Yhteys
 
Yhteystiedot
Saint-Gobain Finland Oy / Gyproc

Päävalikko

Olet täällä

Akustiikan käsitteitä

Ääni

Ääni on jossakin väliaineessa, tavallisesti ilmassa, etenevää värähtelyä. Kun kappale saatetaan värähtelemään, se aiheuttaa ilmassa paineenvaihtelua. Tämä tapahtuu äänilähteen värähtelyn tahdissa. Ihminen kuulee äänilähteen, kun se värähtelee nopeammin kuin 16-20 kertaa sekunnissa. 

Ihminen havaitsee äänen kuuloaistinsa avulla. Ärsyke korvaan saapuu ilman välityksellä. Tärkein äänen muoto onkin ilmaääni eli ilmassa esiintyvä paineen vaihtelu, joka etenee aaltoliikkeenä. Ääni etenee ilmassa n. 340 m/s. Vaikka etenemisliike tapahtuu ilmahiukkasten tihentyminä ja harventumina, ei hiukkasten liike ole yhtä nopeaa. Ilmamolekyylit eivät kulje ääniaallon mukana, vaan värähtelevät äänilähteen tahdissa paikoillaan. Ääniaalto heikkenee ja muuntuu edetessään. Siksi korvan tärykalvolle saapuva aaltoliike on aina erilaista kuin äänilähteen värähtely. Mitä pitempi aallonpituus äänellä on, sitä paremmin ääniaalto pystyy etenemään. Mitä matalampi ääni on, sitä kauemmas se kuuluu.

Jos ilmassa esiintyvät paine-erot ovat hyvin pieniä, ihminen ei kuule ääntä. Paine-eron tulee olla vähintään 0,00002 (Pa), jotta hyvin hiljainen ääni olisi kuultavissa. Tätä rajaa kutsutaan kuulokynnykseksi. Äänen paine ilmaisee äänen voimakkuuden. Tavallisesti äänen voimakkuuden mittana käytetään kuitenkin yhden neliömetrin pinta-alalle kohdistuvaa äänitehoa eli äänen intensiteettiä. Kuulokynnystä vastaava äänen intensiteetti on yksi pikowatti/m2 eli 10 - 12 W/m2.

Ihmisen kuuloalue on hyvin laaja. Lisäksi kuulohavainnon muutos on aina samansuuruinen, kun intensiteetti tehdään yhtä moninkertaiseksi. Tästä syystä äänen voimakkuus ilmoitetaankin suhteellisella (logaritmisella) asteikolla desibeleissä.

Kansainvälisesti on standardoitu mittareille painotuskäyrät, jotka sopivasti mukailevat ihmisen kuulo-ominaisuuksia. Yleensä tulee kysymykseen A-taajuuspainotus.

Taajuus

Jotta ihminen havaitsisi ilmanpaineen vaihtelun äänenä, tulee vaihtelun taajuuden olla riittävän suuri, noin 16 kertaa sekunnissa eli 16 Herziä (Hz). Jos taajuus kasvaa hyvin suureksi, yli 16 000 Hz, ääni muuttuu ultraääneksi, jota ihminen ei kuule. Ihmiskorva on herkimmillään taajuusalueella 2000-6000 Hz. Tälle alueelle sijoittuvat monet hälytys- ja varoitusäänet. Tämän alueen korostaminen parantaa myös puheen selkeyttä. Taajuusalueen vaimentaminen puolestaan muuttaa puheen epäselväksi ja mumisevaksi.

Taajuus ilmoittaa äänen korkeuden eli sävelkorkeuden. Kuulon taajuustajunta on hyvin herkkä taajuussuhteessa. Voidaan siis melko tarkasti kuulla, onko sointi "puhdas". Musikaalinen skaala on siis melkein matemaattinen eli logaritminen.

Musiikin jaksot ilmoitetaan oktaaveissa, jotka vastaavat taajuuden kaksinkertaistamista kaistoittain. Akustiikan mittausjärjestelmät perinteisesti perustuvat oktaavikaistojen keskitaajuuksiin 125, 250, 500, 1000 Hz jne.

Taustamelu

Taustamelulla tarkoitetaan ei-informatiivisia, kommunikaatioon kuulumattomia ääniä, kuten ilmastointi- tai liikennemelua. Melu voi olla myös tilassa olevien ihmisten puhetta tai huonekalujen siirtelystä aiheutuvaa ääntä. Yleensä suunnittelutavoitteeksi kannattaa asettaa alle 20 dB taustamelutaso.

Yksi puheen erotettavuuteen vaikuttavista tekijöistä on taustamelutaso eli signaalimelusuhde (S/N). Se ilmaisee esim. puheen ja taustamelun välisen suhteen, ja tarkoittaa, kuinka suuri osa kuullusta äänestä on toivottua puhetta. Hyvän puheen erotettavuuden saavuttamiseksi signaalin tulisi olla 15 dB taustamelua voimakkaampaa. Kuulovammainen saattaa tarvita taustamelua 20 dB voimakkaamman signaalin.

Kohonnut taustamelu alentaa tuottavuutta ja aiheuttaa väsymystä. Siksi yksityisyyttä ei tule tavoitella esimerkiksi ilmastointimelua lisäämällä. Toisaalta avotoimisto-olosuhteissa on tärkeää ymmärtää, että tasainen taustamelutaso on tärkeä osa tavoiteltavaa huonoa puheenymmärrettävyyttä. Hyvä akustiikka tarkoittaa sopivaa jälkikaiunta-aikaa, taustamelutasoa ja ääneneristystä. Toivottuja ääniä halutaan korostaa, kun taas häiriöäänet halutaan vaimentaa.

Äänen heijastus eli kaikuminen

Kun ääniaalto osuu täydellisen tasaiseen pintaan, heijastuu se samassa kulmassa virheettömänä takaisin. Kaikki epäsäännöllisyys vaikuttaa äänen heijastukseen. Käytännössä lähes kaikki heijastavat pinnat ovat kuitenkin jonkin verran absorboivia ja hajottavia. Heijastavat pinnat ovat yleensä massiivisia, sileitä pintoja.

Pintamateriaaleja, jotka hajottavat ääniä, sanotaan diffuusoreiksi. Näitä käytetään, jotta vältyttäisiin suorilta heijastuksilta. Periaatteessa kaikki tasaiset pinnat ovat jonkin verran hajottavia, varsinkin diskanttialueella. Pintojen hajottavuusaste riippuu esteiden koosta verrattuna aallonpituuteen. Pinnassa on oltava suuria epätasaisuuksia, jotta se olisi hajottava bassoalueella. Myös bassovaimentavat levyrakenteet ovat jonkin verran bassohajottavia.

Kohdatessaan ohuen levyrakenteen, kuten Gyptone-levyn, osa ääniaallon energiasta jää levyrakenteeseen ja osa heijastuu pinnasta takaisin. Takaisinheijastukseen vaikuttaa sileä levyn osuus sekä levyrakenteen taustatila.

Äänen vaimennus

Vaimentavissa pintamateriaaleissa osa ääniaallon energiasta imeytyy niiden pintaan. Pinnan absorptio-ominaisuudet riippuvat usein hyvin paljon taajuusalueesta.

Esimerkiksi ohuet, alle 100 mm huokoiset pinnat vaimentavat hyvin keskialueella ja diskanttialueella, mutta heikosti bassoalueella.

Voidaan sanoa, että kaikki materiaalit omaavat vaimennusominaisuuden ja siten niille on määriteltävissä vaimennuskerroin. Absorptiokerroin erilaisille materiaaleille kertoo, miten paljon suhteellisesti energiaa jää materiaaliin. Tarkemmin määriteltynä pinnasta palaamatta jääneen ja pintaan kohdistuneen äänitehon suhde. Absorptiokerroin voi olla korkeintaan 1.

Tyypillinen resonaattorirakenne, kuten rei'itetyt Gyptone-kipsilevyt, vaimentavat usein tehokkaasti keskitaajuus- ja bassotaajuusalueilla. Vaimennusominaisuudet määräytyvät reiän koon, taustavaimennuksen ja rei'itysalan perusteella. Myös sileät levyt vaimentavat bassoalueella niille ominaisen resonanssitaajuuden mukaisesti. Levyjen resonanssitaajuus pääasiallisesti riippuu materiaalin painosta, jäykkyydestä ja taustatilasta.

Kaikki rakennusosat ja niiden pinnat ovat enemmän tai vähemmän vaimentavia ja ovat siten määrittämässä huoneen kokonaisvaimennusta. Monissa tapauksissa on suositeltavaa käyttää vaimentavaa tuotetta, jolla on laaja vaimennusalue ja siten vaimentaa kohtuullisesti koko taajuusalueella 125 - 4000 Hz.