Akoestische absorptie en hoorneffect
Wanneer er een toegankelijke holle ruimte aanwezig is in een wegdek, wordt een deel van het geluid geabsorbeerd. Dit effect wordt de ‘akoestische absorptie’ van een wegdek genoemd. Een nettere beschrijving, waarin ook de faseverandering van de gereflecteerde golf bekend is, wordt met de term ‘akoestische impedantie’ aangeduid.
Het grote belang van akoestische absorptie is het effect ervan op de geluidsversterking door de akoestische hoorn, gevormd door band en wegdek. Doordat de ene helft van de akoestische hoorn nu minder geluid reflecteert, is de geluidsversterking door de hoorn een stuk minder. Het effect op de geluidsoverdracht als gevolg van het deels wegvallen van de reflectie tegen het wegdek is daarmee vergeleken veel kleiner en alleen relevant voor lage waarneemhoogtes.
[ link ]
Figuur 15. Schematische voorstelling van het hoorneffect op een reflecterend en een absorberend wegdek. Links: versterking van circa 20 dB bij een reflecterend wegdek. Rechts: sterk verminderde effectiviteit van de hoorn door een poreus wegdek.
Het hoorneffect is het fysische verschijnsel dat geluid afkomstig uit het contactvlak tussen band en wegdek versterkt wordt door de wigvorm tussen bandloopvlak en het (dichte) wegdek. Dit hoornprincipe wordt veel toegepast in blaasinstrumenten. De versterking door de hoorn kan op een akoestisch ‘hard’ wegdek een toename van de geluidssterkte opleveren tot wel 20 dB, vergeleken met een band die in het vrije veld geluid afstraalt. Als de onderzijde van de hoorn echter wordt gevormd door het bandloopvlak en een poreus wegdek, is de hoorn een stuk minder effectief.
Het absorberende effect van een zoab-wegdek, dat feitelijk is opgebouwd uit korrelachtig materiaal, verschilt sterk met de frequentie. In een diagram dat de absorptie laat zien als functie van de frequentie, vertoont het spectrum van zoab in het algemeen een reeks pieken en dalen. De plaats van de piek is ruwweg omgekeerd evenredig met de laagdikte. Bij 70 mm zoab ligt de eerste piek bij circa 600 Hz, bij 35 mm zoab is deze te vinden rond 1200 Hz.
Het percentage holle ruimte en de stromingsweerstand bepalen de hoogte en de breedte van de piek. Deze relatie is gecompliceerder.
In het spectrum van het rolgeluid is het effect van de absorptiepiek snel te herkennen.
Figuur 16. Links: foto van een impedantiebuismeetsysteem volgens ISO 10534-2. Rechts: enkele voorbeelden van akoestische absorptiekarakteristieken. De frequentie van de piek wordt primair bepaald door de laagdikte (hoe dikker, hoe laagfrequenter), de porositeit en de stromingsweerstand. | |
Bij welke frequentie de eerste absorptiepiek het best kan liggen, is niet eenvoudig vast te stellen. Voor wegdekken met grovere textuur en veel zwaar verkeer kan de absorptiepiek het beste liggen bij relatief lage frequenties. Voor wegen met hogere snelheden, fijnere textuur en minder vrachtverkeer kan de absorptiepiek het beste liggen bij hogere frequenties. Verder heeft een absorptiepiek niet bij elke frequentie dezelfde effectiviteit. Een absorptie bij frequenties beneden de 500 Hz of boven de 1500 Hz heeft weinig invloed op het band/wegdekgeluid, omdat bij deze frequenties het hoorneffect minder groot is en bovendien de bijdragen aan het totale A-gewogen niveau lager zijn. Een modelleringsysteem dat kan helpen om de beste keuze te maken, wordt beschreven in paragraaf 1.6.
[ link ]
Figuur 17. Rolgeluidsspectrum van een aantal open deklagen met verschillende dikte. De frequentie van het absorptie-effect is te herkennen aan de dip in het spectrum. Voor de dgd 0/8 ligt de absorptie rond de 2000 Hz, voor enkellaags zoab bij 900 Hz en voor tweelaags zoab bij 500 Hz. Het effect van de absorptie op het rolgeluid is ongeveer 20% naar hogere frequenties verschoven.
Vervuiling verandert de absorptiekarakteristiek. Zakt de vervuiling naar beneden, dan zal de effectieve laag dunner worden en de absorptie naar minder effectieve, hogere frequenties verschuiven. Blijft de vervuiling overal hangen, dan neemt de porositeit af en daarmee ook de hoogte van de piek.
De toegankelijke holle ruimte in een boorkern, bepaald met behulp van een CT-scanner, is vergeleken met de resultaten van absorptiemetingen aan die kern (zie paragraaf 2.3). Hierbij is goede overeenstemming tussen modellering en praktijk gevonden. Dit betekent dat bij open wegdekken een absorptiemeting inzicht kan geven in de vervuilingsgraad van het wegdek.