85: Massivtre med integrert akustisk dempning

Sammendrag

Å kombinere flere ønskede egenskaper i et bygningselement er fordelaktig. Ut ifra krysslimt massivtre er det mulig å lage et lyddempende element med ganske enkle midler. En Helmholz-resonator, også kalt ”flaskeresonator”, oppstår når luftmassen i ”flaskehalsen” svinger i resonans mot det fjærende, avstengte luftrommet i flasken. Også i et massivtreelement kan luftrom dannes ved å fjerne lameller i midtsjiktet, og ”flaskehalsen” blir slissen som sages inn fra eksponert side. Hulrommet dempes med en fiberduk under slissen eller, mer praktisk, fylles med et lydabsorberende materiale.

Akustikkelementets absorpsjonsfaktor ble optimalisert mot lydfrekvenser i talens grunntoneområde for å kompensere for massive materialoverflaters avtakende lydabsorpsjon mot lavere lydfrekvenser. Øvrig innredning og møblering bidrar i praksis i sterkere grad med dempning mot høyere frekvenser. Veid absorpsjons­faktor ble bestemt til maksimalt α_W = 0,25 for akustikkelementet målt i klangrom. Dette prinsippet kan brukes med andre utslissinger og hulromsvolum, for dermed å optimalisere den maksimale absorpsjonsfaktoren mot andre frekvensområder.

Massivtreelementer har i utgangspunktet gode egenskaper mht. styrke og stivhet. I forbindelse med utviklingen av et modifisert massivtreelement med sikte på å oppnå gode akustiske egenskaper mht. reduksjon av etterklangstid i rom, var det behov for å se nærmere på hvordan en slik modifisering påvirket styrke- og stivhetsegenskap­ene. Et slik modifisert element skal ha gode akustiske egenskaper og samtidig ivareta egenskapen som avstivende skive i bygg.

Det ble gjennomført forsøk hvor bruddkapasiteten til både standardelementer og modifiserte akustikkelementer ble testet. I testen ble elementenes bruddkapasitet testet og i tillegg ble kapasiteten til sammenføyningen mellom naboelementer testet.

Resultatene viser at bruddkapasiteten til modifiserte akustikkelementer er en del lavere enn for standard elementer, men kapasiteten til de modifiserte elementene er ikke i seg selv en begrensning med elementet brukt som avstivende skive i bygg. Ikke uventet er det kapasiteten til forbindelsen mellom to naboelementer som begrenser den totale kapasiteten til en modifisert massivtreskive.

Begrensningen til forbindelsen mellom modifiserte massivtreelementer ligger i antall bindere det er ”plass” til i forbindelsen. Dette er i stor grad bestemt av antall tverrlameller i elementet og bredden på hver enkelt tverrlamell. For modifiserte akustikkelementer bør det benyttes kryssfinerbord som skjøtebord mellom nabo­elementer og i tillegg bør det sikres at det alltid er tverrlameller ved kraftinnfør­ing og mothold. Alternativt kan det benyttes en utenpåliggende lask, i stedet for tradisjonell not og fjær i forbindelsen, for å øke arealet for innfesting og dermed antall bindere i en slik løsning.

Den reduserte bærekapasiteten er minimal fordi slissene i yttersjiktet ikke har en større perforeringsgrad enn 7 % og slissene ikke går helt ut til opplegg.

Elementene ble brukt i biblioteket på nye Hadeland vgs. Det ble levert 1440 m² akustikkelementer.

Disse overflatene bidro med ca. 2/3 av absorpsjonsmengden for reduksjon av etterklangstiden mindre enn ett sekund, som er beregnet etter måling i ferdig rom med møblering som ble gjort 7. september 2012.

Dessverre ble bedriften som utviklet produktet, Moelven Massivtre (MMT), avviklet slik at dette nye akustikkelementet ikke ble solgt til flere enn prøve­prosjektet som beskrives i rapporten, men med denne beskrivelsen bør det være mulig å bestille massivtreelement med tilsvarende egenskaper hos andre leverandører.

Summary

Combining several desirable properties in a building element is advantageous. With CLT elements, it is possible to create a sound absorbing element with fairly simple means. A Helmholz resonator, also called "bottle resonator", occurs when the air mass in the "bottleneck" oscillation in resonance against the resilient, a closed airspace in the bottle. An airspace can also be formed in a CLT element by removing lamellas in the middle layer, and the "bottleneck" is made by creating slots from the exposed side. The cavity is attenuated by a geotextile or filled with a sound absorbing material.

Absorption factor for the acoustics CLT elements was optimized to sound frequencies in speech tonal range to compensate for CLT elements decreasing sound absorption surface properties for lower sound frequencies. Other fixtures and furnishings contribute in practice to a greater extent with attenuation at higher frequencies. Weighted absorption factor was determined to be maximum α_W = 0.25 for acoustic CLT element. The same principle can be used with other cavity volumes and “bottleneck” design, thereby optimizing the maximum absorption factor at other frequency ranges.

CLT elements has basically good properties with respect to strength and stiffness. During the development of modified CLT elements to achieve good acoustic properties with respect to reduction of reverberation in the room, an examination of how such modifications affect the strength and stiffness properties was needed. Modified CLT elements must have good acoustic properties, while at the same time maintaining the best possible stiffness and strength properties, when being used as stabilizer discs in a building.

We conducted experiments where fracture capacity of both standard CLT elements and modified acoustic CLT elements where tested. In the experiments, both ultimate failure loads for the two different elements and ultimate failure load capacity of the joint between adjacent elements where tested.

The results show that the ultimate failure load capacity of modified acoustic elements are lower than those of standard items, but the capacity of the modified items is not in itself a restriction when used as a stabilizer disc in buildings. Not surprisingly, the capacity of the connection between two adjacent elements limits the total capacity of a modified CLT elements.

The limitation of the capacity to the connection between the modified solid elements is the number of fasteners used in the connection. For modified CLT elements there is not enough space to install as many fasteners compared to standard CLT element. The number of fasteners to be used in modified CLT elements is largely determined by the number of transversal lamellas in the element and the width of each transversal lamella.

For modified acoustic CLT elements we recommend that plywood should be used in the connection, and in addition there should always be transversal lamellas at the point of force introduction a counter hold when modified CLT elements are being used. Alternatively, the use of a surface-mounted plywood, instead of the traditional tongue and groove connection should be used to increase the area and number of fasteners.

The reduced load bearing capacity is minimal for the modified CLT elements, because the slots in the outer layer do not have a greater perforation degree than 7% and the slots do not go all the way to the point of load introduction.

The modified CLT elements were used in the library of a new building, Hadeland Secondary school. A total of 1440 m² modified CLT elements where used in this building.

These surfaces contributed approx. 2/3 of total absorption amount for reducing the reverberation time to less than one second, which is calculated by measuring the finished room with furniture on September 7, 2012.

Unfortunately, the company that developed this product phased out, Moelven solid wood (MMT), i.e. this new acoustic element is not applicable for purchase and only sold as samples to the project described in this report. But with this description it should be possible to order solid elements with similar properties from other suppliers.