L12-2 - Noppa
1 466111S Rakennusfysiikka HUONEAKUSTINEN SUUNNITTELU Opettaja: Raimo Hannila Luentomateriaali: Professori Mikko Malaska Oulun yliopisto 2 LÄHDEKIRJALLISUUTTA (Linkit päivitetty 19.11.2015 RH) • Suomen rakentamismääräyskokoelma, osat C1, Ääneneristys ja meluntorjunta. http://www.finlex.fi/data/normit/1917-c1.pdf • Suomen rakentamismääräyskokoelma, Osa D2, Rakennuksen sisäilmasto ja ilmanvaihto. http://www.finlex.fi/data/normit/37187-D22012_Suomi.pdf • RIL 243-1-2007 Rakennusten akustinen suunnittelu, Akustiikan perusteet. • Rakennus- ja huoneakustiikka, Meluntorjunta, Alpo Halme, Otakustantamo, No. 378 • http://www.ym.fi/fifi/maankaytto_ja_rakentaminen/lainsaadanto_ja_ohjeet/rakentamismaara yskokoelma (valitse C1 ja D3) • ISO 354:2003 (Ei OY:n SFS-Online –sopimuksessa) • SFS 5907 3 HUONEAKUSTIIKKA Huoneakustiikan tarkoituksena on hallita äänen kulkua, heijastumista ja vaimenemista tilan sisällä. Suunnittelun lähtökohtana on tilan käyttötarkoitus. Tarkoituksenmukaisessa luentosalissa esiintyjän on helppo puhua ääntään rasittamatta. Puhe kuuluu ja erottuu yleisölle. Jotta tavoiteltu tilanne toteutuu tulee salissa olla sekä heijastavia että vaimentavia pintoja. • Heijastavien pintojen tarkoituksena on suunnata ääntä yleisölle. • Vaimentavien pintojen tarkoituksena on vähentää tilan kaiuntaa niin että puheen tavut erottuvat toisistaan hyvin. 4 ÄÄNEN HEIJASTUMISESTA Tilan kaikista pinnoista heijastuvat äänet korottavat äänenpainetasoa suoraan tulleen äänen äänenpainetasoon verrattuna. • Heijastuessaan pinnasta ääniaalto menettää energiastaan osan, joka absorboituu. • Koska heijastuneen äänen kulkema matka on pitempi kuin äänilähteestä suoraan kuulijalle kulkeneen äänen kulkema reitti, heijastuneen äänen äänenpainetaso on alhaisempi kuin suoran äänen. • Heijastusten määrä on kuitenkin niin suuri, että tarkastelupisteessä havaittavasta energiasta suurin osa syntyy heijastuksista. 5 DIFFUUSI ÄÄNIKENTTÄ • Heijastusten määrän kasvaessa yksittäisiä heijastuksia ei enää ole mahdollista erottaa toisistaan mittauksin. • Tällöin tilan kaikissa pisteissä vallitsee sama äänenpainetaso ja on syntynyt ns. diffuusi äänikenttä. • Diffuusin kentän syntyminen on mahdollista, jos huone on kuutiomainen, kovapintainen ja huoneen mitat ovat huomattavasti tarkasteltavan äänen aallonpituutta suuremmat. 6 SUUNNITTELUN OSA-ALUEET JA KRITEERIT Huoneakustisen suunnittelun osa-alueita ovat • Heijastavien pintojen suunnittelu • Tilan koon ja muodon valinta • Tarvittavan absorptioalan määrittäminen ja sen sijoittaminen tilaan. Suunnittelun yhtenä kriteerinä käytetään jälkikaiunta-aikaa, joka korreloi puheen ja musiikin selvyyden kanssa. 7 JÄLKIKAIUNTA-AIKA Määritelmä: Jälkikaiunta-aika T [s] kuvaa, kuinka nopeasti äänilähteen tilaan synnyttämä äänenpainetaso laskee, kun äänilähde on sammutettu. Jälkikaiunta-ajan kuluessa äänenpainetaso tilassa alenee 60 dB. Jälkikaiunta-aika voidaan olemassaolevassa tilassa määrittää voimakkaan äänilähteen avulla sammuttamalla äänilähde äkillisesti ja mittaamalla äänenpainetason alenemiseen kuluva aika. Mittaustapa on esitetty standardissa ISO 354:2003. Mitä pidempi jälkikaiunta-aika on, sitä hitaammin puheen tavut vaimenevat ja sitä enemmän ne jäävät soimaan toistensa päälle, jolloin puheen selvyys kärsii. Jos jälkikaiunta-aika on suunniteltu liian lyhyeksi, puheen äänitaso voi laskea taustamelun tasolle, mikä puolestaan vaikeuttaa puheen erottumista. Salille sopiva jälkikaiunta-aika kasvaa salin tilavuuden kasvaessa. 8 ÄÄNENPAINE Äänenä aistittavan ilmanpaineen vaihtelut ovat staattiseen ilmanpaineeseen verrattuna hyvin pieniä. 100 kPa Ilmakehän ilmanpaine. 20 μPa Kuulokynnys eli pienin ilmanpaineen muutos, jonka ihminen pystyy aistimaan. 20 Pa Kipukynnys Äänen aistittavasta ilmanpaineen muutoksesta käytetään nimitystä äänenpaine p [Pa]. 9 ÄÄNENPAINETASO Koska äänenpaineet ovat lukuarvoina hyvin pieniä, mutta kuulokynnyksen ja kipukynnyksen ero on suhteellisesti hyvin suuri, äänenpaineita olisi hankala käyttää käytännön suunnittelussa. Siksi tarkasteltavaa äänenpainetta p verrataan vertailuäänenpaineeksi otettuun kuulokynnykseen p0. Äänen voimakkuutta voidaan kuvata äänenpainetasona: Lp 10 log10 p2 p 20 log 10 p0 p02 [dB] Äänenpainetason määritelmän mukaan: • Pienimmän kuultavissa olevan äänenpaineen äänenpainetaso on 0 dB • Kipukynnyksen äänenpaineen äänenpainetaso on 120 dB. 10 JÄLKIKAIUNTA-AJAN ENIMMÄISARVOT Määritelmä: Aika, jona äänenpainetaso äänilähteen vaiettua alenee 60 dB. Joidenkin tilojen jälkikaiunta-ajoista on annettu määräyksiä ja ohjeita RakMK osassa C1. Hotellit, hoitolaitokset, oppilaitokset, Asunnot päiväkodit, toimistot Tavallisimpien tilojen jälkikaiunta-ajoista on annettu suosituksia myös standardissa SFS 5907. 11 JÄLKIKAIUNTA-AJAN MITOITTAMINEN Jos huoneen äänikenttä on diffuusi, huonetilan jälkikaiunta-aika T [s] lasketaan yleisimmin Sabinen kaavalla olettaen että huoneen tilavuudella ja absorptioalalla on seuraavan kaavan mukainen yhteys: T 0,16 V A V on huonetilavuus [m3] A on huoneen absorptioala [m2-Sab] Huoneen absorptioala kertoo huoneessa olevan tehollisen absorptiomateriaalin määrän. Se voidaan määrittää, kun tunnetaan tilan kaikkien pintojen pinta-alat S ja absorptiokertoimet a taajuuksittain: n A i Si i 1 0 i 1 12 ABSORPTIOKERTOIMIEN ARVOJA Oheisessa taulukossa on esitetty absorptiosuhteen arvoja eri materiaaleille taajuuksittain (RIL 243-1-2007): Materiaali 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz Betonilattia 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,04 Betoniseinä 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 Kipsilevyseinä 0,30 0,20 0,10 0,10 0,10 0,10 Lasi 0,30 0,30 0,20 0,17 0,10 0,10 Katon alaslaskettu absorptiolevy (luokka C) 0,60 0,71 0,75 0,58 0,51 0,42 Seinän lisäabsorptiolevy (Luokka A) 0,15 0,75 0,97 0,99 0,99 0,96 Lisää absorptiokertoimen arvoja löytyy mm. Lähteestä: Rakennus ja huoneakustiikka, Meluntorjunta, Alpo Halme, Otakustantamo , No. 378, ss. 573-581 13 SABINEN KAAVAN SOVELTAMISESTA Jälkikaiunta-aikaan vaikuttavat merkittävästi myös kalusteet ja ihmiset. Näiden absorptiokyky ilmoitetaan absorptiopinta-alaksi muutettuna (RIL 2431-2007). • Sisävaatteisiin pukeutunut ihminen 0,8 m2 kaikilla taajuuksilla • Kangasverhoiltu tuoli 0,3 m2 kaikilla taajuuksilla Sabinen kaavan käytön rajoitukset: • Jälkikaiunta-aikaa ei suositella käytettäväksi suunnittelukriteerinä suurten, monimutkaisten ja voimakkaasti absorboivien tilojen absorptioalan arviointiin, esim. avotoimistot. • Kaava ei myöskään anna oikeita tuloksia, silloin kun tilan koko absorptioala on keskitetty yhteen pintaan ja muut pinnat ovat lähes täysin heijastavia. • Silloin kun jälkikaiunta-ajan käyttö ei sovellu suunnittelukriteeriksi, voidaan tilan ääniolosuhteita arvioida huoneakustisen mallintamisen avulla. 14 ESIMERKKI 1: Luentosalin jälkikaiunta-aika Luentosalin koko on 12 x 6 x 4 m3 ja jälkikaiunta-aika tyhjänä 1,5 sekuntia. Mikä tulee jälkikaiunta-ajaksi, jos saliin tulee 20 henkilöä? Lähtötietojen perusteella voidaan määrittää tyhjän salin kokonaisabsorptioala: 0,16 V T0 A0 A0 0,16 V 0,16 12 6 4 30,72 m2 - sab T0 1,5 Kalusteiden vaikutus mukana. Kun saliin tulee 20 henkilöä voidaan olettaa, että absorptioala kasvaa 0,8 m2/henkilö. A A0 20 0,8 46,72 m2 - sab Jälkikaiunta-ajaksi saadaan nyt: T 0,16 V 0,16 12 6 4 0,99 s A 46,72 RakMK osan C1 ohjeellinen jälkikaiuntaaika luokkahuoneelle on 0,6 – 0,9 s (sopiva alue normaalille puheelle). Esimerkin sali ei aivan toimi näiden ohjearvojen rajoissa. Salin akustinen käyttäytyminen paranisi, jos kuulijoita olisi enemmän. 15 ESIMERKKI 2: Porrashuoneen jälkikaiunta-aika 4 kerroksisen betonirakenteisen kerrostalon porrashuone on oheisen kuvan mukainen. Porrashuoneen jälkikaiunta-aika on koettu häiritsevän suureksi. Laske kuinka paljon vaimennusmateriaalia tarvitaan, jotta jälkikaiuntaaika olisi RakMK osan C1 ohjeiden mukainen 1,3 s. Kerroskorkeus on 2,5 m. Ovet ovat 0,9 x 2,10 m2 ja niitä on 2kpl/kerros (α = 0,08). 2,5 1,5 2,0 1,5 16 ESIMERKKI 2: Porrashuoneen jälkikaiunta-aika Porraskäytävän tilavuus on: V 4 2,5 2,5 1,5 2,0 1,5 125 m3 Pinta-alat: • Katto + pohja 2 2,5 1,5 2,0 1,5 25,0 • Ovet m2 4 2 0,9 2,1 15,1 m2 4 2,5 2 2,5 5,0 150,0 m2 • Välitasot (ylä- ja alap.) 2 6 2,5 1,5 45,0 m2 2 2 • Portaat (ylä- ja alap.) 2 6 2,5 1, 25 2,0 35,4 m2 • Seinät Porraskäytävän absorptioala: A Abetoni betoni Apuuovi puu 25,0 15,1 150,0 45,0 35,4 0,03 15,1 0,08 240,3 0,03 15,1 0,08 8,4 m2 - sab 1,25 1,5 2,0 1,5 17 ESIMERKKI 2: Porrashuoneen jälkikaiunta-aika Jälkikaiunta-aika: T 0,16 V 0,16 125 2,4 s A 8,4 RakMK osan C1 ohjearvo on 1,3 s. Tätä arvoa vastaava absorptiopinta-ala voidaan laskea: A 0,16 V 0,16 125 15,4 T 1, 3 m2 - sab 18 ESIMERKKI 2: Porrashuoneen jälkikaiunta-aika Lisätään porraskäytävän pinnoille vaimennuslevyjä niin, että edellä esitetty kokonaisabsorptiopinta-alan vaatimus toteutuu. Merkitään absorptio-ominaisuuksiltaan erilaisia pintoja seuraavasti: A1 = betonipintojen kokonaispinta-ala (A1 = 240,3 m2, pinnoittamattomat + pinnoitetut) A2 = Puuovien pinta-ala (A2 = 15,1 m2, α = 0,08) A3 = vaimennuslevyillä päällystettyjen betonipintojen pinta-ala A = RakMK osan C1 ohjearvoa vastaava absorpoivan pinnan kokonaispinta-ala (A = 15,4 m2) A A1 A3 betoni A2 puu A3 vaimennuslevy Tästä saadaan ratkaistua vaadittu vaimennuslevyjen pinta-ala: A3 A A1 betoni A2 puu vaimennuslevy betoni 19 ESIMERKKI 2: Porrashuoneen jälkikaiunta-aika Valitaan vaimennuslevyn materiaaliksi 30 mm lasivillalevy, jota liimataan välitasojen ja portaiden alapintaan. Esimerkiksi lähdeteoksesta ”Rakennus- ja huoneakustiikka” saadaan mineraalivillalle eri taajuuksilla seuraavat absorptiokertoimet: Materiaali Lasivilla, kiinni taustassa, 3 cm 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz 0,08 0,16 0,36 0,71 0,96 0,95 Ihmisen kuuloalue on herkimmillään taajuusalueella 2000-5000 Hz. Tämän alueen ulkopuolella kuulon herkkyys alenee. Käytetään vaimennuslevyjen suunnitteluun yllä esitettyä herkintä kuuloaluetta ja valitaan absorptiokertoimen arvoksi 0,9. Vaadittu vaimennuslevyjen pinta-ala on: 15,4 240, 3 0,03 15,1 0,08 A3 8,0 m2 0,90 0,03
© Copyright 2024