HUONEAKUSTIIKKA: Hannu Hirsi - Akustiikka, äänenvaimennus, jälkikaiunta-aika. - Akustik, Ijudabsorption, efterklangtid. - Acoustics, soundabsorption, reverberation time. Arkkitehdit, akustikot ja rakenneinsinöörit yhteistyössä Lisää aiheesta : Ääneneristys puutalossa Puurakenteisen asuinrakennuksen ääneneristävyyden suunnitteluohje (Puuinfo) 1 1. YLEISTÄ : Huoneakustiikka tutkii äänen heijastumista, vaimenemista, etenemistä ja yleistä käyttäytymistä huonetilassa. Huoneakustisen suunnittelun tarkoituksena on tilassa olevan äänilähteen, kuten puhujan tai orkesterin, saaminen kuulostamaan siltä, mitä tilan käyttötarkoitus edellyttää. Huonetilan käyttötarkoitus ja muoto vaikuttavat oleellisesti suunnitteluun. 2 1
Äänien voimakkuuksista: 3 2. KÄSITTEITÄ: Absorptio : on energiahäviöiden aiheuttama ääniaallon vaimeneminen sen edetessä väliaineessa tai heijastuessa rajapinnasta. Absorptioala A (m 2 ) : pinnan ala kerrottuna sen absorptiosuhteella, absoptiosuhde: pinnan absorboiman ja siihen kohdistuvan äänitehon suhde. absorptiosuhde = 1.0, kaikki äänienergia absorboitunut. Jälkikaiunta-aika T (s) : aika, jona äänenpainetaso äänilähteen vaiettua alenee 60 db. 4 2
KÄSITTEITÄ JATKUU Äänitaso L pa (db) : ihmiskorvan herkkyys vaihtelee äänen eri taajuuksilla. A-taajuuspainoituksessa etenkin pienitaajuisten äänten vaikutusta on vähennetty suhteessa keskitaajuisiin ääniin. A-painoitetusta äänitasosta käytetään usein myös nimitystä melutaso. Desibeli (db) : äänitason ja tasoeron yksikkö, jossa tehojen ja tehoon verrannollisten suureiden suhteesta on otettu kymmenlogaritmi ja tämä on kerrottu luvulla 10. 5 KÄSITTEITÄ JATKUU Taajuus (Hz) : Taajuusalue, jonka ihmiskorva tunnistaa on 20... 20 000 Hz (äänen korkeus). Tärkein taajuusalue ihmisen kuulon kannalta on 100...4 000 Hz. Alle 20 Hz:n taajuudet tunnetaan tärinänä, jos ne ovat riittävän voimakkaita. Ääneneristysluvut, jälkikaiuntaajat, absorptiosuhteet, äänitasot jne. ovat taajuudesta riipuvaisia suureita. Tilan akustisia ominaisuuksia tarkastellaan yleensä noin 125...4 000 Hz oktaavikaistan keskitaajuuksilla. Äänen aallonpituus : voidaan laskea jakamalla äänen nopeus (340 m/s ilmassa) sen taajuudella. Esimerkiksi 100 Hz:n ääniaalto on noin 3,4 metrin mittainen. 6 3
Äänien taajuuksista: 7 KÄSITTEITÄ JATKUU Äänen kulku : sekä suoraan äänilähteestä että heijastuen huoneen katto-, seinä- ja lattiapinnoista saavuttaen eriaikaisesti kuulijan. Suurin osa äänistä on erilaisia heijastuksia. Kuultava ääni on suorien ja heijastuvien äänien sekoitus. Heijastukset, jotka saapuvat oikeaaikaisesti kuulijalle, parantavat myös äänen kuuluvuutta. Tärykaiku: on saman äänen kuulumista tilassa moneen kertaan. Tärykaiku saattaa muodostua kahden tai useamman pinnan välillä useita kertoja heijastuvasta edestakaisesta äänestä. 8 4
3. SUUNNITTELU: Tavoitteena on tilojen akustinen viihtyisyys, toimivuus sekä tilan käyttötarkoitus huomioonottaen hyvät ääniolosuhteet puheen ymmärrettävyys, musiikin kuuluvuus jne. Hyvä huoneakustiikka perustuu absorboivien, ääntä heijastavien ja hajoittavien pintojen yhdistämiseen ja oikeaan sijaintiin tilassa. äänen absorptio, esimerkiksi toimistoissa ja porrashuoneissa, äänen heijastaminen, esimerkiksi esiintyjältä kuulijalle ja äänikentän hajoittaminen. 9 Jälkikaiunta-aika: Tilan tai huoneen käyttötarkoituksen, koon ja kokonaisvaimennuksen mukainen: konserttisalien jälkikaiunta-aika on yleensä noin 1,5... 2,5 s, puheen ymmärrettävyys on tärkeää, sopiva jälkikaiuntaaika on noin 0,5... 1 s, kalustetussa asuinhuonessa jälki-kaiuntaaika on 0,5... 1,0 s ja tyhjässä asuinhuoneessa 1,0... 1,5 s. Absorption suunnittelu on keino saavuttaa vaadittava äänitaso ja jälkikaiunta-aika. Sabinen kaava : 10 5
Äänenvaimennus : Jälkikaiunta-aikaa säädellään äänenvaimennusmateriaalin oikealla sijoittelulla ja määrällä: vaimennusta sijoitetaan korkeissa tiloissa seinille, porrashuoneissa yleisimmin vaaka ja vinopinnoille. suora ääni vaimenee noin 6 db, kun matka kaksinkertaistuu, äänen voimistumisen kuuloaisti arvioi noin kaksinkertaiseksi, kun äänenpainetaso on noussut noin 10 db. 11 Vaimennusverhoukset : Vaimennus huokoisella materiaalilla: absorboi tehokkaimmin ääniä, joiden aallonpituuden neljännes osuu materiaalin paksuuden sisään, korkeat äänet (eli lyhyet aallonpituudet) ovat helpommin hallittavissa, yleensä vaimentavan materiaalin paksuuden tulisi olla vähintään kymmenesosa vaimennettavan taajuuden aallonpituudesta. 12 6
Vaimennusverhoukset jatkuu Huokoiset levyt : keskikorkeat 250... 1000 Hz ja korkeat taajuudet 1000 Hz paksu pinnoitekerros levyssä heikentää sen vaimennusominaisuuksia korkeilla taajuuksilla, vaimennuksen tehokkuus paranee, jos vaimentavan kerroksen ja taustan väliin jää ilmaväli: alakatto 20 mm mineraalivillalevyistä noin 50 mm alaslaskettuna, vastaa vaimennusominaisuuksiltaan 50 mm mineraalivillalevyä kiinnitettynä suoraan sisäkattopintaan. Mineraalivillalevyjen reunat on käsiteltävä, jotta irtoavien kuitujen leviäminen huoneilmaan saadaan estettyä. 13 Vaimennusverhoukset jatkuu Resonanssivaimennus reikälevyillä : (keskikorkeat ja matalat taajuudet): rei'itetty rakennuslevy, takana ilmaväli ja huopa tai kevyt mineraalivilla. toimivuuteen vaikuttavat reikien määrä, koko, levyn paksuus, ilmaväli ja tausta. Sileät ohutlevyt toimivat myös resonoivana rakenteena : vaimentavat matalia ääniä, vaimennukseen vaikuttavat levyjen paksuus, ilmarako tai mineraalivilla levyjen takana : ohut levykerros ja pieni ilmaväli absorpoi matalilla taajuuksilla, paksu ja painava levykerros heijastaa eikä absorpoi. 14 7
Vaimennusverhoukset jatkuu Kovat materiaalit: kovia materiaaleja ovat esimerkiksi betoni, tiili ja paksu puu, eivät juurikaan absorboi ääntä, vaan heijastavat sitä, muotoilemalla kovien materiaalien pintaa ne voivat hajottaa ääntä. 15 4. ESIMERKKEJÄ, ASUNNOT: Asunnoissa kovien lattiapintojen aiheuttama melu ja korkeissa tiloissa äänen kaikuminen huonontavat huoneakustiikkaa. Asuntojen onnistunut ääniympäristö muodostuu tilapintojen ja rakenteiden ääneneristävyydestä: huoneistojen välisten seinien ja niiden liittymien suunnittelu ja rakentaminen, huoneiston levyväliseinissä mineraalivillaeristeen käyttö. 1 Katossa vaimentavaa pintaa kaikumisen estämiseksi. 2 Lattiassa askelääniä ja kolinaa vaimentava matto. 16 8
Asunnot jatkuu... Makuuhuoneiden sijoittaminen mahdollisimman kauaksi ulkoatulevasta melusta, porraskäytävistä, vesipisteistä ja etenkin viereisen asunnon pesutiloista. Välipohjan askelääneneristyksen riittävyys. Huoneakustiikkaa hallitaan käyttämällä: korkeissa tiloissa kaiun estämiseksi vaimennusmateriaalia kattopinnoilla, seinäpinnoissa tehokkaasti vaimentavia seinätekstiilejä sekä mattoja vaimentamaan askelääniä ja kalusteiden kolinaa. Absorptiokertoimia rakenteille : 17 Rakenteiden ääneneristävyys: Väliseiniltä ja väliovilta vaaditaan kerrostaloissa ilmaääneneristävyyttä R' W : Huoneistojen välinen seinä: R' W : >= 55dB Huoneiston ovi: R' W : >= 37dB Välipohjilta vaaditaan sekä ilmaäänen- R' W että askelääneneristävyyttä L' n,w : Huoneistojen välinen välipohja: R' W >= 55 db ja L' n,w <= 53 db. 18 9
Ääneneristävyyden ja puheen yhteys: Ilmaääneneristävyys R' W : < 30 db Seinä ei estä seuraamasta tapahtumia naapurissa < 35 db Normaali keskusteluääni kuuluu seinän läpi. < 40 db Keskustelu kuuluu, mutta sanoista ei saa selvää. < 45 db Normaali keskusteluääni EI kuulu seinän läpi. < 50 db Voimakas puhe kuuluu seinän läpi. < 55 db Voimakas puhe EI kuulu seinän läpi. < 60 db Voimakas huuto kuuluu seinän läpi. 19 Ilmaäänen kulkureitit: 20 10
Rakenteiden ääneneristyskyky: Ilmaääneneristävyyttä voidaan arvioida: Massalain avulla: Raskas rakenne ei ala värähdellä äänenpaineen voimasta, rakenne eristää ääntä paremmin. Sopii yksimaterialisille rakenteille kuten betoniseinälle. Resonanssi-ilmiön avulla: Rakenteeseen kohdistuvan äänen taajuus on rakenteen resonanssitaajuudella, rakenne alkaa resonoida mukana. Sopii kevyiden väliseinärakenteiden tarkasteluun. Koinsidenssi-ilmiön avulla: Rakenteeseen kohdistuvan äänenpaineen voimasta syntyvän taivutusaallon nopeus ja äänen aaltorintaman jäljen nopeus rakenteen pinnalla on sama. Sopii koinsidenssi- ja resonanssi-ilmiöiden tarkasteluun, selittävät ikkunoiden eristävyyden. 21 Kivirakenteiden ääneneristävyyksiä: 22 11
Puurakenteiden ääneneristävyyden lisääminen: 23 LVIS-laitteiden äänitekniikka : LVI-pystyhormi 24 12
Tilojen välisen ääneneristävyyden mittaus: 25 Puurakenteiden ääneneristävyys: 26 13
Esimerkkejä : 27 28 14