Äänenvaimennus

Huoneakustiikka kuvaa äänen käyttäytymistä tilassa. Tällöin siis kuuntelija ja äänilähde ovat samassa huoneessa. Jos huoneen pinnat (seinä, katto ja lattia) eivät juuri lainkaan absorboi eli vaimenna ääntä, ääni kimpoilee pinnasta toiseen ja kestää kauan, ennen kuin se vaimenee kokonaan. Kuuntelijan on tällaisessa huoneessa vaikea saada selvää puhujan sanoista. Hän kuulee suoran äänen lisäksi pinnoista yhä uudelleen heijastuvat ääniaallot.

Jos sen sijaan pinnat on päällystetty ääntä absorboivalla materiaalilla, heijastunut ääni vaimenee paljon nopeammin ja kuuntelija kuulee vain suoran äänen. Myös huoneen yleinen äänitaso alenee.

Room acoustics sound absorption

 

Materiaalin ääniabsorptio-ominaisuuksia kuvataan ääniabsorptiokertoimella α (alfa) taajuuden funktiona. Alfan (α) pienin arvo on 0 ja suurin 1,00 (täydellisestä heijastumisesta täydelliseen absorptioon).

Äänenvaimentimet voidaan jakaa kolmeen pääryhmään: 

  • Huokoiset vaimentimet
  • Resonanssivaimentimet
  • Erilliset vaimentimet

Huokoiset vaimentimet

Kivivilla on hyvä esimerkki huokoisesta vaimentimesta. Kun ääniaalto läpäisee mineraalivillan, äänienergia muuttuu kitkan kautta lämmöksi.

Materiaalin paksuus vaikuttaa merkittävästi sen äänenvaimennusominaisuuksiin. Korkeat taajuudet (yli 500 Hz) ovat helpompia käsitellä ja niihin riittää 30–50 millimetrin paksuinen kivivilla. Alle 500 hertsin äänet ovat hankalampia, joten niitä varten tarvitaan paksumpia kivivillalevyjä. Materiaalin paksuutta voidaan myös kompensoida akustisen katon tai seinäelementin taakse sijoitettavalla ilmavälillä. Se parantaa matalataajuisen äänen eristystä.

On erittäin tärkeää, ettei näitä äänenvaimentimia päällystetä ilmatiiviillä kerroksella, kuten höyrynsululla tai maalilla. Se heikentäisi vaimennusominaisuuksia olennaisesti. Ilmatiiviin kerroksen vaikutus esitetään oheisessa kuvassa (katkoviiva).

Seuraavassa taulukossa esitetään käytännön absorptiokertoimia joillekin materiaaleille:

Oktaavikaista (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
Betoni

0,02

0,02 

0,02 

0,02 

0,03 

0,04 

Kipsilevy koolauksessa

0,2

0,15

0,1

0,08

0,05

0,05

Ikkunat

0,35

0,25

0,18

0,12

0,07

0,04

50-mm mineraalivillalevy*

0,2

0,65

1,0

1,0

1.0

1,0

100-mm mineraalivillalevy*

0,45

0,9

1,0

1,0

1,0

1,0

* kiinni taustassa

Resonanssivaimentimet

Resonanssivaimentimet koostuvat mekaanisesta tai akustisesta värähtelyjärjestelmästä. Yksi esimerkki on levyresonaattori: kiinteä levy, jonka takana on ilmatiivis tila. Absorptio saavuttaa huippunsa resonanssitaajuudella. Jos ilmatila täytetään huokoisella materiaalilla, kuten kivivillalla, absorboituva taajuusalue laajenee.

Erilliset vaimentimet

Tähän luokkaan kuuluvat pöydät, tuolit, ihmiset jne. Näiden absorptiota kuvataan Sabinen kaavassa yleensä yksiköllä m2 per kohde.
Huoneen jälkikaiunta-aika ilmaisee, miten pitkään äänen vaimeneminen huonetilassa kestää. Se määritellään yleensä ajaksi, jonka kuluessa äänenvoimakkuus alenee miljoonasosaan alkuperäisestä eli se laskee 60 dB.

Normaalin kovaäänisen kättentaputuksen voimakkuus on noin 100 dB (SPL) ja kuiskauksen noin 40 dB. Huoneen jälkikaiunta-aika on siksi helppo arvioida taputtamalla käsiä ja kuuntelemalla, miten kauan voi vielä kuulla taputuksesta peräisin olevaa ääntä. Tämä onnistuu, jos huone on mitoiltaan normaali ja huoneessa on melko hiljaista.

Pienessä huoneessa tai hallissa (tilavuus alle 1000 m3), jossa äänikenttä on diffuusi ja keskimääräinen absorptio alle 0,3, voidaan jälkikaiunta-ajan laskemiseen käyttää empiiristä Sabinen kaavaa:

RT = 0,16 • V / A

T = jälkikaiunta-aika, s
V = huoneen tilavuus, m3
A = (Σ pinta-ala (S) x α) = huoneen absorptioala, m2

Huoneen A absorptioala on kaikkien pinta-alojen S summa kerrottuna absorptiokertoimella α.
Oletetaan esimerkiksi, että luokkahuoneen haluttu jälkikaiunta-aika on 0,8 sekuntia, luokkahuoneen mitat ovat 6 x 10 x 3 m ja on tarkoitus käyttää 45 m2 absorboivaa kattomateriaalia. Mikä pitää tuotteen absorptiokertoimen olla? Ratkaisu: A = 0,16 • V/T = 0,16 • 180/0,8 = 36 m2. α = 36/45 = 0,8.

Tilan optimaalinen jälkikaiunta-aika riippuu huoneen koosta, materiaaleista ja käyttötarkoituksesta. Kaikki tilassa oleva voi myös vaikuttaa jälkikaiunta-aikaan, kuten ihmiset ja huonekalut.

Puheeseen tarvitaan lyhyempi jälkikaiunta-aika kuin musiikkiin. Jos jälkikaiunta-aika on liian pitkä, puheesta voi olla vaikea saada selvää. Toisaalta liian lyhyt jälkikaiunta-aika vaikuttaa haitallisesti äänensävyyn ja voimakkuuteen.

Suurten teollisuustilojen meluntorjunta

Yli 1000 m3:n kokoisissa teollisuushalleissa tilan korkeus on yleensä huomattavasti hallin pituutta ja leveyttä pienempi. Tällöin korkeus ja se, kuinka tiheään kalusteet sijoitetaan, vaikuttavat suuresti äänikenttään. Tällaisessa hallissa äänikenttä ei yleensä ole diffuusi. Siksi jälkikaiunta-aikaa ei kannata laskea Sabinen kaavalla.