Uncertainty of Impact Sound Insulation Measurements in Field

Abstract

Sound insulation of buildings has been evaluated at 1/3-octave centre frequency bands from 100 Hz to 3150 Hz since the 1960's. Impact sound insulation of buildings is evaluated by measuring the weighed normalized impact sound pressure level L'n,w. Many researchers, however, have been shown that enlarging the measured frequency range below 100 Hz could lead to evaluation corresponding better to subjective rating of floors.

The measured frequency range was originally chosen to begin at 100 Hz because of assumed increasing uncertainty of measurements at lower frequencies. The international standards ISO 140 and 717 defining the measurement methods were revised during the 1990's. The revised standards provide possibilities to include the frequency bands of 50, 63 and 80 Hz in the evaluation by calculating spectrum adaptation terms CI,50-2500.

The standards do not define the measurement uncertainty of the evaluation method of impact sound insulation. The primary object of this study is to estimate the effect of sound field characteristics on the uncertainty of field measurements of impact sound insulation at the enlarged frequency range including the frequency bands of 50, 63 and 80 Hz. In Finland, impact sound insulation is evaluated at frequency bands from 100 to 3150 Hz. The secondary object is to evaluate the typical Finnish concrete floors by spectrum adaptation terms CI and CI,50-2500.

Impact sound insulation of 50 concrete floors have been measured in the field. From measurement results, weighted normalized impact sound pressure level L'n,w and spectrum adaptation terms CI and CI,50-2500 have been calculated. Standard deviations of reverberation times have been determined from 12 decays and standard deviations of impact sound pressure levels from 12 excitations by standard tapping machine. Upper and lower confidence intervals of probability of 95 % for L'n,w and sums of it and spectrum adaptation terms CI and CI,50-2500 have been determined from Student's t-distribution.

Difference between upper and lower confidence intervals becomes larger when spectrum adaptation terms are included in the evaluation. When frequencies below 100 Hz are included, the differences lie in 80 % of cases still within 2-4 dB.

Compared with L'n,w, evaluation of impact sound insulation by sum of L'n,w and spectrum adaptation term CI does not change the ranking of floors. Spectrum adaptation term CI,50-2500 changes the ranking of floors only when the floor generates highest impact sound pressure levels below 100 Hz. Such impact sound spectra is produced by raised floors and especially by floating floors for which the value of spectrum adaptation term CI,50-2500 can exceed 10 dB.

Rakennusten ääneneristystä on 1960-luvulta saakka arvioitu kolmannesoktaavikaistoittain alkaen keskitaajuudesta 100 Hz keskitaajuuteen 3150 Hz. Askelääneneristyksen arvioimiseksi on mitattu askeläänitasoluku L'n,w. Monet tutkijat ovat kuitenkin osoittaneet, että laajentamalla mitattavaa taajuusaluetta 100 Hz alapuolelle voitaisiin saada aikaan menetelmä, joka vastaa paremmin asukkaiden subjektiivisia arvioita askelääneneristyksestä.

Mitattava taajuusalue valittiin aikoinaan alkamaan 100 Hz keskitaajuudesta, sillä mittausepävarmuuden arvioitiin kasvavan alle 100 Hz taajuuksilla. Mittausmenetelmät on määritelty kansainvälisissä standardeissa ISO 140 ja 717, jotka uudistettiin 1990- luvulla. Uudistetut standardit mahdollistavat mitattavan taajuusalueen laajentamisen keskitaajuuksille 50, 63 ja 80 Hz määrittelemällä spektrisovitustermin CI,50-2500.

Standardit eivät määrittele askelääneneristyksen mittausmenetelmän epävarmuutta. Tämän tutkimuksen päätavoite on arvioida äänikentän ominaisuuksien vaikutusta askelääneneristyksen mittausepävarmuuteen laajennetulla taajuusalueella kenttäolosuhteissa. Suomessa askelääneneristystä arvioidaan mittaamalla askeläänitasoluku L'n,w taajuusalueella 100-3150 Hz. Tutkimuksen toinen tavoite on määrittää spektrisovitustermit CI ja CI,50-2500 tyypillisille suomalaisille betonivälipohjille.

Kenttämittauksin määritettiin 50 betonivälipohjan askelääneneristys. Mittaustuloksista laskettiin askeläänitasoluku L'n,w sekä spektrisovitustermit CI ja CI,50-2500. Jälkikaiunta-ajan ja askeläänitasojen keskihajonnat laskettiin kutakin lattiaa kohti tehdyistä 12 mittauksesta. Askeläänitasoluvulle sekä sen ja spektrisovitustermin CI tai CI,50-2500 summalle laskettiin ylempi ja alempi luottamusväli 95 % todennäköisyydellä Studentin t-jakauman ominaisuuksista.

Ylemmän ja alemman luottamusvälin erotus suurenee, kun askeläänitasoluvun ja spektrisovitustermien summia verrataan pelkkään askeläänitasolukuun. Kun 100 Hz alapuolella olevat kolme taajuuskaistaa otetaan huomioon, suurin osa eli 80 % erotuksista on kuitenkin edelleen 2 ja 4 dB välillä.

Verrattuna askeläänitasolukuun L'n,w askelääneneristyksen arviointi sen ja spektrisovitustermin CI summalla ei muuta välipohjien keskinäistä järjestystä. Spektrisovitustermi CI,50-2500 muuttaa välipohjien askelääneneristyksen arviointia vain, kun välipohja tuottaa korkeimmat äänitasot 100 Hz alapuolella. Tällainen äänispektri on yleensä korotuslattioilla ja erityisesti kelluvilla lattioilla, jotka voivat tuottaa spektrisovitustermin CI,50-2500 arvoksi yli 10 dB.