Koulurakennusten akustiset ratkaisut Kaikkia rakennuksia koskevat määräykset Suomen rakentamismääräyskokoelma, C1-1998 osa Ääneneristys ja meluntorjunta on suunniteltava ja toteutettava niin, että toimintaa vastaavat riittävän hyvät ääniolosuhteet on mahdollista saavuttaa. Jussi Rauhala Projektipäällikkö, DI p. 020-7118 593 jussi.rauhala@helimaki.fi Hyvien ääniolosuhteiden saavuttamiseksi on otettava huomioon ääneneristyksen lisäksi myös muut rakennuksen tai tilan ääniolosuhteisiin vaikuttavat tekijät, kuten melulähteen voimakkuus ja tilojen keskinäinen sijoittelu. Insinööritoimisto Heikki Helimäki Oy Ääniolosuhteet ovat kokonaisuus Huoneakustiikka Ääneneristys Meluntorjunta Tärinäneristys RakMK C1 rakentamisen ohjaajana 1. Selvitetään, millaista toimintaa käyttäjällä on 2. Määritetään käyttäjän toiminnan 1. edellyttämät ääniolosuhteet ja 2. synnyttämä melu 3. Asetetaan suunnittelulle tavoitearvot teknisinä mittalukuina 4. Suunnitellaan ratkaisut, joilla tavoitteet saavutetaan 5. Toteutetaan ratkaisut suunnitellusti 1/11
Koulujen johtajien arvioita ääniolosuhteista 16 % Melu ja kaiku aiheuttavat haittaa koulutyölle 60 % 5 % 19 % Erittäin paljon Melko paljon Jonkin verran Ei lainkaan Lähde: Matti Rimpelä et al. 2007. Hyvinvoinnin ja terveyden edistäminen peruskouluissa. Helsinki, opetushallitus ja Stakes. Opetustyö äänenkäytön kannalta vaativaa Opettaja voi olla äänessä tuntikausia lähes yhtäjaksoisesti Opettajan puheelta vaaditaan kuuluvuutta ja kestävyyttä Ongelmat opettajien äänenkäytössä 63 % opettajista ilmoittaa kärsivänsä äänenkäytön ongelmista usein 51 % opettajilla todettu oireita äänihuulissa tai kurkunpäässä Opetustilan pitäisi mahdollistaa äänen tuotto vaivattomasti Lähde: Irma Ilomäki, Opettajien ääneen liittyvä työhyvinvointi ja äänikoulutuksen vaikutukset. Väitöskirja, TaY 2008. Oppilaitosten akustiikka oppilaiden kannalta Oppimistapahtumat tärkeysjärjestyksessä: 1.Pääosan ajasta opettaja puhuu 2.Itsenäinen opiskelu 3.Ryhmä- ja parityöskentely (oppilaiden arvioiden mukaan vähän) Oppimisen mahdollistaminen Riittävä puheen erotettavuus Riittävä työrauha Lähde: Olli Paajanen, Opetustilojen huoneakustiikan parantaminen. Diplomityö. Teknillinen korkeakoulu, Sähkö- ja tietoliikennetekniikan osasto. Espoo 2007. Puheen selvyys opetustilassa Opettajan ääni ei heijastu oppilaille Opetustilan jälkikaiunta-aika liian pitkä Puutteita ääneneristyksessä Ilmastointi tuottaa liikaa taustamelua Huoneen hyvällä akustiikalla tarkoitetaan sellaisia äänisuhteitten ominaisuuksia, että huoneessa esitetty puhe ja musiikki kuuluu korvaan kauniina, luonnollisena ja selvänä huoneen jokaisessa kohdassa. Diplomi-insinööri U. Varjo 1938 2/11
Puhetilojen jälkikaiunta-aika Jälkikaiunta-ajan T [s] kuluessa äänenpainetaso laskee 60 db: Sabinen kaava: T = 0, 16 V A Äänitehotason alenema absorptiossa L [db] 40 35 30 25 20 15 10 0 0,01 0,1 1 Absorptiosuhde Äänitehotason alenema 5 ΔL = 10 lg 1 1 α Kattomateriaalin vaikutus puheen äänitasoon Puheensiirtoindeksin merkitys 1 2 3 Pelkkä suora ääni 41 db Suora ääni ja heijastus kovan katon kautta 44 db Pelkkä heijastus kovan katon kautta 41 db 4 5 6 Katon absorptiosuhde 0,9-10 db 31 db Katon absorptiosuhde 0,6-4 db 37 db Katon absorptiosuhde 0,9, mutta keskellä heijastava pinta -0,2 db 41 db Puheensiirtoindeksi STI saa arvon 0 ja 1 välillä 0 = tilassa satunnaisesti luetelluista tavuista ei saa lainkaan selvää 1 = tilassa satunnaisesti luetellut tavut ymmärretään täydellisesti Puhesalissa arvon pitäisi olla vähintään 0,6 Opetustilassa vähintään 0,7 Puheen selvyyteen vaikuttavat Etäisyys äänilähteestä Äänen voimakkuus tarkastelupisteessä ts. heijastavat pinnat Jälkikaiunta-aika Taustaääni 3/11
Odeon 1985-2010 Licensed to: Helimaki Acoustics, Finland Odeon 1985-2009 Licensed to: Helimaki Acoustics, Finland HYVIN SUUNNITELTU KOULU ENTÄ ÄÄNIYMPÄRISTÖ? Opetustila 1. Lähtötilanne: oppilaat luokassa, muut pinnat akustisesti kovia Äänilähde: opettaja Oppilas takarivillä: STI = 0,57, L A,eq = 57 db Jälkikaiunta-aika 1,0 s (tyhjänä 3,0 s) 2. Katon reunoilla ja takaseinällä 40 mm akustiikkavilla Äänilähde: opettaja Oppilas takarivillä: STI = 0,79, L A,eq = 52 db Opetustila Tapa 1: Absorptiosuhde noin 0,9(Abs.luokka A): sijoitus katon reunoille, keskellä heijastava pinta Tämä on parempi tapa puheen selvyyden kannalta Tapa 2: Absorptiosuhde 0,6-0,7(Abs.luokka C): sijoitus katon koko alalle Jälkikaiunta-aika 0,4 s (tyhjänä 0,6 s) Opetustilan suunnittelu Akustisen suunnittelun tavoitteet taata hyvät olosuhteet kuullun ymmärtämiselle suojella opettajan työterveyttä niin, että hänen ei tarvitse korottaa ääntään liikaa eristää äänen leviäminen ja kuuluminen opetustilojen välillä (työrauha) Suunnitteluohjearvoja Jälkikaiunta-aika 0,6 0,8 s (C), 0,5 0,6 s (A) Ilmaääneneristysluku R w opetustilojen välillä 44 db (C), 48 db (A) Puheensiirtoindeksi 0,7 (C), 0,8 (A) Taustaäänitaso L A,eq 33 db (C), 28 db (A) Lähtökohdat avoimessa opetustilassa Samassa tilassa useita opetusryhmiä Ryhmien välillä näkö- ja kuuloyhteys Häiriölähteenä puhe Opettajan puhe toisessa ryhmässä Oppilaiden puhe toisessa ryhmässä Ongelmat Häiritsee keskittymistä Voi haitata lasten kielellistä kehitystä Opettajan äänenkäyttö: puhe korotetulla äänellä 4/11
Odeon 1985-2012 Licensed to: Helimaki Acoustics, Finland Odeon 1985-2012 Licensed to: Helimaki Acoustics, Finland Odeon 1985-2012 Licensed to: Helimaki Acoustics, Finland HYVIN SUUNNITELTU KOULU ENTÄ ÄÄNIYMPÄRISTÖ? Avoin opetustila, 1 Avoin opetustila, 2 1. Lähtötilanne: kaikki pinnat akustisesti kovia 3. Katossa 40 mm akustiikkavilla, lattiassa tekstiilimatto Äänilähde: opettaja kaukana Äänilähde: opettaja Oppilas: STI = 0,36, L A,eq = 54 db Oppilas: STI = 0,73, L A,eq = 40 db Jälkikaiunta-aika 2,5 s Jälkikaiunta-aika 0,5 s Tekstiilimatto poistaa askeläänet 2. Katossa koko alalla 40 mm akustiikkavilla 4. Edellisen lisäksi seinillä koko alalla 40 mm akustiikkavilla Äänilähde: opettaja Äänilähde: opettaja Oppilas: STI = 0,72, L A,eq = 41 db Oppilas: STI = 0,91, L A,eq = 35 db Odeon 1985-2012 Licensed to: Helimaki Acoustics, Finland Jälkikaiunta-aika 0,6 s Jälkikaiunta-aika 0,4 s Avoimen opetustilan suunnittelu, 1 Opetukseen liittyvät asiat Samassa tilassa ei kolmea ryhmää enempää Opetuksen ryhmittäminen Pienet opetusryhmät Kun opettaja puhuu koko ryhmälle, etäisyys ei saisi olla enempää kuin 3 m Mitä pienempiä lapsia, sitä vähemmän avoimuutta Tilasuunnittelu Avotilassa enemmän pinta-alaa oppilasta kohti kuin luokkahuoneessa Seinäkkeet, sohvaryhmät tms. katkaisemaan äänen kulkureittejä Tarvitaan suljettuja alueita Avoimen opetustilan suunnittelu, 2 Akustisen suunnittelun tavoitteet taata siedettävät olosuhteet kuullun ymmärtämiselle suojella opettajan työterveyttä niin, että hänen ei tarvitse korottaa ääntään liikaa rajoittaa äänen leviämistä ja kuuluvuutta avotiloissa olevien opetusryhmien välillä Suunnitteluohjearvoja Jälkikaiunta-aika 0,3 0,4 s Äänitasoero ryhmien välillä 15 20 db Leviämisvaimennus 5 8 db (vaimeneminen, kun etäisyys kaksinkertaistuu) Puheensiirtoindeksi ryhmän sisällä 0,6 Puheensiirtoindeksi ryhmien välillä 0,2 Taustaäänitaso 35 db 5/11
Yksinkertaisen rakenteen ilmaääneneristävyys 50 Leikkausaaltoalue 45 Kaksinkertaiset rakenteet 40 f h Ilmaääneneristävyys [db] 35 30 25 20 Massalain alue f cr Koinsidenssialue m 1 d m 2 15 10 5 f 11 0 20 31,5 50 80 125 200 315 500 800 1250 2000 3150 5000 8000 Keskitaajuus [Hz] Laskentaesimerkki Auditorion suunnitteluperiaatteet Tarvitaan väliseinärakenne, jonka ilmaääneneristysluku R w on 52 db Perusrakenne: kipsilevy ranka kipsilevy Haetaan sopiva levyjen määrä ja rangan tyyppi sekä määritetään ilmavälin täyttö Laskentaan 1) 2) 3) 4) 5) 6) A - A Absorboivaa pintaa Heijastavaa pintaa A 6/11
Odeon 1985-2010 Licensed to: Helimaki Acoustics, Finland Odeon 1985-2010 Licensed to: Helimaki Acoustics, Finland P1 HYVIN SUUNNITELTU KOULU ENTÄ ÄÄNIYMPÄRISTÖ? Esimerkki: auditorion uudistaminen Heijastukset auditorion katosta ja seinistä P1 Satapaikkainen auditorio Auditorio uudistettuna 1. Lähtötilanne: kaikki pinnat akustisesti kovia (pl. katsomo) Äänilähde: esitelmöitsijä Jälkikaiunta-aika 1,5 s 2 m etäisyydellä: STI = 0,62 L A,eq = 60 db 12 m etäisyydellä: STI = 0,53 L A,eq = 57 db 2. Katon reunoilla, seinien yläosassa ja takaseinällä 40 mm villa Äänilähde: esitelmöitsijä Jälkikaiunta-aika 0,6 s 2 m etäisyydellä: STI = 0,75 L A,eq = 12 m etäisyydellä: STI = 0,69 L A,eq = 51 db 7/11
Odeon 1985-2010 Licensed to: Helimaki Acoustics, Finland HYVIN SUUNNITELTU KOULU ENTÄ ÄÄNIYMPÄRISTÖ? Esimerkki auditoriosta: muunneltava akustiikka Esimerkki auditoriosta: 400- paikkainen puhesali Ylöjärven koulutuskeskuksen auditorio (2012) Arkkitehtitoimisto Aarne von Boehm Oy Insinööritoimisto Heikki Helimäki Oy Kangasalan lukio (2012) Arkkitehtitoimisto Tilatakomo Oy Insinööritoimisto Heikki Helimäki Oy Suurissa tiloissa kaiunnan vähentäminen tärkeää Yhdistetty aula ja ruokala 1. Lähtötilanne: kaikki pinnat akustisesti kovia (betoni, lasi) Keskustelu ruokalassa Viereisissä pöydissä kolme muuta puhujaa Jälkikaiunta-aika 7 s 2. Lisätty absorptiota seinille, kattoon ja kerrostasoille Kangasalan lukion keskusaula: - oleskelutila - kokoontumistila - ryhmätyötila - opetustila -kahvio Odeon 1985-2010 Licensed to: Helimaki Acoustics, Finland Jälkikaiunta-aika 1,3 s Keskustelu ruokalassa Viereisissä pöydissä kolme muuta puhujaa 8/11
Esimerkki äänitasosta ruokalassa Tehokkaasti vaimennettu ruokala 100 90 80 Äänenpainetaso Lp,max [db] 70 60 50 40 30 20 10 0 6.3 Hz 8.0 Hz 10 Hz 12.5 Hz 16 Hz 20 Hz 25 Hz 31.5 Hz 40 Hz 50 Hz 63 Hz 80 Hz 100 Hz 125 Hz 160 Hz 200 Hz 250 Hz 315 Hz 400 Hz 500 Hz 630 Hz Keskitaajuus 800 Hz 1.0 k 1.25 k 1.6 k 2.0 k 2.5 k 3.15 k 4.0 k 5.0 k 6.3 k 8.0 k 10.0 k 12.5 k 16.0 k 20.0 k Vaajakosken koulu (2012) Linja Arkkitehdit Oy Insinööritoimisto Heikki Helimäki Oy Liikuntasalin huoneakustiikka Lisäksi muistettava: Liikuntasali aiheuttaa runsaasti runkoääntä: erotettava liikuntasaumoilla muusta rakennuksesta tai käytettävä kaksinkertaisia rakenteita. Kirjaston lainausosaston suunnitteluperiaatteet Tavoite: Äänen leviämisen ja puheen selvyyden rajoittaminen Mahdollisimman alhainen puheensiirtoindeksi STI Lyhyt jälkikaiunta-aika (0,6 1,5 s) Kirjahyllyt vaimentavat ja toimivat seinäkkeinä Kattopinnat Seinäpinnat Tekstiilimatto lattiassa Hiljaisuus äänettömyys Sopiva määrä taustaääntä tarvitaan Peittoäänijärjestelmä 9/11
Esimerkki kirjastosta: Kaisatalo Absorboivat pinnat Z X O Y Äänen leviäminen Kaisa-talo valmiina STI > 1.00 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 1 2 3 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 Odeon 1985-2003 Esimerkki < 0.01 10/11
Tehdään yhdessä myös ääniolosuhteiltaan tarkoituksenmukaisia tiloja Insinööritoimisto Heikki Helimäki Oy www.helimaki.fi Temppelikatu 6 B Pinninkatu 58 A Sinkokatu 11 00100 Helsinki 33100 Tampere 26100 Rauma p. 020-711 8590 p. 020-711 8592 p. 020 711 8597 11/11