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 (m2) :
•
•
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 LpA (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:
•
Huoneiston ovi:
R'W : >= 55dB
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
< 35 dB
< 40 dB
< 45 dB
< 50 dB
< 55 dB
< 60 dB
Seinä ei estä seuraamasta tapahtumia naapurissa
Normaali keskusteluääni kuuluu seinän läpi.
Keskustelu kuuluu, mutta sanoista ei saa selvää.
Normaali keskusteluääni EI kuulu seinän läpi.
Voimakas puhe kuuluu seinän läpi.
Voimakas puhe EI kuulu seinän läpi.
Voimakas huuto kuuluu seinän läpi.
19
Ilmaäänen kulkureitit:
20
10
Rakenteiden ääneneristyskyky:
•
Ilmaääneneristävyyttä voidaan arvioida:
•
Massalain avulla:
•
•
•
Resonanssi-ilmiön avulla:
•
•
•
Raskas rakenne ei ala värähdellä äänenpaineen voimasta,
rakenne eristää ääntä paremmin.
Sopii yksimaterialisille rakenteille kuten betoniseinälle.
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