466111S Rakennusfysiikka, 5 op. RAKENNUSAKUSTIIKKA - ILMAÄÄNENERISTÄVYYS Opettaja: Raimo Hannila Luentomateriaali: Professori Mikko Malaska Oulun yliopisto
LÄHDEKIRJALLISUUTTA Suomen rakentamismääräyskokoelma, osat C1, Ääneneristys, Ympäristöministeriön kotisivut:. http://www.finlex.fi/data/normit/1917-c1.pdf (19.11.2015 RH) Suomen rakentamismääräyskokoelma, Osa D2, Rakennuksen sisäilmasto ja ilmanvaihto. Ympäristöministeriön kotisivut: http://www.finlex.fi/data/normit/37187-d2-2012_suomi.pdf (19.11.2015 RH) RIL 243-1-2007 Rakennusten akustinen suunnittelu, Akustiikan perusteet. Rakennus- ja huoneakustiikka, Meluntorjunta, Alpo Halme, Otakustantamo, No. 378 Ääneneristys puutalossa, Puurakenteisen asuinrakennuksen ääneneristävyyden suunnitteluohje, Puuinfo, 2004, (??Tenttimateriaalia sivut 10-34), Puuinfon kotisivut: http://www.puuinfo.fi/sites/default/files/content/rakentaminen/suunnitteluohjeet/aaneneristyspuutalossa/koko-ohje.pdf (27.11.2015 RH)
RAKENNUSAKUSTIIKKA Ääneneristyksen keinoin vähennetään ja estetään ilma-, askel- tai runkoäänen siirtymistä tilasta toiseen. Tarkastelut koskee äänen siirtymistä eri tilojen välillä rakenteiden välityksellä.
ILMAÄÄNENERISTÄVYYS Ilmaääneneristyksellä tarkoitetaan ilmassa etenevän äänen siirtymisen estämistä ääntä eristävillä rakenteilla, joita ovat esim. seinät, välipohjat, ovet jne. Rakenteen ilmaääneneristävyys on rakenteeseen kohdistuvan äänitehon ja rakenteen välityksellä sen toiselle puolelle siirtyneen äänitehon suhde desibeleissä. W R w 10 log 10 W 1 2 W 1 W 2
ILMAÄÄNENERISTÄVYYDEN MITTAAMINEN Sekä laboratorio- että kenttämittauksissa käytetään seuraavaa kaavaa ilmaääneneristävyyden määrittämiseksi: R w L p, 1 Lp,2 10log10 S A 2 [db] A 2 0,16 V T 2 2 L p,1 on lähetyshuoneen äänenpainetaso [db] L p,2 on vastaanottohuoneen äänenpainetaso [db] S on tiloja erottavan rakennusosan pinta-ala [m 2 ] A 2 on vastaanottohuoneen absorptioala [m 2 -Sab], joka voidaan laskea, kun huoneen jälkikaiunta-aika T 2 ja tilavuus V 2 tunnetaan. Sivutiesiirtymä L p,1 L p,2 Suora ääni S
SEINÄN ERISTÄVYYDEN ARVIOIMINEN Jos huoneessa vallitsee normaali äänitaso, noin 35-40 db, voidaan ääneneristystä arvioida (seinän takaa tulevan) puheäänen kantavuuden mukaan seuraavasti: Seinän eristävyys R w 60 db Voimakas huuto kuuluu seinän läpi, mutta sanoista ei saa selvää. 55 db Voimakas puhe ei kuulu seinän läpi. 50 db Voimakas ääni kuuluu seinän läpi, mutta sanoista ei saa selvää. 45 db Normaali puhe ei kuulu seinän läpi. 40 db Normaali puhe kuuluu seinän läpi, mutta sanoista ei saa selvää. 35 db Normaali puhe kuuluu seinän läpi siten, että sanoistakin saa selvän. Ääni ei kuitenkaan haittaa olennaisesti toimintaa toisessa huoneessa. < 30 db Seinä on lähinnä näkösuoja. Jos tila on hiljaisempi, aistii kuulija äänet helpommin ja seinältä vaaditaan parempaa eristävyyttä edellä esitettyjen toimintatasojen saavuttamiseksi.
ILMAÄÄNENERISTÄVYYDEN MITTAAMINEN RakMK osa C1: Mittaukset suoritetaan standardeissa SFS-EN ISO 140 esitettyjen mittausmenetelmien mukaan ja tulokset esitetään standardien SFS- EN ISO 717 mukaisesti. Mittauksessa käytetään suodatinta, jonka kaistanleveys on 1/3- oktaavia ja jonka kaistojen keskitaajuudet ovat alueella 100-3150 Hz. Mittaustuloksista määritetään standardin mukaisesti yksilukuiset ilmanääneneristysluvut R w (laboratoriomittaus) tai R w (kenttämittaus). Todellisessa rakennuksessa ääni ei siirry tilasta toiseen vain tiloja erottavan rakennusosan välityksellä, vaan lukemattomia erilaisia reittejä. Tämän takia rakentamismääräykset ja suositukset esitetään tilojen väliselle kenttämittauksen arvolle R w.
TAAJUUSKAISTAT Äänilähteen tuottamat äänenpainetasot ovat erilaisia yksittäisillä taajuuksilla. Siksi äänen taajuusjakauma jaetaan pienempiin osiin eli taajuuskaistoihin. RakMK osan C1 mukaan äänenpainetason mittaukset tehdään 1/3-oktaavin (terssi) kaistoissa. Ehjä viiva mittaustulokset Katkoviiva vertailuarvo, jonka avulla eristävyyden hyvyyttä arvioidaan Gyproc-levyseinälle mitattuja ääneneristävyyden arvoja. Lähde: Gyproc Äänikirja
ILMAÄÄNENERISTYSLUKU Mittaustuloksista saadaan siis 16 kappaletta 1/3-oktaavin mittausarvoa kuvaamaan rakenteen ilmaääneneristävyyttä. Tässä muodossa ilmaääneneristävyysarvoja on hankala käyttää erilaisten rakenteiden eristävyyden arvosteluun ja vertailuun. Eristävyyden kuvaamisen helpottamiseksi on otettu käyttöön pelkistetympi yksinumeroinen esitystapa, ilmaääneneristysluku R w (tai R w). Mitä suurempi ilmaääneneristysluku on, sitä parempi on rakenteiden ilmaääneneristävyys. Ilmaääneneristysluku on eräänlainen eristävyysarvojen painotettu keskiarvo, joka määritetään standardissa ISO 717-1 esitetyn vertailukäyrän avulla. Käyrän muoto perustuu puheäänen taajuusjakaumaan sekä korvan herkkyyteen eri taajuusalueilla. Korva on herkimmillään taajuusalueella 2000 5000 Hz.
ISO 717-1 VERTAILUKÄYRÄ JA ALGORITMI Ilmaääneneristysluvun R w määrittelevät rakennukselle mitattu ääneneristävyyskäyrä sekä ISO 717-1 mukainen vertailukäyrä. Vertailukäyrä arvolle R w = 52 db. Mittaustulosten käsittely etenee seuraavasti: Lasketaan mittaustuloksista ääneneristävyyden arvot 1/3-oktaavin kaistoissa ja kirjoitetaan taulukkoon. Kirjoitetaan ISO 717-1 mukainen vertailukäyrän arvot taulukkoon. Kohdissa, joissa mitattu käyrä jää vertailukäyrän alapuolelle, lasketaan vertailukäyrän ja mitatun käyrän ero desibeleinä, ja lasketaan erot lopuksi yhteen. Mitattu käyrä Vertailukäyrä
ISO 717-1 VERTAILUKÄYRÄ JA ALGORITMI Erojen summa pyritään saamaan mahdollisimman lähelle lukua 32, mutta ei sen yli. Jos summa on alle 32, vertailukäyrää siirretään 1 db:n hyppäyksin mitattuun käyrään päin ja käyrien välinen ero lasketaan uudelleen. Mitatun ja vertailukäyrän ero ei saa missään kohdassa ylittää kahdeksaa desibeliä. Silloin kun vertailukäyrä on mitattuun ääneneristävyyskäyrään nähden ylimmässä sellaisessa asemassa, jossa ääneneristävyyksien poikkeamien summa vertailukäyrän alapuolella on enintään 32 db, saadaan koko rakennetta kuvaava R w luku vertailukäyrältä taajuudella 500 Hz. Vertailukäyrän eristävyydet taajuuksittain arvolle R w = 52 db. Hz 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 db 33 36 39 42 45 48 51 52 53 54 55 56 56 56 56 56
EROTUKSEN LASKEMISESTA HUOM: Erotus määritetään niiden taajuuksien osalta, joissa mitattu käyrä jää vertailukäyrän alapuolelle,
ESIMERKKI 1: Huoneistojen välinen ilmaääneneristävyys Huoneistojen välisen ilmaääneneristävyyden mittauksessa on saatu alla esitetyt tulokset. Täyttääkö rakenne ilmaääneneristysluvulle asetetun vaatimuksen? Mittaustulokset: Hz 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 db 40 38 41 43 44 51 53 54 56 58 62 63 64 65 66 65 Ratkaisu: a) Kirjoitetaan mitatut arvot ja vertailukäyrän arvot samaan taulukkoon ja lasketaan eristävyyden erot, niiltä osin kuin mitattu käyrä jää vertailukäyrän alapuolelle. 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 Mit 40 38 41 43 44 51 53 54 56 58 62 63 64 65 66 65 Vert 33 36 39 42 45 48 51 52 53 54 55 56 56 56 56 56 Erot >8 >8 >8 Ero yli 8 db. Vertailukäyrää siirrettävä lähemmäksi.
ESIMERKKI 1: Huoneistojen välinen ilmaääneneristävyys b) Siirretään vertailukäyrää +5 db (heti kerralla hyvä arvaus) lähemmäs mitattua käyrää ja lasketaan eristävyyden erot uudelleen. 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 Mit 40 38 41 43 44 51 53 54 56 58 62 63 64 65 66 65 Vert 38 41 44 47 50 53 56 57 58 59 60 61 61 61 61 61 Erot 3 3 4 6 2 3 3 2 1 Erojen summa = 27 < 32. c) Tutkitaan voidaanko vertailukäyrää siirtää vielä lähemmäksi, vertailukäyrä + 6 db. 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 Mit 40 38 41 43 44 51 53 54 56 58 62 63 64 65 66 65 Vert 39 42 45 48 51 54 57 58 59 60 61 62 62 62 62 62 Erot 4 4 5 7 3 4 4 3 2 Erojen summa = 36 > 32. Tapaus vertailukäyrä + 5 db määrittelee R w luvun arvon.
ESIMERKKI 1: Huoneistojen välinen ilmaääneneristävyys Koko rakennetta kuvaava R w luku voidaan lukea tapauksen b) vertailukäyrältä taajuudella 500 Hz. R w = 57 db. Vertaa tätä RakMK osassa C1 annettuihin ohjearvoihin.
RAKENNUSTEN ILMAÄÄNENERISTÄVYYSVAATIMUKSET RakMK:n osa C1 määrittelee eristävyysvaatimuksia erilaisten rakennusten rakenteille. Asuinrakennus Hotellit, hoitolaitokset, oppilaitokset, päiväkodit, toimistot Esimerkkitapauksessa eristävyys: 57 db > 55 db; OK.
RAKENTEIDEN YHTEISÄÄNENERISTÄVYYS Tiloja erottava rakenne voi koostua useasta eri komponentista kuten seinästä, ikkunasta, ovesta ja ilman läpivientielementeistä. Eri osista koostuvan seinän kokonaisääneneristävyys lasketaan resultoivan ääneneristävyyden yhtälöstä: S i R i i i Ryhteis 10log10 R / 10 i Si 10 i S on rakenteen i pinta-ala, on rakenteen mitattu tai ennustettu ääneneristävyys.
RAKOJEN VAIKUTUS ILMAÄÄNENERISTÄVYYTEEN Käytännössä rakoja voi jäädä rakenteeseen työvirheiden ja huonon työmaaohjeistuksen vuoksi. Äänivuotoja tapahtuu mm. seuraavista syistä: Tiivistämättömät raot ovissa ja ikkunoissa. Kevytväliseiniin ja järjestelmäväliseiniin jää usein rakoja tiivistämättömien saumojen vuoksi. Massiivirakenteissa voi olla äänivuotoja, jotka johtuvat huonosti valetuista liitoksista. Huonosti tiivistetyt LVIS-kanavien läpiviennit. Rakojen ääneneristävyyttä heikentävä vaikutus on suhteellisesti suurin silloin, kun tiiviin rakenteen osan ääneneristävyys on korkea.
RAKOJEN VAIKUTUS ILMAÄÄNENERISTÄVYYTEEN Rakojen ääneneristävyyttä heikentävää vaikutusta ja rakenteen ja raon yhteisääneneristävyyttä voidaan arvioida yhtälöllä: R yhteis S 1 2 10log10 R /10 R /10 1 2 S1 10 S2 10 S S 1 ja R 1 S 2 ja R 2 ovat rakenteen kokonaispinta-ala ja ääneneristävyys, ovat raon kokonaispinta-ala ja ääneneristävyys. Jos rako on kovaseinäinen eikä sitä ole tiivistetty, voidaan yksinkertaisimmissa laskelmissa asettaa raon ääneneristävyys nollaksi, eli R 2 = 0 db. Jos raossa on absorboivaa materiaalia, on raon ääneneristävyys huomattavasti korkeampi kuin 0 db.
ESIMERKKI 2: Aukon vaikutus seinän ilmaääneneristävyyteen Seinän pinta-ala on 10 m 2 ja ilmaääneneristävyys eräällä taajuudella on 50 db. Seinässä on 100 x 100 mm 2 aukko sähköjohtojen läpivientiä varten. Arvioi koko seinän eristävyyttä, kun a) aukko on eristämätön b) aukko on tiivistetty siten, että aukon eristävyys on 20 db. Ratkaisu: S 1 + S 2 = 10 m 2 S 1 = 10 0,1 0,1 = 9,99 m 2 S 2 = 0,1 0,1 = 0,01 m 2 R 1 = 50 db R yhteis S 1 2 10log10 R /10 R /10 1 2 S1 10 S2 10 S
ESIMERKKI 2: Aukon vaikutus seinän ilmaääneneristävyyteen a) R 2 = 0 db Ryhteis 10 10log 50 /10 0 9,99 10 0,01 10 10 30 db Aikaisemmin luennossa esitetyn taulukon perusteella tiedetään, että rakenne, jonka eristävyys on 30 db, on lähinnä näköeste. Eristävyydelle saadaan sama arvo, kun seinän osuus jätetään kokonaan huomioon ottamatta. Tämä tarkoittaa sitä, että ääni tulee aukon kautta eikä seinän eristävyydellä ei ole tässä tapauksessa mitään merkitystä. b) R 2 = 20 db Ryhteis 10 10 log 50 /10 20 / 9,99 10 0,01 10 10 10 47 db