Nagalmtijd in de Praktijk

Noot van de redactie:
Het onderstaande artikel is geschreven door de firma SoundScapeS en maakt deel uit van een serie artikelen over akoestiek. Hoewel deze serie door SoundScapeS geschreven wordt is de geboden informatie universeel toepasbaar en derhalve interessant voor iedereen die serieus bezig is met HiFi in de breedste zin van het woord. Vandaar dat de redactie heeft besloten het bericht in deze rubriek te plaatsen. Het plaatsen van dit bericht wil op geen enkele wijze impliceren dat wij, als HiFi.nl, SoundScapeS aanbevelen of van betere kwaliteit achten dan andere aanbieders van akoestische aanpassingen.

Deel 1 (van 3)
Klik hier voor deel 2
Klik hier voor deel 3


Het begrip “nagalmtijd” is in de akoestiek een fundamenteel gegeven, op basis waarvan diverse voor verbetering van de geluidsweergave belangrijke conclusies kunnen worden getrokken. Denkend in analogie zou je kunnen stellen dat de nagalmtijd van een ruimte analoog is aan de mate van beheersing die een eindversterker heeft over de luidsprekers [uitgedrukt in de dempingsfactor]. Een andere analogie stelt dat nagalmtijd is als het uitslingergedrag van een luidsprekerunit. De elektromagnetische verschijnselen uit de twee voorbeelden hebben een gemeenschappelijk kenmerk, namelijk dat energie niet direct in het niets verdwijnt maar nog een zekere tijd naijlt. De apparaten in kwestie kunnen blijkbaar niet zonder tijdvertraging reageren op elektrische energie.

Bij nagalmtijd speelt het analoge verschijnsel dat akoestische energie niet direct in het grote niets kan oplossen en altijd een zekere tijd nodig heeft om uit te sterven tot een niveau dat onder de stoordrempel ligt. Het is natuurlijk ook logisch als je erbij stilstaat: een ruimte kan niet onmiddellijk afrekenen met alle geluidsenergie die erin opgewekt wordt, net zoals een luidspreker die zojuist 50x per seconde 13mm peak-to-peak uitsloeg ook niet meteen kan stilstaan als het signaal stopt, maar nog even naijlt onder invloed van verschillende factoren binnen de elektromechanische eenheid die luidspreker heet. In een ruimte treden analoge akoestische factoren op de voorgrond en die zijn uiteindelijk bepalend voor de nagalmtijd. En die drukt op zijn beurt weer een zodanig groot stempel op de weergavekwaliteit, dat een nadere bestudering gerechtvaardigd lijkt.


Definitie:

Nagalmtijd is de tijdsduur die een gegeven ruimte nodig heeft om de door een geluidsbron afgestane akoestische energie (geluid dus) zodanig te verzwakken dat deze feitelijk onhoorbaar is geworden in die ruimte.

Om het in de meest eenvoudige, maar correcte bewoordingen verder te illustreren:

de nagalmtijd komt tijdens het luisteren storend tot uiting, indien geluid uit voorgaande muziekmaten nog altijd een belangrijke rol speelt in de huidige maten die worden gespeeld.

Een te lange nagalmtijd maakt dat geluid dat al 2, 3 of zelfs 4 maten geleden uitgestorven had moeten zijn nog altijd storend in de ruimte rondwaart. Zo simpel is het in de basis.

Het is de bedoeling om in dit eerste van drie artikelen over de nagalmtijd zoveel mogelijk theorieloos begrijpbaar te maken op welke manier de factor nagalmtijd onder huiselijke omstandigheden een rol speelt en hoe deze naar de hand gezet kan worden. Het artikel is gericht op de audiofiele muziekluisteraar die hierover achtergrondkennis wil opdoen, hoewel ook zal blijken dat de nagalmtijd in woonsituaties waarin geluidskwaliteit geen rol van betekenis speelt nog altijd wel een groot stempel kan drukken op de leefbaarheid in die ruimte.
Aan de hand van herkenbare voorbeelden en de nodige illustraties zal het mogelijk zijn om aan de hand van dit artikel uw eigen nagalmsituatie thuis met veel meer begrip tegemoet te treden en ook met meer kennis over mogelijke en onmogelijke oplossingen voor dit alledaagse fenomeen. De nagalmtijd behoort uiteindelijk een bondgenoot te zijn en geen vijand.


Nagalmtijd en Frequentie:
Frequentie-afhankelijke Nagalmtijd.

De definitie hierboven spreekt over geluid in de vorm van akoestische energie en brengt dit in verband met de tijd die nodig is om deze energie uit te laten doven tot het punt waarop het niet langer een storende invloed uitoefent op de weergave van de muziek. Nagalm is een ruimteprobleem – geen hardwareprobleem. Zelfs de beste hardware is machteloos tegenover een lange nagalmtijd, zoals een sportwagen machteloos is bij afwezigheid van een verhard wegennet.


fig.1--- geluid is een complexe structuur van grond- en boventonen

“Geluid” is in de praktijk een samengesteld geheel en bestaat voor onze waarneming uit een verzameling frequenties die het gehele hoorbare spectrum kan omvatten, van heel lage frequenties onder 100Hz of lager tot heel hoge van 4kHz en hoger. Het komt nooit voor dat alle frequenties in een bepaalde ruimte in precies hetzelfde tijdsbestek uitdoven tot onder de stoordrempel. De praktijk is op dit punt grillig en divers en het is denkbaar dat in een gegeven ruimte frequenties van 3kHz en hoger zeer snel uitsterven, terwijl frequenties tussen 1kHz en 3kHz daar een veel langere tijd voor nodig hebben. Dit zal het geval zijn in ruimtes waarin veel hoogabsorptie is ingebracht middels tapijt, ruime stoffering en stoffen meubels die stuk voor stuk krachtiger absorberen naarmate de frequentie toeneemt. Het kan ook voorkomen dat frequenties uit het lage middengebied en het laag (alles onder 300Hz) relatief lang in een ruimte blijven hangen, terwijl het midden en hoog een juiste nagalmtijd heeft. Kortom: allerlei combinaties zijn mogelijk en zullen in de praktijk ook voorkomen zoals het artikel zal tonen.

Definitie frequentie-afhankelijke nagalmtijd

Bij alle beschouwingen i.v.m. nagalmtijd is het nodig om deze altijd in relatie tot het frequentiespectrum te beschouwen. De nagalmtijd is altijd frequentie-afhankelijk en hun relatie is onlosmakelijk en intens. De eerdere definitie kan nu enigszins worden aangepast aan deze meerkennis:


Definitie frequentie-afhankelijke nagalmtijd:

Frequentie-afhankelijke nagalmtijd is de tijdsduur die een gegeven ruimte nodig heeft om de door een geluidsbron afgestane akoestische energie binnen een zekere frequentieband gelijkmatig zodanig te verzwakken dat deze feitelijk onhoorbaar zal worden.

De grafiek hieronder laat een nagalmmeting zien van een vooralsnog onbehandelde ruimte. De nagalmtijd is over de gehele linie te lang, maar niet extreem lang. Met name het lage middengebied (100-300Hz) kan de nodige aanvullende absorptie gebruiken, maar ook het midden en hoog hebben nog een reductie van 50% nodig om een correcte nagalmtijd te krijgen.


fig.2--- een 2-4x te lange nagalmtijd…


Hoe lang is lang; Hoe kort is kort; Hoe onhoorbaar is onhoorbaar?

Nu duidelijk zal zijn geworden dat alle frequenties, van laag tot hoog, zoveel mogelijk binnen hetzelfde tijdsbestek zouden moeten uitsterven dient zich de vraag aan hoe lang dit precies behoort te duren.
Hoe lang is een te lange nagalmtijd?
En hoe kort is een correcte nagalmtijd?
Hoe onhoorbaar is onhoorbaar eigenlijk?

Alvorens hierop in te gaan moet nog een onlosmakelijke relatie in ogenschouw worden genomen, namelijk die tussen de correcte nagalmtijd en de inhoud van een ruimte. De nagalmtijd in een kathedraal bedraagt al gauw een seconde of acht, zonder dat dit een probleem is – het is zelfs wenselijk en er is welbewust tijdens de bouw gestreefd naar het realiseren van die tijd.
Een nagalmkarakteristiek, gemeten in een grote kerk, zou eruit kunnen zien als in de afbeelding hieronder. De curve volgt frequentie-afhankelijk het tijdsbestek waarin geluid “onhoorbaar” is geworden (met 60dB is afgevallen t.o.v. het oorspronkelijke signaal). In het laag is sprake van een nagalmtijd van ruim 10 seconden en daar is op zich niets mis mee in zo’n omgeving. Het middengebied heeft een nagalmtijd die in de buurt van 6 seconden ligt en deze loopt boven 2kHz geleidelijk aan af maar komt niet onder de seconde in het echte toongebied.


fig.3a--- deze nagalmtijd is een grote kerk waardig…

De nagalmtijd in een kale ruimte van 150 kuub – een behoorlijk grote huiskamer – bedraagt vaak een seconde of vier, maar dat is dan wel een serieus probleem dat de weergave van zelfs de beste hardware compleet zal verzieken! De breedbandige nagalmtijd dient in huiselijke ruimtes voor muziekweergave bij voorkeur niet langer te zijn dan 1 seconde en niet korter dan 0,2 seconde. Een ruime marge dus.

Onderstaand fig. 3b geeft een goed beeld van de opbouw van de nagalmtijd, zoals die in ruimtes in uw huis zal gelden. Het gebied van nagalm zelf bedraagt 0,3 tot 8 seconden. 0,3 seconden is de correcte gemiddelde waarde voor de nagalmtijd, maar 8 seconden is een zeer lange nagalmtijd voor huiselijke begrippen. Langere tijden kom je zomaar niet tegen in huis.

fig.3b--- de opbouw van de nagalmtijd in een schema…

Definitie – nagalmtijd T60

De term onhoorbaar in de tot nu toe gehanteerde definitie van nagalmtijd refereert aan een stoordrempel. Als geluid onder die stoordrempel komt wordt het niet letterlijk maar wel figuurlijk onhoorbaar. In een lawaaiige omgeving zal deze stoordrempel veel hoger liggen dan in een rustige omgeving. In de lawaaiige omgeving heerst een gemiddeld geluidsniveau van om en nabij de 95dB, hetgeen overeenkomt met het geluid op een werkvloer, in een druk restaurant of in een ruimte waarin muziek op realistische geluidssterkte wordt weergegeven. Geluiden die meer dan 30dB onder dit gemiddelde niveau liggen worden niet zo bewust waargenomen, tenzij men zich er specifiek op wil concentreren of erdoor gegrepen wordt (hetgeen één van de geneugten van het audiofiele luisteren kan zijn). Geluiden die 60dB onder het gemiddelde geluidsniveau liggen zijn onhoorbaar geworden – ze vormen geen storend element meer ‘uit het recente verleden’, dat de luisteraar in het heden afleidt van de muzikale boodschap.
In een rustige omgeving is het gemiddelde geluidsnivo 50 tot 60dB. Ook hier ligt de stoordrempel dezelfde factor van 60dB onder het gemiddelde, maar omdat dit gemiddelde zoveel lager ligt als in een lawaaiige omgeving kunnen ook relatief zachte geluiden nog altijd als storend worden ervaren, terwijl ze in de lawaaiige omgeving volkomen ten onder gaan in het gemiddelde heersende geweld.

Men heeft het begrip T60 (T–60dB) in het leven geroepen om zo het relatieve karakter van de stoordrempel te kunnen meenemen. Daarmee kan nu de definitie van de frequentie-afhankelijke nagalmtijd worden uitgebreid, opdat ook de relatie tussen de geluidsdruk en het uitsterven wordt omvat, los van de reeds genoemde frequentie-afhankelijkheid. Fig.3b is in feite een grafische uitbeelding van onderstaande definitie en ik verwijs er in dit verband nog eens naar:


Definitie – nagalmtijd T60

Nagalmtijd T60 – kortweg de nagalmtijd in deze artikelen -- beschrijft de tijdsduur die een gegeven ruimte nodig heeft om het hele spectrum van de door een geluidsbron afgestane akoestische energie over de gehele frequentieband gelijkmatig zodanig te verzwakken dat dit 60dB onder de oorspronkelijke geluidssterkte komt te liggen.

Deze laatste uitbreiding van het begrip nagalmtijd heeft implicaties die wellicht niet meteen duidelijk zijn. Iedere luisteraar zal bewust of onbewust bekend zijn met het fenomeen dat een lange nagalmtijd het duidelijkst tot uiting komt wanneer men muziek op realistische sterkte afspeelt. Bij een gering geluidsniveau speelt de invloed van de ruimte een kleinere rol als bij realistische geluidsniveaus van 90-100dB of daaromtrent. Met het toenemen van het volume neemt ook de storende invloed van de nagalmtijd toe en dit fenomeen is wel verklaarbaar. Bij hogere geluidssterkten is de achtergrondruis, die constant en onafhankelijk van het geluidsvolume van de geluidsinstallatie aanwezig is, onhoorbaar, omdat deze veel meer dan 50dB onder het geluidsvolume ligt. Het uitstervende geluid kan mengt zich met de aanwezige muziek en kan zich manifesteren als storend element, omdat het geluid betreft dat in feite al had moeten uitsterven tot minus 60dB. Het wordt ook als storend ervaren omdat het in zekere zin in directe relatie staat tot de muziek zelf: het is immers de muziek van twee maten geleden!


Handjeklap en Nagalmtijd.

Het komt voor dat iemand een ruimte betreedt, een aantal keren in de handen klapt en concludeert dat het met de nagalmtijd van de ruimte wel goed zit. Of juist niet. Zo’n handelwijze kan wel of niet zinvol zijn.
Wanneer de ruimte in kwestie voor audiofiele doeleinden is bedoeld, is het handjeklap volkomen ontoereikend om iets anders vast te stellen dan de aanwezigheid van flutter-echo en enig idee te krijgen omtrent een stukje nagalmtijd in het deelgebied tussen 800 en 3000Hz. Wanneer de ruimte in kwestie een woonkamer is waarin muziekweergave geen rol van betekenis speelt, kan aan het handjeklap behoorlijk wat nuttige informatie worden ontleend. Het doel van een ruimte dicteert zodoende de bandbreedte waarbinnen de nagalmtijd correct dient te zijn – wonen alleen vraagt enkel een beheerste nagalmtijd in het middengebied 700-2500Hz, maar audiofiel wonen vraagt een beheerste nagalm tussen 20Hz en 20kHz.

Neem een woonkamer in een nieuwbouwhuis – uitsluitend beton rondom, afgewisseld met glas van plafond tot vloer. Denk er vervolgens natuursteen bij op de vloer en je begrijpt dat dit de ingrediënten kunnen zijn voor een relatief lange nagalmtijd, die in het middengebied wel op kan lopen naar 3 seconden! Het doel van deze ruimte is wonen; converseren, televisie kijken, spelen voor de kinderen. Kwaliteitsweergave van muziek is geen issue. Bij al deze activiteiten worden geen lage tonen van betekenis opgewekt. Bijgevolg is het ook niet nodig om veel aandacht te besteden aan beheersing van de nagalmtijd in het lagetonengebied. Juist wel heel belangrijk is het om volop aandacht te besteden aan het voor conversatie en woongenot cruciale frequentiegebied dat loopt van 800 tot 3500 Hz – het middengebied en een deel van het hoge middengebied. Een lange nagalmtijd in dat frequentiegebied geeft bewoners namelijk het idee dat ze 10 kinderen hebben in plaats van 2 en dat er 20 mensen op een feestje zijn terwijl er in feite een rustig gesprek met 4 deelnemers gaande is. Fig.4 hieronder laat een soortgelijke situatie zien.


fig.4--- hier is selectieve nagalmbeheersing nodig…

Een lange nagalmtijd bederft het woongenot nodeloos, omdat is aangetoond dat het mensen onrustig maakt en hen bedachtzamer en meer geforceerd laat spreken om de verstaanbaarheid te garanderen indien je verder dan 70cm van elkaar verwijderd bent. De persoon die binnenkomt en op verschillende manieren in zijn handen klapt krijgt hierdoor een redelijk beeld van de nagalmtijd in het belangrijkste frequentiegebied dat het woongenot definieert.

Breedbandige of Selectieve Nagalmbeheersing?

In het verlengde van het gebruiksdoel van een ruimte kan worden overwogen om selectief aan nagalmbeheersing te doen, dus binnen een beperkter frequentiegebied dan het volledige hoorbare spectrum. Daar waar geen laagprobleem is, zoals in fig.4, is het ook niet nodig om speciale maatregelen te nemen, maar dit is nogal een zeldzaamheid.

Aangezien maatregelen voor beheersing van lage tonen altijd fysiek groot uitvallen en veel ruimte innemen, is het goed om te weten dat ze niet ingezet hoeven te worden onder omstandigheden waar dergelijke frequenties geen rol spelen. Basstraps in een kantoor is dus geen zinvolle optie, tenzij het kantoor bevolkt wordt door audiofielen die ook onder werktijd fullrange, high-end uit de radio willen horen….

Een puur audiofiele luisterruimte waarin kleine monitorluidsprekers zullen worden toegepast heeft evenmin behoefte aan hele diepe basstraps of andere nagalmbeperkende middelen die lager ingrijpen dan 70Hz. De monitor is uit de aard der zaak niet in staat om die frequenties storend aan te spreken. In deze kleinere ruimte kunnen weer wel heel makkelijk problemen ontstaan met de nagalmtijd in het lage middengebied – 100-500Hz, waar bovendien ook de belangrijkste resonantiemodi liggen die door de afmetingen van deze ruimte worden gedicteerd. Uiteraard zijn voor dit doel ook specifieke hulpmiddelen voorhanden die desgewenst ook buiten het genoemde frequentiegebied werkzaam kunnen zijn en bijvoorbeeld ook het midden en hoog aanpakken. Of het hoog juist met rust laten als dat nodig zou zijn, maar het midden stevig dempen. Een goed gekozen verlaagd plafond zal bijvoorbeeld krachtig laagmidden kunnen absorberen en zijdelings doorwerken in het laag onder 100Hz en als het nodig is ook tot ver in het middengebied en desgewenst ook in het hoog. Het is niet zo dat de werking van een akoestisch element ineens ophoudt bij een bepaalde frequentie; de afval van de werkingsgraad kan evenwel behoorlijk steil of flauw zijn, en daarvan kan doelbewust gebruik worden gemaakt in de praktijk.

Een tube trap is machteloos tegen een smalbandig en krachtig resonantieprobleem, maar kan uitstekend in een groter frequentiegebied, bijvoorbeeld het lage middengebied, de nagalmtijd beheersen. De voorbeeldcurve (fig. 6) laat zien waarom dat zo is. Omgekeerd zal een membraan-basstrap een effectieve bandbreedte van weinig meer dan 1½ oktaaf hebben en daardoor geschikter zijn om smalbandige frequentie- en nagalmproblemen aan te pakken.

Je kunt wel zeggen dat bijna alle ruimtes baat hebben bij beheersing van de nagalmtijd in het lage middengebied. Doorgaans is dat het meest ondergedempte frequentiegebied; het betreft hier het gebied van 80 tot 300Hz. Fig.7 hieronder geeft een typische situatie weer van een ruimte waarin een behoorlijk grillige nagalmtijd heerst.


fig.7--- een nogal onregelmatig verlopende T60…

Het voorbeeld hierboven laat heel duidelijk het frequentie-afhankelijke geluidsabsorberende vermogen van een ruimte zien. Dit fenomeen staat in wezen geheel los van de ratios van een ruimte, die voor een geheel eigen pakket resonantieproblemen kunnen zorgen onder 200Hz. Die hebben weliswaar niets met de nagalmtijd zelf te maken, maar kunnen wel als problematisch worden ervaren, zowel op zichzelf staand als in combinatie met een eventueel problematische nagalmtijd zoals die uit het voorbeeld hierboven. Maar een staande golf van 50Hz, gedefinieerd door de afmetingen van een ruimte, heeft niets te maken met de nagalmtijd van die ruimte. Want of de ruimte nu totaal onbehandeld is of een complete akoestische behandeling heeft ondergaan, de staande golf blijft aanwezig omdat die door de afmetingsverhoudingen van de ruimte wordt opgeroepen.

Uitdagingen

Eén van de uitdagingen en ervaringsgebieden van binnenhuisakoestiek is zodoende het scheiden van de probleemgebieden. Er moet in kaart gebracht worden welk probleem door welke akoestische parameter wordt bepaald en ook hoeveel ervan. Een staande golf (heel smalbandig) kan beter niet worden verward met een lange nagalmtijd in het laag (nogal breedbandig). Een lange nagalmtijd in het middengebied moet evenmin abusievelijk worden aangezien voor de digitale hardheid van een supermarkt budget cd-speler, ondanks de sonische gelijkenis tussen beide ‘kwalen’.

Voor het grafisch in kaart brengen van de nagalmtijd is het gebruikelijk om de voor akoestiek belangrijkste frequentieband van 20Hz tot 8000Hz onder te verdelen in tertsbanden (1/3 oktaafbanden), zoals de gebruikte illustraties tonen. Dit levert voldoende resolutie op om in de praktijk te kunnen werken. De vraag of selectief of breedbandig op de nagalmtijd moet worden ingewerkt is deels afhankelijk van het doel van de ruimte en verder van de werkelijke nagalmsituatie ter plaatse.

Het komt soms voor dat een gegeven ruimte alleen maar aanvullende middenabsorptie nodig heeft voor het beheersen van de nagalmtijd (fig.4). Indien de ruimte veel hout bevat (zwevende vloer en/of plafond) en veel glas kan hierdoor heel veel akoestische laagfrequente energie afgevoerd of geneutraliseerd worden en indien er bovendien een stevig wollen tapijt op de vloer ligt kan ook het hoog al meer dan voldoende gedempt zijn, zodat alleen het middengebied overblijft voor extra maatregelen. In dat geval kun je spreken van selectieve nagalmbeheersing.

Maar het omgekeerde komt veel vaker voor (fig.8): iemand heeft zo al het een en ander in zijn ruimte aan demping aangebracht en heeft met name het hoge middengebied en het hoog geheel onder controle – de nagalmtijd voor frequenties boven 2,5 tot 3kHz ligt dan rond de 0,3 tot 0,4 seconden. Ook het middengebied is behoorlijk in orde door allerlei inrichtingsstukken, maar geen van die maatregelen en niets in de constructie van de ruimte is in staat geweest om echt lage tonen te absorberen, met als gevolg dat de nagalmtijd daarvan onevenredig lang is – doorgaans 1,5 seconde of meer. Zo’n eenzijdig gedempte ruimte kan bijzonder onaangenaam klinken. Al die voor de hand liggende dempingsmaterialen hebben slechts een klein deel van het gehele breedbandige nagalmprobleem weggenomen, waardoor het restprobleem juist extra scherp afsteekt bij de rest van het behandelde deel van het spectrum. Dit komt heel goed naar voren in de volgende voorbeeldgrafiek, afkomstig uit een grote en stevig gedempte betonnen kelder.


fig.8--- eenzijdige absorptie, resulterend in enorme nagalmtijdverschillen

Het vervolg van dit artikel over de praktijk van de nagalmtijd zal zich met name richten op de vraag: “hoe klinkt nagalmtijd”? Hoe kan de factor nagalmtijd in een luister- of woonomgeving beoordeeld worden. Waaraan kan een lange nagalmtijd herkend worden – wat zijn de symptomen ervan. In het derde deel komt tenslotte aan de orde hoe nagalmbeheersing in de praktijk tot uiting kan komen en wat allemaal een rol kan spelen bij de materiaalkeuze die hiervoor nodig is.

wordt vervolgd