Akustiikkatrilogia: Osa II
Juttusarjan edellisessä osassa pohdittiin ääniympäristön merkitystä ja ääniteknisen suunnittelun hyötyjä rakentamisessa. Seuraavaksi sukellamme varsinaisen suunnittelun osa-alueisiin ja rajapintoihin muiden suunnittelualojen kanssa. Eri suunnittelualojen ammattilaisen tulee varoa muuttamasta muiden suunnittelijoiden ratkaisuja ymmärtämättä niiden tarkoitusta, koska jokainen muutos vaikuttaa kokonaisuuteen.
Vain muutaman ongelman tähden
Kuten edellisessä osassa totesin, kaikilla materiaaleilla, rakenteilla ja koneilla on myös akustinen vaikutus. Ääni syntyy, kun jokin heräte poikkeuttaa väliaineen molekyylien paikka-asemaa ja saa aikaan etenevän paineenvaihtelun aallon väliaineessa. Ääniaalto kohtaa matkallaan erilaisia väliaineiden rajapintoja, joista se osittain heijastuu muuttaen suuntaansa ja osittain jatkaa etenemistään rajapinnan läpi tai muuntuu kiinteän aineen värähtelyksi. Samalla ääniaallon energia pienenee muuttuen lämpöenergiaksi kitkan ansiosta, mikä havaitaan huokoisten materiaalien absorptiona tai rakenteiden ääneneristävyytenä. Levitessään ympäristöönsä äänienergia jakautuu jatkuvasti laajemmalle alueelle, mikä havaitaan etäisyysvaimennuksena. Lopulta kaikki äänienergia on muuttunut lämmöksi ja ääni häipyy kuulumattomiin. Äsken kuvattu ilmiömaailma on fysiikan osa-alue, jota kutsumme akustiikaksi. Siihen liittyy prosessi, jolla ihminen havaitsee, analysoi, tunnistaa ja arvioi tuota paineenvaihtelua tärykalvolla, mikä on sidoksissa fysiologiaan, kognitiivisiin tieteisiin ja psykologiaan. Akustiikan sovellukset ovat niin moninaiset, että vaatii syvällistä aihealueen tuntemusta osata huomioida oikeat asiat kussakin sovelluskohteessa.
Rakennetun ympäristön ensimmäinen äänitekninen haaste on rakennusta ympäröivä melu, joka syntyy esimerkiksi ihmisten toiminnasta, autoista, junista, lentokoneista ja teollisuudesta. Ongelmia tulee, kun kaupungistuminen lisääntyy ja rakentaminen tiivistyy. Tilanteeseen oiva työkalu on äänen leviämisen tietokonemallinnus, joka antaa mahdollisuuden tarkastella meluesteiden tai rakennusten sijoituksen vaikutusta äänitasoihin jo hankekehitysvaiheessa. Parhaimmillaan rakennusten oikealla asemoinnilla tontille voidaan vähentää julkisivun ääneneristävyysvaadetta tai sijoittaa piha-alueet rauhalliseen ”akustiseen varjoon”. Ympäristössä olennaista on huomioida myös mahdollinen runkomelu, jota saattaa siirtyä rakennukseen perustuksien kautta, mikäli lähellä on vaikkapa raideliikennettä ja maaperä on otollinen.
Rakennesuunnittelijan ja LVI-suunnittelijan suurin akustinen murhe on ääneneristys; ei-toivottu ääni ei saisi siirtyä tilojen välillä. Standardirakennetyypeille on yleensä olemassa laboratoriossa mitatut ääneneristysarvot, ja CAD-ohjelma laskee nappia painamalla ilmanvaihtokanaviston äänenvaimennuksen ilmanvaihtokoneen herätteelle. Eikö asia ole tällöin kunnossa? Ei välttämättä, sillä haaste syntyy detaljeista; äänen sivutiesiirtymät sivuavien rakenteiden, niiden liitosten ja tilat yhdistävien ilmanvaihtokanavien tai patteriverkostojen kautta heikentävät ääneneristävyyttä verrattuna pelkkään mitattuun rakenneosaan. Lisäksi ohjelmistot saattavat yksinkertaistaa tilannetta liikaa, ja tarvitaan äänen fysiikan tuntemusta, jotta tuloksia osataan tarkastella kriittisesti. Myös toteutuksen pieniltä näyttävät virheet, kuten tuplarunkoseinän väliin kiilautunut puupala, heikentävät toteutuvaa ääneneristävyyttä tilojen välillä, mikä vaatii oikeisiin asioihin keskittyvää valvontaa työmaalla.
Kun ulkoa, naapuritiloista ja talotekniikasta kantautuva melu on saatu kuriin, on aika miettiä tilan sisäistä ääniympäristöä. Tilat vaativat erilaisia huoneakustisia ratkaisuja käyttötarkoituksen mukaan. Usein arkkitehdin odotetaan sisällyttävän ne suunnitelmiinsa. Yleensä halutaan joko parantaa puheenselvyyttä ja/tai rajoittaa äänen leviämistä sekä hallita kaiuntaisuutta ja taustahälyä. Esimerkkinä haastavista puhetiloista ovat avoimet oppimisympäristöt, joissa samaan aikaan tarvitaan hyvää puheenselvyyttä lähialueella ja toisaalta vähäistä puheenerotettavuutta vierekkäisten opiskeluryhmien välillä. Kirkoissa taas ei useinkaan haluta peittää pintoja ääntä vaimentavilla materiaaleilla, sillä kirkkomusiikki vaatii sille otollisen kaiunnan. Tällöin puheenselvyys luodaan äänentoistojärjestelmällä ja mukana on sähkösuunnittelija. Tärkeää on sähköakustiikan ja huoneakustiikan yhteensovittaminen; mikrofonien ja kaiuttimien oikea valinta, useiden kaiuttimien sijoitus sekä taajuusvasteiden ja viiveiden hallinta.
Kourallinen ratkaisuja
Rakennettua ympäristöä luovat arkkitehdit ja insinöörit tuntevat suunnittelualansa kuin omat taskunsa. Hyvän ääniympäristön suunnittelu jakautuu kuitenkin myös rakentamisessa niin moneen eri osa-alueeseen, että sen hallitseminen oman alan ohella on kova haaste kenelle tahansa. Tähän viittaa myös hieman provosoiva otsikko; viisaimmat osaavat myöntää myös oman tietonsa rajat ja kysyä neuvoa.
Akustikko on hyvä työpari muille suunnittelijoille koko rakennushankkeen ajan. Yhteinen lopputulos on kuitenkin helpompi saavuttaa, jos yleinen ymmärrys akustiikan karkeista nyrkkisäännöistä on olemassa. Alla on neljä lähtökohtaa hyvälle suunnittelulle:
- Tilojen välinen ääneneristävyys vaatii joko pintamassaltaan suuria tai paksuja, rakenteellisesti katkaistuja rakenteita. Lisäksi rakenteen tulee olla tiivis. On siis tärkeää varata riittävästi tilaa ääntä eristävälle rakenteelle ja huolehtia yksityiskohtien suunnittelusta ja toteutuksesta.
- Huoneen sisäinen äänenvaimennus, joka muun muassa vähentää kaiuntaa ja parantaa puheenselvyyttä, on ensisijaisesti sidoksissa oikeanlaisen pintamateriaalin määrään. Huokoista tai rei’itettyä materiaalia on oltava riittävän suuri pinta-ala; muutama akustiikkalevy siellä täällä ei muuta olosuhteita merkittävästi. Määrän ollessa riittävä myös materiaalin oikea sijoittuminen eri pinnoille vaikuttaa merkittävästi lopputulokseen.
- Suurin äänienergia välittyy suorinta reittiä äänilähteeltä kuulijalle. Kun halutaan alentaa äänitasoa tai vähentää puheenselvyyttä kuulijan kohdalla, ensimmäiseksi on sijoitettava este äänilähteen ja kuulijan väliin, niin että ”näköyhteys peittyy”. Erityisesti avoimessa tilassa käyttötarkoitusta ja toimintojen sijoittelua tulee miettiä akustiikan rinnalla.
- Meluntorjunta on tehokkainta melulähteessä tai sen läheisyydessä. Ääniominaisuuksiin kannattaa panostaa valitsemalla tai kehittämällä hiljaisia laitteita ja koneita tai käyttämällä niissä sopivia äänenvaimentimia tai kotelointeja. Kun melu pääsee leviämään kauemmas, sitä on vaikeampi hallita.
Myös ääniteknisen suunnittelun ammattilaisen tulee varoa muuttamasta muiden alojen ratkaisuja ymmärtämättä kokonaisuutta. Nyrkkisäännöistä huolimatta, estetiikka ja akustiikka tai toimiva suunnittelu ja syntyvä kustannus eivät saisi olla keskenään kilpailevia osaoptimoituja päämääriä, vaan osa samaa viisaasti optimoitua kokonaisuutta.
Lue myös akustiikkatrilogian osa I: Akustiikan tarkoitusta etsimässä
Tulossa Osa III: Tulevaisuuden äänimaisema ja kaikuja menneisyydestä...
