde.

Het werkingsprincipe van de Helmholz resonator komt overeen met lucht die over de hals van een fles wordt geblazen.

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

Voor het aanpakken van sterke probleemgebieden onder 300Hz moet gebruik worden gemaakt van afgestemde akoestische elementen, die werken volgens het principe van de indirecte absorptie. Alleen dit soort elementen kan beschikken over voldoende rendement voor het temmen van de bedoelde problemen.

In de praktijk verschilt de bouw van een paneelabsorber en een Helmholz resonator in essentie alleen op het punt van de voorplaat. Aangezien geperforeerde panelen zeer kostbaar en moeilijk verkrijgbaar zijn zal de ademende voorplaat van een afgestemde basstrap uit verticale latten bestaan, die door een smalle luchtspleet van elkaar gescheiden worden gehouden en zo geluidsgolven doorlaten.


naar boven

Bouwwijze, Vorm, Voorkomen

Vaak neemt paneelabsorptie in een akoestisch ruimteontwerp de vorm aan van de bovenaan dit artikel geplaatste foto van een verlaagd akoestisch systeemplafond. Er wordt gestreefd naar toepassing van precies dat akoestische plaatmateriaal, dat het het absorptievermogen levert dat nodig is. Deze absorptiebehoefte zal met metingen moeten worden vastgesteld.

Fabrikanten als Rockfon en Ecophon leveren een uitgebreid pakket van plafond- en wandpanelen, met soms heel verschillende absorptiewaarden. Sommige varianten zijn tevens in kleuren verkrijgbaar, ook in zeer donkere tinten of zwart, speciaal voor in de thuisbioscoop.
Het grootste voordeel van zo'n plafondsysteem is het akoestische rendement versus de prijs: die ratio is zeer gunstig!

Veruit de meeste akoestische systeemplafondplaten absorberen breedbandig en zeer krachtig alle frequenties boven 500Hz. Absorptie onder 500Hz kan plaatsvinden als het systeemplafond verlaagd is opgehangen, waardoor achter de plaat de voor laagabsorptie onmisbare holle ruimte ontstaat.
In veel gevallen is in woonruimtes reeds sprake van voldoende hoogabsorptie, bijv. als gevolg van tapijt en/of overige stofferingen. Gelukkig bestaan er ook wand- en plafondplaten die enkel het middengebied tot 3kHz aanpakken, maar het midhoog en het hoog erboven mooi met rust laten.

Bij de foto's rechts wordt gebruik gemaakt van een akoestisch paneel dat geen absorptie meer levert boven 3kHz. De functie van deze paneelabsorber is absorptie van het midlaag (200-600Hz). Zodoende kan de paneelabsorber onzichtbaar achter een gordijn worden aangebracht. Lage frequenties trekken zich van het gordijn weinig aan en brengen het achterliggende frontpaneel van de paneelabsorber nog prima in resonantie!

De foto's werden gemaakt bij/door Erik van Voorst.

Als materiaal voor de voorplaat werd hier gekozen voor een akoestisch plafondpaneel van Rockfon (destijds heette deze plaat, "Royal Bass". Dit paneel is primair bedoeld om alleen lage en lage middentonen te absorberen wanneer het wordt geplaatst voor een LEGE holle ruimte van tenminste 20cm. Het absorbeert nauwelijks midhoog en hoog. Deze absorber kan dus zonder problemen uit het zicht worden geplaatst.

De paneelabsorber is redelijk makkelijk te bouwen in een overzienbaar tijdsbestek, en bestaat in essentie uit een stevige houten lijst of raamwerk dat tegen de muur is verankerd en waartegen de akoestische plaat zal worden 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 paneelabsorber van dit formaat heeft een equivalent absorptievermogen van twee 120ocm tube traps met een diameter van 42-45cm.

Piekabsorptie van deze paneelabsorber ligt op 130Hz en bedraagt daar rond 75%. Deze waarde loopt geleidelijk terug, totdat er rond 40Hz geen absorptie van betekenis meer kan zijn.
Boven 400Hz zal de absorptie ook gaan teruglopen, om dan in het middengebied tussen 800 en 3000 Hz weer op te lopen tot een bruikbare waarde van ruim 50%.





Rekenwerk

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 een zijdelingse invloed op de resonantiefrequentie: het vrijhangend (resonerend) oppervlak moet in correcte verhouding staan tot de kwart-golflengte van de onderste afstemfrequentie.
Het oppervlak heeft daarnaast natuurlijk een sterke invloed op de hoeveelheid gegenereerd absorptievermogen, 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 toegevoegd absorptievermogen op 1,8 seconde ligt en met toegevoegd absorptievermogen terugvalt tot 1,2 seconde, dan zal verdubbeling van het plaatoppervlak tweemaal zoveel absorptie inbrengen waardoor in theorie een T60 van 0,6 seconde gerealiseerd kan worden met twee van dergelijke absorbers.



De formule voor het zelf berekenen van een plaatabsorber:

waarbij:

• F = gewenste frequentie voor piekabsorptie
  (afstemfrequentie / resonantiefrequentie)
  
  
• M = Gewicht van de voorplaat in kg/m²
  
  
• D = Diepte van de holle ruimte
  (in meter)
  
  

Een parameter die wat moeilijk te achterhalen kan zijn is het gewicht per vierkante meter van het materiaal van de voorplaat.
Als materiaal voor de voorplaat kan hier een nuttig gebruik worden gemaakt van veelal goedkope, in de bouwmarkt verkrijgbare plaatmaterialen zoals triplex, mdf, hardboard, zachtboard, kunststofplaten, vinyl, rubber.
Alles wat luchtdicht kan worden toegepast is in principe toepasbaar, zolang het gewicht per vierkante meter nauwkeurig genoeg kan worden vastgesteld.

Op de downloadpagina van deze site is een informatiepakketje over paneelabsorptie te vinden, met daarin o.a. een tabel met een aantal gangbare plaatgewichten.

Een paneelabsorber heeft, zoals gezegd, een zeker minimaal vrij bewegend frontaal oppervlak nodig.
De afstemming is zodoende mede van de afmetingen van het frontale oppervlak afhankelijk.
Dit frontale oppervlak dient altijd vrij te kunnen bewegen over de volledige oppervlakte. Qua constructie zal het frontpaneel dus uitsluitend helemaal buitenom ondersteund worden. Onderverdeling van een groot en vrij trillend oppervlak zal de afstemfrequentie zomaar kunnen verdubbelen, maar in elk zal deze zich sterk wijzigen door zulke constructieve maatregelen.
Het vrijhangend (resonerend) oppervlak moet in een juiste verhouding staan tot de kwart-golflengte van de beoogde afstemfrequentie ervan.

Paneelabsorbers die een grote, akoestische harde frontplaat hebben, zoals hout, zijn in bepaalde situaties niet goed toepasbaar. Hogere frequenties zullen gereflecteerd worden door het oppervlak van de plaat, want voor hogere frequenties is de plaatabsorber niet meer dan een hard, reflecterend oppervlak, zoals iedere andere muur of deur. Hiermee moet rekening worden gehouden, met name als er meer van dergelijke grote oppervlakken tegelijkertijd worden ingezet.

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

Een paneelabsorber kan ook met een flexibele of zeer dunne voorplaat worden uitgevoerd, zoals vinyl (vloerzeil), rubber, een verduisteringsgordijn of akoestisch schuim, op voorwaarde dat de ingesloten holle ruimte helemaal lekvrij gemaakt kan worden.

Aangezien alle materialen verschillende gewichten hebben, zal ook de resultante van de formule sterk kunnen verschillen. Dit ondanks gelijkblijvende dieptemaat! De formule is gemakkelijk onder te brengen in een excelsheet, zodat het leuk experimenteren is met verschillende materialen, alvorens er daadwerkelijk een te gaan toepassen.

Paneelabsorptie aan het plafond en langs de wanden in de ruimte hierboven is bedoeld om de hogere regionen van het midlaag te bewerken, zo tussen 200 en 400Hz.
In dat gebied spelen staande golven en ruimteresonanties geen rol meer, maar komen akoestische problemen nog wel tot uiting in de vorm kleuring van timbre of body van muziekinstrumenten en stemmen die in dat "donkerbruine" frequentiegebied hun harmonischen en klanksignatuur hebben.


naar boven

paneelabsorptie kan prima in de wanden (of in de projectiewand) van een ruimte worden geïntegreerd.

Daar zullen ze niet meer herkend kunnen worden als akoestische hulpmiddelen...

Je zou het misschien niet meteen zeggen, maar in dit hoekje wordt gebruik gemaakt van vier verschillende paneelabsorbers...

Dempingsmateriaal en Gezondheid

Inmiddels weet je dat het absorptiemateriaal voor paneelabsorbers doorgaans vezelachtig van samenstelling zal zijn, al mag de densiteit van het materiaal nog best behoorlijk stevig uitvallen. Het hoeft dus niet persé die slappe glaswol van de rol te zijn -- liever niet zelfs, omdat de densiteit hiervan tekortschiet.

Speciale akoestische absorptiematerialen zijn meestal gebruiksvriendelijker. In de praktijk betekent het dat het prettig werken is met zulke materialen, maar ook dat er geen verwerkings- en gezondheidsrisico's verbonden zijn met verwerking en toepassing.

Een veelgebruikt gebruiksvriendelijk materiaal is "Akotherm", verkrijgbaar via de Akoestiekwinkel.
Voor basstraps en paneelabsorbers gebruik je de hoogste densiteit (D40, ofwel 40 kilo per kuub).

Speciale akoestische absorptiematerialen hebben vaak één nadeel: hun prijs.
Vandaar dat we in deze doe-het-zelf benadering ook trachten om de goedkopere alternatieven voor akoestische absorptie te vinden. Bij paneelabsorbers is het eigenlijk niet erg om goedkope steenwol toe te passen, omdat de constructie van het eindproduct geheel gesloten moet zijn. Er kunnen simpelweg geen vezels ontsnappen uit een gesloten paneelabsorber...

Er staan je in feite drie gemakkelijk in de handel verkrijgbare dempmaterialen ter beschikking. Twee daarvan zijn redelijk betaalbaar en hebben geen gezondheidsrisico's. De derde, de goedkoopste, heeft dus wel gezondheidsrisico's, maar die kunnen met enkele goede en eenvoudige voorzorgen omzeild worden.

Het betreft hier respectievelijk:

• BAF (bonded acetate fibre)
  
  
• Vlaswol
  
  
• Minerale Wol (glas- of steenwol)
  
  

Glas- en Steenwol, met inherente, soms permanente gezondheidsrisico's bij een onjuiste verwerking, worden hier in één adem genoemd, omdat ze over nagenoeg identieke absorptiewaarden, structuur, gewicht en verwerkingsvoorschriften beschikken.

BAF / Akotherm (merknaam bij de Akoestiekwinkel) is een (meestal) wit, synthetisch en uiterst licht vezelmateriaal, dat regelmatig in meubels wordt toegepast voor het verkrijgen van een comfortabele demping samen met de inwendige veren.
BAF wordt ook als warmte-isolerende laag toegepast in 'gewatteerde' kleding, diepvriespakken, of in goedkope dekbedden en slaapzakken.
Een geheel andere toepassing is die in systemen voor luchtbehandeling: filterbussen in zijn soms gevuld met BAF, voor het uitfilteren van zwevende deeltjes uit de lucht die er doorheen stroomt.
Een laatste belangrijke toepassing voor 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.

Zodoende kun je varianten van BAF aanschaffen via diverse verkooppunten. De prijs kan wel heel erg verschillen per verkooppunt. Als je BAF zou kopen bij een speciaalzaak voor luidsprekerbouw kan de prijs per m² wel 5x zo duur uitvallen als BAF dat je bij de stoffenwinkel om de hoek koopt. Deze stoffenwinkel verkoopt BAF bovendien ook in vellen die in dikte variëren tussen 2,5 en 10cm, in verschillende densiteiten bovendien!
Meubelmakers willen daarom ook weleens grote hoeveelheden BAF op voorraad hebben, hoewel ze misschien minder genegen zijn dit door te verkopen. Als je maar in de gaten houdt dat het verkooppunt een grote invloed kan hebben op de prijs.
BAF kost op het goedkoopste verkooppunt nog altijd tweemaal zoveel als glas- en steenwol. Er zijn echter geen speciale voorschriften of gezondheidsoverwegingen bij de verwerking en het gebruik ervan in een eindproduct.

Vlaswol ziet er min of meer hetzelfde uit als glaswol, maar weegt een stukje zwaarder en heeft een onregelmatigere densiteit. Het is niet veel duurder dan glaswol, maar het is een een veel mooier product. Het levert geen irritatie van huid en ademwegen op bij verwerking, en ook geen gezondheidsrisico's achteraf.
De firma Isovlas in Oisterwijk levert volgens mij nog vlaswol, maar ongetwijfeld zijn er intussen meer verkooppunten te vinden via Google.





Toch nog ff zeiken over gezondheid...

Glaswol en steenwol behoor je, zeker binnenshuis, nooit zonder beschermende kleding, gelaatsmasker en adembescherming te verwerken.
De kanarie doet niet alleen dienst als gasdetector in de kolenmijn, maar zou ook een uitstekende detector zijn voor teveel vrij zwevende microvezels. Als je een kanarie of parkiet snel om zeep wilt helpen, moet je eens een glaswolmat gaan uitkloppen naast de kooi.

Bij afgestemde basstraps met een ademende voorplaat (dus niet bij paneelabsorbers!) moeten de inwendige platen glas- of steenwol nog in een vezeldichte maar geluiddoorlatende hoes worden 'verpakt', om te voorkomen dat er achteraf vezels in de lucht blijven 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 de resonator kunnen verlaten. In de praktijk zal alleen de voorplaat van geperforeerde resonatoren dus een potentieel risico opleveren. Er bestaat een speciaal vezeldicht maar geluiddoorlatend doek dat 'Trevira' heet, maar in principe is elke stof geschikt, mits vaststaat dat deze absoluut vezeldicht is. Op de instructiepagina voor de zelfbouw van basstraps wordt een oud hoeslaken gebruik om het glaswolpakket mee in te pakken, en dat blijkt ook afdoende te zijn.

De Helmholz Resonator

Twee basstraps in de foto hierboven zijn lattenabsorbers -- een variant op de Helmholzresonator, waarbij de voorplaat zeer veel individuele gaatjes bevat. Bij de lattenabsorber worden die gaatjes vervangen door luchtsleuven tussen de latten, maar overigens is er geen verschil in werking en principe.

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

Voor het berekenen van lattenabsorbers (de voor de hand liggende Helmholz-keus bij zelfbouw) is een handige rekenmodule beschikbaar via deze site.
Ga daarvoor naar de "Downloadpagina" (download-4)...

Dit werkingsprincipe staat niet toe dat er, direct OP de voorplaat, doek wordt gespannen als eindafwerking en/of voor aanvullende absorptie. De gaatjes of luchtspleten moeten minimaal 5cm vrije ruimte voor zich zien om naar behoren te kunnen "ademen".
Er mag wel doek op tenminste 5cm vòòr de plaat worden gespannen of opgehangen.

In de tekening rechts is de principiële opbouw van een Helmholz resonator weergegeven.



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

waarbij:

• F = gewenste frequentie voor piekabsorptie
  (resonantiefrequentie / afstemfrequentie)
  
  
• P = perforatiepercentage van de voorplaat (in %)
  (een optimaal rendement vereist P = ±20%)
  
  
• D = diepte van de holle ruimte in cm
  
  
• T = Effectieve gatdiepte in cm
  
  

Het perforatiepercentage P bereken je 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 T is groter dan de plaatdikte!
T is niettemin eenvoudig te af te leiden:

plaatdikte + 4/5 gatdiameter

In één berekening voor een Helmholz resonator kun je dus zomaar vijf parameters onafhankelijk van elkaar veranderen, om daarmee aan de gewenste afstemfrequentie F te komen!

Er zijn evenwel grenzen: het rendement van de resonator zal sterk kunnen verminderen als de diepte van een holle ruimte wordt gereduceerd tot veel minder dan 1/4 van de golflengte van F.

De vijf parameters of variabelen:

1. diepte van de holle ruimte
2. perforatiepercentage
3. gatdiameter
4. aantal gaten
5. plaatdikte
   
   

Naast diepte is het perforatiepercentage hier het belangrijkste gereedschap voor het bereiken van de gewenste afstem- of resonantiefrequentie. Voor het optimale percentage van 20 moeten honderden tot enkele duizenden gaten per m² geboord worden. In de doe-het-zelf handel is soms wel zoiets als "geperforeerde plaat" verkrijgbaar, maar helaas ligt het perforatiepercentage hiervan rond 2,5%, en dat levert in de praktijk een erg ongunstig rendement op. De formule zelf kan netjes aangeven wat de afstemfrequentie zal worden, maar het rendement kan met de twee genoemde "grenzen aan het haalbare" sterk geweld worden aangedaan zonder dat dit in de formule zichtbaar is...

Panelen met de juiste perforatiepercentages zijn in principe wel te koop in de speciale vakhandel voor akoestische materialen, maar je moet dan bereid zijn om er een flink bedrag voor over te hebben. Er bestaan visueel prachtige geperforeerde panelen, die over speciale boringen beschikken die het rendement van de Helmholzconstructie nog verder verhogen.
Een voorbeeld van zo'n boring is rechts te zien.


Toine Dingemans, 22 februari 2018.





naar boven