Ääneneristys

Seinän tai lattian läpäistessään ääni saa yleensä koko rakenteen värähtelemään. Värähtely aiheuttaa uusia, vaimeampia ääniaaltoja rakenteen toisella puolella. Kun ääni siirtyy huoneeseen saman rakennuksen toisesta huoneesta tai rakennuksen ulkopuolella olevasta äänilähteestä, sitä kutsutaan äänen läpäisyksi.

Ilmaääneneristävyys, R dB, kuvaa seinän, lattian, oven tai muun esteen kykyä estää ääntä läpäisemästä sitä. Ilmaääneneristävyys vaihtelee taajuuden mukaan ja yleensä suurenee taajuuden kasvaessa. Sen mittayksikkö on desibeli (dB). Mitä suurempi desibeliarvo on, sitä paremmin se estää ei-toivotun melun läpipääsyä.

Rakennuksissa käytetään kahdenlaista ääneneristystä: ilmaäänen ja askeläänen eristystä. Ilmaäänen eristystä käytetään suoraan ilmaan tuotetun äänen eristämiseen, ja sitä kuvataan ilmaääneneristysluvulla. Askeläänen eristystä käytetään kelluvissa lattioissa, ja sitä kuvaa äänenpaineen taso lattian alapuolisessa huoneessa.

 

Sound insulation 

 

  1. Suora äänen läpäisy 
  2. Sivutiesiirtymä
  3. Läpi kuuluminen 
  4. Vuotaminen

A) Ilmaäänen eristys

 

Kun ääniaalto kohtaa kahden tilan välisen esteen, osa siitä heijastuu ja osa siirtyy esteen läpi.

R = 10log10 W1/W2

   R (dB) W1/W2   
 Airborne sound insulation
10 10 
20  100 
30  1 000 
40 10 000 
50 100 000
60  1 000 000


Yksinkertaisissa seinärakenteissa, kuten homogeenisessa betoniseinässä, äänen läpäisy noudattaa massalakia: mitä massiivisempi rakenne, sitä vähemmän ääni läpäisee sitä.

Kevyissä monikerroksisissa rakenteissa, kuten kipsilevyseinissä, pätee jousi-massalaki. Kaksinkertaisen seinän äänieristys paranee, jos siinä käytetään jousena tehokkaasti absorboivaa materiaalia. Mitä leveämpi on ilmaväli, sitä suurempi hyöty kivivillalla saavutetaan. Täyttämällä ilmaväli R-arvoa voidaan yleensä suurentaa 5–10 dB täyttämättömään ilmaväliin verrattuna. Oheisessa kuvassa esitetään yksinkertainen ja kaksinkertainen seinärakenne, joiden kokonaispaino on sama.



Ilmaääneneristysluku R:n laskenta perustuu eri taajuuksilla saatuihin koetuloksiin. Tuloksista piirretään kuvaaja viitekuvaajaa vasten 100 ja 3150 hertsin välille kolmasosaoktaavin välein. Jos mittaukset tehdään paikan päällä (oikeassa rakennuksessa), arvoja merkitään tunnuksella R'. Standardikoemenettely määritellään standardissa EN ISO 140, jossa kuvaillaan standardimenetelmät sekä laboratorio- että kenttämittauksille.

Laboratorio- ja kenttämittausten tulosten dB-arvojen erot voivat olla huomattavia rakenteiden detaljeista ja työn laadusta riippuen.

Jos väliseinässä on erityyppisiä osia – esimerkiksi äänenläpäisyltään erilaisia ovia ja ikkunoita – on laskettava ilmaäänieristysluvun kokonaisarvo.

Reikien ja rakojen ilmaääneneristysluku on lähes 0 dB. Reiät ja raot voivat siten vaikuttaa huomattavasti esimerkiksi seinien välisissä liitoksissa, tiivistämättömien ovien ja ikkunoiden kohdalla ja kaikissa väliseinien aukkokohdissa. Kun akustisesti absorboivaa materiaalia lisätään rakoihin, se suurentaa niiden ilmaäänieristyslukua.

Painotettu ilmaääneneristysluku Rw

Kun määritetään väliseinän yleisiä akustisia ominaisuuksia, voi olla käytännöllistä kuvailla äänieristystä yhdellä luvulla. Painotettu ilmaääneneristysluku, Rw, on standardissa EN ISO 717-1 kuvailtu luokittelumenetelmä. Tämä standardi sopii mitatun ilmaääneneristysluvun kuvaajan standardiviitekuvaajaksi. Standardissa EN ISO 717-1 kuvaillaan myös luokittelumenetelmä, jossa Rw-arvoa täydennetään kahdella C-termillä, joita käytetään kahdessa erityyppisen melun meluspektrien mallissa. Nämä kaksi termiä, Rw + C ja Rw + Ctr, sisältävät myös taajuusalueen 100–3150 Hz, mutta se voidaan laajentaa alueeksi 50–5000 Hz. Koska teollisuus- ja liikennemelu on usein voimakasta ja taajuudeltaan alle 100 Hz, suositellaan käyttämään laajennettua taajuusaluetta.

Yhteenvetoarvo, Rw + C, ilmaisee melun vähenemisen dBA:na spektrille, jossa taso on sama kaikilla kolmasosaoktaavikaistoilla. Tätä voidaan käyttää hyväksi:
  •  asumisessa (puhe, musiikki, radio, TV) 
  •  keskinopeassa ja nopeassa rautatieliikenteessä 
  •  valtateiden autoliikenteessä, jossa liikenteen nopeus on yli 80 km/h 
  •  suihkukoneiden läheisyydessä 
  •  tehtaissa, joiden aiheuttama melu on keski- tai korkeataajuista

Yhteenvetoarvo Rw + Ctr ilmaisee myös vaimentumisen dBA:na spektrille, jossa on pääasiassa matalia taajuuksia, kuten 

  •  kaupunkien katuliikenne 
  •  hitaasti liikkuva rautatieliikenne diskomusiikki 
  •  pääasiassa matala- ja keskitaajuista melua aiheuttavat tehtaat

B) Askelääneneristys

Ilmaäänilähde aiheuttaa ympäröivässä ilmassa värähtelyä, joka leviää ja saa vuorostaan ympäröivät seinät ja lattiat värähtelemään. Askeläänilähde aiheuttaa värähtelyä suoraan elementissä, johon voima kohdistuu. Nämä värähtelyt leviävät elementin koko alueelle ja siihen yhteydessä oleviin elementteihin, kuten sisäseiniin, ulkoseinien sisäpuoliin ja lattioihin. Elementtien värähtely saa niitä ympäröivän ilman värähtelemään mikä aiheuttaa ääntä.

Lattioiden tulee vaimentaa ilmaääntä ja myös askelääntä, jos lattian alapuolella on asunto. Raskaan, kiinteän lattian ilmaäänenvaimennus perustuu lattian massaan, ja pehmeä päällyste vähentää lattiaan kohdistuvaa askelääntä.

Kelluvassa lattiassa on kerros erittäin joustavaa materiaalia, joka suurimmaksi osaksi eristää lattian kävelypinnan sen pohjasta. Tämä kerros eristää sekä ilma- että askelääntä. 

  • On tärkeää valita sopiva materiaali ja varmistaa, etteivät mitkään jäykät siltarakenteet, kuten kiinnitykset ja putket, pääse heikentämään eristysvaikutusta.
  • Ilmavälejä on vältettävä, myös kutistumisesta aiheutuvia. Rakenteen huokoiset materiaalit ja liitosten välit on tiivistettävä. 
  • Myös resonanssia on pyrittävä estämään. Sitä voi esiintyä, jos jokin rakenteen osa (kuten levypinta) värähtelee voimakkaasti tietyllä taajuudella (äänenkorkeudella) ja välittää tällä korkeudella enemmän energiaa.

Askelääneneristys lasketaan askeläänikojeella saatujen äänenpainemittaustulosten perusteella. Tulokset esitetään kuvaajana, jossa on taajuudet 50–5000 Hz.

Kun lasketaan yksilukusuuretta L n,W tai L’n,W, 16 taajuuden tasoja verrataan standardikuvaajaan samalla tavalla kuin äänieristyslukua laskettaessa. Ainoa ero on se, että tässä tapauksessa saatu kuvaaja poikkeaa standardikuvaajasta ylöspäin. Ln mitataan laboratoriossa ja L’n kentällä. Kummassakin tapauksessa (Ln ja L’n ) pienet lukemat merkitsevät hyvää askelääneneristystä.

Jos lattiassa on puisia palkkeja, askelääneneristyksen määrittämiseen tarvitaan kaksi spektrisovitustermiä, Ci,100-2500 ja Ci,50-2500. Laboratoriossa ja kentällä saatujen tulosten erot johtuvat rakennuksissa esiintyvästä sivutiesiirtymästä. Rakennuksissa ääni siirtyy suunniteltavan rakenteen – esimerkiksi lattian – kautta mutta myös kyseiseen lattiaan yhteydessä olevien rakenteiden kautta.

Dynaaminen jäykkyys

Dynaaminen jäykkyys on erittäin tärkeä huokoisten materiaalien ominaisuus. Tämä pätee erityisesti silloin, kun materiaali asennetaan suoraan kahden kiinteän kerroksen väliin (sandwichelementit, kelluva lattia). Mineraalivillan dynaaminen jäykkyys esitetään yksikköä kohti MN/m3, koska mineraalivillaeriste on yleensä yhtenäinen.

PAROC-kivivilla koostuu kiinteästä aineesta ja ilmasta. Kun sitä käytetään joustavana kerroksena, dynaaminen jäykkyys on määritettävä erikseen sekä mineraalikuiduille että ilmalle. Tällöin dynaaminen jäykkyys = sd + sa (sd on materiaalin jäykkyys ja sa on mukana olevan ilman jäykkyys).

Kelluvassa lattiassa betonikerroksen alla käytettävän kivivillan dynaaminen jäykkyys on testistandardien mukaan ilmoitettava kuormitukselle 200kg/m2. Mitä pienempi on dynaaminen jäykkyysarvo, sitä parempi askelääneneristys.

Askelääneneristeinä käytettävät kivivillatuotteet on erityisesti suunniteltu lattioita varten. Niiden kuituorientaatio on pääosin vaakasuuntainen, toisin kuin esimerkiksi kattoeristelevyissä tai alapohjan eristelevyissä. Vaakasuuntaiset kuidut estävät tehokkaammin äänen läpäisyä. Lattiassa ero saattaa olla 5 dB tai enemmänkin. Tämä tarkoittaa yhden luokan suuruista eroa.


Jousi-massajärjestelmä

Kelluva lattia perustuu jousi-massajärjestelmään. Mitä pehmeämpi on jousi, sitä parempi värähtelynvaimennus. Sama pätee massaan – mitä painavampi, sitä parempi. Jos välipohja ei ole raskas, kelluva lattia ei toimi, koska jousi-massajärjestelmä muuttuu. Käytännössä välipohjan on oltava viisi kertaa painavampi kuin kelluva lattia.

Askelääneneristystä mitataan standardoidulla askeläänikojeella. Hyvään askelääneneritykseen L’ n,w tarvitaan:

Betoni ja kelluva lattia: 
  • raskas välipohja 
  • pehmeä ja joustava välikerros raskas kelluva lattia


    Ihanteellinen jousi-massajärjestelmä:

The ideal mass spring system




Siirtymänsä äärikohdissa massa on levossa eikä sillä ole liike-energiaa. Samaan aikaan jousi on äärimmilleen puristunut, joten kaikki järjestelmän mekaaninen energia on varastoituneena siihen potentiaalienergiana. Kun massa liikkuu ja saavuttaa jousen tasapainoaseman, kaikki järjestelmän mekaaninen energia on muuttunut potentiaalienergiasta liike-energiaksi.

Kaikki värähtelevät järjestelmät muodostuvat tällaisesta energiaa varastoivan ja energiaa kuljettavan komponentin vuorovaikutuksesta.

Jousi-massajärjestelmän taajuutta (Hz, eli värähdysten lukumäärä aikayksikössä) kuvataan kaavalla

Spring system frequency

jossa k on jousivakio (mineraalivilla) ja m on massa (välipohja). Mitä pienempi on f:n arvo, sitä parempi eristys. Siten massaa lisäämällä tai jousivakiota pienentämällä voidaan saada paras mahdollinen tulos.

C) Sivutiesiirtymä

Sivutiesiirtymä on monimutkainen äänenvälittymisprosessi. Siinä äänilähteestä peräisin oleva värähtely siirtyy rakennuksen muihin huoneisiin yleensä rakennuksen rakenne-elementtien välityksellä. Esimerkiksi kun teräsrunkoisen rakennuksen runko alkaa värähdellä, äänen siirtyminen voi olla voimakasta.

Rakennuksessa osa äänen siirtymisestä kahden huoneen välillä voi tapahtua viereisen rakennuselementin kautta. Tällainen elementti voi olla esimerkiksi ulkoseinä tai sisäkatto. Tämän estämiseksi valmistajan ohjeita on noudatettava huolellisesti. Oheisessa kuviossa esitetään tavallisimmat ulkoseinäratkaisut.

 Flanking transmission
Ratkaisumalleja sivutiesiirtymäriskin minimoimiseen

Sivutiesiirtymän estämiseksi elementtien ääniominaisuuksilta edellytetään yleensä tiettyä turvamarginaalia.