Parvekelasien ja lasitetun kaiteen ilmaääneneristävyyden mitoittaminen tieliikennemelualueelle laboratoriomittausten perusteella

Transkriptio

1 Parvekelasien ja lasitetun kaiteen ilmaääneneristävyyden mitoittaminen tieliikennemelualueelle laboratoriomittausten perusteella Teemu Anttoni Kananen Sähkötekniikan korkeakoulu Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten Espoossa Työn valvoja: Prof. Ville Pulkki Työn ohjaajat: DI Panu Visa DI Pekka Taina

2 aalto-yliopisto sähkötekniikan korkeakoulu diplomityön tiivistelmä

3 iii Tekijä: Teemu Anttoni Kananen Työn nimi: Parvekelasien ja lasitetun kaiteen ilmaääneneristävyyden mitoittaminen tieliikennemelualueelle laboratoriomittausten perusteella Päivämäärä: Kieli: Suomi Sivumäärä: Akustiikka ja äänisignaalinkäsittely Professuuri: Akustiikka Työn valvoja: Prof. Ville Pulkki Työn ohjaajat: DI Panu Visa, DI Pekka Taina Tässä diplomityössä tutkittiin parvekelasien ja lasisen kaiteen yhteistä ilmaääneneristävyyttä. Tulosten perusteella johdettiin laskuri, jolla voidaan mitoittaa lähes mielivaltainen parveke. Laskurin laskenta perustuu standardissa ISO esitettyyn ilmaääneneristyslukumittaukseen R 45. Parvekelaseja ja lasitettua kaidetta tutkittiin mittaamalla niitä laboratoriossa sekä kentällä. Laboratoriomittauksissa tutkittiin kaiderakenteen, h-listojen, profiilin tiiveyden ja lasin paksuuden vaikutusta. Tulokseen vaikuttaa eniten rakenteen tiiveys, johon vaikuttaa kaiteen rakenne, h-listat ja profiilien tiiveys. Parvekelaatan päälle asennettavien kaiteiden todettiin olevan laatan otsapintaan asennettavia kaiteita parempia. H-listojen käyttö lasielementtien välissä paransi tulosta yhdenmukaisesti läpi mittausten. Profiilien tiivistäminen toi huomattavia parannuksia niin rakenteen yksilukuarvoon kuin terssikaistaiseen ilmaääneneristävyyteen. Laskurin toimivuutta tarkasteltiin vertaamalla sitä aiemmin parvekkeilta tehtyihin tieliikennemelumittauksiin. Tulokset olivat vaihtelevia, mutta laskurin tarkkuudeksi saatiin karkeasti ± 3 db. Laskennan tarkkuuteen vaikuttaa huomattavasti laskuriin syötetyn parvekkeeseen kohdistuvan melutason paikkaansapitävyys ja parvekkeella olevan absorption määrä. Avainsanat: Parveke, ääneneristys, tieliikennemelu, parvekelasitus, kaiderakenne, tiivistys, absorptiomateriaali

4 aalto university school of electrical engineering abstract of the master s thesis

5 v Author: Teemu Anttoni Kananen Title: Designing balcony glazing s sound insulation based on laboratory measurements Date: Language: Finnish Number of pages: Department of signal processing and acoustics Professorship: Acoustics Supervisor: Prof. Ville Pulkki Advisors: M.Sc. (Constr.) Panu Visa, M.Sc. (Tech.) Pekka Taina This Master s Thesis studies balcony glazing s sound insulation against traffic noise. Balcony glazing s sound insulation was measured in laboratory as well as on the field. A way for calculating the needed glazing structure was developed based on the laboratory measurements of apparent sound reduction index R w. The base for the calculator is a formula defined in standard ISO 140-5, the apparent sound reduction index R 45. Parameters under study in the laboratory were: handrail types, sealings inserted between the glass elements, slits in the aluminium profiles and the thickness of glass. The defining parameter is overall quality of seal which is affected by the handrail type, sealings and slits. Hand rails which are installed on top of the balcony slab were found to be better than the ones installed on the fascia of the slab. Sealigns between glass elements produced similar changes in the results throughout the laboratory measurements. Covering the slits in the aluminium profiles produced sound improvments in the results. The calculator was validated through comparing calculated results to measured ones. The results were varying with a rough accuracy of ± 3 db. The accuracy is affected heavily by the accuracy of the input noise and the real amount of absorption inside the balcony. Keywords: Balcony, apparent sound reduction index, sound insulation, glazing, absorption material

6 vi Esipuhe Haluan kiittää Professori Ville Pulkkia ja ohjaajiani Panu Visaa sekä Pekka Tainaa asiantuntevasta ja mielenkiintoisesta ohjauksesta. Lisäksi haluan kiittää Lumon Oy:tä työn mahdollistamisesta, Kai Sakselaa akustisen kameran käytöstä ja vielä erityiskiitokset Heikki Helimäelle erinomaisista kommenteista ja mahdollisuudesta käyttää Helimäki Akustikkojen tiloja ja laitteita diplomityöni tekemiseen. Suuri kiitos kuuluu myös lähimmäisilleni jatkuvasta tuesta ja työn etenemisen muistuttamisesta. Järvenpää, Teemu Anttoni Kananen

7 vii Sisällysluettelo Tiivistelmä Tiivistelmä (englanniksi) Esipuhe Sisällysluettelo Käytetyt symbolit ja lyhenteet ii iv vi vii x 1 Johdanto 1 2 Teoria ja aikaisempi tutkimus Äänen perusfysiikkaa Äänen eteneminen Huoneakustiikka Jälkikaiunta-aika ja absorptiomateriaalit Ilmaääneneristys Raon vaikutus rakenteen ilmaääneneristykseen Tieliikennemelu ja sen spektri Mittaluvut ja niiden standardit Ilmaääneneristyslukumittaus Standardi ISO Standardi ISO Julkisivun ilmaääneneristyslukumittaus, ISO Määräykset ja ohjeistukset Valtioneuvoston päätös meluohjearvoista Kaavamääräykset Parvekelasituksen mitoituksen teoria Parveke ja parvekelasitustuotteet Työn selostus ja mittaukset Laboratoriomittaukset Mittalaitteisto Mittauksen asennus Laboratoriomittaus

8 viii Mitatut rakenteet Kuvaus akustisella kameralla Kenttämittaukset Mittalaitteisto R 45 -ilmaääneneristysmittaukset Parvekkeiden jälkikaiunta-aikamittaukset Parametrien tutkinta laskennallisesti Rakenteen rakojen vaikutus Lasin paksuuden vaikutus Parvekkeen jälkikaiunta-aika Tulokset Laboratoriomittausten tulokset Kaiderakenteen vaikutus Lasielementtien väliset tiivistykset Profiilien tiivistys Lasin paksuuden vaikutus Kenttämittausten tulokset R 45 -mittausten tulokset Parvekkeiden jälkikaiuntamittaukset Laboratorio- ja kenttämittausten yhteys Mallien toimivuus Rakomallin tutkinta Jälkikaiunta-aika parvekkeella Parvekkeen mitoituslaskuri Laskenta ja syötettävät parametrit Kohdistuva melu Erottavan rakenteen pinta-ala Absorptio parvekkeella Valittu rakenne Laskurin validointi Laskurin virhemarginaali

9 ix 6 Yhteenveto ja johtopäätökset Parvekelasien ja lasisen kaiteen ilmaääneneristävyyteen vaikuttavat tekijät Mitoituksen virhemarginaali Jatkokehitys Viitteet 62

10 x Käytetyt symbolit ja lyhenteet Lista käytetyistä symboleista R [db] Ilmaääneneristävyys R w [db] Ilmaääneneristysluku, laboratorio R 45 [db] Julkisivuelementin ilmaääneneristysluku, kenttä Spektripainotustermi kaupunkiliikenteelle C tr C A [m 2 ] Absorptioala α m [ kg ] m 2 Spektripainotustermi raide- ja lentoliikenteelle Absorptiokerroin Pintamassa f [ 1 s ] Taajuus f c [ 1 s ] Rajataajuus c 0 [ m ] s Äänennopeus ilmassa µ Poissonin suhde E [Pa] Kimmomoduli S [m 2 ] Pinta-ala, myös erottavan rakenteen k [ 1 m ] Aaltoluku W [m] Raon leveys D [m] Raon syvyys L 1 [db] Lähetyshuoneen keskiarvoistettu äänipaine L 2 [db] Vastaanottohuoneen keskiarvoistettu äänipaine L 1,s [db] Erottavan rakenteen pinnasta mitattu keskiarvoistettu äänipaine L A,eq [db] A-painotettu ekvivalenttiäänitaso D ls,2m,n,w [db] Julkisivun normalisoitu äänitasoeroluku kaiuttimella mitattuna L 1,2m [db] Julkisivusta kahden metrin päästä mitattu keskiarvoistettu äänipaine A 0 [m 2 ] Nimellisabsorptioala 10 m 2 S p [m 2 ] Erottavan rakenteen pinta-ala S 0 [m 2 ] Nimellinen erottavan rakenteen pinta-ala D p,n,s,w [db] Parvekkeen pinta-alakorjattu äänitasoeroluku L 2,A,par [db] Parvekkeella vallitseva äänipaine

11 xi Lista käytetyistä lyhenteistä ISO ELY International Organization for Standardization Elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskus

12 1 Johdanto Asuinrakennuksia rakennetaan yhä lähemmäksi vilkkaita liikenneväyliä, jolloin niihin kohdistuvat melutasot kasvavat. Asuntojen ulko-oleskelualueita, joihin parvekkeet suositellaan luettavan [1], ei voida aina sijoittaa liikennemelulta suojaan, jolloin melua joudutaan eristämään. Valtioneuvoston päätöksessä 993/1992 annetaan ohjearvoja melutasoista sisä- ja ulkotiloihin [2]. Ohjearvoja kuitenkin tulkitaan käytännössä määräyksinä, joita kunnalliset rakennusvalvonnat valvovat vaatien liikennemelumittauksia vaihtelevasti. Parvekkeet tuleekin suunnitella jo asuinrakennuksen alusta alkaen vastaamaan kohteen tarpeisiin. Parvekelasien ja lasisen kaiteen ilmaääneneristävyyden mitoittamista on tutkittu aikaisemminkin Mikko Kylliäisen ja Pekka Tainan johdosta. He ovat kehittäneet menetelmän, jonka mitoitus on perustunut kentällä tehtyihin julkisivun normalisoituihin äänitasoerolukumittauksiin parvekkeista. Mitattua tulosta on korjattu erottavan pinta-alan ja parvekkeella olevan absorption suhteen. Laskenta tutkimuksessa on esitetty tehtävän yksilukuarvoilla. [3] Parvekkeilta tehtyjen kenttämittausten tulokset ovat olleet hyvin vaihtelevia, minkä johdosta on ollut vaikea löytää selkeitä parametreja, jotka vaikuttavat parvekkeen ilmaääneneristävyyteen. Ongelma ratkaistiin mittaamalla parvekelasien ja lasisen kaiteen ilmaääneneristävyyksiä (R) laboratoriossa. Näiden tulosten perusteella kehitettiin uusi laskentamalli, joka perustuu standardissa ISO esitettyyn R 45 -mittalukuun. Kyseistä mittalukua voidaan verrata paremmin laboratoriosta saatavaan R w -arvoon [4]. Näin laboratoriomittausten tulokset saavat suoran käyttöpinnan.

13 2 2 Teoria ja aikaisempi tutkimus Tässä osassa käydään läpi lyhyesti äänen perusfysiikkaa, jonka jälkeen tarkastellaan ilmaääneneristävyyttä. Tarkastelun jälkeen tutkitaan aiheeseen liittyviä standardeja, määräyksiä ja ohjeita. Lopuksi käydään läpi aikasemmin kehitetty menetelmä parvekelasituksen ja lasisen kaiteen mitoittamiseen ja esitellään parvekelasitustuotteita yleisesti. 2.1 Äänen perusfysiikkaa Äänen eteneminen Äänipaine on akustiikan perussuure, mikä on ilmanpaineen vaihtelua. Paineen vaihtelu havaitaan äänenä. Äänipaine on hyvin pieni verrattuna staattiseen ilmanpaineeseen. Äänellä on taajuus, värähtelynopeus, joka kertoo kuinka monta kertaa sekunnissa tarkasteltava ääniaalto matkustaa aallon huipusta huippuun. Toinen akustiikan perussuure on hiukkasnopeus, jota tarvitaan äänipaineen lisäksi täydellisen äänikentän kuvaamiseen [5]. Ääni on värähtelyä, joka vaatii väliaineen edetäkseen. Kaasuissa ja nesteissä eteneminen tapahtuu pitkittäisinä aaltoina, kun taas kiinteissä aineissa eteneminen voi tapahtua myös poikittaisina aaltoina. Äänen nopeus on riippuvainen väliaineen ominaisuuksista, kuten esimerkiksi sen lämpötilasta [6]. Ilmaääni on ilmassa etenevää ääntä, kun taas runkoääni etenee kiinteän aineen, rakenteiden, kautta. Kumpaakin etenemismuotoa tutkitaan rakennusakustiikassa. Tilassa liikkuva ääniaalto kohtaa rajapintoja, jotka vaikuttavat siihen. Rajapinnat absorboivat, heijastavat ja päästävät läpi äänienergiaa. Absorboituessa ääniaallon liike-energia muuttuu toiseen energiamuotoon, kuten lämmöksi. Heijastuessaan ääniaalto kimpoaa rajapinnasta tulokulman mukaisesti Huoneakustiikka Huoneakustisissa mittauksissa oletetaan yleisesti, että mitattavien tilojen äänikentät ovat diffuuseja [7, 4]. Diffuusin äänikentän äänenpaine on oletettu vakioksi paikasta riippumatta ja äänen intensiteetti nollaksi [8]. Missä tahansa pisteessä äänikenttää ääniaallon vaihe on satunnainen ja aallon etenemissuunta on yhtä mahdollinen kaikkiin suuntiin. Diffuusinen äänikenttä on ideaalitilanne, jota ei saavuteta täysin

14 3 edes laboratoriomittauksiin tarkoitetuissa huoneissa. Diffuusisen äänikentän oletus mahdollistaa mittausten ja laskennan yksinkertaistamisen. [7] Tilan äänikenttä koostuu suurimmaksi osaksi tilan pinnoista heijastuvista äänistä. Pienillä taajuuksilla heijastukset synnyttävät seisovia aaltoja, joiden taajuudet riippuvat tilan dimensioista [7]. Seisovat aallot puolestaan aiheuttavat tilaan hyvin voimakkaita äänitasojen muutoksia riippuen paikasta tilassa. Näin tilaan syntyy paikallisia paineen nolla- ja maksimikohtia, jolloin äänenpaine ei ole enää vakio paikasta riippumatta. Tällöin diffuusinen äänikenttä ei toteudu seisovien aaltojen alueella taajuusavaruudessa, eikä mittausten perusoletus pidä enää paikkaansa Jälkikaiunta-aika ja absorptiomateriaalit Akustiikan ensimmäinen kaava on jälkikaiunta-ajan kaava, jonka W.C. Sabine johti kokeellisesti. Jälkikaiunta-aika kuvaa huoneen kykyä absorboida ääntä huoneen tilavuuden huomioiden.yksi tapa mitata huoneen jälkikaiunta-aika on asettaa äänilähde tuottamaan ääntä mitattavaan huoneeseen, minkä jälkeen äänilähde sammutetaan ja mitataan aikaa, kunnes äänitaso huoneessa on laskenut 60 db [6]. Mitattu aika on huoneen jälkikaiunta-aika. Mitä lyhyempi jälkikaiunta-aika on, sitä suurempi määrä huoneessa on absorptiota tai sitä pienempi huone on tilavuudeltaan. Jälkikaiunta-ajan kaava on T = V A 0,161 s, jossa V on huoneen tilavuus kuutiometreissä ja A on huoneen absorptiopinta-ala sabineissa. Absorptiopinta-ala lasketaan materiaalin absorptiokertoimen ja materiaalin pinta-alan tulona. A = Sα, jossa S on materiaalin pinta-ala neliömetreissä ja α on materiaalin absorptiokerroin, joka saa arvoja väliltä 0-1. Yksi sabine on yksi neliömetri täysin absorboivaa materiaalia. Jälkikaiunta-ajan kaava pätee ainoastaan diffuuseille tiloille, joiden absorptio on levittäytynyt tasaisesti kaikille pinnoille [6]. Jälkikaiunnan mittaaminen on esitetty esimerkiksi standardeissa ISO [9] ja 354 [10]. Teoriassa, jos huoneen kaikki pinnat olisivat täysin ääniaaltoja heijastavia ja ilma ei absorboisi ääntä, nousisi huoneen äänitaso äärettömäksi jatkuvalla herätteellä [6]. Käytännössä näin ei kuitenkaan voi tapahdu, joten huoneen pinnat ja ilma absorboivat

15 4 ääntä. Materiaaleille voidaan määrittää edellä esitetty absorptiokerroin, a, joka kertoo kuinka suuren osan ääniaallon äänitehosta materiaali pystyy absorboimaan eli muuttamaan ääniaallon energian muotoa. Useimmat absorptiomateriaalit perustuvat kitkaan materiaalin sisällä, mikä hidastaa ääniaallon hiukkasnopeutta muuttaen liike-energiaa lämmöksi. [8] Yleisimpiä absorptiorakenteita ovat huokoiset materiaalit, Helmholz-resonaattorit ja levyresonaattorit [8]. Parvekkeella käytetyin absorptiorakenne on huokoiset materiaalit, joihin kuuluvat erilaiset villat, pehmusteet ja kankaat. Villalevyt ovat tällä hetkellä yleisimmin käytössä. Parvekkeelle kuitenkin saattaa tiivistyä kosteutta, mikä tulisi absorptiomateriaalia valittaessa tulisi huomioida. Markkinoilla on esimerkiksi avosoluisesta solumuovista tehtyjä absorptiolevyjä, joihin kosteus ei vaikuta Ilmaääneneristys Tilan ilman kautta rakenteeseen ja siitä toiseen tilaan siirtyvää ääntä tarkastellaan ilmaääneneristyksen kautta. Ilmiötä varten on kehitetty oma mittaluku, R. Ilmaääneneristys on määritelty seuraavasti W i R = 10 log 10, jossa W i on rakenteeseen osuva ja W t rakenteen läpäisevä ääniteho [8]. Mittaluku tunnetaan rakennusakustiikan ulkopuolella läpäisyvaimennuksena, jota merkitään kirjaimilla T L (transmission loss). Yksinkertaistettuna yksinkertaisen rakenteen ilmaääneneristävyys riippuu rakenteen massasta. Mitä raskaampi rakenne on, sitä paremmin se eristää ääntä. Rakenteen ilmaääneneristävyys riippuu voimakkaasti taajuudesta. Pieniä taajuuksia on huomattavasti vaikeampi eristää kuin suuria taajuuksia, mikä tarkoittaa, että pienitaajuisen melun eristäminen on huomattavasti vaikempaa kuin korkeataajuisen. Korkeataajuisen melun eristämiseen riittävät kevyet ja ohuetkin rakenteet. Ilmiötä kuvataan matemaattisesti massalailla W t R = 20 lg m f 48, jossa m on rakenteen pintamassa ja f on taajuus hertzeissä [8]. Ilmaääneneristävyyteen vaikuttaa koinsidenssi-ilmiö, jossa ilmassa etenevän ääniaallon ja rakenteen pinnassa kulkevan ääniaallon vaiheet ovat samat. Tällöin ilmassa tapahtuva värähtely siirtyy lähes täysin vaimentumatta rakenteeseen ja heikentää

16 5 rakenteen ilmaääneneristävyyttä merkittävästi. Koinsidenssin rajataajuus syntyy, kun ilmaäänen tulokulma on 90 astetta suhteessa rakenteeseen, eli rakenteen myötäisesti. Ilmiön vaikutus on voimakkaimmillaan juuri rajataajuuden kohdalla 90 asteen tulokulmalla. Taajuuden kasvaessa koinsidenssinkulma pienenee ja ilmiön vaikutus heikkenee huomattavasti. [6] Koinsidenssin rajataajuus saadaan yhtälöstä f c = c2 0 12(1 µ2 )m, 2π Eh 3 jossa c 0 on äänen nopeus ilmassa, µ on poissonin suhde, m pintamassa, E on kimmomoduli ja h on levyn paksuus [8]. Eri paksuisten lasien koinsidenssitaajuuden vaikutusta lasien ilmaääneneristävyyteen on esitetty kuvassa 1. 6 mm paksun lasin ilmaääneneristävyys on taajuuskohtaisesti paksumpia laseja heikompi, mutta koinsidenssitaajuuden aiheuttama kuoppa asettuu suuremmille taajuuksille, jolloin sen vaikutus koettuun ilmaääneneristävyyteen on vähäisempi kuin paksummilla laseilla. Ilmaääneneristävyyttä on käsitelty lisää lähteissä [7, 8, 6] Raon vaikutus rakenteen ilmaääneneristykseen Suurin osa rakennusten rakenteista on tarkoitettu olevan tiiviitä, mutta väärin tehdystä asennuksesta tai vääristä materiaaleista johtuen ne eivät aina ole suunnitellun mukaisia. Esimerkkinä toimii ääntä tai lämpöä eristävät ovet, jotka on suunniteltu ilmatiiviiksi, mutta asennuksen jälkeen ne vuotavat. Oven vuoto voi johtua vinoon asennetuista karmeista tai huonosti säädetyistä saranoista. Tällöin tiivisteet eivät puristu suunnitellusti ja ilma pääsee vuotamaan tiivisteiden läpi. Vääränlaisen materiaalin käyttö näkyy esimerkiksi ikkunoissa, jotka on tiivistetty polyuretaanilla. Sillä saadaan ilmatiivis liitos, mutta johtuen polyuretaanin keveydestä, tiivistyksen ilmaääneneristävyys on huomattavasti heikompi kuin esimerkiksi raskaamman akryylimassan. Lisäksi akryylimassa on elastista, jolloin rakenteiden mahdollinen liikkuminen ei katkaise tiivistystä. Ääntäeristävät rakenteet tulisikin aina tiivistää mahdollisimman raskailla ja elastisilla aineilla. Raot siis heikentävät rakenteen ilmaääneneristävyyttä merkittävästi. Rakenteen ja raon yhteisääneneristävyys saadaan kaavasta: R yhteis = 10log 10 S 1 + S 2 S 1 10 R 1/10 + S 2 10 R 2/10,

17 6 Kuva 1: Kuvaajissa nähdään koinsidenssitaajuuden vaikutus ilmaääneneristävyyteen sekä lasin paksuuden vaikutus koinsidenssitaajuuteen. Kuvaajat on laskettu Helimäki Akustikkojen kehittämällä laskentaohjelmalla, jonka ominaisuudet on esitetty lähteessä [11]. jossa S 1 on koko rakenteen pinta-ala, S 2 raon pinta-ala, R 1 rakenteen ilmaääneneristys ja R 2 raon ilmaääneneristys. Laskennan yksinkertaistamiseksi voidaan raon ääneneristävyys asettaa nollaksi, kun rako on kovaseinäinen. Todellisuudessa raon ilmaääneneristys on taajuudesta riippuva ja poikkeaa nollasta. Yleensä raon eristävyys on 5-10 db poikkeuksena kuitenkin ominaistaajuudet, jolloin rakoon syntyy raon syvyyden mukaan määrittyviä seisovia aaltoja, jotka heikentävät ääneneristävyyttä huomattavasti. [6] Putkimaisen raon pienin ja merkittävin ominaistaajuus syntyy taajuudella f rako = c 0 2,5t, jossa c on äänennopeus ilmassa ja t raon syvyys metreissä. Esimerkiksi 50 mm paksun oven mahdollisista raoista tuleva vuoto havaitaan kuoppana ilmaääneneristävyydessä noin 2500 Hertzin alueella. [6]

18 7 Raon vaikutus rakenteen ilmaääneneristykseen on suhteellisesti sitä suurempi, mitä parempi rakenteen oma ääneneristävyys on. Tilannetta on havainnollistettu kuvassa 2, jossa raon osuus rakenteen pinta-alasta on suhteutettu rakenteen ja raon yhteisääneneristävyyteen. Ilmaääneneristävyydeltään heikon rakenteen tapauksessa raon suhteellista pinta-alaa saa kasvattaa useamman dekadin ennen kuin tulos heikkenee. [6] Kuva 2: Raon suhteellisen pinta-alan vaikutus kolmeen eri rakenteeseen. Raon suhteellisen koon merkitys kasvaa rakenteen ääneneristävyyden kasvaessa. Kuva lainattu lähteestä [6]. Tarkempaa mallia rakojen mallintamisesta on tutkinut Gomperts vuonna 1964 [12]. Hän on esittänyt pitkän raon ilmaääneneristävyydeksi 2n 2 (sin 2 (K(L + 2E))/(cos 2 (KE)) + (K 2 /2n 2 )[1 + cos(k(l + 2E)) cos(kl)]) R slit = 10 log 10, mk cos 2 (KE) jossa diffuusille kentälle m = 8, n = 1 kun rako on keskellä rakennetta ja n = 0,5 kun rako on reunalla [7], K = kw, jossa k on aaltoluku ilmassa (2πf/c 0 ) ja W on raon leveys, L = D/W, jossa D on raon syvyys. Päätykorjaus E lasketaan seuraavasti

19 8 E = 1 π (ln 8 K 0,57722) Raon ääneneristävyys riippuu siis sen syvyydestä ja leveydestä, jotka vaikuttavat raon ominaistaajuuksiin. Raon eristävyys R slit sijoitetaan edellä esitettyyn yhteisääneneristävyyden kaavaan, jolloin raon ääneneristävyyden ei enää oleteta olevan Tieliikennemelu ja sen spektri Turun Työterveyslaitoksen sisäympäristölaboratorion Vesa Koskinen ja Valtteri Hongisto ovat tutkineet tieliikenteen melua ja sen vaihtelevuutta. Suurimmat melulähteet tieliikennemelussa ovat moottori-, rengas- ja virtausmelu. Mitä suurempi nopeus tiellä on, sitä suuremmassa roolissa ovat virtaus- ja rengasmelu. Tällöin moottorin ääni ei vaikuta enää äänitasoon merkittävästi. Keskisuurissa nopeuksissa melutasoon vaikuttaa eniten rengasmelu ja pienillä nopeuksilla moottorimelu. Nopeuden lisäksi tieliikenteen aiheuttamaan melutasoon vaikuttaa suoraan liikennemäärä. Liikennemäärän tuplaantuessa äänitaso kasvaa kolme desibeliä ja sen puolittuessa äänitaso vastaavasti laskee kolme desibeliä. Kuvassa 3 on esitetty ajoneuvon äänilähteiden osuus kokonaismelusta nopeuden suhteen. [13] Työterveyslaitoksen mittaustuloksista on johdettu kolme spektriä tieliikennemelulle riippuen liikenteen nopeudesta. Melumittaukset suoritettiin kolmessa eri paikassa Turussa, joissa tien nopeusrajoitukset olivat 50, 60 ja 80 km/h. Ensimmäinen oli valoristeys, jossa autot myös pysähtelivät; muiden teiden liikenne oli jatkuvasti virtaavaa. Kolmen kohteen tulokset normeerattiin vakioliikennemäärälle ja -etäisyydelle, jotta tuloksia voidaan verrata toisiinsa. Liikennemääränä käytettiin 2000 ajoneuvoa/h ja etäisyytenä 20 m tien lähimmästä reunasta. Mittauksia tehtiin useita samassa kohteessa käyttäen eri etäisyyksiä tiestä sekä vaihdellen mikrofonin korkeutta maasta. Mittaustulosten spektreistä huomattiin, että yksittäisen kohteen mittaustulokset olivat hyvin samanlaisia, mutta kohteiden välillä spektreissä oli huomattavaa eroa. Kuvassa 4 on esitetty mittauksista johdetut spektripainotuskäyrät, jotka on normeerattu ja A-painotettu. [13] Kuvasta 4 nähdään kuinka standardin ISO painotusspektri C tr, katso kappale 2.2.3, ylimitoittaa pieniä taajuuksia liikenteen nopeuden kasvaessa. Tämä on haitallista ajatellen ääneneristävyystarvetta, koska pienten taajuuksien eristäminen vaatii huomattavasti raskaampia rakenteita kuin suurien taajuuksien. Tällöin

20 9 Kuva 3: Ajoneuvon äänilähteiden osuus kokonaismelutasosta muuttuu nopeuden suhteen. Kuva lainattu lähteestä [14]. C tr -termin käyttö nopean liikenteen tien varrella aiheuttaa ylimitoitusta julkisivurakenteiden ilmaääneneristysmitoituksessa. Liikenteen nopeuden kasvaessa C tr -spektri alimitoittaa 1000 hertzin kohdalla olevaa melua, joka on niin merkittävä, että se hallitsee melun kokonaisäänitasoa hertzin taajuusalueella oleva melu aiheutuu autojen rengasmelusta [13]. 2.2 Mittaluvut ja niiden standardit Työssä käytetyt mittaluvut ja niihin liittyvät standardit on esitetty lyhyesti tässä kappaleessa Ilmaääneneristyslukumittaus Tiloja erottavan rakenteen ilmaääneneristävyys mitataan ilmaääneneristyslukumittauksella, joka on rakennusakustiikan perusmittaus. Laboratoriossa mitattu luku R w

21 10 Kuva 4: Työterveyslaitoksen tutkimuksesta johdetut spektrit eri nopeuksiselle tieliikennemelulle. Kuva lainattu lähteestä [13]. kertoo pelkästään tutkitun rakenteen ilmaääneneristävyyden, kun taas kentällä tehty mittaus R w sisältää erottavan rakenteen lisäksi myös kaikki äänen sivutiesiirtymän reitit. Mitattaessa esimerkiksi ilmaääneneristyslukumittausta eri huoneistojen välillä ääni siirtyy myös sivuavia rakenteita pitkin kuten välipohjaa tai ulkoseinää pitkin. Laboratoriossa ilmaääneneristyslukumittaus tehdään kahdessa toisistaan irti olevissa kaiuntahuoneissa, joiden välissä on niitä yhdistävä aukko. Tutkittava rakenne tai tuote asennetaan aukkoon, jolloin kaikki huoneesta toiseen siirtyvä ääni kulkee aukon kautta ja sivutiesiirtymiltä vältytään. Ilmaääneneristyslukumittaus olettaa mitattavien tilojen olevan aina diffuuseja [15], minkä takia laboratoriomittaukseen käytetään kaiuntahuoneita, jotta äänikenttä olisi mahdollisimman diffuusi ja tulos täten mahdollisimman luotettava Standardi ISO Laboratoriossa mitattavaan ilmaääneneristyslukumittaukseen keskeisesti liittyvät standardit ovat ISO ja -4. Muut osat kyseisestä standardista käsittelevät

22 11 laboratoriota, askeläänitasoluvun mittaamista, mitattavia rakenteita ja raportin sisältöä. Osissa 2 ja 4 esitetään ilmaääneneristyslukumittauksen periaatteet ja ohjeet. Mittaukseen liittyvät mittausmäärät ja suojaetäisyydet pinnoista on määritetty tarkasti. Ilmaääneneristys on määritelty seuraavasti R = L 1 L lg S A, jossa L 1 on lähetyshuoneen ja L 2 vastaanottohuoneen keskiarvoistettu äänipaine, S on erottavan rakenteen pinta-ala ja A on vastaanottohuoneen absorptiopinta-ala Standardi ISO 717 Ilma- ja askelääneneristyslukumittausten tuloksen johtaminen yksilukuarvoiksi on esitetty standardissa ISO 717. Standardissa on määritelty kummallekin mittaukselle oma referenssikäyrä, johon mitattua tulosta verrataan. Ilmaääneneristysmittauksen kohdalla terssikaistaiset tulokset, jotka ovat referenssikäyrää alempana, lasketaan yhteen ja niiden summa ei saa ylittää 32 db. Jos ne ylittävät, referenssikäyrää siirretään alemmas, jolloin negatiiviset poikkeamat pienenevät. Yksilukuarvo saadaan luettua referenssikäyrän arvosta 500 Hertzin kohdalta, kun referenssikäyrä on asetettu maksimiasentoon suhteessa mittaustulokseen. Standardissa on määritelty lisäksi spektripainotustermien käyttö, joilla voidaan painottaa tuloksessa melun eri laatuja kuten tie-, raide- tai lentoliikennettä. Tieliikennemelua kuvaava painotus on C tr - spektripainotustermi. [17] Julkisivun ilmaääneneristyslukumittaus, ISO Standardissa ISO on esitetty lukuisia mittaustapoja julkisivun ja julkisivuelementtien ilmaääneneristävyydelle. Mittaukset jakaantuvat kahteen luokkaan, joissa toisessa äänilähteenä käytetään kaiutinta ja toisessa parvekkeeseen kohdistuvaa sen hetkistä liikennemelua. Kaiutinta käytettäessä heräte on laajakaistaista kohinaa, joka kohdistetaan julkisivuun 45 asteen kulmassa. Tässä diplomityössä käytetään julkisivuelementtiin kohdistuvaa mittausta, jossa äänilähteenä toimii kaiutin. Käytetty mittaluku on seuraava R 45 = L 1,s L lg S A 1,5, jossa L 1,s on elementin ulkopinnasta mitattu äänitaso, L 2 on vastaanottohuoneessa mitattu keskiarvoistettu äänitaso, S on erottavan elementin pinta-ala ja A on vas-

23 12 taanottohuoneen absorptiopinta-ala. Mittauksessa äänilähteen, eli kaiuttimen, tulee olla 45 asteen kulmassa suhteessa mitattavaan julkisivuelementtiin ja vastaanottohuoneen äänikenttä tulee olla diffuusi. Mittaluvun tulosta voidaan verrata laboratoriossa mitattuun R w -arvoon. [4] 2.3 Määräykset ja ohjeistukset Rakennuksiin liittyvät vähimmäisvaatimukset johdetaan yleensä määräyksistä tai ohjeista. Tässä osassa on esitetty tärkeimmät parvekkeen äänitasoon liittyvät määräykset ja ohjeet Valtioneuvoston päätös meluohjearvoista Ulko- ja sisäalueiden meluohjearvot on annettu Valtioneuvoston päätöksessä melutason ohjearvoista 993/1992 [2]. Arvoja tulee soveltaa meluhaittojen ehkäisemiseksi ja ympäristön viihtyvyyden takaamiseksi maankäytön, liikenteen ja rakentamisen suunnittelussa sekä rakentamisen lupamenettelyissä. Ohjearvot on annettu taulukossa 1. Taulukko 1: Valtioneuvoston päätös melutason ohjearvoista 993/1992. Päivä klo 7-22 Yö klo 22-7 L A,eq [db] L A,eq [db] Asumiseen, virkistysalueilla taajamissa ja (45) välittömässä läheisyydessä sekä hoito- ja oppilaitoksia palvelevilla alueilla. Suluissa uuden alueen ohjearvo Loma-asuminen jne Asuin-, potilas- ja majoitushuoneet Opetus- ja kokoontumistilat 35 - Liike- ja toimistohuoneet 45 - Asumiseen tarkoitetulle alueelle on annettu kaksi yöajan ohjearvoa, joista tiukempi on tarkoitettu uusille alueille. Valtioneuvoston päätöksessä ei kuitenkaan määritellä uutta aluetta. Uudenmaan ELY-keskus on tulkinnut uuden alueen seuraavasti:

24 13 Uudella alueella tarkoitetaan pääsääntöisesti vähintään korttelin kokoista aluetta, jolla on ennestään hyvin vähän tai ei lainkaan asuinrakennuksia, jolle luodaan uutta infrastruktuuria ja jolla laajennetaan kaavoitettua aluetta tai luodaan uutta. Tulkintaan vaikuttaa lisäksi alueen sijainti muihin alueisiin nähden. [1] Parvekkeita ei ole erikseen esitetty Valtioneuvoston päätöksessä, mutta ne on esitetty päätöksen perustelumuistiossa. Lisäksi ELY-keskus suosittelee niiden lukemista ulko-oleskelualueeksi [1] Kaavamääräykset Jos melutaso ylittää asuntoon suunnitellulla parvekkeella valtioneuvoston antamat ulkomelutason ohjearvot, on meluhaittojen vähentämiseksi yleensä syytä määrätä parvekkeet lasitettavaksi. Kaavamääräyksessä rakenteilta vaadittava ääneneristävyys voidaan myös tarkemmin yksilöidä koskemaan vain sellaisia tiloja, joissa meluntorjunnan tarve on suurin. Asuinrakennusten korttelialueella yksilöinti voi koskea esimerkiksi asuinhuoneita. [18] Parvekkeiden ääneneristysvaatimukset esitetään useimmin kohteeseen rakennuslupavaiheessa tehdyssä meluselvityksessä. Kuitenkin osassa kaavoista on merkitty valmiiksi vaatimus parvekkeiden ilmaääneneristävyydestä. Merkintä ilmaistaan usealla tavalla, mutta paljon käytetty on vaadittu äänitasoero parvekkeen rakenteille. Äänitasoero tarkoittaa parvekkeeseen kohdistuvan ja parvekkeella vallitsevan äänitason erotusta. Julkisivulle annetusta kaavamääräyksestä voidaan johtaa suuntaa antava äänitasoerovaatimus parvekkeen lasitukselle. Esimerkiksi, jos kaavamääräys on 30 db, julkisivuun kohdistuu tällöin enintään 30 db + 35 db eli 65 db, missä 35 db on Valtioneuvoston päätöksen 993/1992 [2] sisällä sallittava keskiäänitaso. Tällöin tarvittava parvekkeen ja julkisivun välinen äänitasoero on 65 db 55 db eli 10 db, missä 55 db on Valtioneuvoston päätöksen 993/1992 [2] ulko-oleskelualueen päiväohjearvo. 2.4 Parvekelasituksen mitoituksen teoria Parvekelasitusten ilmaääneneristävyyden mitoittamista ei ole tutkittu aikaisemmin kuin Kylliäisen ja Tainan johdosta insinööritoimisto Heikki Helimäki Oy:stä. Kylliäinen ja Taina ovat kehittäneet menetelmän, jolla parvekelasituksia voidaan mitoittaa mielivaltaiselle parvekkeelle. Mitoitus perustuu julkisivun normalisoidun äänitasoeroluvun mittaamiseen, jossa kaiuttimella tuotettu melu kohdistetaan tutkittavaan

25 14 julkisivurakenteeseen. Mittaluvun kaava on D ls,2m,n,w = L 1,2m L 2 10 lg A, A 0 jossa A on vastaanottohuoneen absorptiopinta-ala Sabineissa ja A 0 on 10 m 2. Kaavaan lisätään teorian mukaan erottavan rakenteen pinta-alan vaikutus. Tuloksena saadaan parvekkeen pinta-alakorjattu äänitasoeroluku. D p,n,s,w = D ls,2m,n,w + 10 lg S p S 0, jossa S p on parvekkeen mukaan laskettavan lasituksen pinta-ala ja S 0 on 10 m 2. Helimäki Akustikkojen mittausdatan perusteella yksittäisten parvekkeiden absorption huomattiin olevan pieniä taajuuksia lukuun ottamatta taajuuden suhteen lähes vakioita. Parvekkeiden absorptiopinta-alan keskiarvoksi saatiin 3,5 m 2, joka otettiin mitoituksen lähtökohdaksi parvekkeen absorptiolle. Parvekkeelle absorptiota lisättäessä A-luokan materiaalin pinta-ala päädyttiin kertomaan luvulla 0,8. Tämä pohjautuu parvekkeilla tehtyihin mittauksiin, joissa parvekkeella on ollut A-luokan absorptiomateriaalia. [3] Erottavaan rakenteeseen luetaan parvekelasit ja lasitettu kaide. Jos jokin osa erottavasta rakenteesta on esimerkiksi betonia, voidaan se jättää pois erottavasta pintaalasta sen huomattavasti paremman ääneneristyksen takia. Äänitaso parvekkeella ratkaistaan seuraavasta kaavasta, jossa huomioidaan pinta-alakorjattu äänitasoeroluku, tieliikennemelun spektri C tr -spektripainotuskertoimella, erottavan rakenteen pinta-ala, parvekkeen absorptiopinta-ala ja äänitasoerolukumittauksessa tapahtuva heijastuminen julkisivusta, mikä nostaa äänitasoa julkisivun edessä kolme desibeliä. Lopullinen kaava parvekkeen äänitasolle on [3] L 2,A,par = L 1,A (D p,n,s,w + C tr ) + 10 lg S p S 0 10 lg A A Mitoitusmenetelmään liittyviä epätarkkuutta aiheuttavia tekijöitä ovat parvekkeen absorptio, parvekelasituksen asennus ja yksilukuarvoon perustuva mittaus. Yksittäisen parvekkeen absorptioalaa ei voida tietää tarkkaan etukäteen. Absorption määrittämisen suhteen tilannetta helpottaisivat laajat mittaussarjat. Parvekelasituksen ääneneristävyyteen vaikuttaa merkitsevästi myös rakojen koko, joka vaihtelee jokaisen asennuksen välillä. Yksilukulaskentaa käytettäessä menetetään spektrien informaatio, mikä vaikuttaa niin meluun kuin ääneneristävyyteen. Laskentamallin tarkkuudeksi on arvioitu ± 2 db. [3]

26 Parveke ja parvekelasitustuotteet Parvekkeella on aina kaide, mutta parvekelasitus voi olla vaihtoehtoinen. Parvekkeet ovat useimmiten suorakulmion muotoisia ja ne jaetaan yleensä kolmeen luokkaan riippuen niiden lasitettujen sivujen määrästä. Sisäänvedetyllä parvekkeella on vain yksi lasitettu sivu ja koko parveke näyttää julkisivuun upotetulta. L-parvekkeella on kaksi lasitettua sivua, mikä on yleistä, kun kaksi parvekelinjaa on kiinni toisissaan, jolloin vierekkäisiä parvekkeita erottaa betoniseinä. Ulokeparveke on sisäänvedetyn parvekkeen vastakohta, sillä se näyttää julkisivusta ulosvedetyltä, jolloin kolme sen sivuista on lasitettu. Parvekelasitus koostuu yleensä kahdesta vaakasuuntaisesta polyesterijauhemaalatusta alumiiniprofiilista, jotka on kiinnitetty parvekkeen katto-, kaide- tai lattiarakenteisiin. Profiileihin kiinnitetään avautuvat 6, 8, 10 tai 12 mm karkaistut lasit, joiden ylä- ja alareunaan on kiinnitetty alumiiniset lasilistat. Lasin paksuus määräytyy pääosin lasin korkeuden ja tuulikuorman mukaan. Karkaisu tekee lasista kestävän ja samalla turvallisen sen mahdollisesti rikkoutuessa. Karkaisu tehdään lämmittämällä lasi ensiksi asteeseen ja sen jälkeen jäähdyttämällä se nopeasti. Tällöin lasin pintaosaan jää pysyvä puristusjännite ja lasin keskelle muodostuu vetojännitys. Karkaistun lasin mennessä rikki hajoaa se pieniksi tylppäpäisiksi siruiksi. [19] Parvekkeen kaide voi olla betonia, metallia tai lasia. Suomessa kaiteen tulee olla vähintään 1,0 metrin korkuinen [20]. Kaiteen ollessa lasia tulee lasin olla laminoitu, jotta sen rikkoutuessa putoamisvaaran uhkaa ei ole. Laminoidussa lasissa kahden lasin välissä on muovikalvo, joka tekee lasista sitkeän ja vaikeasti rikottavan. Lasin rikkoutuessa lasinsirpaleet pysyvät kiinni kalvossa, jolloin lasilevy pysyy yhtenäisenä [21]. Tässä työssä laminoituja laseja on merkitty seuraavasti: mm, jossa ensimmäinen ja viimeinen numero tarkoittaa lasin paksuutta ja keskimmäinen numero laminointikerrosten määrää. Lasitetun kaiteen rakenne koostuu yleensä alumiinisesta käsijohteesta ja tolpista, jotka kiinnitetään joko parvekelaatan päälle tai otsapintaan. Käsijohde voidaan kiinnittää parvekkeen sivuseiniin. Laminoidut lasielementit kiinnitetään alumiinirakenteisiin paarteisiin. Lasitusrakenteista tehdään tarkoituksella raollisia, koska parvekkeen ilmanvaihto tapahtuu lasituksen ja/tai alumiiniprofiilien rakojen kautta. Rakojen tiivistämisellä saadaan parvekkeen ilmaääneneristävyyttä parannettua, mutta samalla parvekkeen

27 16 käyttömukavuus kärsii. Kun ilmanvaihto on puutteellista, kosteus tiivistyy helposti laseihin ja lasit mahdollisesti jäätyvät, jolloin parvekelasit eivät ole enää läpinäkyvät. Kuvissa 5 ja 6 on esitetty detaljikuvia Lumon 5 parvekelaseista ja kaiteesta. Kuva 5: Detaljikuva Lumon 5 parvekelaseista. Lainattu lähteestä [19] Lumon Oy:n luvalla.

28 17 Kuva 6: Detaljikuva Lumon 5 parvekelasien mahdollisesta käsijohteesta ja kaiteesta. Lainattu lähteestä [19] Lumon Oy:n luvalla.

29 18 3 Työn selostus ja mittaukset Tässä osassa paneudutaan diplomityön yhteydessä sekä aiemmin Helimäki Akustikkojen tekemiin mittauksiin. Ensiksi käydään läpi laboratorioon asennetut rakenteet ja mittaukset, minkä jälkeen esitellään kentällä tehdyt mittaukset. Lopuksi tarkastellaan ilmaääneneristävyyteen vaikuttavia parametrejä laskennallisesti. 3.1 Laboratoriomittaukset Tutkimuksen laboratoriomittaukset suoritettiin Helimäki Akustikkojen laboratoriossa Saukkolassa. Laboratorio on akkreditoitu ilmaääneneristyslukumittausta varten. Laboratorio koostuu kahdesta tärinäeristetystä kaiuntahuoneesta, joiden välissä on betonikehäinen aukko. Molemmat huoneet on tärinäeristetty ympäristöstä. Toinen kaiuntahuoneista toimii lähetys- ja toinen vastaanottohuoneena. Tutkittava rakenne asennetaan huoneiden väliseen aukkoon ja mitataan sen lävistämä ääniteho painemetelmällä. Mittaustuloksista lasketaan terssikaistainen ilmaääneneristys tutkitulle rakenteelle Mittalaitteisto Mittauksissa käytettiin Helimäki Akustikkojen akkreditoitua mittauskalustoa: Äänitasomittari: Norsonic 140 Esvahvistin: Norsonic 1209 Mikrofoni: Norsonic 1225 Kalilbraattori: Norsonic 1251 Signaaligeneraattori: Minirator MR-PRO Vahvistin: Norsonic 260 Kaiutin: ympärisäteilevä Norsonic 270H Lasermittari: Bosch PLR 50 Mikrofoni kalibroitiin aina mittauksia aloittaessa ja lopettaessa. Rakenteiden raot mitattiin työntömitalla.

30 Mittauksen asennus Laboratoriossa haluttiin mitata parvekelaatan päälle sekä otsapintaan kiinnitettäviä kaiteita, mikä tarkoitti otsapinnan simuloimista jollakin tavalla. Laboratorion mittausaukkoon päädyttiin tekemään harkoilla koroke, johon voidaan kiinnittää niin parvekelaatan päälle kuin otsapintaan kiinnitettävät kaiteet. Harkkona oli tarkoitus käyttää Kahi-harkkoa, jonka ääneneristyskyky olisi selvästi parempi kuin parvekelasituksen ja kaiteen. Asennuksessa päädyttiin kuitenkin käyttämään Kahiharkkoa huomattavasti kevyempää Leca-harkkoa. Arvio ennen mittauksia oli, että Leca-harkko olisi riittävän hyvä verrattuna tutkittaviin rakenteisiin. Kaiteiden yhteydessä parvekelaseina käytettiin Lumon Oy:n Lumon 5 parvekelasitusta alumiiniprofiileineen. Parvekelasit päädyttiin asentamaan kiinteästi testausaukkoon, jotta niitä ei tarvitsisi siirtää kaiderakenteen vaihtuessa. Kaiteiden vaihteleva kiinnitys ratkaistiin tekemällä parvekelaatasta liikuteltava: testausaukon pohjaan laitettiin akryylimassaa, jonka päälle ladottiin kaksi kaistaletta pakkausmuovia. Pakkausmuovien väli jätettiin tyhjäksi, mikä mahdollisti niiden liukumisen toistensa suhteen. Näin harkkoja voitiin siirtää yhtenä kappaleena ja säästää huomattavasti aikaa kaiteen vaihdon yhteydessä. Ylemmän pakkausmuovin päälle laitettiin akryylimassaa, jonka päälle Leca-harkot ladottiin. Harkkojen saumat tiivistettiin akryylimassalla. Harkkojen ja aukon seinien väliset kaksi rakoa täytettiin pehmeällä villalla. Lopuksi ne tiivistettiin akryylimassalla. Kuva harkkojen asennuksesta on esitetty kuvassa 7. Ensimmäinen tutkittu kaiderakenne oli Lumon Oy:n normaali -laatan päälle asennettava kaide, joka pystytettiin harkkojen päältä. Asennukseen kuului normaalit tuotteeseen kuuluvat tiivisteet profiileissa sekä lasielementtien reunatiivisteet, jotka tiivistävät reunimmaisen lasin seinään. Lumon 5 parvekelaseiksi asennettiin 6 mm paksut karkaistut parvekelasit ja kaidelaseiksi mm paksut laminoidut lasielementit. Parvekelaseja oli viisi kappaletta ja kaidelaseja neljä. Kaiteen mitoitus leveyssuunnassa oli hyvin tiukka, mistä johtuen kaidelasien väliset raot jäivät suunniteltua pienemmiksi. Valmis asennus on esitetty kuvassa 8. Ilmaääneneritysmittauksia aloitettaessa havaittiin heti ongelma parvekelaatan kanssa. Leca-harkko vuoti selvästi ääntä. Harkkojen ääneneristävyyttä päätettiin parantaa lisärakenteilla. Harkot tiivistettiin käyttämällä Alu-Seal-tuotetta, joka on alumiinilla päällystettyä bitumimattoa. Tuotteessa oli bitumipuolella liimapinta, jolla se kiinnitettiin suoraan harkon etu- ja päälypintaan. Lisäksi harkon eteen kiinnitet-

31 20 Kuva 7: Kuva liikuteltavasta harkkorakenteesta. tiin normaali kipsilevy ruuveilla. Toimenpiteiden jälkeen vuoto oli huomattavasti aiempaa vähäisempää ja mittaukset pystyttiin aloittamaan. Harkkojen vuotoa tutkittiin myös akustisella kameralla. Ennen korjausta harkot vuotivat selvästi, mutta korjauksen jälkeen niiden ei huomattu vuotavan enää merkittävästi. Muut rakenteen vuotokohdat olivat nyt hallitsevia. Varmuuden vuoksi Alu-Sealia lisättiin vielä harkkojen takapintaan sen jälkeen, kun kaksi neljästä kaiteesta oli mitattu. Normaali -laatan päälle ja "uusi -laatan otsapintaan asennettavat kaiteet mitattiin ilman harkon takapinnan tiivistämistä Laboratoriomittaus Standardin mukaisessa mittauksessa vastaanottohuoneen taustamelutaso tulee mitata, mutta mittaustapaa ei ole määritetty tarkkaan [16]. Mittauksissa taustamelutaso mitattiin kahdella 10 sekunnin mittaisella äänitasomittauksella huoneen keskeltä 1,5 metrin korkeudelta. Pallokaiutin asetetaan jalustalle lähetyshuoneeseen yhteen ennalta määrätyistä paikoista ja sen kautta tuotetaan pinkkiä kohinaa tarpeeksi voimakkaasti, jotta äänitasot vastaanottohuoneessa ylittävät taustamelutason selvästi kaikilla tutkituilla terssikaistoilla. Tämän jälkeen äänitasot mitataan lähetys- ja vastaanottohuoneissa ottamalla viisi 10 sekunnin äänitasomittausta kummassakin

32 21 Kuva 8: Kuva valmiista asennuksesta ilman harkkorakenteen parantamista vastaanottohuoneen puolelta. huoneessa satunnaisista kohdista, jotka ovat vähintään: 0,7 metrin päässä toisistaan, 0,7 metrin päässä huoneen pinnoista tai diffuusoreista ja 1 metrin päässä äänilähteestä tai tutkittavasta rakenteesta [16]. Sama toistetaan kahden muun kaiutinpaikan kanssa. Vastaanottohuoneen jälkikaiunta-aika mitataan asettamalla kaiutin huoneen kulmaan ja soittamalla äänitasomittarista katkaistua kohinaa. Kohinan loppuessa äänitasomittari mittaa äänitason muutosta suhteessa aikaan, josta mittari osaa laskea jälkikaiunta-ajan terssikaistoittain. Mittauksia tehdään kaksi mittausta yhtä mikrofonipaikkaa kohden ja mikrofonipaikkoja on neljä yhtä kaiutinpaikkaa kohden, kaiutinpaikkoja on kaksi. Jälkikaiunta-aikamittauksessa mikrofonipaikat tulee olla vähintään: 2 metrin päässä kaiuttimesta, 1,5 metrin päässä toisistaan ja metrin päässä huoneen pinnoista tai diffuusoreista. Tutkittavan rakenteen pinta-ala sekä huoneiden tilavuudet mitataan. Lisäksi vastaanottohuoneen lämpötila, suhteellinen kosteus ja staattinen ilmanpaine merkitään

33 22 ylös Mitatut rakenteet Mittauksissa tutkittiin kahta parvekelasityyppiä ja neljää kaiderakennetta, joista kaksi oli laatan päälle asennettavia ja kaksi laatan otsapintaan asennettavia. Kaiderakenteiden yhteydessä tutkittiin Lumon 5 parvekelaseja. Lumon 6 parvekelasit mitattiin ilman kaiderakennetta täyskorkeina. Kaidelaseina tutkittiin laminoituja laseja: 4-1-4, ja mm, joissa ensimmäinen ja viimeinen luku kertoo lasien paksuudet ja keskimmäinen laminointikerroksien määrän. Lumon 5 laseina käytettiin 6, 8 ja 10 mm paksuja karkaistuja laseja. Lumon 6 kanssa käytettiin 8 ja 12 mm paksuja karkaistuja laseja. Rakenteen tiivistämistä tutkittiin käyttämällä lasien välisiä h-listoja parveke- ja kaidelaseissa sekä teippausta ja kumitiivistettä alumiiniprofiilien tiivistämisessä. Tiukan aikataulun vuoksi suurin osa mittauksista tehtiin standardista poiketen käyttäen vain yhtä kaiutinpaikkaa lähetyshuoneessa. Kaiutinpaikaksi valittiin lähetyshuoneen kauimmainen paikka suhteessa tutkittavaan rakenteeseen, jotta äänikenttä mittausaukon lähellä olisi mahdollisimman diffuusi. Myöskään jälkikaiunta-aikaa ei mitattu jokaiselle rakennevariaatiolle omaa, koska rakenteelliset muutokset olivat niin pieniä, etteivät niiden erot olisi vaikuttaneet merkittävästi jälkikaiunta-aikaan. Tätä eroa myös tutkittiin mittaamalla jälkikaiunta-aika yhden rakenteen yhteydessä lasielementtien välisillä h-listoilla ja ilman. Tulokset olivat hyvin lähellä toisiaan. Standardin mukaiset mittaukset tehtiin Lumon 5 parvekelasien kohdalla kaikista kaideratkaisuista ilman lisätiivistyksiä 6 mm parvekelaseilla ja mm kaidelaseilla. Lisäksi uuden laatan päälle asennettavan kaiteen yhteydessä mitattiin myös standardin mukainen mittaustulos 10 mm parvekelaseilla ja mm kaidelaseilla. Lumon 6 kohdalla standardin mukaiset mittaukset otettiin molemmista lasipaksuuksista, 8 mm ja 12 mm, ilman h-listoja. Loput mittauksista tehtiin käyttäen yhtä kaiutinpaikkaa. Kaiken kaikkiaan mittauksia tehtiin yhteensä 33 kappaletta. Ensimmäisen mittauksen yhteydessä havaittiin Lumon 5 alumiinirakenteiden vuotavan ääntä selkeästi. Lumon 5 säätöprofiilin, joka kiinnitetään parvekkeen kattoon, ja yläprofiilin välissä on rako, joka päätettiin teipata kiinni. Koska parvekkeen ilmanvaihto hoituu parvekelasitusrakenteen raoista, tehtiin teippaus sokkelomaisesti, jotta ilma pystyisi yhä vaihtumaan ja äänellä ei olisi suoraa reittiä rakenteen toiselta puolelta toiselle. Mittauksissa kokeiltiin myös yläprofiilin raon teippaamista koko

34 23 matkalta. Yläprofiilissa huomattiin toinenkin vuotava kohta. Se oli parvekelasielementin ja yläprofiilin välinen rako, joka oli normaalin asennuksen mukaisesti tiivistetty harjatiivisteellä. Raon parempaa tiivistämistä kokeiltiin käyttämällä kumitiivistettä harjatiivisteen edessä. Käytännön asennuksissa Lumon Oy:n asiantuntijoiden mukaan sitä ei voida kuitenkaan käyttää, koska kulmien yli vietävissä parvekelaseissa kumitiiviste menee helposti väärään asentoon. Laatan otsapintaan asennettavan kaiteen mittauksessa kokeiltiin kaiteen lisätiivistämistä parvekelaatan suhteen. Lasin ja laatan välinen rako on normaalisti tiivistetty alumiinipellillä, mikä jättää kuitenkin raon koko matkalta lasin ja pellin väliin. Lisätiivistys tehtiin tukkimalla kyseinen rako käyttäen h-listoja. Tässä työssä edellä mainittu tiivistys tehtiin pelkästään kokeilumielessä Kuvaus akustisella kameralla Akustisen kameran toiminta perustuu keilaukseen, jossa mikrofoniryhmää hyväksikäyttäen pystytään selvittämään äänilähteen tarkka sijainti. Äänilähteen sijainnin selvittäminen perustuu välimatkaan mikrofonien välillä, jolloin signaalin saapuminen mikrofoneille riippuu sen tulosuunnasta. Jos signaali saapuu kaikille mikrofoneille samaan aikaan, on äänilähde suoraan edessä. Jos taas äänilähde on sivulla, saapuu signaali ensimmäisenä äänilähdettä lähimpänä olevaan mikrofoniin ja viimeisenä siitä kauimmaiseen mikrofoniin, jolloin aikaeroista voidaan laskea äänilähteen suunta. Kaiuntahuoneeseen jouduttiin lisäämään absorptiota kameran toimivuuden takaamiseksi. Koska kaiuntahuone suunnitellaan mahdollisimman diffuusiksi, jolloin ääniaallot tulevat satunnaisista suunnista, ei akustinen kamera pysty erottamaan äänilähteen suuntaa. Absorptiota lisäämällä huoneen diffuusiutta pystyttiin laskemaan ja kameralla saatiin järkeviä kuvia. Käytetty laite oli konfiguroitu näyttämään vain suurimman melulähteen kuvattavasta tilanteesta. Tällöin kaikki merkittävintä melulähdettä vaimeammat lähteet eivät näy kuvissa. Vasta, kun merkittävin melulähde on vaimennettu, voidaan nähdä seuraavaksi voimakkain melulähde. Rakenteiden tarkastelu akustisella kameralla antoi paljon informaatiota, jota olisi ollut huomattavasti hankalampaa todentaa pelkästään korvakuulolla. Lecaharkkojen vuoto oli korvinkuultava, mutta korjauksen onnistumisen todentaminen oli epävarmempaa. Kuvauksella nähtiin kuitenkin, että Leca-harkko ei ollut enää

35 24 merkittävä äänilähde verrattuna muihin rakenteisiin. Kuvaus paljasti myös yläprofiilin voimakkaan vuodon, joka sijainnin takia olisi luultavasti havaittu vasta mittausten myöhemmässä vaiheessa. Kamera näytti teippauksen toimivuuden erittäin hyvin. Alueet, joita ei teipattu, vuotivat ääntä verrattuna alueisiin, jotka oli teipattu kuten kuvassa 9. Kun kyseinen rako teipattiin koko matkalta, huomattiin parvekelasielementin ja yläprofiilin välisen raon harjatiivisteen vuotavan, kuten kuvassa 10 on esitetty. Kuva 9: Kuva on otettu akustisella kameralla parvekelaseista, kun säätö- ja yläprofiilin välinen rako on osittain teipattu. Rakoa ei ole teipattu äänivuodon kohdalta, vaan molemmin puolin vierestä. 3.2 Kenttämittaukset Tutkimusta haluttiin tehdä myös kentällä, jotta laboratoriosta saatuja tuloksia voitaisiin verrata kentältä saatuihin. Tässä osassa on esitetty työn yhteydessä tehdyt mittaukset sekä Helimäki Akutikkojen aikaisemmin tekemät mittaukset parvekkeilta.

36 25 Kuva 10: Kuva on otettu akustisella kameralla parvekelaseista, kun säätö- ja yläprofiilin välinen rako oli teipattu koko matkalta. Kuvassa näkyvä vuoto johtuu harjatiivisteen vuotamisesta parvekelasien ja yläprofiilin välissä Mittalaitteisto Mittauksissa käytettiin Helimäki Akustikkojen akkreditoitua mittauskalustoa: Äänitasomittari: Norsonic 118 Esvahvistin: Norsonic 1206 Mikrofoni: Norsonic 1225 Kalilbraattori: Norsonic 1251 Signaaligeneraattori: Minirator MR-PRO Vahvistin: Norsonic 260 Kaiutin: Peavey Impulse 2000 ja jälkikaiunta-aikamittauksissa aktiivikaiutin Yorkville Y50B Lasermittari: Bosch PLR 50