Avointen oppimisympäristöjen ääniolosuhteet Mikko Kylliäinen, TkL, yksikönjohtaja WWW.AINS.FI
A-Insinöörit lyhyesti Yli 600 asiantuntijaa 5. Suurin rakennusalan suunnitteluja konsulttitoimisto 4 toimialaa Projekteja yli 50 maassa 7 Paikkakuntaa 10% vuosittainen kasvu Perustettu 1959
Opetushallituksen opetussuunnitelma Hyvin toimivat oppimisympäristöt edistävät vuorovaikutusta, osallistumista ja yhteisöllistä tiedon rakentamista. Ne myös mahdollistavat aktiivisen yhteistyön koulun ulkopuolisten yhteisöjen tai asiantuntijoiden kanssa. Oppimisympäristöjen kehittämisen tavoitteena on, että oppimisympäristöt muodostavat pedagogisesti monipuolisen ja joustavan kokonaisuuden. Oppimisympäristöjen tulee tarjota mahdollisuuksia luoviin ratkaisuihin sekä asioiden tarkasteluun ja tutkimiseen eri näkökulmista. Ympäristöjen tulee olla turvallisia ja terveellisiä ja edistää oppilaiden ikäkauden ja edellytysten mukaista tervettä kasvua ja kehitystä
Avointen oppimisympäristöjen piirteitä Tiloina Avoimia Joustavia Muunneltavia Pedagogiikka, arvot Sosiaalisuus Yhteistyö Yhteisöllisyys Suunnittelu Itseohjautuvuus ja arviointi Oppimistapojen monipuolisuus Opettajakeskeinen työskentely Itsenäinen työskentely Ryhmä- ja parityöskentely Etätyöskentely, verkkoympäristö Opetusta myös muualla kuin koulurakennuksessa Kirjastot Luonto Yritykset
Tutkimustarve Avointen oppimisympäristöjen akustiikkaa koskevia määräyksiä, ohjeita tai vakiintuneita suunnittelukäytäntöjä ei Suomessa ole Tutkimustarve on tunnistettu puheenerotettavuutta yhdessä avoimessa oppimisympäristössä koskeneessa tutkimuksessa Puhe, jolla ei ole oman tehtävän kannalta merkityksellistä informaatiosisältöä, voi olla oppimista häiritsevää Tältä kannalta avointen oppimisympäristöjen akustiikkaa ei ole Suomessa tutkittu
Tutkimuksen organisointi Rahoittajat Suomen Yliopistokiinteistöt Oy Olli Niemi Saint-Gobain Rakennustuotteet Oy / Ecophon Pauli Pallaskorpi Audico Systems Oy Jyri Hiltunen A-Insinöörit Suunnittelu Oy, Mikko Kylliäinen akustiikkasuunnitteluyksikkö Rauno Pääkkönen A-Insinöörit Suunnittelu Oy toteutti tutkimuksen 6-12/2016 Tulokset julkaistu diplomityössä (Tampereen teknillinen yliopisto)
Tutkimuksen tavoitteet Tutkimuksen tavoitteena oli vastata seuraaviin kysymyksiin: 1. Mitkä akustiset ilmiöt ovat merkittäviä avoimissa oppimisympäristöissä? 2. Huoneakustinen tietokonemallinnus: millä keinoilla eli suunnitteluratkaisuilla tunnistettuihin ilmiöihin voidaan vaikuttaa? 3. Huoneakustiset mittaukset: millaiset ääniolosuhteet Suomessa jo käyttöön otetuissa avoimissa oppimisympäristöissä on? 4. Kysely: kuinka opettajat ovat kokeneet työskentelyn avoimessa oppimisympäristössä?
1. Mitkä akustiset ilmiöt ovat merkittäviä avoimessa oppimisympäristössä?
Avoimet oppimisympäristöt ulkomailla Avointen oppimisympäristöjen 1. rakennusvaihe noin 1960 1980 Avoimet oppimisympäristöt uudelleen ajankohtaisiksi 2000-luvulla Finmeren koulu, Iso-Britannia (1959) B. Shield, Open plan schools: the acoustic challenges, 5th Symposium of the Finnish Society of Voice Ergonomics presentation, Helsinki, 9.9.2016. Hellerupin koulu, Tanska (2002) C. M. Petersen, B. Rasmussen, Acoustic design of open plan schools and comparison of requirements, Joint Baltic-Nordic Acoustics Meeting, Odense, June 18 20, 2012. Oulun normaalikoulun UBIKO-opetussolu (2012) https://oppimaisema.fi/?290&project_id=131
Tutkimuskirjallisuudessa esitetyt löydökset Opetusmenetelmät muuttuivat 1960- luvulla, mutta avoimet oppimisympäristöt vastasivat akustisesti luokkahuonetta Merkittävimmät ongelmat: Äänen leviäminen tilassa esteettömästi Tilassa ei tilanjakajia Kaiuntaisuus, liian vähän absorboivia pintoja Korkea melutaso opetuksen aikana Ratkaisukeinoja: Suuri määrä ääntä absorboivia pintoja Riittävän korkeat, ääntä eristävät tilanjakajat Peiteäänijärjestelmä Tilojen monimuotoisuus School de Werkplaats, Utrecht (2006)
Tilan ja toiminnan suunnittelu Oppiminen ja opetus avoimessa oppimisympäristössä edellyttää samanaikaisesti riittävää puheenerotettavuutta lähietäisyydellä kommunikaation mahdollistamiseksi puheyksityisyyttä suurilla etäisyyksillä hyvää puheakustiikkaa ääniergonomian kannalta Akustiset ratkaisut yksinään eivät riitä Tilasuunnittelu: erilaiset toiminnot ja alueet niille Toiminta avoimessa oppimisympäristössä: käyttäytymissäännöt ja tilan käyttöohjeet Tilan käyttö Opetusryhmän kokoaminen lähelle, kun opettajalla asiaa kaikille Puhuminen tilaan hajaantuneille oppilaille ei ole mahdollista
2. Huoneakustinen tietokonemallinnus
Mallinnettavat suureet Avotoimistojen akustiikkaa koskeva standardi ISO 3382-3 määrittelee mittaluvut Leviämisvaimennus D 2,S [db] Puheäänen äänitaso lasku etäisyyden kaksinkertaistuessa Leviämisvaimennus D 2,S Etäisyyden kasvaessa laskeva puheen äänitaso D 2,S = 5 db Taustaäänitaso Häiritsevyyssäde r D [m] Etäisyys, jolla puheensiirtoindeksi STI on < 0,5 Yksityisyyssäde r P [m] Etäisyys, jolla puheensiirtoindeksi STI on < 0,2 Puheensiirtoindeksi STI = 0,0 1,0 Puhetiloissa STI > 0,6 r D = 9 m Häiritsevyyssäde r D ja yksityisyyssäde r P
Mallinnuksen tavoitteet Erilaisten muuttujien vaikutus äänen leviämisvaimennukseen puheenerotettavuuteen Tilanjakajat Seinäke ja verho (absorboiva ja ääntä eristävä) Korkeus ja muoto (suora, ympyrä) Huonekorkeus Peiteääni Pyrittäessä rajoittamaan äänen leviämistä on varmistettava, että puheenerotettavuus lähietäisyyksillä on riittävä Jos äänen suora kulkureitti äänilähteestä kuuntelupisteeseen on katkaistu, ääni pyrkii leviämään avoimessa oppimisympäristössä - heijastumalla katon ja muiden pintojen kautta - siroamalla tilanjakajan harjan kautta - kulkemalla tilanjakajan rakenteen kautta
Puheensiirtoindeksi lähietäisyyksillä Kaikissa malleissa Katto hyvin absorboiva Seinät kaukana ja hyvin absorboivia Lattiassa tekstiilimatto Peiteäänitaso L A,eq = 30 db L A,eq = 40 db (peiteääni) Lähietäisyyksillä STI > 0,7 myös silloin, kun käytetään peiteäänijärjestelmää (L A,eq = 40 db) s = 0,05 s = 0,7 (ei kalusteita) (kalustettu tila)
Taustaäänitaso 30 db Seinäke 1,3 m Mallinnus Huonekorkeus 2,5 m Seinäke 1,3 m Äänilähteen korkeus 1,6 m Kuuntelupisteet 1,0 m korkeudella ja 0,5 m, 2 m, 3 m etäisyydellä seinäkkeestä Äänilähteet Kuuntelupisteet Tulokset Häiritsevyyssäde r D = 15 m Yksityisyyssäde r P = 33 m Päätelmä Riittävää äänen leviämisvaimennusta ja yksityisyyttä ei saavuteta Häiritsevyyssäde r D Yksityisyyssäde r P
Taustaäänitaso 30/40 db Seinäke 1,7 m, verho 2,5 m h s = seinäkkeen korkeus h r = huonekorkeus STI = puheensiirtoindeksi L A,eq = äänitaso
Verhoilla rajatut pesät Peiteäänitaso 30/40 db h s = seinäkkeen korkeus 2,0 m h r = huonekorkeus 2,5 m STI = puheensiirtoindeksi L A,eq = äänitaso h c = verhon korkeus 2,5 m h r = huonekorkeus 4,5 m STI = puheensiirtoindeksi L A,eq = äänitaso
Päätelmät Huonekorkeuden kasvattaminen voi olla edullista akustiikan kannalta Korkeuden muutos 2,5 => 4,5 m pienentää häiritsevyyssäteen arvoa noin 3 m tyhjässä tilassa, jossa ei tilanjakajia Korkeuden muutos edellyttää kuitenkin suurempaa absorptioalaa kaiunnan kasvun välttämiseksi Peiteääni on keskeinen tekijä, kun taustaäänitaso on alhainen Tyhjässä tilassa äänitason nousu 30 db => 40 db pienentää häiritsevyyssäteen huonekorkeudesta riippuen alle puolesta neljännekseen Peiteäänitasolla 40 db saavutetaan pienillä etäisyyksillä riittävä puheenerotettavuus Jos tilan äänitaso on 30 db, kunkin puhujan ääni on selvästi kuultavissa koko tilassa Avoimessa oppimisympäristössä tarvitaan myös tilanjakajia Tilanjakajat voivat olla myös seinäkkeitä tai kalusteita kevyempiä ratkaisuja, kuten verhoja Verhoilla oltava absorptiokykyä ja jonkin verran ääneneristävyyttä
3. Huoneakustiset mittaukset
Mittausten lähtökohdat Kansainvälisessä tutkimuskirjallisuudessa on yleensä keskitytty puheenerotettavuuteen Mitatut suureet standardin ISO 3382-3 mukaan Leviämisvaimennus D 2,S [db] Häiritsevyyssäde r D [m] Yksityisyyssäde r P [m] Lisäksi mitattiin jälkikaiunta-aika T [s] ja LVIS-järjestelmän (ilmanvaihdon) aiheuttama taustaäänitaso L A,eq [db] Mitattiin neljä avointa oppimisympäristöä Kolme syksyllä 2016 käyttöön otettua koulua Kaikki tilat alakouluissa Pinta-alat 177 230 m 2
Mitattu koulu 1
Mitattu koulu 2
Mitattu koulu 3
Mitatut taustaäänitasot ja jälkikaiunta-ajat Tila Jälkikaiunta-aika T [s] Taustaäänitaso L A,eq [db] Koulu 1 0,3 0,4 s 25 34 db Koulu 2, tila 1 0,4 0,6 s 34 40 db Koulu 2, tila 2 0,4 0,6 s 24 30 db Koulu 3 0,4 0,5 s 24 32 db Taustaäänitasot pääosin vastaavat sitä, mitä RakMK C1-1998 suosittelee luokkahuoneille Jälkikaiunta-ajat ovat sillä tasolla, mitä tutkimuskirjallisuudessa ja ulkomaisissa määräyksissä suositellaan avoimiin oppimisympäristöihin Päätelmä: tilassa tarvitaan suuri määrä absorptiomateriaalia
Leviämisvaimennus, häiritsevyysja yksityisyyssäde Tila Linja Mitattu L A,eq Laskennallinen peiteäänitaso 40 db D 2,S r D r P D 2,S r D r P Koulu 1 3 8 db 14 m 23 m 8 db 8 m 14 m Koulu 1, verhot kiinni 3 10 db 10 m 16 m 10 db 6 m 11 m Koulu 2/1 3 7 db 8 m 16 m 7 db 8 m 15 m Koulu 2/2 1 5 db 16 m 27 m 5 db 9 m 16 m Koulu 3 3 7 db 16 m 27 n 7 db 8 m 15 m Ilman peiteääntä STI = 0,7 noin 7 10 m etäisyydellä Peiteääni 40 db rajaa STI:n arvon 0,7 noin 3 4 m etäisyydelle Ilman peiteääntä kukin puhuja on käytännössä kuultavissa koko tilassa Leviämisvaimennus on sitä suurempi eli parempi, mitä enemmän tilassa on tilanjakajia Verhoilla on saavutettavissa parannusta leviämisvaimennukseen ja häiritsevyyssäteeseen
Eri tekijöiden vaikutus: koulu 1, mittauslinja 3 Verhot auki, ei peiteääntä Verhot kiinni, ei peiteääntä r D = 13,8 m r D = 10,0 m Verhot auki, peiteääni 40 db Verhot kiinni, peiteääni 40 db r D = 7,9 m r D = 6,2 m
4. Kysely opettajille
Kysely Kyselyllä pyrittiin selvittämään opetustyötä ja oppimista edistäviä tekijöitä vaikeuttavia tekijöitä Kyselyn osallistumisvilkkaus jäi melko pieneksi Noin neljännes opettajista vastasi kyselyyn Vastaajia oli 16 opettajaa Näin ollen aiemmin esitettyjä tuloksia voidaan verrata lähinnä avovastauksiin Yleisesti ottaen opettajat olivat uusiin tiloihin tyytyväisiä Koulun käyttöönotosta oli kyselyä tehtäessä kulunut noin kaksi kuukautta Tulokset tukevat mallinnuksen ja mittausten tuloksia Kuinka kaukana muiden opettajien puheesta saa selvää? Vain toisen opettajan vieressä Noin 2 m etäisyydellä Noin 5 m etäisyydellä Noin 10 m etäisyydellä Koko tilassa Millaiseksi koet avoimen oppimisympäristön ääniolosuhteet luokkahuoneeseen verrattuna? Paljon paremmaksi Jonkin verran paremmaksi En ole havainnut eroa Jonkin verran huonommaksi Paljon huonommaksi 6,7 % 6,7 % 6,7 % 0,0 % 13,3 % 6,7 % 33,3 % 46,7 % 40,0 % 40,0 %
Avovastauksia Työrauhan ylläpitäminen vaatii entistä enemmän työtä, melua on silti ja vilkkaampien oppilaiden on todella vaikea keskittyä annettuihin tehtäviin ja saada niitä valmiiksi. Jo pelkkä jatkuva pieni levottomuus ja melu stressaavat. Tarvitaan akustisia tilanjakajia, joita voi tarpeen vaatiessa vetää ääniä vähentämään. Tarvittaisiin myös väliseinä silloin, kun eskareilla on vapaata leikkiä (tosi paljon) ja koululaisten pitäisi opiskella. Avoimet oppimisympäristöt toimisivat, jos avoimien tilojen lisänä olisi selkeästi rajattuja ja äänieristetympiä tiloja keskittymistä tarvitseviin tehtäviin sekä oppilaille, joilla on vaikeutta keskittyä isommassa tilassa tai oppilasryhmässä. Yli 60 lapsen ryhmä tarvitsee välillä myös rauhallista aikaa, jolloin lukea vaikka kirjaa. Mahdollisuus sulkea tiloja akustisilla väliseinillä tarvittaessa olisi äärimmäisen tärkeää. Mahdollisuutta siirtää opetusryhmä perinteisempään luokkatilaan edes hetkeksi, kun meno on levotonta ja keskittyminen puuttuu. Paljeovi tms. tilan hetkelliseen jakamiseen äänimaailman takia. Ääntä vaimentavia materiaaleja seiniin, vedettäviä ääntä eristäviä sermejä jakamaan esim. pukeutumistilaa
Lopuksi
Avoimen oppimisympäristön suunnittelutavoitteita Avoimessa oppimisympäristöissä tulee samanaikaisesti olla Hyvä puheenerotettavuus lähietäisyyksillä Opettajan tehtävänannot ja ohjeet koko opetusryhmälle Ryhmätyöt Työrauha eli puheenpeitto suuremmilla etäisyyksillä Itsenäinen työskentely Näiden olosuhteiden saavuttamiseksi tarvitaan Suuri määrä absorboivia pintoja (katto, kalusteet, mahdollisesti myös seinille) Tilaa jakavia elementtejä (seinäkkeet, kalusteet, verhot) Sopiva peiteääni Mittaluvuiksi soveltuvat standardin ISO 3382-3 mukaiset mittaluvut Jälkikaiunta-aika ei ole riittävä suunnittelukriteeri avoimiin oppimisympäristöihin Jälkikaiunta-ajan avulla voi ehkä määrittää riittävän absorptioalan Tarvitaan myös uudenlainen toimintamalli Puhuessaan koko ryhmälle opettajan pitää koota ryhmä lähelleen Ääni ei kanna kauaksi Kovaääninen puhe häiritsee muita ryhmiä Muissa oppimistilanteissa yksittäiset oppilaat tai oppilasryhmät hajaantuvat mahdollisimman kauaksi toisistaan
Avointen oppimisympäristöjen jatkokehitys Tilanjakajien ja kalusteiden kehittäminen Peiteäänijärjestelmän keskeisyys Käyttökokemusten selvittäminen Sopivan peiteäänitason määrittäminen tarkemmin Toimintatapojen kehittäminen järjestelmällisesti Puheen muodostamisen helppous Opettajien äänihäiriöiden seuranta Laajempi kysely opettajille Opettajien motivointi Kehittämistarpeet oppimisympäristöille
Kiitoksia mielenkiinnosta! Mikko Kylliäinen p. 0207 911 394 mikko.kylliainen@ains.fi WWW.AINS.FI