Akustiikkaakaavat - taulukot - menetelmät - lait - luokitukset - lähteet JohdantoTällä sivulla luodaan katsaus äänien maailmaan hieman teknisemmällä näkökulmalla. Sivulla on listattuna akustiikkaan liittyviä kaavoja sekä taulukoita, joista toivottavasti on hyötyä alan ammattilaisille. Toki niitä saa hyödyntää myös muut alasta kiinnostuneet. Sivun lopussa on erilaisia laskentasysteemejä erilaisten akustiikkaan liittyvien suureiden määrittämiseen. Lisäksi tiivistettynä löytyvät myös tärkeimmät alaan liittyvät lait, asetukset, määräykset sekä luokitukset. Sivu on joiltain osin vielä työn alla eikä kaikki tieto ole ehkä ihan ajan tasalla! Akustiikan kaavojaÄänenpainetaso Lp [dB] määritellään äänenpaineen ja referenssipaineen p0 = 20 µPa suhteen seuraavasti (200 Pa vastaa 140 dB) Äänitehotaso LW [dB] kuvaa äänilähteen ympäristöön säteilemää tehoa. Referenssitaso W0 = 10-12 W. Äänilähteen äänitehotason LW aiheuttama äänitaso Lp etäisyyden r päässä saadaan yhtälöstä, missä A absorptioala ja Q on suuntaavuus, joka vapaassa kentässä on Q=1, puoliavaruudessa Q=2 jne. Sulkulauseen ensimmäinen termi liittyy suoraan ääneen ja jälkimmäinen jälkikaiuntaan. Äänennopeus v ilmassa lämpötilassa t [ºC] voidaan laskea seuraavan likiarvokaavan mukaan v(t) = 331,3 + 0,6 × t Suljetun suorakulmaisen tilan huoneresonanssit voidaan laskea seuraavalla kaavalla, missä f on resonanssitaajuus, p, q ja r = 0,1,2..., c äänennopeus sekä L, W ja H huoneen mitat. Eräs akustiikan kannalta tärkeä resonaattori on Helmholz-resonaattori. Käytännön esimerkki tästä on jokaiselle varmasti tuttu pullo, jonka suulle puhaltamalla syntyy ääntä, jonka taajuus riippuu pullossa olevan ilman tilavuudesta.
Resonaattorin resonanssitaajuus fres saadaan seuraavalla kaavalla, missä c on äänennopeus, A kaulan poikkipinta-ala, l kaulan pituus ja V pullon tilavuus. Itse asiassa kaulan ns. efektiivinen pituus on hieman pidempi, ja kaavassa tulisi käyttää korjattua pituutta l' = l + 0,8×(A)½ . Lisää kaavoituksia tulossa myöhemmin... Akustiikan taulukoitaSeuraavassa on taulukoitu eräitä akustiikan kannalta keskeisiä suureita. Luvut ovat peräisin varsin sekalaisista lähteistä, joten niihin tulee suhtautua asianmukaisella kriittisyydellä. Äänen nopeus väliaineessaÄänen nopeus on suure, joka riippuu väliaineesta sekä sen lämpötilasta. Luvut ovat varsinkin kiinteissä aineissa suuntaa antavia.
Taulukosta nähdään, että nopeus heliumissa on lähes kolminkertainen ilmaan nähden. Tämä selittää erään monelle tutun 'ilmapalloefektin', mutta en suosittele hengittämään mineraalivillaa miehisen bassoäänen saavuttamiseksi. AbsorptiokertoimiaAbsorptiolla tarkoitetaan materiaalin kykyä "imeä" ääntä. Absorptio on riippuvainen taajuudesta ja on pääsääntöisesti suurempi korkeilla taajuuksilla. Absorptiokertoimeen vaikuttaa myös mm. materiaalin paksuus, kosteus ja tiiveys, joten alla olevia kertoimia voidaan pitää vain suuntaa antavina.
Valittaessa vaimennusmateriaalia johonkin tiettyyn kohteeseen, löytyy valmistajalta yleensä tarkat tiedot myös absorptiokertoimista. Yleensä valmistaja on mitannut absorptiokertoimet standardinmukaisesti, jolloin ne ovat myös vertailukelpoisia muiden kanssa. IlmaääneneristävyyksiäIlmaääneneristävyys kuvaa rakenteen ääneneristävyyttä.
Ilmaääneneristävyys ilmoitetaan yleensä terssikaistoittain, mutta säästääkseni sormiani ja säilyttääkseni sivun havainnollisuuden, päätin laittaa tähän vain oktaavikaistoittain olevia arvoja. Saatan jossain vaiheessa kasata terssikaistoittain ilmoitettuja arvoja omalle sivulleen. Liikennemelun yhteydessä käytettävät spektrisovitustermitRakenteiden eristävyys tieliikennemelua (Rw + Ctr) sekä lento- ja raideliikennemelua (Rw + C) vastaan ilmoitetaan seuraavilla spektrisovitustermeillä painotettuna.
Jos halutaan esimerkiksi ilmoittaa ikkunan eristävyys tieliikennemelua vastaan, on mitattu ilmaääneneristävyys sovitettava oheisen taulukon mukaisesti, jonka jälkeen terssikaistoittain olevat arvot summataan yhdeksi arvoksi Rw + Ctr. PainotuskäyrätPainotuskäyrien A, B ja C arvot terssikaistoittain. A-painotus on tarkoitettu vastaamaan ihmisen kuuloaistia ja se on kaikkein yleisimmin käytetty painotus. B-painotusta käytetään erittäin harvoin. C-painotus vastaa lähestulkoon painottamatonta (useimmat mittaukset tehdään taajuusalueella 100 Hz - 3150 Hz). Painotuskäyrät on esitetty myös kuvassa oikealla.
Mittauksissa yleisimmin käytetty alue 100 Hz .. 3150 Hz on merkitty taulukossa lihavoidulla. On olemassa myös muita painotuksia, kuten D ja A sekä AU, mutta nämä ovat jääneet lähinnä kokeiluasteelle. D-painotusta suunniteltiin voimakkaalle lentomelulle ja AU- ja U- painotusta ultraäänille (AU on yhdistetty A- ja U-painotus). LaskentamenetelmiäAkustiset suureet ovat yleensä luonteeltaan logaritmisia, mikä saattaa johtaa melko monimutkaisiin laskelmiin. Tilanne on kuitenkin monesti yksikertaisempi kuin miltä se saattaa aluksi näyttää. Osassa menetelmiä on kuvattu perusidea ja joissain on jopa tarjolla (tai tulossa) laskentapohja, jota voi vapaasti hyödyntää. Desibelien peruslaskutoimituksetDesibeliarvoilla laskiessa on syytä muistaa, että ekvivalenttitaso ja äänialtistustaso ovat tehosuureita.
Päissäänlaskuaan voi helpottaa myös muistamalla, että:
Suoritettaessa kahden äänenpainetason yhteenlaskua, tarvitaan periaatteessa myös tietoa summattavien signaalien koherenssista. Mikäli signaalit eivät ole koherentteja eli toisistaan riippuvia tapahtuu kahden tason summaaminen viereisen kuvan mukaisesti. Laskelman voi suorittaa myös oheisella laskurilla. 10lg( ) Muiden kuin meluasioiden kanssa saatetaan joutua tekemisiin myös 20-lg-suureiden kanssa...
Jälleen päissäänlaskuaan voi helpottaa muistamalla, että:
20lg( ) ... ???
Äänen tehotason määrittäminenÄänen tehotasolla LW tarkoitetaan äänilähteen ympäristöönsä säteilemää äänitehoa.
EtäisyysvaimennusÄänen tehotaso LW: Etäisyys r: Suuntaavuus Q:
Ulkokuoren ääneneristävyysMikäli asuinrakennus sijaitsee alueella, jossa auto- tai lentoliikenteen aiheuttama melu saattaa aiheuttaa säädettyjen meluarvojen ylittymisen (päivällä 35 dB ja yöllä 30 dB), on rakennukselle tai sen osalle annettu kaavamääräys ulkokuoren ääneneristävyydestä. Kaavamääräyksessä vaaditaan, että ulkokuoren ääneneristävyyden täytyy olla tie-, raide- tai lentoliikennettä vastaan vähintään 30 .. 40 dB. Alle 30 dB määräys ei yleensä ole tarpeen. Yli 40 dB määräys on jo niin suuri ettei sitä voida yleensä saavuttaa tavanomaisilla ikkunarakenteilla. Oheisen laskentapohjan tila täyttää 40 dB kaavamääräyksen, mutta lisäämällä parvekeoven (2,0 m2) annetulla eristävyydellä (37 dB) kokonaiseristävyys heikkenee jo huomattavasti. Ikkunoissa ja ovissa eristävyydellä tarkoitetaan valmistajan ilmoittamaa liikennemeluun sovitettua ääneneristävyyttä ja laskelmissa on huomioitu niihin tehtävä 3 dB käyttökorjaus. Ikkunoiden ja ovien pinta-ala on itse vähennettävä ulkoseinän pinta-alasta. Kenttiä ei saa jättää tyhjiksi. Laskentapohjaa parannetaan kyllä jossain vaiheessa. Jälkikaiunta-aikaJälkikaiunta-ajalla T60 tarkoitetaan aikaa, jona tilan äänenpainetaso vaimenee miljoonasosaan (-60 dB) alkuperäisestä. IlmaääneneristävyysRw AskeläänilukuL'n,w Lait ja määräyksetÄäneneristävyyttä ja melua säätelevät erilaiset lait ja määräykset. Tässä yhteydessä on esitetty vain tiivistetyt versiot. Valitettavasti itselläni ei välttämättä ole hallussani uusimpia määräyksiä eikä niitä ole myöskään saatavana verkosta, joten osa tiedoista saattaa olla vanhentunutta. Valtioneuvoston päätös n:o 993/1992Valtioneuvosto on antanut päätöksen melutason ohjearvoista, jota sovelletaan maankäytön, rakentamisen ja liikenteen suunnittelussa sekä erilaisten lupamenettelyjen yhteydessä. Ohjearvot eivät koske ampuma- ja moottoriurheiluratojen aiheuttamaa melua eikä sitä sovelleta teollisuus-, katu- tai liikennealueilla eikä melusuoja-alueiksi tarkoitetuilla alueilla.
1 Sovelletaan uusille alueille. Päätös kokonaisuudessaan (Finlex) Rakentamismääräyskokoelma C1 (1998)Rakentamismääräyskokoelma uudistuu ja päivittyy aika ajoin ja akustiikan osalta viimeisin voimassa oleva on vuodelta 1998. Rakennuslupaa haettaessa rakennuksen on täytettävä sillä hetkellä voimassa olevat rakentamismääräykset. Lihavoidut arvot ovat määräyksiä, jotka ovat velvoittavia. Lihavoimattomat arvot ovat ohjeellisia, mutta tällöinkin ääniolosuhteiden tulee olla tilan käytöstä riippuen riittäviä. Pienimmät sallitut ilmaääneneristävyyden R'w arvot:
Suurimmat sallitut askelääniluvun L'n,w arvot:
Jälkikaiunta-ajan ohjearvot:
Luokkahuoneissa on erityisen tärkeää puheen ymmärrettävyys. Kuulovammaisille suunnitelluissa tiloissa jälkikaiunta-ajan tulee olla tavanomaista luokkahuonetta alhaisempi. Rakennuksen LVIS-laitteiden sekä niihin rinnastettavien laitteiden suurin sallittu äänitaso:
Eli naapurin WC:n huuhtelusta ei toimenpiteen aikana saa syntyä keittiöön ekvivalenttitasoa, joka ylittää 33 dB eikä äänitaso saa missään vaiheessa nousta yli 38 dB. LVIS-laitteisiin rinnastetaan mm. hissit, vesi- ja viemärilaitteet, kompressorit, jäähdytyslaitteet ja lämmityslaitteet, siis käytännössä kaikki talotekniset laitteet tarkasteltavan asunnon ulkopuolella. Hotelleihin Rakentamismääräyskokoelma C1 (1998) kokonaisuudessaan (Finlex) STM Asumisterveysohje 2003:1 (s. 35 - 43)Sosiaali- ja terveysministeriö on julkaissut ohjeen, jossa säädellään erilaisia asumisterveyteen liittyviä raja-arvoja. Tässä yhteydessä keskitytään ainoastaan ohjeen meluun liittyviin ohjeistuksiin.
Yöarvot koskevat pääsääntöisesti vain tiloja, joissa nukutaan. Matalataajuisella melulla tarkoitetaan taajuusalueella 10 - 200 Hz olevia ääniä. Muusta taustamelusta erottuvat matalataajuiset äänet saattavat tuntua erittäin häiritseviltä, joten niitä varten on annettu omat ohjearvot. Ohjearvot matalataajuiselle melulle terssikaistoittain.
Arvot ovat painottamattomia äänenpainetasoja vaikka joissain ohjeiden painoksissa toisin väitetäänkin. Päiväajan matalataajuiselle melulle voidaan soveltaa 5 dB korkeampia arvoja. Asumisterveysohje kokonaisuudessaan (STM 2003) EU direktiivi 2002/49/EY (Ympäristömeludirektiivi)Euroopan parlamentti ja Euroopan unionin neuvosto ovat antaneet 25.6.2002 päätöksen ympäristömelun arvioinnista ja hallinnasta. Direktiivissä melun haitallisuudelle on määritelty koko vuorokauden annosta kuvaava arvo eli ns. päivä-ilta-yö-melutaso Lden missä siis kokonaiskuormitusta arvioitaessa ilta-ajan arvoja korostetaan 5 dB ja yöajan arvoja 10 dB. Oletusarvoisesti päiväaika on 07.00-19.00, ilta-aika 19.00-23.00 ja yöaika 23.00-07.00. Tarkastelu- ja mittauspiste sijaitsee noin neljän metrin korkeudella maan pinnasta eikä se saa koskaan olla alle 1,5 metrin korkeudella. Myöskään tarkasteltavan rakennuksen ulkoseinästä heijastuvaa ääntä ei oteta huomioon, mikä tarkoittaa 3 dB korjausta mittaustulokseen.
Direktiivi
kokonaisuudessaan (html, josta puuttuu kuvat) Muut lait ja määräyksetMelua ja niiden aiheuttamia haittoja käsitellään myös mm. ympäristönsuojelu-, työsuojelu- ja ajoneuvolaissa sekä liikenteeseen liittyvissä asetuksissa. Lakien ja asetusten lisäksi myös kunnalliset järjestyssäännöt sekä ympäristökeskusten antamat määräykset on syytä pitää mielessä. Maalaisjärjen käyttö ei myöskään ole koskaan kiellettyä.
Ympäristönsuojelulaki
4.2.2000/86 LuokituksetJoskus tarvitaan parempia akustisia ominaisuuksia kuin voimassa olevat lait ja rakennusmääräykset edellyttävät. Tällöin voidaan käyttää vertailukohtana standardinmukaista akustista luokitusta. SFS 5907 Rakennusten akustinen luokitus (2004)Rakennusten akustinen luokitus SFS 5907 on suomalainen standardi, jossa rakennukset on jaettu neljään eri kriteerit täyttävään akustiseen luokkaan A, B, C ja D. A-luokka vastaa akustiikaltaan parasta tilaa, C-luokka vastaa nykyisiä rakennusmääräyksiä ja ohjearvoja. D-luokka on lähinnä ennen nykyisiä määräyksiä rakennetuille rakennuksille, mikäli niitä on tarvetta luokitella niiden akustisten ominaisuuksien osalta. Ohessa on esitetty hieman tiivistetysti keskeisimmät akustiset suureet ja niiden raja-arvot kullekin luokalle.
Myös Asumisterveysohjeessa annettujen ohjearvojen koskien matalataajuista
melua sekä asuntoihin kuuluvaa musiikkimelua on toteuduttava.
Vaativimmissa luokissa (A ja B) mittausalue on siirretty alkamaan 50 Hz
taajuuskaistasta, kun normaalisti tarkastellaan taajuusaluetta 100 - 3150 Hz.
Luokkien A ja B raja-arvot ovat siis samat ja 4..5 dB
rakentamismääräyskokoelman mukaisen luokan C arvoja tiukemmat.
Varsinkin luokan A raja-arvot asuinhuoneissa saattavat osoittautua hankaliksi (tai kalliiksi) toteuttaa.
Luokituksesta tulee lisää tekstiä jossain vaiheessa... Lähteitä ja kirjallisuutta
Laskentapohjat on tehty harrastusmielessä ja kaikki vastuu niiden hyödyntämisestä jää käyttäjälle. Mikäli haluat virallisen laskelman esimerkiksi rakennuksen ulkoseinän ääneneristävyydestä, kannattaa se teettää akustiikan ammattilaisella. Ääniä on kuunneltu viimeksi 20.11.2022. |