Avotoimiston uusi akustisen suunnittelun menetelmä Valtteri Hongisto, Petra Virjonen, Jukka Keränen Työterveyslaitos, Sisäympäristölaboratorio, 20520 TURKU 1 Johdanto Kahden riippumattoman kyselytutkimuksen perusteella melu on häiritsevin sisäympäristön haittatekijä avotoimistoissa. [1,2] Tutkimukset kattavat kymmeniä toisistaan poikkeavia toimistotiloja. Naapurityöpisteistä kuuluvat puheäänet ja ihmisten toiminnan aiheuttamat äänet koetaan keskittymistä häiritsevimpinä. Tasaisia ääniä kuten ilmanvaihdon tai liikenteen ääniä ei pidetä keskittymistä haittaavina. Laboratorio ja kenttätutkimusten perusteella puhemelun on havaittu heikentävän työn tuottavuutta useita prosentteja erityisesti, kun kyseessä ovat kognitiivisesti vaativammat työtehtävät, kuten lukeminen, suunnittelu tai puhelinkeskustelut. [3,4] Perinteisesti huoneakustiset olosuhteet on kuvattu jälkikaiunta ajan ja taustaäänitason avulla. Uudessa akustiikkaa koskevassa suositustandardissa SFS 5907:2004 "Rakennusten akustinen luokitus" päädyttiin suosittelemaan avotoimistoihin mahdollisimman lyhyttä jälkikaiunta aikaa, alle 0.40 sekuntia. [5] Kentällä tehtyjen mittausten mukaan tavoitteelliseen jälkikaiunta aikaan on päästy jo lukuisissa avotoimistoissa. Kuitenkin tällaisissakin toimistoissa voidaan valittaa puheäänten aiheuttamista keskittymishaitoista. Jälkikaiunta aika ei kuvaa työntekijöiden subjektiivista kokemusta tilan akustisista olosuhteista. Tutkimusten mukaan lyhyt jälkikaiunta aika ei takaa sitä, että puheäänet vaimenisivat tehokkaasti. Tässä julkaisussa esitetään ensin uusi avotoimistoakustiikan mittausmenetelmä, jolla saatavat tulokset vastaavat ihmisten kokemusta tilan ääniympäristön laadusta. Menetelmä korvaa jälkikaiunta ajan käytön. Toiseksi esitetään mittausmenetelmälle soveltuvat suositusarvot, joiden avulla voidaan luokitella avotoimiston akustiset olosuhteet. Kolmantena esitetään yksinkertainen menetelmä avotoimiston akustiikan suunnittelua varten. 2 Uusi mittausmenetelmä Mittausmenetelmä on kehitetty Työterveyslaitoksella alunperin avotoimistojen akustiikkaan liittyvien ongelmien selvittämistä varten. [6] Tässä esitettyyn mittausmenetelmään perustuva kansainvälinen ISO standardi on jo valmisteilla [7]. Mittausmenetelmän kehittämisessä on pyritty siihen, että mittaustulos vastaisi mahdollisimman hyvin työntekijän kokemusta ääniympäristöstä. Toistaalta menetelmän tulisi olla nopea ja perustua tunnettuihin mittasuureisiin. Menetelmän valinnassa on hyödynnetty edellä viitattujen kyselytutkimuksen tuloksia, joiden mukaan puheäänet ovat pääasiallisin häiriön lähde toimistoissa. Tämän takia menetelmä keskittyy puheäänen vaimenemisen tarkasteluun sekä siihen, miten huoneen tasaiset taustaäänet äänet peittävät puhetta. Taustaääniä aiheuttavat mm. lämpö, vesi, ilmastointi ja sähkölaitteet sekä joissain tapauksissa liikenne. Menetelmän lähestymistapa on esitetty kuvassa 1. Sen ideana on jäljitellä työntekijän puheen kuulumista muihin työpisteisiin mahdollisimman todellisuutta vastaavasti. Yhteen työpisteeseen asetetaan puhuvaa työntekijää mallintava kaiutin. Puheen erotettavuutta ja voimakkuutta mitataan eri etäisyyksillä kaiuttimesta. Mittaukset pyritään tekemään mahdollisimman suoralla mittauslinjalla, joka kulkee usean työpisteen 1/6
kautta, kuva 2. Mittaukset tehdään työpisteissä työntekijän pään kohdalla. Sekä äänilähde että mikrofoni ovat 1.20 metrin korkeudella lattiasta vastaten istuvan henkilön pään korkeutta. Tilojen pitää olla kalustettuna mittausta tehtäessä, koska kalustamattomassa tilassa saatavat tulokset eivät vastaa todellista tilannetta. Mittaukset tehdään ilmanvaihdon ollessa päällä mutta työntekijöiden poissaollessa. Jokaisessa työpisteessä määritetään puheen äänitaso L ps [dba], taustaäänitaso L pb [dba], puheensiirtoindeksi STI sekä mittauspisteen etäisyys äänilähteeseen. Puheen äänitaso L ps kertoo yksinkertaisesti äänitasomittarilla havaittavan A painotetun äänitason, kun puhuja puhuu normaalilla äänenvoimakkuudella. 1 metrin päässä puhujasta äänitaso on noin 60 dba. Mitä nopeammin äänitaso vaimenee puhujasta etäännyttäessä, sitä paremmin ääntä vaimentavaksi tila koetaan. Puheensiirtoindeksi STI kertoo lukuarvolla 0.00 1.00, miten hyvin puhe erottuu puhujan ja kuulijan välillä. Täydellinen puheen erotettavuus saavutetaan kun STI = 1.00. Puhetiloissa kuten neuvotteluhuoneissa ja koulutustiloissa pyritään suureen STI arvoon. Avotoimistoissa työpisteiden välillä pyritään yleensä alhaiseen arvoon, jotta puheyksityisyys ja keskittymisrauha toteutuisivat. 3 Mittauksen avulla saatava lopputulos Mittaustulosten analysoinnin jälkeen akustiset olosuhteet voidaan kuvata kahdella yksilukuarvolla: Puheen häiriösäde r D [m] (radius of distraction) kertoo, kuinka monen metrin päässä puhujasta puheäänten haitta keskittymiselle alkaa selvästi pienentyä. Häiriösäteen ulkopuolella puheensiirtoindeksi STI painuu alle arvon 0.50. Tämän arvon alapuolella on todettu, että keskittymisvaikeudet alkavat vähentyä. [2,3] Tavoitteena on mahdollisimman pieni r D :n arvo, jolloin puheäänten haitta rajautuu mahdollisimman pienelle alueelle. Puheen leviämisvaimennusaste DL 2 [db] (spatial decay rate) kertoo, kuinka monta desibeliä A painotetun puheäänen äänitaso vaimenee, kun etäisyys puhujaan kaksinkertaistuu. Jos tavoitteena on estää puheäänten kuuluminen työpisteestä toiseen, pyritään mahdollisimman suureen DL 2 :n arvoon. 4 Uudet suositukset avotoimistojen akustiikalle Taulukossa 1 esitetään Työterveyslaitoksen laatimat suositusarvot A taajuuspainotetun puheäänen leviämisvaimennusasteelle, DL 2, ja häiritsevyyssäteelle, r D, avotoimistoissa. Tämän lisäksi tulee huomioida, että taustaäänitason L p,b tulisi avotoimistossa olla SFS 5907 mukaan välillä 40 42 dba riittävän peittoäänen takaamiseksi. Taulukko 1. Suositusarvot avotoimistojen ääniolosuhteiden luokittelemiseksi käyttäen leviämisvaimennusastetta DL 2 ja häiritsevyyssädettä r D. Luokka A edustaa parasta mahdollista olosuhdetta ja luokka D huonointa. Akustinen luokittelu DL 2 [dba] r D [m] A yli 11 alle 5 B 9 11 5 8 C 7 9 8 11 D alle 7 yli 11 2/6
Kuva 1. Uuden mittausmenetelmän perusideana on tarkastella yksittäisen puhujan aiheuttamaa äänitasoa muissa työpisteissä. Mittausmenetelmä soveltuu myös huonetoimistoihin, jolloin työpisteiden välillä on täyskorkeat seinät. Käyrästössä nähdään esimerkkituloksia avotoimistoissa havaituista ääritapauksista (I huonoin, III paras). Avotoimistojen tuloksia on verrattu huonetoimistossa saatuihin tuloksiin (II ovet auki, IV ovet kiinni). Kuva 2. Esimerkki mittausmenetelmän soveltamisesta avotoimistossa. Äänilähde on oikealla (S) ja mittauslinja on esitetty viivalla. Mittaukset suoritetaan aina työpisteissä, vaikka ne eivät sijaitsisi täsmälleen suoralla mittauslinjalla kuten tässä tapauksessa. 3/6
A painotettu äänitaso [db] 60 Puheensiirtoindeksi STI 1.00 55 L p,s,4m 0.90 0.80 50 DL 2 =6,0 db 0.70 0.60 r D=15 m 45 0.50 40 0.40 0.30 r P =35 m 35 30 LSA L p,s (puheen äänitaso) LAB L p,b (taustaäänitaso) 1 10 100 Etäisyys puhujaan [m] 0.20 0.10 0.00 1 10 100 Etäisyys puhujaan [m] Kuva 3. Esimerkki (vasen) puheen leviämisvaimennusasteen DL 2 määrittämisestä puheen äänitasojen avulla ja (oikea) puheen häiriösäteen r D määrittämisestä STI:n avulla. 5 Internet pohjainen mallinnusohjelma Työterveyslaitos on tehnyt tutkimuksia yli 30 erilaisessa avotoimistossa käyttäen edellä kuvattua mittausmenetelmää. Samalla kerättiin kaikki tärkeimmät huoneakustiikkaan vaikuttavat huonetiedot, joita ovat: 1. huoneen pituus ja leveys 2. huonekorkeus 3. sisäkaton keskimääräinen äänen absorptiosuhde, huomioiden kovien pintojen osuus sisäkatosta 4. seinäkkeiden ja kaapistojen korkeus 5. edellisten keskimääräinen äänenabsorptiosuhde 6. seinäpintojen äänenabsorptiosuhde 7. taustaäänitaso, joko LVIS laitteiston, liikenteen tai peittoäänijärjestelmän aiheuttama 8. lattiamateriaali Avotoimistot ovat olleet mitoiltaan, kalustukseltaan äänenvaimennukseltaan ja taustaäänitasoiltaan erittäin vaihtelevia. Valtaosa avotoimistotyypeistä onkin katettu tähän asti tehdyillä mittauksilla. Tietokannasta puuttuu enää avotoimisto, jossa olisi kaikki tekijät huomioitu parhaalla mahdollisella tavalla. Tämän vuoksi ei vielä voida varmuudella sanoa, mikä on parhaan mahdollisen olosuhteen tulos uusilla mittareilla. Avotoimistoista saatujen mittaustulosten ja kerättyjen huonetietojen pohjalta on laadittu tilastollinen empiirinen malli, jonka avulla voidaan ennustaa minkä tahansa avotoimiston akustiset olosuhteet helposti ja nopeasti. [6,8] Mallin tarkkuus on todettu riittäväksi käytännön suunnittelutyössä. Mallissa tarvitaan lähtötiedoiksi ainoastaan kuvaukset edellä luetelluista 8:stä tekijästä, koska vain niillä on oleellista merkitystä lopputuloksen 4/6
kannalta. Pienillä yksityiskohdilla ei ole havaittu olevan merkitystä olosuhteisiin. Yksityiskohtaisia tietoja kalustuksesta, pohjakuvista tai pintamateriaaleista ei siis tarvita. Avotoimiston suunnittelu voidaan uudella mallilla tehdä reaaliaikaisesti. Avotoimistoon muodostuvat akustiset olosuhteet saadaan mallin avulla laskettua heti kun lähtötiedot on syötetty. Tämän vuoksi mallia voidaan soveltaa mm. neuvottelutilanteessa. Mallin avulla on helppo demonstroida erilaisten muutosten vaikutusta lopputulokseen. Mallista on tehty yksinkertainen selainpohjainen suunnitteluohjelma, joka on vapaasti käytettävissä internetissä (kuva 4). Mallin kohderyhmänä ovat arkkitehdit, sisustussuunnittelijat, akustiikkakonsultit, kouluttajat, akustiikkamateriaalivalmistajat sekä muut suunnitteluprosessissa mukana olevat asiantuntijat. Mallia on pilotoitu näissä käyttäjäpiireissä vuoden ajan eikä malliin ole enää tulossa merkittäviä muutoksia. Kuva 4. Avotoimistoakustiikan selainpohjainen suunnitteluohjelma, joka on vapaasti sivulla www.ttl.fi/avotoimistoakustiikka. Malliin syötetään avotoimiston päämitat, kalusteiden korkeus, katto seinä ja kalustepintojen äänenabsorptiokyky sekä taustaäänitaso. Käyrä esittää puheensiirtoindeksin STI arvon eri etäisyyksillä puhujasta. Toinen käyrä esittää puheen tason, sitä ei näytetä tässä. Ohjelma määrittää käyristä pääparametrit DL 2 ja r D, joita verrataan akustiseen luokitukseen. [9] 5/6
6 Yhteenveto Avotoimistojen olosuhteiden kuvaamiseksi on laadittu uusi mittausmenetelmä, jolla voidaan nopeasti arvioida tilan olosuhteet. Menetelmää ollaan standardisoimassa ISO standardiksi. [7] Toimistoissa tehtyjen lukuisten mittausten perusteella on laadittu suositusarvot, joita voi käyttää avotoimistossa mitattujen olosuhteiden arvioinnissa tai tavoitetasojen asettamisessa, kun suunnitellaan uutta tilaa. Suunnittelun tueksi on laadittu internet pohjainen suunnitteluohjelma, jonka käyttö on yksinkertaista ja reaaliaikaista. Toimistojen akustista suunnittelua varten on laadittu myös yksityiskohtaisempi ohje RIL 243 3, joka julkaistaan lähiaikoina. [10] 7 Kiitokset Tutkimus toteutettiin MAKSI Mallinnettu ja koettu sisäympäristö tutkimushankkeessa, jonka rahoittivat Tekes, Työterveyslaitos ja hankkeeseen osallistuneet yritykset. Kiitämme yrityksiä, joiden tiloissa saimme suorittaa akustiset mittaukset. Lisäksi kiitämme tutkijoita ja asiantuntijoita sekä akustiikkamateriaalien ja toimistokalusteiden valmistajia, jotka auttoivat tutkimuksen toteuttamisessa. Lähteet 1. Helenius R, Hongisto V, Toimistojen ääniolosuhteet kyselytutkimusten yhteenveto, Sisäilmastoseminaari 2007, Espoo 14.3.2007, SIY Raportti 25, 129 136, Sisäilmayhdistys ry, 2007. 2. Kajaala M, Takki T, Sisäympäristön laadun arvioiminen kiinteistön käyttäjille suunnatun kyselyn avulla, Sisäilmastoseminaari 2007, Espoo 14.3.2007, SIY Raportti 25, 209 214, Sisäilmayhdistys ry, 2007. 3. Hongisto V, Puhemelun vaikutus toimistomaisen työn tuottavuuteen, Sisäilmastoseminaari 2005, Espoo 16 17.2.2005, SIY raportti 23, 37 42, Sisäilmayhdistys ry, 2005. 4. Hongisto V, A model predicting the effect of speech of varying intelligibility on work performance, Indoor Air 15 2005 458 468. 5. SFS 5907:2004, Rakennusten akustinen luokitus, Suomen standardisoimisliitto SFS ry, Helsinki, 2004. 6. Hongisto V, Virjonen P, Keränen J, Measurement, classification and modelling of room acoustics in open offices, Noise at Work 2007, Proceedings CDROM 685 690, Paper 76, 3 5 July 2007 Lille, France. 7. Standardiehdotus ISO CD 3382 3: Acoustics Measurement of room acoustic parameters Part 3: Open plan spaces (ISO TC 43 SC 2 N 890, 2007 06 18) 8. Keränen J, Virjonen P, Hongisto V, Avotoimistoakustiikan mittaus ja mallinnus, Akustiikkapäivät 27 28.9.2007, Espoo, Akustinen Seura r.y., Espoo, 2007. 9. Internet mallin suomenkielinen versio: www.ttl.fi/avotoimistoakustiikka, englanninkielinen versio: www.ttl.fi/openofficeacoustics. 10.Ohje RIL 243 3:2007 Rakennusten akustinen suunnittelu. Osa 3. Toimistorakennukset. Rakennusinsinöörien liitto RIL r.y. Helsinki, 2007. (painossa) 6/6