Utvärderas stegljudsisolering från 20 Hz korrekt i svensk standard?

Illustration: Malin Nordström, Tyréns

Den 1 april 2015 infördes nya rekommendationer för högre ljudklasser i bostäder i svensk standard SS 25267:2015 [1]. Detta eftersom stegljudsstörningar från grannar tenderar att vara högre i trä- än i betongkonstruktioner även med exakt samma uppmätta stegljudsnivå [2]. Nuvarande träkonstruktioner kan inte uppfylla de nya rekommenderde funktionskraven. Skärpningen av kraven 2015 var ett steg i rätt riktning, men vår forskning har visat att man gick för långt. Nya tekniska lösningar krävs för att upplevelsen ska bli densamma i trä- som betongkonstruktioner.

FN:s prognos är att den pågående urbaniseringen innebär ytterligare 2,5 miljarder nya stadsbor innan 2050 [3]. I Sverige beräknar Boverket att vi behöver 71 000 nya lägenheter per år [4] fram till 2025, vilket motsvarar ett byggande vi inte sett sedan miljonprogrammet på 60- och 70-talet. Majoriteten av dessa nya bostäder, 88 000 per år, behövs innan 2020. Det är viktigt att detta byggande sker med tekniker som är långsiktigt hållbara. Ur ett livscykelperspektiv leder träbyggnader till lägre CO2-emissioner än motsvarande betongbyggnader, med en skillnad i klimatbelastning på minus 40 procent [5]. En betydande andel av de globala utsläppen orsakas av byggnadsindustrin, varav en stor del kan kopplas till utvinningen av råmaterial. På global nivå kan därför en övergång mot träbyggnation relativt snabbt reducera klimatbelastningen. Flerbostadshus i trä har dock en akilleshäl: störande steg- och dunsljud vid låga frekvenser.

Stegljudsnivå
I takt med att fler och fler människor ska få plats på en begränsad yta, kommer bullerexponeringen att öka. Detta är en
oundviklig konsekvens av urbanisering och av att samhällen förtätas. Buller har många skadliga hälsoeffekter och det blir därför allt viktigare att hemmet blir en plats för vila och återhämtning. Sverige har sedan 1999 som enda land ställt bindande krav på att utvärdera stegljudsisolering från 50 Hz. Beslutet att utöka frekvensområdet från tidigare 100 Hz motiverades av den ökade andelen flerbostadshus i trä. Tidigare dominerade tunga konstruktioner på bostadsmarknaden och dagens utvärderingsmetoder utvecklades efter denna verklighet. Tunga konstruktioner har hög massa och styvhet, vilket gör att de inte är särskilt känsliga för lågfrekventa ljud under 100 Hz. Med träkonstruktioner gäller det omvända, de uppvisar höga stegljudsnivåer för frekvensområdet under 100 Hz. Under de senaste två decennier av träbyggnad har gedigen erfarenhet och kunskap byggts upp, samtidigt som andelen flerbostadshus i trä ökat och ligger nu på ca 10 procent av nyproduktionen [6]. Förbättrade tekniska lösningar har utvecklats och nuvarande konstruktioner har inga problem att uppfylla funktionskrav från 50 Hz. Det har dock visat sig att vi bör utöka mätområdet ytterligare, kanske ända ner till 20 Hz. Hyresgäster som bor i flerbostadshus med tung betongstomme tenderar att vara mer nöjda med stegljudsisoleringen jämfört med de som bor i hus med lätt trästomme, även fast båda husen visar exakt samma uppmätta stegljudsindex från 50 Hz. Målet är därför att utveckla en teknikneutral parameter som ger god korrelation mellan upplevd störning och uppmätt stegljudsisolering, oavsett val av byggnadsstomme. Upplevelsen av stegljud på ett ljudklass B-bjälklag i trä och betong är idag väldigt olika trots samma uppmätta stegljudsnivå.

Figur 1: Frekvensvägningar för olika moidfierade spektrumanpassningstermer.

Forskningsprojekten AkuLite och Aku20
AkuLite (2009–2013) var ett nationellt svenskt forskningsprojekt där relationen mellan upplevd och uppmätt ljud-
isolering utvärderades. En serie akustiska mätningar utfördes i nio flerbostadshus av varierande lätta träkonstruktioner och en tung betongkonstruktion [2]. Mätningarna följdes upp med enkätstudier, där stegljud från grannar mycket tydligt framgick som den mest störande bullerkällan. Med linjär regression utvärderades hur väl olika sätt att beskriva stegljudsisolering med objektiva parametrar korrelerade mot den upplevda störningsgraden i enkätstudierna. Bäst korrelation mellan uppmätt och upplevd stegljudsisolering erhölls med den modifierade spektrumanpassningstermen CI,20-2500, AkuLite, som gav extra frekvensvägning till frekvenser 20–40 Hz för att hantera lätta konstruktioner samt frekvenser över 400 Hz för att kompensera för hårda golvbeläggningar, se figur 1.
Resultaten från AkuLite spelade stor roll när svensk standard SS 25267 [1] reviderades 2015. För ljudklass A och B rekommenderas nu i standarden utvärdering av stegljudsisolering från 20 Hz med den frekvensvägda spektrumanpassningstermen som togs fram under AkuLite. En viktig skillnad är att SIS bestämde att tersbandsvärdena för 20–40 Hz inte ska normaliseras mot efterklangstiden. Detta är anmärkningsvärt, eftersom konsekvensen av att bortse från normalisering av efterklangstid innebär en ytterligare frekvensvägning mellan 20–40 Hz utöver den som anges i korrektionstermen, i de fall då efterklangstiden är längre än 0,5 sekunder – vilket den också varit i samtliga konstruktioner som vi utvärderat. I praktiken innebär det därför att det uppmätta värdet på LnT,w,20 enligt SS 25267 i vissa träkonstruktioner kan ”bestraffas” med upp till 6 dB jämfört med resultaten från AkuLite. En potentiell träkonstruktion med efterklangstiden 2,0 sekunder i 20-40 Hz-banden och som uppfyller Ln,w+CI,20-2500, AkuLite = 52 dB enligt slutsatserna från AkuLite, skulle med den modifierade utvärderingen enligt SS 25267 få värdet 58 dB och därmed inte klara ljudklass B. Det här är ett allvarligt problem som beror på att slutsatserna från AkuLite har feltolkats.
Det statistiska underlaget i AkuLite var begränsat och slutsatserna kan därför endast betraktas som en indikation. Slutsatserna var dock mycket intressanta och behövde verifieras med ytterligare forskning vilket skedde i forskningsprojektet Aku20 (2014–2017). Den viktigaste uppgiften inom Aku20 var att utöka det statistiska underlaget med fältmätningar och enkäter, för att stärka regressionsanalysen. Därutöver verifierades också indikationerna från AkuLite med ett oberoende lyssningstest och mätosäkerheten i de nya metoderna utvärderades. Vi kommer nu att berätta översiktligt om några av de studier som utförts inom Aku20.

Fältmätningar och enkäter
Den utökade studien av fältmätningar och enkäter verifierade slutsatserna från AkuLite, med några viktiga skillnader. Studien redovisas i sin helhet i referens [7] och sammanfattas i artikeln på sidan 24 i detta nummer av Bygg & teknik.
När en uteliggare togs bort från analysen erhölls bäst korrelation med utvärdering från 25 Hz utan frekvensvägningen från AkuLite. Skillnaden mot 20 Hz var dock liten och det behövs ytterligare studier för att dra en definitiv slutsats huruvida gränsen för utvärdering bör vara 20 eller 25 Hz.

Lyssningstest
Inom Aku20 utfördes ett lyssningstest i två delar baserat på binaurala inspelningar av stegljud. Lyssningstestet redovisas detaljerat i referens [8]. Syftet med lyssningstestet var att verifiera slutsatserna från fältmätningarna och enkäterna, med ytterligare en metod. Om två oberoende studier/utvärderingsmetoder ger samma resultat, stärks slutsatserna.
Studien hade två mål:
1) Att verifiera att frekvenser mellan 20 och 50 Hz är viktiga för upplevda stegljudsstörningar.
2) Att ta reda på vilken ljudisoleringsparameter som korrelerar bäst med upplevda stegljudsstörningar.

Figur 2: Standardiserad stegljudsnivå i de två testade konstruktionerna.

Lyssningstestet utfördes i två delar och tillämpade parvisa jämförelser av stimuli (benämning för ljud som utvärderas i ett lyssningstest). Gångtrafik med och utan skor spelades in med konsthuvud i två vardagsrum där det ena var en tung betongkonstruktion och det andra var en lätt träkonstruktion. Stegljudsnivån från 50 Hz (L´nT,w + CI,50-2500) uppmättes till 48 dB i betongkonstruktionen och till 49 dB i träkonstruktionen. Båda rummen bör alltså ge likvärdigt skydd mot stegljudsstörningar om nuvarande utvärderingsmetoder för vägd stegljudsnivå från 50 Hz fungerar teknikneutralt. Frekvensspektrumen för gångtrafik var dock väldigt olika på de två bjälklagen, i synnerhet för frekvenser under 50 Hz, se figur 2.
Ljudinspelningarna utfördes nattetid med byggnadens samtliga installationer avstängda för att minimera bakgrundsstörningar. Den gående personen vägde 70 kg och använde markeringar på golvet, 80 cm isär, för att lokalisera varje isättning av fot och gångtempot kontrollerades med en metronom på 115 slag per minut. I lyssningsrummet återgavs stimuli med en kombination av hörlurar och subwoofer. Våra 24 testpersoner hade alla erfarenhet av att bo i lägenhet med grannar ovanför och könsfördelningen var 50/50 procent.
Syftet med den första delen i testet var att utvärdera vid vilket tersband det är möjligt att uppleva en skillnad i störning mellan det inspelade stegljudet i original och samma stegljud högpassfiltrerat vid olika tersband (25, 31.5, 40, 50 och
100 Hz). En upplevd skillnad i störning indikerar att det kan vara nödvändigt att ta med det korresponderande tersbandet vid utvärderingen av stegljudsisolering. Det primära syftet med testets andra del var i princip att besvara frågan: Hur många dB behöver stegljudet från träbjälklaget sänkas, för att bedömas som lika störande som ljudet från betongbjälklaget? Personen frågades om vilket av ljuden A och B som var mer störande samt om den upplevda skillnaden var tydlig eller marginell. Metoden som användes var en iterativ process, en trappvis nivåjusteringsmetod (så kallad ”Staircase level adjustment procedure”). Det ena ljudet var ett konstant referensstimuli medan det andra stimulits nivå justerades tolv gånger beroende på testpersonens val. Medelvärdet av de två sista iterationerna användes som subjektiv utdata.

Resultat del 1:
För betongkonstruktionen visade det sig vara tillräckligt att utvärdera från 100 Hz om skor används. Utan skor var det
möjligt att uppleva störningsskillnader ner till 40 Hz mellan successiva tersband. För träkonstruktionen var andelen som upplevde en skillnad i störning betydligt högre, vilket indikerar att de lägsta frekvenserna är av större betydelse.
Lyssningstestet verifierade att frekvenser ända ner till 20 Hz är viktiga vid utvärdering av stegljudsisolering i lätta träkonstruktioner, men intervallet 20–40 Hz påverkar inte upplevelsen i betongkonstruktioner.

Resultat del 2:
När stegljudet från träbjälklaget sänktes med 12 dB i medeltal, bedömdes båda konstruktionerna som lika störande med avseende på gångtrafik utan skor. I fallet med skor räckte det med en mindre sänkning. Därför bör barfota gångtrafik ses som det mest störande och därmed viktigaste scenariot att beakta, då konstruktioners bullerskyddande förmåga dimensioneras. Trots att likvärdiga mätresultat erhålls vid utvärdering från 50 Hz, rankas den upplevda störningsskillnaden alltså motsvara cirka 12 dB i ljudnivåskillnad – en stor avvikelse! Detta betyder att dagens utvärderingsmetod inte är teknikneutral med avseende på byggnadsstommen. Vid utvärdering enligt SS 25267, blev träkonstruktionens värde 21 dB högre än betongkonstruktionens, vilket visar att frekvensvägningen är för hård. Med utvärdering från 20 Hz utan frekvensvägning och med normalisering för efterklangstid, blev skillnaden 10 dB.

Statistisk analys av fältmätningar
Erfarenheten av stegljudsmätningar från 20 Hz är begränsad i dagsläget. Det är därför nödvändigt att utvärdera de praktiska konsekvenserna som inkluderingen av CI,20-2500,AkuLite i svensk standard innebär. Det är även nödvändigt att ta fram bättre beslutsunderlag inför en eventuell framtida revidering av standarden. Som en del i detta arbete har vi genomfört en variationsstudie av mätningar i 70 olika rum för ett och samma prefabricerat volymbyggnadssystem. Studien presenteras i sin helhet i referens [9].
Byggnaderna visade sig vara mycket känsliga för stegljudsnivåer under 160 Hz och i synnerhet mellan 20–40 Hz. När de modifierade spektrumadaptionstermerna med utökat frekvensområde användes, avgjordes den vägda stegljudsnivån primärt av tersbanden 20–40 Hz. Med utvärdering enligt SS 25267 hade tersband från 50 Hz och uppåt ingen som helst påverkan och hela 25 av 70 rum avgjordes enbart av tersbandet 20 Hz. Det kan betyda att en stor del av variationerna i vägd stegljudsnivå kan ha orsakats av mätosäkerhet. Genom att inkludera normalisering med avseende på efterklangstiden under 50 Hz minskade betydelsen av tersbanden 20–40 Hz med upp till 6 dB.
Variationer i ljudisolering i lätta konstruktioner har länge varit ett välkänt problem. Ett utökat frekvensområde ökar därför utmaningen för lättbyggnadsindustrin att få sina produkter godkända. Utifrån de 70 rummen beräknades
säkerhetsmarginaler och nödvändiga konstruktionsförbättringar i förhållande till rekommenderade funktionskrav i
SS 25267. Vi jämförde spridningen mot den 95:e percentilen. Med utvärdering enligt SS 25267 inklusive säkerhets-
marginal krävdes en stegljudsförbättring på 22 dB för att uppfylla ljudklass B (52 dB). Om vi istället utvärderade enligt slutsatserna från Aku20 (L´nT,w + CI,25-2500 inklusive normalisering från 25 Hz), blev den nödvändiga förbättringen 8 dB. Säkerhetsmarginalen kan minskas ytterligare om mätosäkerheten kan minimeras.

Slutsatser
Vi anser att revideringen av SS 25267 var ett steg i rätt riktning men att man gått för långt, då man inte tagit hänsyn till vad frånsteget på mätt efterklangstid medfört, samt att man utgått från preliminära resultat. Aku20 visade att tersbanden 20–40 Hz inte behöver viktas hårdare än övriga tersband. Frekvenser mellan 20–50 Hz är viktiga för att kunna utvärdera stegljudsstörningar i lätta konstruktioner, medan 50 Hz verkar vara en lämplig undre gräns i tunga konstruktioner. Det betyder att nuvarande utvärderingsparametrar från 50 Hz inte kan representera störningar på ett sätt som är teknikneutralt. Det innebär också att ett utökat frekvensområde för stegljudsisolering inte påverkar tunga konstruktioner, eftersom dessa uppvisar låga stegljudsnivåer i området 20–50 Hz. De funktionskrav som rekommenderades i SS 25267 har visats vara så hårt ställda att de i praktiken blivit ett utförandekrav. Ljudklass A och B går inte att nå med nuvarande träbyggnadsteknik, då det ofta handlar om en nödvändig förbättring i storleksordningen 15–20 dB, i vissa fall mer, för de allra lägsta tersbanden 20–25 Hz.
Konsekvenserna av bindande krav på stegljudsisolering under 50 Hz kan bli förödande för byggbranschen och då måste beslutet vara väl förankrat i vetenskapen. Vi anser att SS 25267 bör revideras som följer: Stegljudsisolering för högre ljudklasser A och B utvärderas utan frekvensvägning som L´nT,w + CI,25-2500 – en linjär utökning av nuvarande L´nT,w + CI,50-2500. Tersbanden 25–40 Hz ska normaliseras med hjälp av efterklangstiden i oktavbandet 31,5 Hz. Om spektrumanpassningstermen antar negativa värden, skall dess värde sättas till noll. Utvärdering från 25 Hz får absolut inte göras bindande i detta skede, utan skall vara en valfri rekommendation tills framtida forskning kan verifiera lämpliga funktionskrav och minimera mätosäkerheten.

Framtida arbete
Vi har identifierat fyra saker som bör utredas vidare:
1) Ska vi ställa krav från 20 eller 25 Hz?
Ur ett strikt mättekniskt perspektiv vore det fördelaktigt att dra gränsen så högt upp som möjligt vid 25 Hz. Det skulle innebära att dagens standard behöver utökas med ett oktavband, vilket dessutom förenklar mätning av efterklangstid under 50 Hz. Å andra sidan uppvisar vissa konstruktioner höga stegljudsnivåer just i 20 Hz-bandet.
2) Kan vi undvika normalisering av efterklangstid 20–40 Hz?
Normalisering under 50 Hz kräver att subwoofer används, vilket komplicerar mätproceduren. Vår förhoppning är att vi kan bortse från normalisering av efterklangstiden i tersbanden 20–40 Hz och istället använda någon form av frekvensvägning.
3) Hur stor är mätosäkerheten mellan 20–40 Hz?
Lätta konstruktioner är mycket känsliga för stegljudsnivåerna i tersbanden 20–40 Hz. Mätosäkerheten i dessa band måste därför utvärderas grundligt. Det är fel att tvinga träbranschen till ökade säkerhetsmarginaler och därmed minskad konkurrenskraft, på grund av att den nya utvärderingsmetoden kanske inte har tillräckligt hög precision. Vi har till exempel indikationer på att den uppmätta stegljudsnivån kan påverkas om mätoperatören använder fasta mikrofonpositioner istället för handhållna mikrofonsvep [10].
4) Är 52 dB ett adekvat funktionskrav?
Det måste verifieras om nuvarande krav för ljudklass B, 52 dB, stämmer överens med den upplevda störningen om frekvensområdet utökas till 20 eller 25 Hz, samt bestämma vad som anses vara en acceptabel andel störda hyresgäster. Vid utvärdering från 20 Hz används samma gränsvärden som från 50 Hz, men eftersom utvärdering av stegljudsnivå med spektrumanpassningstermer innebär tersbandsaddition, kommer ett utökat frekvensområde att matematiskt anta ett högre värde då fler tersband inkluderas.

Träbyggnadsindustrin står inför en utmaning där de måste vidare- och nyutveckla tekniska lösningar för att förbättra isoleringen mot lågfrekvent stegljud. Detta problem är framförallt en konstruktionsfråga som inte går att lösa enkelt med exempelvis ytskikt eller elastomerer. Lågfrekvent stegljudsisolering avgörs primärt av massa och styvhet, vilket innebär en fysikalisk begränsning. Lätta konstruktioner kommer därför ha svårt att uppnå lika bra ljudisolering vid låga frekvenser som en tung konstruktion. Upplevd ljudkvalitet är dock ett mångfacetterat problem, där stegljud är en viktig parameter av flera. Trähus har dock många andra fördelar som kanske överväger? Det finns en praktisk/ekonomisk gräns för hur bra stegljudsisolering som går att uppnå i en lätt träkonstruktion. Om kostnaden blir för hög kommer träbranschen ha svårt att konkurrera mot betongindustrin. Vi kanske redan idag är nära den gränsen? Å andra sidan, nya utsläppskrav som ställer hårdare krav på byggnadens livscykelanalys skulle stärka konkurrenskraften hos träbyggnader. Ur ett samhällsperspektiv framträder viktiga målkonflikter. Vad är viktigast, stegljudsstörningar, klimathotet eller bostadsbristen? Kanske har vi hamnat i en situation där högre ljudstörningar måste tolereras om det är det enda sättet att snabbt reducera CO2-emissionerna och mildra bostadsbristen? Oavsett var vi landar, måste vi hitta ett sätt att utvärdera stegljudsisolering så att mätning och upplevelse stämmer överens. Om en beställare köper en produkt i ljudklass B, då ska skyddet mot stegljudsstörningar vara lika för betong-, stål- och trästommar. Först då kommer vi kunna ta fram pålitliga beslutsunderlag och fatta kloka beslut inför framtiden.

Referenser
[1] Byggakustik – Ljudklassning av utrymmen i byggnader – Bostäder, Svensk Standard SS 25267, 2015
[2] F. Ljunggren, C. Simmons, K. Hagberg. Correlation between sound insulation and occupants’ perception – Proposal of alternative single number rating of impact sound, Applied Acoustics 85 (2014)
[3] World Urbanization Prospects: The 2014 Revision, Highlights, ST/ESA/SER.A/352, Department of Economic and Social Affairs, United Nations, 2014
[4] Reviderad prognos över behovet av nya bostäder till 2025, Rapport 2016:18, Boverket, 2016
[5] S. Brege, T. Nord, L. Stehn, Industriellt
byggande i trä – Nuläge och prognos mot 2025, Forskningsrapport LIU-IEI-RR-17/00263-SE, Linköpings Universitet, 2017
[6] R. Andersson, R. Larsson, Så används stommaterial i flerbostadshus, Artikel i tidningen Samhällsbyggaren, 3, 2014, sid. 32-35
[7] F. Ljunggren, C. Simmons, R. Öqvist. Correlation between sound insulation and occupants’ perception – Proposal of alternative single number rating of impact sound, Part II. Applied Acoustics 123 (2017)
[8] R. Öqvist, F. Ljunggren, R. Johnsson. Walking sound annoyance vs. impact sound insulation from 20 Hz. Applied Acoustics 135 (2018)
[9] R. Öqvist, F. Ljunggren. Variations in sound insulation from 20 Hz in lightweight dwellings. Noise Control Engineering Journal 66(1) (2018)
[10] M. Löfdahl, R. Öqvist, J. Gruffman, Variations in impact sound insulation from 20 Hz due to measurement uncertainty and workmanship, Proceedings of Inter-Noise 2017, 27-30 Aug 2017, Hong Kong

Läs mer:
Resultaten från Aku20 beskrivs i Rikard Öqvists doktorsavhandling ”Measurement and perception of sound insulation from 20 Hz between dwellings”, som finns tillgänglig för nedladdning från Luleå Universitetsbiblioteks hemsida
(www.ltu.se/lib).

Artikelförfattare:
Rikard Öqvist, Tyréns

Fredrik Ljunggren
Luleå tekniska universitet

Roger Johnsson, Tyréns

Artikeln är publicerad i Bygg & teknik 3/18