Kaksinkertaisen seinärakenteen ääneneristävyys - Centria tutkimus ...
Kaksinkertaisen seinärakenteen ääneneristävyys - Centria tutkimus ...
Kaksinkertaisen seinärakenteen ääneneristävyys - Centria tutkimus ...
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen<br />
ääneneristävyys<br />
- laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius, Mika Lindgren<br />
45 x 120 puu<br />
LR 120 mm<br />
TC 125 mm<br />
AWS 125 mm<br />
TYÖYMPÄRISTÖTUTKIMUKSEN RAPORTTISARJA 1<br />
Työterveyslaitos, 2002
2<br />
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
JULKAISUTIEDOT<br />
Julkaisu: Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1, Työterveyslaitos, 2002<br />
ISBN 951-802-520-7, ISSN 1458-9311<br />
Kirjoittajat: Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
Otsikko:<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
PROJEKTITIEDOT<br />
Tutkimusprojekti: Seinärakenteiden ääneneristävyyden laskentamallit – ERVE<br />
Ohjelma/muu tieto: Tekesin Värähtelyn ja äänenhallinnan teknologiaohjelma, VÄRE<br />
Vastuullinen osasto: Turun aluetyöterveyslaitos, Ilmastointi- ja akustiikkalaboratorio<br />
Rahoittajat: Tekes, TTL, Kvaerner-Masa Yards Oy, Rannila Steel Oy, NSM Oy<br />
Projektin kesto: 11/1999 - 10/2002 TTL projektinumero: 305017<br />
Painopäivämäärä: joulukuu 2002 Julkaisuvapaa: 1.7.2002<br />
Sivuja: 53 Painos: 2<br />
TIIVISTELMÄ<br />
Rakennusosien ilmaääneneristävyys on otettava huomioon, kun suunnitellaan viihtyisiä ja<br />
toimivia työ- ja asuinrakennuksia. Perinteisesti ääntä on eristetty paksuilla massiivisilla<br />
seinärakenteilla. Kun halutaan keveitä ja hyvin ääntä eristäviä seinärakenteita, päädytään<br />
kaksinkertaisiin tai monikerroksisiin seinärakenteisiin, joissa levykerrosten välissä on<br />
ilmavälejä. Haluttaessa optimoida tällaisen seinärakenteen ääneneristävyys, pitää tuntea<br />
erityisen hyvin levyjen väliseen kytkentään vaikuttavat tekijät.<br />
Tässä tutkimuksessa pyritään antamaan selkeä käsitys siitä, miten kaksinkertaisen<br />
seinärakenteen ilmavälissä tehtävät muutokset vaikuttavat ilmaääneneristävyyteen. Tutkittavia<br />
parametreja olivat mm. ilmavälin paksuus, absorptiomateriaalin määrä ja ominaisuudet,<br />
rankojen määrä, paksuus ja jäykkyys, sekä ruuvausjako levyn ja rangan välillä. Kullekin<br />
parametrille valittiin kohtalainen määrä riittävän erilaisia arvoja, jolloin saatiin havainnollisia<br />
parametrisia testisarjoja. Ääneneristävyysmittauksia tehtiin yhteensä 68 kappaletta<br />
Työterveyslaitoksen akustiikkalaboratoriossa Turussa. Kaikissa rakenteissa pintalevyinä<br />
käytettiin 2 mm teräslevyä. Absorptiomateriaalina käytettiin eri tiheyksisiä mineraalivilloja.<br />
Rankoina käytettiin 4 eri jäykkyyksistä teräsrankaa sekä eri paksuisia puurankoja.<br />
Kun kyseessä olivat kytkemättömät seinärakenteet (erillisrankaseinät), tärkeimmiksi<br />
parametreiksi osoittautuivat ilmavälin paksuus ja absorptiomateriaalin määrä. Kun kyseessä<br />
olivat kytketyt seinärakenteet (ranka kytkee seinäpuoliskot toisiinsa), tärkeimmiksi<br />
parametreiksi osoittautuivat rangan tyyppi ja ruuvausjako. Puurangan paksuudella ei ollut<br />
käytännössä mitään vaikutusta. Ennakoitua vähemmän merkitsi myös rankojen välinen<br />
etäisyys. Sillä oli käytännön merkitystä vain alueella 100-200 Hz kun rankajako oli pieni.<br />
Tällöin pintalevy rupesi voimakkaasti resonoimaan.<br />
Tutkimustuloksista on hyötyä kehitettäessä seinärakenteita ja haluttaessa ymmärtää<br />
kaksoisseinärakenteiden ääneneristävyyskäyttäytymistä. Tuloksia voidaan soveltaa<br />
seinärakenteiden lisäksi ovi-, siirtoseinä- ja ikkunarakenteille sekä keveille välipohja-, kattoja<br />
fasadirakenteille.<br />
3
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002<br />
ESIPUHE<br />
Työterveyslaitoksen ilmastointi- ja akustiikkalaboratoriossa Turussa toteutettiin<br />
vuosina 1999-2002 <strong>tutkimus</strong>hanke "Seinärakenteiden ääneneristävyyden<br />
laskentamallit." Tutkimushankkeen päätavoitteena oli koota yhteen ja validoida<br />
olemassa olevat ilmaääneneristävyyden ennustemallit koskien kaksikerroksisia<br />
kevyitä seinärakenteita sekä kehittää uusi malli, joka olemassaolevia paremmin<br />
ottaa huomioon kaksinkertaisen seinärakenteen kaikki akustiset parametrit.<br />
Tutkimuksen rahoittivat Tekes, Työterveyslaitos, Rannila Steel Oy, Kvaerner-<br />
Masa Yards Oy, NSM Oy ja vuosina 1999-2000 myös Käefer Oy. Tutkimus oli<br />
osa Tekesin VÄRE 1998-2002 ohjelmaa. Tutkimuksen toteuttivat<br />
Työterveyslaitoksella Turussa erikoistutkija Valtteri Hongisto,<br />
laboratorioinsinööri Mika Lindgren ja tutkija Riikka Helenius. Lisäksi hankkeessa<br />
olivat osittain mukana <strong>tutkimus</strong>apulainen Esa Nousiainen, apulaistutkija Petteri<br />
Laitinen ja tutkija Jukka Keränen.<br />
Keskeisenä osana ERVE-hankkeen alkuvaihetta oli kaksoisseinärakenteiden<br />
parametrinen <strong>tutkimus</strong>, jossa pyrittiin selvittämään kokeellisesti kaksinkertaisen<br />
seinärakenteen eri puoliskojen kytkentätapojen vaikutusta ääneneristävyyteen.<br />
Tavoitteena varmistua tärkeimmistä ääneneristävyyteen vaikuttavista tekijöistä ja<br />
siten ohjata uuden ennustemallin kehitystä.<br />
Tämä raportti esittää kaksinkertaisille seinärakenteille tehdyn kokeellisen<br />
tutkimuksen tulokset.<br />
Raportti on kohdistettu erityisesti rakennustuotevalmistajille tuotekehityksen<br />
apuvälineeksi. Luvun 5 tuloksista arvioidaan olevan kuitenkin hyötyä kaikille alan<br />
parissa työskenteleville kuten akustiikkakonsulteille, tutkijoille, koneiden ja<br />
rakennusten suunnittelijoille ja opettajille.<br />
Tieteellisempää lähestymistapaa kaipaaville suositellaan tutkimuksen<br />
englanninkielistä versiota, joka julkaistaan vuonna 2002 tai 2003 eurooppalaisessa<br />
acta acustica ⋅ acustica -lehdessä. 1<br />
.<br />
4
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
SISÄLLYSLUETTELO<br />
1 JOHDANTO.................................................................................................................7<br />
1.1 Tausta..................................................................................................................... 7<br />
1.2 Tutkimuksen tavoite............................................................................................... 9<br />
2 TEORIA .....................................................................................................................11<br />
2.1 Yksinkertainen seinärakenne ............................................................................... 11<br />
2.2 Kaksinkertainen seinärakenne ............................................................................. 13<br />
3 MENETELMÄT ........................................................................................................17<br />
3.1 Ilmaääneneristävyyden mittaus............................................................................ 17<br />
3.2 Ilmaääneneristysluvun R W määritys .................................................................... 20<br />
3.3 <strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen asennus ............................................................. 20<br />
4 MATERIAALIT.........................................................................................................23<br />
5 TULOKSET JA NIIDEN TARKASTELU................................................................25<br />
5.1 Ilmavälin paksuuden vaikutus kytkemättömässä rakenteessa (tyhjä väli) .......... 26<br />
5.2 Ilmavälin paksuuden vaikutus kytkemättömässä rakenteessa (absorboiva väli). 27<br />
5.3 Absorptiomateriaalin täyttösuhteen vaikutus kytkemättömässä rakenteessa ...... 28<br />
5.4 Rangan tyypin vaikutus (d = 125 mm) ................................................................ 30<br />
5.5 Rangan tyypin vaikutus (d = 42 mm) .................................................................. 31<br />
5.6 Puurankajaon vaikutus......................................................................................... 32<br />
5.7 Rankajaon vaikutus joustavilla teräsrangoilla ..................................................... 35<br />
5.8 Ruuvausjaon vaikutus puurangoilla kytketyssä rakenteessa ............................... 36<br />
5.9 Ilmavälin paksuuden vaikutus kytketyssä rakenteessa ........................................ 38<br />
5.10 Mineraalivillan virtausresistiivisyyden ja tiheyden vaikutus ............................ 40<br />
5.11 Rankajaon vaikutus yksittäisellä teräslevyllä .................................................... 42<br />
5.12 Ruuvausjaon vaikutus yksittäisellä teräslevyllä ................................................ 43<br />
5.13 Mineraalivillan ääneneristävyys ........................................................................ 44<br />
6 JOHTOPÄÄTÖKSET................................................................................................45<br />
Liite 1 - Kaksinkertaisten seinien testisarjat .............................................................. 47<br />
Liite 2 – Yksinkertaisten seinien testisarjat ............................................................... 49<br />
Liite 3 – Kuvissa esiintyvät käyrät............................................................................. 51<br />
KIRJALLISUUS ...........................................................................................................53<br />
5
6<br />
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
1 JOHDANTO<br />
1.1 Tausta<br />
Meluntorjunta on yksi kuudesta oleellisesta vaatimuksesta Euroopan rakennustuotedirektiivissä<br />
89/106/EEC. Rakennus tulee suunnitella ja rakentaa siten, että<br />
työntekijöiden ja asukkaiden kokema melu on tasolla, joka ei haittaa heidän<br />
terveyttään ja sallii heidän nukkua, levätä ja työskennellä tyydyttävissä<br />
olosuhteissa.<br />
Rakennuksissa rakenteiden ääniominaisuuksia kuvataan ilma- ja<br />
askelääneneristävyydellä, huonetilan ominaisuuksia jälkikaiunta-ajalla ja<br />
laitteiden ominaisuuksia melutasolla tai äänitehotasolla. Ilmaääneneristävyys on<br />
tärkein rakennuksen akustinen ominaisuus. Riippuen huoneissa tapahtuvista<br />
toiminnoista, voi olla välttämätöntä asettaa vaatimustaso ympäröiville rakenteille<br />
tai rakennusosille, joko eristämään huoneeseen tulevaa tai huoneessa syntyvää<br />
ääntä.<br />
Seinärakenteet mitoitetaan yleensä jonkin tavoitetason mukaan. Selkeimmät<br />
tavoitetasot on esitetty asuinhuoneistoille mutta yleisiä suosituksia voidaan esittää<br />
myös työpaikoille. Esimerkiksi olohuoneissa A-painotettu ekvivalentti äänitaso<br />
L Aeq ei saisi ylittää arvoa 30 dB päiväsaikaan. Tämä koskee sekä ulkoa että<br />
naapurista tulevaa ääntä, ei huoneiston omaa ääntä. Luokka- ja kokoushuoneissa<br />
arvo on 35 dB, jotta riittävä puheen erotettavuus ja keskittymiskyky voidaan<br />
saavuttaa. Toimistotyyppisissä tiloilla tavoitetasona on tyypillisesti 35...50 dB<br />
riippuen tehtävän vaativuudesta. Teollisuuden valvomoissa arvo on 55...70 dB<br />
riippuen tehtävistä. Teollisuushalleissa ja muissa meluisissa tiloissa, joissa ei<br />
vaadita keskittymisrauhaa, arvo on 85 dB.<br />
Melun vaikutukset terveyteen ja viihtyvyyteen ovat niin kiistattomat, että<br />
rakennusakustisia vaatimuksia noudatetaan melko tunnollisesti suomalaisessa rivija<br />
kerrosrakentamisessa. Asuinhuoneistoissa ilmaääneneristysluvun pitää olla<br />
huoneistojen välillä Suomen Rakentamismääräyskokoelman osan C1 (1998)<br />
mukaan yli R' w = 55 dB. Arvon täyttävät seinärakenteet on hyvin kuvattu<br />
erilaisissa käsikirjoissa laboratorioarvoina R w . Sivutiesiirtymät kylläkin<br />
huonontavat tätä arvoa käytännössä jopa 3...10 dB. Sivutiesiirtymien<br />
mitoittamiseksi ei ole vielä olemassa vakiintunutta käytäntöä Suomessa. Tämä<br />
onkin yksi tulevaisuuden <strong>tutkimus</strong>aihe.<br />
Hankalammat ääneneristysongelmat esiintyvät esimerkiksi työpaikoilla, julkisissa<br />
tiloissa ja laivoissa, joissa tavoitteelliset melutasot ja työtehtävät vaihtelevat<br />
paikasta riippuen ja ihmisten sietokyky erilaisissa tehtävissä vaihtelevat.<br />
Ääneneristävyyden vaatimustasot voivat vaihdella 20 ja 80 dB välillä.<br />
Vaatimukset riippuvat meluisan puolen melutason ja eristettävän puolen<br />
tavoitetason mukaan. Tällöin pitää rakenne mitoittaa eri tilanteen mukaan.<br />
Vastaavanlainen ongelma on rakennusten ulkoseinät. Ääneneristävyysmitoituksia<br />
voidaan joutua tekemään joko rakennuksen sisäpuolella tai ulkopuolella olevan<br />
7
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002<br />
melutason perusteella. Esimerkkinä voi olla liikennemelusta häiriintyvä<br />
toimistorakennus tai voimalan melusta häiriintyvä asuinalue.<br />
Kokemusten mukaan seuraaviin kohteisiin on jatkuva uusien<br />
ääneneristystuotteiden kehittämisen tarve:<br />
• väliseinät, erityisesti kevytrakenteiset ja monikerroksiset<br />
• ikkunat<br />
• ulkoseinät ja katot<br />
• toimistojen, potilashuoneiden, koulujen ja asuntojen äänieristysovet<br />
• laivan henkilöstön ja matkustajien hytit sisältäen seinät, alakatot ja ovet<br />
• kokoushuoneiden ja monitoimitilojen siirtoseinät<br />
• koneiden, konehuoneiden ja valvomoiden erikoisseinät ja -kotelot<br />
• teattereiden, studioiden ja vastaavien tilojen seinät<br />
• tie- ja raideliikennemeluesteet 2<br />
Ääneneristävyysvaatimukset vaihtelevat edellisissä usein kohteesta toiseen ja<br />
tuotteiden ääneneristävyys pyritään optimoimaan kilpailukyvyn parantamiseksi<br />
tapauskohtaisesti, yleensä myynti- ja markkinointiprojektien yhteydessä.<br />
Oman ongelmansa muodostavat lisäksi kentällä äänivuodot esim. ovilla,<br />
siirtoseinillä ja ikkunoilla sekä rakenteelliset sivutiesiirtymät. Äänivuotoja ovissa<br />
on käsitelty aikaisemmissa tutkimuksissa melko tyhjentävästi. 3,4,5,6<br />
Rakenteellisista sivutiesiirtymistä on tehty vasta esi<strong>tutkimus</strong>ta 7,8,9 ja niitä on<br />
tarkoitus tutkia lisää jatkohankkeessa.<br />
Optimaalisella ääneneristävyydellä tarkoitetaan sitä, että mm. seuraavat tekijät<br />
toteutuvat yhtä aikaa ääneneristävyystavoitteen ohella:<br />
• alhainen tuotantokustannus<br />
• alhainen massa<br />
• ohut rakenne<br />
• jäykkä rakenne<br />
• tavoitteellinen paloluokka<br />
• helppo ja nopea valmistaa<br />
• soveltuu tuotantolaitoksen olemassa oleviin tuotantoprosesseihin<br />
Yksinkertaisten seinärakenteiden ilmaääneneristävyyteen vaikuttavat tekijät<br />
tunnetaan melko hyvin. Merkittävimmät tekijät ovat:<br />
1A Pintamassa<br />
1B Youngin moduli<br />
1C Kokonaishäviökerroin<br />
1D Poissonin suhde<br />
1E Näytteen koko<br />
Monikerroksisten seinärakenteiden ilmaääneneristävyyteen vaikuttavien<br />
tekijöiden määritys on huomattavasti vaikeampaa. Kaksinkertainen seinärakenne<br />
koostuu tyypillisesti rakennuslevyistä, huokoisista kerroksista ja erilaisista<br />
kytkennöistä niiden välillä. Tällaisen rakenteen ääneneristävyyteen vaikuttavat:<br />
2A Levyjen välisten tukirankatyyppien jäykkyys<br />
2B Rankojen etäisyys<br />
8
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
2C Ilmavälin suuruus<br />
2D Absorptiomateriaalin määrä ja ominaisuudet<br />
2E Levyjen ruuvaustapa rankoihin/toisiinsa<br />
Kun monikerroksisia seinärakenteita kehitetään, törmätään aina kysymykseen,<br />
mitkä ovat tekijöiden 1A – 1E ja 2A – 2E vaikutukset ääneneristävyyteen.<br />
Kirjallisuudesta löytyy tutkimuksia, joissa on esitetty milloin minkäkin<br />
seinäparametrin vaikutuksia kaksinkertaisen seinärakenteen ääneneristävyyteen. 1<br />
Sen sijaan ei ole julkaistu tutkimuksia, joissa kaikkia keskeisimpiä parametreja<br />
olisi tutkittu yhtaikaa mukaanlukien tukirangan vaikutukset.<br />
1.2 Tutkimuksen tavoite<br />
Tämän <strong>tutkimus</strong>raportin tavoitteena on esittää yleistajuisesti tärkeimpien<br />
parametrien vaikutus kaksinkertaisen seinärakenteen ääneneristävyyteen. Työssä<br />
keskitytään pintalevyjen välisten kytkentöjen tutkimiseen. Tulokset on esitetty<br />
niin, että niitä voidaan hyödyntää helposti esimerkiksi tuotekehityksessä ja<br />
opettamistarkoituksissa.<br />
9
10<br />
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
2 TEORIA<br />
Tämän luvun tarkoituksena on esittää lyhyt teoria, jonka avulla lukija voi<br />
halutessaan paremmin ymmärtää tuloksissa käsiteltävät resonanssi-ilmiöt. Tämä<br />
raportti ei käsittele ääneneristävyyden ennustemalleja kuitenkaan tätä laajemmin.<br />
Aiheesta saa tarvittaessa lisätietoja Hongiston tutkimuksesta. 10<br />
2.1 Yksinkertainen seinärakenne<br />
Yksinkertaisen ja kevyen (alle 50 kg/m 2 ) levyn ääneneristävyyskäyrä on yleensä<br />
kuvassa 2.1.1 esitettyä muotoa. Siinä esiintyy kaksi keskeistä resonanssia, joilla<br />
ääneneristävyys on huono. Resonanssitaajuus f 11 ja koinsidenssi-ilmiö on esitetty<br />
kuvassa 2.1.2 ja niiden laskentatapa esitetään seuraavassa.<br />
Alin ominaistaajuus tai normaaliresonanssi f 11 (Hz) yksinkertaiselle reunoiltaan<br />
vapaasti tuetulle levylle, jonka leveys on L x (m) ja korkeus L y (m), saadaan<br />
yhtälöstä<br />
f<br />
11<br />
π Eh 1 1<br />
=<br />
+<br />
2 12( 1−<br />
ν ) m'<br />
L L<br />
c <br />
1 1<br />
= 4 f L +<br />
L<br />
3<br />
0 2<br />
2 2<br />
x<br />
2<br />
y c<br />
2<br />
x<br />
2<br />
y<br />
<br />
<br />
(1)<br />
missä h on levyn paksuus (m), E levymateriaalin kimmomoduli (N/m 2 ), ν levymateriaalin<br />
Poissonin suhde, m’ levymateriaalin pintamassa (kg/m 2 ), f c<br />
levymateriaalin kriittinen taajuus (Hz) ja c 0 on äänen nopeus ilmassa (343 m/s).<br />
Resonanssi voi esiintyä yli 100 Hz alueella, jos levy on esimerkiksi kiinnitetty<br />
tukirankoihin erittäin tiheästi, kuten 400 mm välein tai tiheämmin. Tukirankojen<br />
välille voidaan tällöin katsoa muodostuvan itsenäisesti värähtelevä ”osalevy”.<br />
Ominaistaajuuden laskennassa pitää siis valita mitat L x ja L y sen mukaan, mitkä<br />
ovat levyn reunaehdot.<br />
Ominaistaajuuden f 11 yläpuolella ääneneristävyys kasvaa noin 6 dB/oktaavi<br />
massalain mukaan koinsidenssitaajuuteen asti. Massalaki antaa ääneneristävyyden<br />
R (dB) äänen taajuuden f (Hz) funktiona yhtälöstä<br />
R = 20log m' f −48dB<br />
(2)<br />
Korkeammilla taajuuksilla koinsidenssi pienentää seinärakenteen<br />
ääneneristävyyttä. Koinsidenssi tapahtuu silloin, kun äänen etenemisnopeus<br />
ilmassa on yhtä suuri kuin taivutusaallon etenemisnopeus levyssä. Kriittinen<br />
taajuus f c (Hz) eli alin koinsidenssitaajuus voidaan laskea yhtälöstä<br />
f<br />
c =<br />
<br />
c 12ρ<br />
1<br />
<br />
2πh<br />
E<br />
<br />
( − ν )<br />
0 2 2<br />
<br />
<br />
<br />
12 /<br />
missä ρ on levymateriaalin tiheys (kg/m 3 ). Esim. 2 mm teräslevyllä f c = 6200 Hz,<br />
jossa esiintyy kuoppa ääneneristävyyskäyrässä.<br />
(3)<br />
11
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002<br />
50<br />
f c<br />
40<br />
f 11<br />
R [dB]<br />
30<br />
20<br />
10<br />
2 mm teräslevy<br />
massalaki<br />
0<br />
63<br />
125<br />
250<br />
500<br />
1000<br />
2000<br />
4000<br />
8000<br />
Taajuus [Hz]<br />
Kuva 2.1.1 – Yksinkertaisen seinärakenteen ääneneristävyyttä heikentävät resonanssit:<br />
ominaistaajuus f 11 ja kriittinen taajuus f c . Kyseessä on 2 mm teräslevy, jossa on puiset<br />
pystyrangat 1100 mm välein (b s = 170 mm). Yhtenäinen käyrä on mitattu.<br />
Kuva 2.1.2 – Yksinkertaisen levyn poikkeustaajuudet. Vasemmalla alin ominaistaajuus<br />
f 11 , jossa levy kokonaisuudessaan värähtelee reunan tukipisteiden välissä. Oikealla<br />
koinsidenssi, jossa levyn taivutusaalto λ a ja ilmassa etenevä ääniaalto λ B ovat yhtä pitkät.<br />
12
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
2.2 Kaksinkertainen seinärakenne<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> kevyen seinärakenteen (m’ < 200 kg/m 2 ) ääneneristävyyskäyrät<br />
ovat yleensä kuvan 2.2.1 muotoisia. Kaksinkertaisella rakenteella saavutetaan<br />
huomattavasti parempi ääneneristävyys kuin samanmassaisella yksinkertaisella<br />
levyllä, poislukien matalat taajuudet. Matalilla taajuuksilla kytkemättömän<br />
kaksinkertaisen seinärakenteen ääneneristävyyttä pienentää massa-ilma-massa –<br />
resonanssi. Ilmavälissä oleva ilma käyttäytyy jousen tavoin. Alhaisin<br />
resonanssitaajuus f 0 normaalille tulokulmalle saadaan yhtälöstä<br />
f<br />
0<br />
=<br />
1<br />
2π<br />
ρ<br />
2<br />
0c0<br />
d<br />
m ' + m '<br />
1<br />
m ' m<br />
1<br />
2<br />
2<br />
'<br />
(4)<br />
missä m 1 ’ ja m 2 ’ ovat levyjen pintamassat (kg/m 2 ), ρ 0 on ilman tiheys (1,19 kg/m 3 )<br />
ja d on ilmavälin paksuus (m).<br />
Tyhjällä ilmavälillä massa-ilma-massa –resonanssi tapahtuu välillä f 0 … 5f 0 ,<br />
jolloin ääneneristävyys on huono laajalla alueella. Taajuuden 5f 0 yläpuolella<br />
ääneneristävyys kasvaa jyrkästi. Absorboivalla ilmavälillä resonanssi näkyy vain<br />
f 0 :n kohdalla. Tämän yläpuolella ääneneristävyys kasvaa 18 dB/oktaavi.<br />
Useimmat oppikirjat esittävät, että kaksinkertaisilla rakenteilla esiintyy ilmavälin<br />
resonanssi taajuuksilla, kun ilmavälin paksuus d on puolet aallonpituudesta, toisin<br />
sanoen<br />
c0<br />
f r = n , n = 1, 2,...<br />
(5)<br />
2d<br />
Tyypillisesti resonanssitaajuus on keskikorkeilla taajuuksilla. Kerroin n kertoo,<br />
että resonanssi tapahtuu myös alimman taajuuden (n=1)<br />
kokonaislukumonikerroilla. Tämä raportti osoittaa kuitenkin, ettei tämä resonanssi<br />
ole kovin merkittävä. Samanlainen resonanssi voi samalla periaatteella tapahtua<br />
myös pysty- tai vaakasuunnassa ilmavälin sisällä. Tällöin mitan d tilalle asetetaan<br />
yhtälössä (5) kaviteetin korkeus tai leveys. Resonanssit ovat tällöin huomattavasti<br />
alemmilla taajuuksilla. Kuvassa 2.2.2c on esitetty resonanssin riippuvuutta<br />
ilmavälin mitasta.<br />
Kaksoisrakenteen ääneneristävyys heikkenee tukirankojen myötä, jos ne kytkevät<br />
levypuoliskot mekaanisesti toisiinsa. Pienillä taajuuksilla ääni etenee aina<br />
ilmaväliä pitkin, jolloin rangoilla ei ole ääneneristävyyteen huomattavaa<br />
vaikutusta. Ns. silta-taajuuden f b yläpuolella ääni kulkeutuu lähes pelkästään<br />
rankaa pitkin. Siltataajuus on yleensä alueella 50 … 500 Hz. Sille ei esitetä kaavaa<br />
tässä raportissa. Siltataajuuden yläpuolella ääneneristävyys kasvaa 6 dB/oktaavi.<br />
Kriittinen taajuus näkyy myös kaksoisrakenteilla, mutta jos käytetään erilaisia<br />
levyjä, (joilla on siis eri f c ), tai paksuja absorboivia ilmavälejä, on kuoppa<br />
vähemmän syvä.<br />
Kuvassa 2.2.2 on esitetty yhtälöiden (1) ja (3) mukaan lasketut tärkeimpien<br />
resonanssitaajuuksien kuvaajat tulosten tulkinnan helpottamiseksi.<br />
13
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002<br />
90<br />
80<br />
f B<br />
70<br />
60<br />
R [dB]<br />
50<br />
40<br />
f 0<br />
30<br />
20<br />
f c<br />
10<br />
0<br />
50<br />
100<br />
200<br />
400<br />
800<br />
1600<br />
3150<br />
6300<br />
Taajuus [Hz]<br />
Kytketty rakenne, AWS-rangat 1100 mm välein,<br />
absorboiva ilmaväli<br />
Kytkemätön rakenne, absorboiva ilmaväli<br />
Kytkemätön rakenne, tyhjä ilmaväli<br />
b = 1100 mm<br />
d = 125 mm<br />
d=125mm<br />
Kuva 2.2.1 – <strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyyttä heikentävät<br />
tekijät: massa-ilma-massa -resonanssitaajuus f 0 , siltataajuus f b ja kriittinen<br />
taajuus f c . Kyseessä on kaksi 2 mm teräslevyä, joita erottaa 125 mm paksu<br />
ilmaväli.<br />
14
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
200<br />
350<br />
180<br />
160<br />
300<br />
Resonanssitaajuus f 11 [Hz]<br />
140<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
275<br />
550<br />
1100<br />
Resonanssitaajuus f 0 [Hz]<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
45<br />
84<br />
125<br />
250<br />
0<br />
0<br />
100<br />
1000<br />
Rankajako b [mm]<br />
10000<br />
10<br />
100<br />
Ilmavälin paksuus d [mm]<br />
1000<br />
100000<br />
a) b)<br />
Resonanssitaajuus f r (Hz)<br />
10000<br />
1000<br />
100<br />
10<br />
0.01 0.1 1<br />
Ilmavälin paksuus d (m)<br />
c)<br />
Kuva 2.2.2 – a) Rankajaon b vaikutus 2 mm teräslevyn ominaistaajuuteen f 11 . b)<br />
Ilmavälin paksuuden d vaikutus massa-ilma-massa –resonanssiin f 0 , kun<br />
molempina pintalevyinä on 2 mm teräs. c) Ilmavälin paksuuden d vaikutus<br />
kaviteetin resonanssiin f r .<br />
15
16<br />
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
3 MENETELMÄT<br />
3.1 Ilmaääneneristävyyden mittaus<br />
Kunkin seinärakenteen ilmaääneneristävyys mitattiin standardin ISO 140-3:1995<br />
mukaisesti. Ilmaääneneristysluku määritettiin standardin ISO 717-1:1996<br />
mukaisesti.<br />
Standardin 140-3:1995 mukaan rakennuselementin ilmaääneneristävyys R (dB)<br />
saadaan yhtälöstä<br />
S<br />
R = L1 − L2 + 10lg (6)<br />
A<br />
missä L 1 on keskimääräinen äänenpainetaso lähetyshuoneessa (dB), L 2 on<br />
keskimääräinen äänenpainetaso vastaanottohuoneessa (dB), S on näytteen pintaala<br />
(m 2 ) ja A on vastaanottohuoneen absorptiopinta-ala (m 2 ). Vastaanottohuoneen<br />
absorptiopinta-ala määritetään käyttäen Sabinen kaavaa<br />
A<br />
V<br />
= 016 , (7)<br />
T<br />
missä V on vastaanottohuoneen tilavuus (m 3 ) ja T on vastaanottohuoneen<br />
jälkikaiunta-aika (s). Vastaanottohuoneessa mitattavan keskimääräisen<br />
äänenpainetason L 2 tulisi olla ainakin 6 dB taustamelutasoa L 2b korkeampi. Mikäli<br />
tasoero L 2 - L 2b on suurempi kuin 6 dB, mutta pienempi kuin 15 dB, tehdään<br />
taustamelukorjaus käyttäen yhtälöä<br />
L'<br />
2<br />
L<br />
/10<br />
L<br />
/10<br />
2 2b<br />
= 10 lg(10 −10<br />
)<br />
(8)<br />
missä L' 2 on taustamelukorjattu äänenpainetaso (dB). Jos tasoero on pienempi tai<br />
yhtä suuri kuin 6 dB, tehdään korjaus L 2 – 1,3 dB.<br />
Sivutiesiirtymiä ei saa olla mittauksien aikana. Näytettä ympäröivän rakenteen<br />
läpi kulkeutuvan äänitehon (sivutiesiirtymien) pitää olla 6 dB alhaisempi kuin<br />
näytteen läpi menevän, jos halutaan antaa tarkka mittausarvo näytteestä. Toisin<br />
sanoen ympäröivän rakenteen ääneneristävyyden pitää olla 6 dB (mieluiten 15 dB)<br />
parempi kuin näytteen, jotta luotettavia laboratoriotuloksia voidaan antaa.<br />
Niiden osuus mitatusta äänestä pitää tarkastella kussakin tapauksessa erikseen.<br />
Ympäröivän rakenteen riittävyys selvitetään mittaamalla kulloisenkin<br />
näyteasennuksen R' T -arvo, jonka aikana näyte on peitetty lisärakenteella. Sillä<br />
pyritään vaimentamaan näytteen läpi kulkeutuvaa ääntä vähintään 6 dB.<br />
Pelkällä näytteellä saadaan mittaustulokseksi R' S . Kun lisärakenne on näytteen<br />
päällä, saadaan mittaustulokseksi R' T . Tästä seuraa kolme tapausta ja<br />
toimenpidettä:<br />
17
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002<br />
1) R' T > R' S + 15 dB → sivutiesiirtymä on vähäistä, tuloksena ilmoitetaan R' S .<br />
2) R' S + 6 dB < R' T < R' S + 15 dB → sivutiesiirtymä häiritsee näytteelle saatua<br />
mittaustulosta R' S , jolloin suoritetaan korjaus ISO 140-3 mukaan yhtälöllä<br />
−R' S/10 −R' T/10<br />
( )<br />
R =−10log<br />
10 −10<br />
Yhtälöstä seuraa 0.2 dB:n korjaus, kun R' T = R' S + 15 dB ja 1.3 dB:n korjaus, kun<br />
R' T = R' S + 6 dB.<br />
3) R' T < R' S + 6 dB → sivutiesiirtymän vaikutus on liian suuri eikä luotettavaa<br />
tulosta voida esittää. Ääneneristävyystulokseksi annetaan R=R' S +1.3 dB ja<br />
tuloksen perässä ilmoitetaan, että se on ala-arvio (underestimate).<br />
Korkeimman ääneneristävyyden omaavissa rakenteissa käytettiin<br />
intensiteettimenetelmää, joka on kuvattu eri viitteessä. 11<br />
Mittaukset suoritettiin Työterveyslaitoksen akustiikkalaboratoriossa Turussa.<br />
Kaiuntahuoneiden 1 ja 2 pohjakuva ja mitat on esitetty kuvassa 3.1.1. Erottavan<br />
seinän rakenteet on esitetty kuvassa 3.3.1. Lähetyshuoneen seinät ovat 160 mm<br />
betonia. Vastaanottohuoneen seinät ovat 150 mm lecaharkkoa. Vastaanottohuone<br />
on erotettu lähetyshuoneesta siten, että seinien välillä on 80 mm ilmaväli täynnä<br />
mineraalivillaa. Lisäksi vastaanottohuoneen seinät on rakennettu tärinäeristimien<br />
päälle, joiden myötä rakenteellinen eristys yhteisestä alapohjasta on noin 10...15<br />
dB.<br />
Ääni tuotettiin lähetyshuoneeseen neljää eri äänilähdettä käyttäen (B - E).<br />
Käytössä on kolme korreloimatonta kohinageneraattoria. Kaiutinpaikat on valittu<br />
standardin ISO 140-3:1995 liitteen C mukaisesti. Äänitaso lähetyshuoneessa sekä<br />
vastaanottohuoneessa mitattiin käyttäen kahta kiertyvää mikrofonipuomia<br />
(Bruel&Kjaer 3923) sekä kahta kondensaattorimikrofonia (Bruel&Kjaer 4165<br />
esivahvistimella Bruel&Kjaer 2669). Kiertyvän mikrofonipuomin pyörimissäde<br />
oli 100 cm. Mittaus tehtiin 64 sekunnin aikakeskiarvona yhdellä puomin paikalla.<br />
Vastaanottohuoneen äänenpainetaso mitattiin samanaikaisesti lähetyshuoneen<br />
äänenpainetason mittauksen kanssa. Lähetys- ja vastaanottohuoneiden kanavien<br />
tasot tarkistettiin ennen mittauksia äänitasokalibraattorin kanssa (Bruel&Kjaer<br />
4220). Vastaanottohuoneen jälkikaiunta-aikamittaus suoritettiin kahdella eri<br />
kaiuttimen paikalla ja kolmella eri mikrofonin paikalla. Kaiuttimia on kiinteästi<br />
asennettuna 2 kpl vastaanottohuoneessa (Focal 1 ja 2). Signaalina käytettiin<br />
vaaleanpunaista kohinaa, joka tuotettiin analysaattorilla (Bruel&Kjaer 2133).<br />
Signaali vahvistettiin päätevahvistimella (Eagle PA). Jälkikaiunta-aika<br />
määritettiin 12 mittauksen perusteella käyttäen 20 dB vaimenemiseen kuluvaa<br />
aikaa. Kaikki äänisignaalit analysoitiin kaksikanavaisella reaaliaikaanalysaattorilla<br />
(Bruel&Kjaer 2133).<br />
Akustiset mittalaitteet täyttävät seuraavat IEC-standardit ja niiden tarkkuusluokat:<br />
IEC 651, äänitasomittarit, tyyppi 1<br />
IEC 804, integroivat äänitasomittarit, luokka 1<br />
IEC 1260, oktaavi- ja kolmasosaoktaavikaistasuotimet, luokka 1<br />
IEC 942, äänitasokalibraattorit, luokka 1<br />
(9)<br />
18
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
Mittaushuoneiden lämpötila ja suhteellinen kosteus mitattiin psykrometrillä<br />
(Casella London 5200). Lämpötila oli alueella 22 – 25 °C ja suhteellinen kosteus<br />
alueella 25 – 50 %.<br />
lähetyshuone<br />
7650 x 2950 h = 3600<br />
vastaanottohuone<br />
6900 x 4500 h = 3650<br />
Neutrik MR1<br />
kohinageneraattori<br />
C<br />
QSC 1300 W USA<br />
päätevahvistin (2 ch)<br />
1<br />
2<br />
AUKKO 2<br />
2250 x 1250<br />
a<br />
a<br />
Behringer DSP 8000<br />
taajuussuodin ja<br />
kohinageneraattori<br />
mikrofoni 1<br />
E<br />
B<br />
mikrofoni 2<br />
Eagle PA 4060E<br />
vahvistin<br />
B&K 2133 reaaliaikaanalysaattori<br />
+<br />
kohinageneraattori<br />
D<br />
AUKKO 1<br />
2650 x 3840<br />
Focal 1<br />
Focal 2<br />
A<br />
Y1<br />
X1<br />
Y2<br />
X2<br />
Ch A<br />
Ch B<br />
lähetyshuone<br />
vastaanottohuone<br />
mikrofoni 1<br />
1<br />
2<br />
mikrofoni 2<br />
kiertyvä<br />
mikrofonipuomi<br />
3600<br />
r=1000<br />
h=1800<br />
AUKKO 2<br />
2<br />
2.8 m<br />
r=1000<br />
h=1550<br />
3650<br />
480<br />
tärinäneristin<br />
leikkaus a-a<br />
Kuva 3.1.1 - Akustiikkalaboratorion kaiuntahuoneet. Huoneiden tilavuudet ovat<br />
81 ja 113 m 3 .<br />
19
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002<br />
3.2 Ilmaääneneristysluvun R W määritys<br />
Ilmaääneneristysluku R w määritettiin vertailukäyrän avulla, jonka muoto on ISO<br />
717-1 mukainen. Käyrää siirretään 1 dB pykälin ylimpään mahdolliseen asentoon,<br />
jossa ei-toivottujen poikkeamien summa on enintään 32 dB. Ei-toivottu<br />
poikkeama tapahtuu, kun mittaustulos on vertailukäyrän alapuolella. R w on tällöin<br />
vertailukäyrän arvo 500 Hz:llä. Esimerkki määrityksestä on kuvassa 3.2.1.<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
R w<br />
↓<br />
R [dB]<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
Mittaustulos<br />
ISO 717-1 vertailukäyrä<br />
0<br />
63<br />
100<br />
160<br />
250<br />
400<br />
630<br />
1000<br />
1600<br />
2500<br />
4000<br />
6300<br />
Taajuus [Hz]<br />
Kuva 3.2.1 – Ilmaääneneristysluvun R w määritys vertailukäyrän avulla.<br />
3.3 <strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen asennus<br />
Akustiikkalaboratoriossa on kaksi näyteaukkoa: pieni näyteaukko 2250 mm ×<br />
1250 mm ja suuri näyteaukko 2650 mm × 3840 mm. Näyteaukko koostuu<br />
kahdesta asennusseinästä (AS), jotka on rakenteellisesti eristetty toisistaan.<br />
Mittauksissa käytettiin pienempää mittausaukkoa eli aukkoa 2, jonka ala on 2,8<br />
m 2 . Näytteet rakennettiin aina sen kokoiseksi. Mittausaukkojen kehykset ovat 28<br />
mm vaneria (kuva 3.3.1). Kaksinkertaisten seinien levyt asennettiin aukkoon<br />
puulistojen ja ruuvien avulla. Laitojen tiiveys varmistettiin joko akryylimassalla<br />
tai ilmastointiteipillä molemmin puolin.<br />
Suurin osa mittauksista tehtiin, kun aukko oli 1105 mm leveä (ennen kesäkuuta<br />
2001). Viimeisissä mittauksissa leveys oli 1250 mm. Näin ollen näytekoko kasvoi<br />
aavistuksen tutkimuksen edetessä. Tällä ei kuitenkaan ole suurta merkitystä<br />
tulosten arvioinnin kannalta.<br />
20
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
160 mm teräsbetoniseinä<br />
50 mm mineraalivilla 80 mm ilmavälissä<br />
150 mm kevytsoraharkkoseinä + 5 mm tasoite<br />
28 mm vaneri<br />
3840 (mittausaukko 1)<br />
1250 (mittausaukko 2)<br />
200 280<br />
AS-1<br />
AS-2<br />
2650 (mittausaukko1)<br />
2250 (mittausaukko 2)<br />
280<br />
200<br />
AS-1<br />
AS-2<br />
RAKENNE LEVEYSSUUNNASSA<br />
RAKENNE PYSTYSUUNNASSA<br />
Kuva 3.3.1 - Mittausaukkojen 1 ja 2 poikkileikkauskuvat (AS = asennusseinä).<br />
Lähetyshuone on AS-1 puolella. Tämä <strong>tutkimus</strong> tehtiin mittausaukossa 2.<br />
21
22<br />
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
4 MATERIAALIT<br />
Pintalevyinä käytettiin 2 mm paksuisia teräslevyjä. Teräksen ominaisuuksille<br />
löytyy kirjallisuudesta seuraavat arvot: tiheys ρ = 7800 kg/m 3 tai pintamassa m’ =<br />
15,6 kg/m 2 , Youngin moduli E = 2⋅10 11 N/m 2 ja Poissonin suhde ν = 0,28.<br />
Teräslevyn kriittinen taajuus on f c = 6200 Hz.<br />
Seinärakenne oli joko kytkemätön (ei levyt toisiinsta kytkeviä rankoja) tai<br />
kytketty. Kytketyissä rakenteissa käytettiin puu- tai teräsrankoja. Kaikki rangat<br />
asennettiin pystyyn, jolloin ne olivat 2250 mm pitkiä. Teräsrangat olivat tyyppiä<br />
AWS-, LR-, TC- ja LPR-ranka (kuva 4.1 ja taulukko 4.1). Puurangat olivat kaikki<br />
samaa materiaalia mutta eri paksuisia. Absorptiomateriaaleina käytettiin erilaisia<br />
mineraalivilloja, joiden ominaisuudet esitetään taulukossa 4.2.<br />
Materiaaliparametrien mittausmenetelmät on kuvattu eri artikkeleissa, 12,13,14,15<br />
joten niistä esitetään vain tulokset taulukoissa 4.1 ja 4.2 sekä kuvassa 4.2.<br />
Määritetyt parametrit ovat rakennuslevyn kokonaishäviökerroin η tot ,<br />
mineraalivillojen virtausresistiivisyys r ja dynaaminen jäykkyys s’ sekä<br />
tukirangan dynaaminen jäykkyys K’ ja taivutusjäykkyys yksikköleveyttä kohti B'.<br />
Tutkimus koostui kaikkiaan 68 ääneneristävyysmittauksesta, joista yhteensä 54<br />
mittausta tehtiin kaksinkertaisille seinärakenteille ja 14 mittausta yksinkertaisille<br />
seinärakenteille tai mineraalivilloille. Kunkin mittauksen yksityiskohtaiset tiedot<br />
esitetään liitteissä 1 ja 2.<br />
Kuva 4.1 - Levyjen kytkentään käytetyt Rannila Steel Oy:n teräsrangat: vasemmalta<br />
lukien rankatyypit AWS, TC, LR ja LPR. Paksuudet on esitetty taulukossa 4.1.<br />
23
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002<br />
0.100<br />
Kokonaishäviökerroin<br />
0.010<br />
0.001<br />
ilman rankoja<br />
rankojen kanssa<br />
50 100 200 400 800 1600 3150 6300<br />
f [Hz]<br />
Kuva 4.2 - Teräslevylle asennettuna mitattuja kokonaishäviökertoimia η tot .<br />
Taulukko 4.1 – Rankojen ominaisuudet.<br />
Ranka<br />
Paksuus<br />
(mm)<br />
Leveys<br />
(mm)<br />
Materiaalin paksuus t<br />
(mm)<br />
Dynaaminen jäykkyys K'<br />
(MN/m)<br />
Taivutusjäykkyys B<br />
(Nm 2 )<br />
AWS 125 85 1,3 0,2 10400<br />
TC 120 52 1,6 2,8 29000<br />
LR 125 42 1,0 3,3 20600<br />
LPR 42 40 0,8 0,9 3100<br />
puu 120 42 - - 72000<br />
puu 84 42 - - 27600<br />
puu 42 42 - - 3500<br />
Taulukko 4.2 – Absorptiomateriaalien ominaisuudet.<br />
Villan nimi Tiheys=ρ=<br />
(kg/m 3 )<br />
Huokoisuus Virtausresistiivisyys r<br />
(Pas/m 2 )<br />
Dynaaminen jäykkyys s'<br />
(MN/m 3 )<br />
TAKU 30 63 0.98 30000 8.87<br />
TAKU 50 57 0.98 20000 6.27<br />
PAL 30 121 0.96 110000 14.4<br />
PAL 50 113 0.96 70000 11.7<br />
I - KH 30 21 0.99 8000 -<br />
I - KT 50 17 0.99 8000 -<br />
EL 100 68 0.98 40000 5.71<br />
Villamatto 25 0.99 8000 -<br />
Laivavilla 217 0.92 300000 42.7<br />
24
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
5 TULOKSET JA NIIDEN TARKASTELU<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> rakenteen akustisten parametrien vaikutukset ääneneristävyyteen<br />
esitetään luvuissa 5.1 – 5.10. Tutkitut parametrit olivat:<br />
• ilmavälin paksuus kytkemättömässä rakenteessa<br />
• absorptiomateriaalin täyttösuhde<br />
• rangan tyyppi ja dynaaminen jäykkyys<br />
• rankajako puurangoilla<br />
• rankajako joustavilla teräsrangoilla<br />
• ruuvausjako pintalevyn ja puurangan välillä<br />
• ilmavälin paksuus kytketyssä rakenteessa<br />
• mineraalivillan virtausresistiivisyys<br />
Lisäksi luvuissa 5.11-5.12 esitetään rankajaon ja ruuvaustiheyden vaikutukset<br />
yksittäisen teräslevyn ääneneristävyyteen. Lopuksi esitetään luvussa 5.13 vielä<br />
pelkän mineraalivillan ääneneristävyys eri tiheyksillä ja paksuuksilla.<br />
Kaksoisrakenteilla merkittävimmät resonanssit olivat teräslevyn ominaistaajuus f 11<br />
ja massa-ilma-massaresonanssi f 0 . Niiden laskentaesimerkkejä ei esitetä joka<br />
luvussa erikseen vaan lukijaa kehotetaan tarpeen mukaan tarkistamaan kuvasta<br />
2.2.2 kyseinen taajuus.<br />
25
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002<br />
5.1 Ilmavälin paksuuden vaikutus kytkemättömässä rakenteessa<br />
(tyhjä väli)<br />
R [dB]<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
63<br />
100<br />
160<br />
250<br />
400<br />
630<br />
1000<br />
1600<br />
2500<br />
4000<br />
6300<br />
Taajuus [Hz]<br />
0 mm<br />
25 mm<br />
42 mm<br />
84 mm<br />
125 mm<br />
250 mm<br />
d=25mm<br />
d=42mm<br />
d=84mm<br />
d = 125 mm<br />
d = 250 mm<br />
Kuva 5.1.1<br />
Tutkimuksen kohteena oli ilmavälin d (mm) paksuuden vaikutus kytkemättömän<br />
seinärakenteen ääneneristävyyteen, kun ilmaväli oli tyhjä. Kuvasta 5.1.1 voidaan<br />
tehdä seuraavat havainnot:<br />
• Selvästi havaitaan kaksinkertaisten rakenteiden perusilmiö: ilmavälin<br />
puuttuessa (d=0 mm) ääneneristävyys on huonompi kuin ilmavälin kanssa.<br />
• Ääneneristävyys kasvaa voimakkaasti massa-ilma-massa –resonanssitaajuuden<br />
f 0 (tässä 50...160 Hz) ja kriittisen taajuuden (tässä f c =6200 Hz) välisellä<br />
alueella, kun ilmaväli kasvaa. Ääneneristävyyden kasvu riippuu hieman<br />
taajuudesta. Alueella f 0 … 800 Hz kasvu on suurempaa kuin alueella 1000 …<br />
4000 Hz.<br />
• Kriittisellä taajuudella ääneneristävyys ei riipu lainkaan ilmavälin<br />
paksuudesta. Tämä johtuu siitä, että resonoivien levyjen välillä on voimakas<br />
kytkentä, joka voi heiketä vain käyttämällä absorptiomateriaalia ilmavälissä.<br />
• Kun ilmaväliä ei ole lainkaan (d = 0 mm), ääneneristävyys on tapauksia d = 25<br />
ja 42 mm parempi matalilla taajuuksilla, koska f 0 -resonanssi heikentää<br />
jälkimmäisten ääneneristävyyttä.<br />
• Ns. seisovan aallon resonanssia f r ilmavälin paksuuden puolikkaalla ei havaita,<br />
toisin kuin useimmat oppikirjat antavat olettaa. Ainoa viite tällaisesta on<br />
tapauksen d = 250 mm kuoppa 800 Hz:llä, mutta sekin on vähäinen.<br />
Käytännön ennustemallien ei siten tarvitse ottaa resonanssia huomioon.<br />
26
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
5.2 Ilmavälin paksuuden vaikutus kytkemättömässä rakenteessa<br />
(absorboiva väli)<br />
R [dB]<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
25 mm<br />
d=25mm<br />
d=42mm<br />
d=84mm<br />
d = 125 mm<br />
30<br />
42 mm<br />
84 mm<br />
20<br />
125 mm<br />
10<br />
250 mm<br />
0<br />
63<br />
100<br />
160<br />
250<br />
400<br />
630<br />
1000<br />
1600<br />
2500<br />
4000<br />
6300<br />
Taajuus [Hz]<br />
d = 250 mm<br />
Kuva 5.2.1<br />
Tutkimuksen kohteena oli ilmavälin d (mm) paksuuden vaikutus kytkemättömän<br />
seinärakenteen ääneneristävyyteen, kun ilmaväli oli absorboiva. Kuvasta 5.2.1<br />
voidaan tehdä seuraavat havainnot:<br />
• Ääneneristävyydet ovat parempia kuin tyhjän ilmavälin tapauksessa (kuva<br />
5.1.1). Lisäksi ääneneristävyydet kasvavat nopeammin taajuuden kasvaessa,<br />
toisin sanoen käyrät ovat jyrkempiä.<br />
• Ääneneristävyyden kasvu ilmavälin kasvaessa ei riipu juurikaan taajuudesta<br />
toisin kuin kuvassa 5.1.1.<br />
• Resonanssitaajuus f 0 on selvemmin havaittavissa kuin kuvassa 5.1.1. Se<br />
pienenee ilmavälin kasvaessa 125 Hz:stä alaspäin, kuten yhtälö (4) ja kuva<br />
2.2.2 ennustaa.<br />
• Kriittisellä taajuudella f c ääneneristävyys muista taajuuksista poikkeamatta<br />
kasvaa, kun ilmaväli kasvaa. Tämä on siis toisin kuin kuvassa 5.1.1. Ero<br />
johtuu siitä, että mineraalivillan määrä kasvaa ilmavälin kasvaessa ja kytkentä<br />
siten heikkenee levyjen välillä.<br />
HUOM: Absorbentin ei tarvitse olla täysin irti molemmista levyistä kuten kuvasta saattaa<br />
ymmärtää. Absorbentti voi nojata esim. toiseen levyyn. Sen sijaan absorbenttia ei missään<br />
tapauksessa saa liimata kumpaankaan levyyn, koska tämä vaikuttaa levyn jäykkyyteen ja siten<br />
laskee koinsidenssitaajuutta. Absorbenttia ei myöskään saa liimata molempiin levyihin saatikka<br />
ahtaa ilmaväliin, koska tästä seuraa mekaaninen kytkentä pintalevyjen väliin ja ääneneristävyys<br />
romahtaa, koska absorbentti toimii yleensä erittäin jäykkänä jousena (syntyy sandwich-rakenne).<br />
27
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002<br />
5.3 Absorptiomateriaalin täyttösuhteen vaikutus kytkemättömässä<br />
rakenteessa<br />
90<br />
80<br />
70<br />
a% = 0%<br />
R [dB]<br />
60<br />
50<br />
40<br />
0%<br />
30<br />
24%<br />
20<br />
48%<br />
10<br />
88%<br />
0<br />
63<br />
100<br />
160<br />
250<br />
400<br />
630<br />
1000<br />
1600<br />
2500<br />
4000<br />
6300<br />
Taajuus [Hz]<br />
a% = 24%<br />
a% = 48%<br />
a% = 88%<br />
Kuva 5.3.1 – Ilmaväli d = 125 mm.<br />
Tutkimuksen kohteena oli absorptiomateriaalin täyttösuhteen a (%) vaikutus<br />
kytkemättömän seinärakenteen ääneneristävyyteen. Täyttösuhde määritetään<br />
yhtälöstä<br />
d a<br />
a = 100 %<br />
(10)<br />
d<br />
missä d a (mm) on absorptiomateriaalin paksuus. Mittauksissa käytettiin viittä eri<br />
paksuista ilmaväliä: 25, 42, 84, 125 ja 250 mm. Kuvassa 5.3.1 esitetään<br />
ilmavälillä d = 125 mm saadut mittaustulokset. Kuvissa 5.3.2 – 5.3.5 esitetään<br />
tulokset muilla ilmavälin d arvoilla. Kuvista voidaan tehdä seuraavat havainnot:<br />
• Ääneneristävyys kasvaa voimakkaasti jo pienellä absorptiomateriaalin<br />
lisäyksellä. Kasvu on huomattavasti suurempi täyttösuhteen muuttuessa 0 %<br />
→ 24 % verrattuna täyttösuhteen muutokseen 24 % → 88 %.<br />
• Eri ilmaväleillä tehtyjen mittausten perusteella havaittiin, että ääneneristävyyden<br />
suhteellinen kasvu ei riipu ilmavälin paksuudesta. Se on aina 15<br />
… 25 dB keskitaajuuksilla, 5 dB 2500 Hz lähistöllä ja 0 dB f 0 :n alapuolella.<br />
• Täyttösuhteen vaikutuksen vähäisyyteen 2500 Hz alueella, jossa esiintyy<br />
tasanne, ei löydetty pätevää selitystä. Ilmiö esiintyy myös jatkossa.<br />
• Matalilla taajuuksilla kaksoisrakenteiden ääneneristävyys on huonoimmillaan.<br />
Kaikki keinot ääneneristävyyden parantamiseksi ovat tällöin tarpeen. Tästä<br />
johtuen päädytään yleensä käyttämään korkeaa täyttösuhdetta ilmavälissä.<br />
28
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
HUOM. Kuvassa 5.3.5 puuttuu mittausdataa korkeilla taajuuksilla, koska sivutiesiirtymät olivat<br />
liian voimakkaita eikä luotettavia tuloksia näin ollen saatu.<br />
90<br />
90<br />
80<br />
80<br />
70<br />
70<br />
60<br />
60<br />
R [dB]<br />
50<br />
40<br />
R [dB]<br />
50<br />
40<br />
30<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0%<br />
60%<br />
20<br />
10<br />
0%<br />
36%<br />
71%<br />
0<br />
0<br />
63<br />
125<br />
250<br />
500<br />
1000<br />
2000<br />
Taajuus [Hz]<br />
4000<br />
8000<br />
63<br />
100<br />
160<br />
250<br />
400<br />
630<br />
1000<br />
1600<br />
2500<br />
4000<br />
6300<br />
Taajuus [Hz]<br />
Kuva 5.3.2 – Ilmaväli d = 25 mm.<br />
Kuva 5.3.3 – Ilmaväli d = 42 mm.<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
R [dB]<br />
50<br />
40<br />
R [dB]<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0%<br />
10%<br />
71%<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0%<br />
20%<br />
80%<br />
84%<br />
0<br />
0<br />
63<br />
125<br />
250<br />
500<br />
1000<br />
2000<br />
4000<br />
8000<br />
63<br />
100<br />
160<br />
250<br />
400<br />
630<br />
1000<br />
1600<br />
2500<br />
4000<br />
6300<br />
Taajuus [Hz]<br />
Taajuus [Hz]<br />
Kuva 5.3.4 – Ilmaväli d = 84 mm.<br />
Kuva 5.3.5 – Ilmaväli d = 250 mm.<br />
29
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002<br />
5.4 Rangan tyypin vaikutus (d = 125 mm)<br />
90<br />
80<br />
70<br />
45 x 120 puu<br />
R [dB]<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
puu<br />
LR väliseinäranka<br />
20<br />
TC termoranka<br />
10<br />
AWS-ranka<br />
kytkemätön<br />
0<br />
63<br />
100<br />
160<br />
250<br />
400<br />
630<br />
1000<br />
1600<br />
2500<br />
4000<br />
6300<br />
Taajuus [Hz]<br />
LR 120 mm<br />
TC 125 mm<br />
AWS 125 mm<br />
Kuva 5.4.1<br />
Tutkimuksen kohteena oli rangan tyypin vaikutus seinärakenteen<br />
ääneneristävyyteen. Absorboivan ilmavälin paksuus oli d = 120 mm tai 125 mm.<br />
Rankajako oli b = 550 mm ja ruuvausjako b s = 170 mm. Kuvasta 5.4.1 voidaan<br />
tehdä seuraavat havainnot:<br />
• Verrattaessa kytkemättömään tilanteeseen, kaikkien rankojen vaikutus on<br />
ääneneristävyyttä huonontava.<br />
• Siltataajuuden 200 Hz alapuolella rangoilla ei ole vaikutusta<br />
ääneneristävyyteen. Ääni kulkeutuu tällöin pääasiassa ilmavälin kautta.<br />
• Teräsrangoilla saavutetaan parempi ääneneristävyys kuin puurangalla, koska<br />
teräsrangat ovat joustavia. AWS-rangan ja puurangan välinen ero on suurempi<br />
kuin 5 dB taajuusvälillä 125 – 2000 Hz, suurimmillaan 20 dB. Syynä AWS:n<br />
paremmuuteen on alhaisin dynaaminen jäykkyys. Puuranka on käytännössä<br />
puristumaton levyjä vastaan kohtisuorassa suunnassa, jolloin kaksoisrakenne<br />
on ”kuin yhtä puuta” rangan kohdalla.<br />
• 1000-4000 Hz alueella joustavan rangan ero puurankaan oli teoriaa pienempi.<br />
Joustovaikutus ei ilmeisesti sittenkään yllä korkeille taajuuksille.<br />
• Puurangalla havaitaan voimakkaat resonanssit taajuuksilla 160 ja 315 Hz,<br />
joista lisää luvussa 5.6.<br />
30
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
5.5 Rangan tyypin vaikutus (d = 42 mm)<br />
R [dB]<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
LPR väliseinäranka<br />
20<br />
puu<br />
10<br />
kytkemätön<br />
0<br />
63<br />
100<br />
160<br />
250<br />
400<br />
630<br />
1000<br />
1600<br />
2500<br />
4000<br />
6300<br />
Taajuus [Hz]<br />
LPR 42 mm<br />
puu45mm<br />
Kuva 5.5.1<br />
Tutkimuksen kohteena oli rangan tyypin vaikutus seinärakenteen<br />
ääneneristävyyteen. Absorboivan ilmavälin paksuus oli d = 42 mm tai 45 mm.<br />
Rankajako oli b = 550 mm ja ruuvausjako b s = 170 mm. Kuvasta 5.5.1 voidaan<br />
tehdä seuraavat havainnot:<br />
• Joustavalla LPR-rangalla saadaan parempi ääneneristävyys kuin puurangalla.<br />
• LPR-rangalla saatu ääneneristävyys on yhtä suuri kytkemättömän rakenteen<br />
ääneneristävyyden kanssa 315 Hz saakka, koska ääni kulkeutuu ilmavälin<br />
kautta eikä rangan kautta. Rangan huonontava vaikutus alkaa kuitenkin paljon<br />
korkeammalla taajuudella kuin kuvassa 5.4.1.<br />
• LPR-rangalla saatu ääneneristävyys on pienempi kuin puurangalla massailma-massa<br />
-resonanssitaajuudella f 0 (100 Hz). Puuranka jäykistää ilmeisesti<br />
levyä enemmän kuin LPR-ranka, jolloin voimakasta resonanssia ei pääse siinä<br />
syntymään.<br />
• 1000 Hz yläpuolella puu ja teräs ovat yhtä hyviä. Syytä tähän ei tiedetä.<br />
Ilmeisesti teräksen joustavuusvaikutus ei yllä korkeille taajuuksille.<br />
31
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002<br />
5.6 Puurankajaon vaikutus<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
R [dB]<br />
50<br />
40<br />
30<br />
275 mm<br />
550 mm<br />
20<br />
1100 mm<br />
10<br />
kytkemätön<br />
0<br />
63<br />
100<br />
160<br />
250<br />
400<br />
630<br />
1000<br />
1600<br />
2500<br />
4000<br />
6300<br />
Taajuus [Hz]<br />
b = 1100 mm<br />
b=550mm<br />
b=275mm<br />
Kuva 5.6.1 – Ilmaväli d = 45 mm ja ruuvausjako b s = 170 mm.<br />
Tutkimuksen kohteena oli puurankajaon b (mm) vaikutus kytketyn seinärakenteen<br />
ääneneristävyyteen. Absorboivan ilmavälin paksuudet olivat d = 45 mm (kuva<br />
5.6.1), d = 84 mm (kuvat 5.6.2 ja 5.6.3) ja d = 120 mm (kuva 5.6.4). Kuvista<br />
voidaan tehdä seuraavat havainnot:<br />
• Ääneneristävyys kasvaa vain jonkin verran yli 200 Hz:llä, kun rankajako<br />
suurenee.<br />
• Taajuuksilla 160 – 315 Hz tapahtuu voimakas resonanssi, joka heikkenee<br />
rankajaon kasvaessa. Resonanssit johtuvat teräslevyn jäykistymisestä.<br />
Teräslevyyn muodostuu kapeita ”osalevyjä” rankojen väliin, joissa tapahtuu<br />
normaaliresonanssi f 11 huomattavasti täyslevyistä (L x =1105 mm) näytettä<br />
korkeammalla taajuudella. Esimerkiksi tilanteessa b=275 mm on osalevyn<br />
leveys L x =225 mm, jolloin saadaan kuvasta 2.2.2 resonanssiksi f 11 =160 Hz.<br />
• Resonanssitaajuuden f 0 alapuolella kytkemättömän seinärakenteen<br />
ääneneristävyys on pienempi kuin kytketyn seinärakenteen äänenristävyys.<br />
Levyjen jäykistäminen siis heikentää massa-ilma-massa –resonanssia.<br />
• Kuvassa 5.6.3 ääneneristävyydet ovat selvästi paremmat kuin kuvassa 5.6.2,<br />
mikä johtuu siitä, että ruuvausjako b s kasvaa arvosta 170 mm arvoon 680 mm.<br />
Ruuvausjaon vaikutus esitetään paremmin kuvissa 5.8.<br />
• Normaaliresonanssi f 11 on huomattavasti heikompi kuvassa 5.6.3. Ruuvauksen<br />
löyhentäminen ilmeisesti vaikuttaa puurangan luoman jäykän reunaehdon<br />
voimakkuuteen.<br />
32
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
R [dB]<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
275 mm<br />
30<br />
550 mm<br />
20<br />
1100 mm<br />
10<br />
kytkemätön<br />
0<br />
63<br />
100<br />
160<br />
250<br />
400<br />
630<br />
1000<br />
1600<br />
2500<br />
4000<br />
6300<br />
Taajuus [Hz]<br />
b = 1100 mm<br />
b=550mm<br />
b=275mm<br />
Kuva 5.6.2 – Ilmaväli d = 84 mm ja ruuvausjako b s = 170 mm.<br />
90<br />
80<br />
70<br />
R [dB]<br />
60<br />
50<br />
40<br />
b = 1200 mm b = 600 mm b = 300 mm<br />
30<br />
20<br />
10<br />
300 mm<br />
600 mm<br />
1200 mm<br />
kytkemätön<br />
0<br />
63<br />
100<br />
160<br />
250<br />
400<br />
630<br />
1000<br />
1600<br />
2500<br />
4000<br />
6300<br />
Taajuus [Hz]<br />
Kuva 5.6.3 – Ilmaväli d = 84 mm ja ruuvausjako b s = 680 mm (vertaa kuvaan<br />
5.6.2).<br />
33
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
R [dB]<br />
50<br />
40<br />
30<br />
550 mm<br />
20<br />
1100 mm<br />
10<br />
kytkemätön<br />
0<br />
63<br />
100<br />
160<br />
250<br />
400<br />
630<br />
1000<br />
1600<br />
2500<br />
4000<br />
6300<br />
Taajuus [Hz]<br />
b = 1100 mm<br />
b=550mm<br />
Kuva 5.6.4 – Ilmaväli d = 120 mm ja ruuvausjako b s = 170 mm.<br />
34
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
5.7 Rankajaon vaikutus joustavilla teräsrangoilla<br />
90<br />
80<br />
70<br />
R [dB]<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
275 mm<br />
550 mm<br />
20<br />
1100 mm<br />
10<br />
kytkemätön<br />
0<br />
63<br />
100<br />
160<br />
250<br />
400<br />
630<br />
1000<br />
1600<br />
2500<br />
4000<br />
6300<br />
Taajuus [Hz]<br />
b = 275 mm<br />
b = 550 mm<br />
b = 1100 mm<br />
Kuva 5.7.1<br />
Tutkimuksen kohteena oli rankajaon b (mm) vaikutus joustavalla AWSteräsrangalla<br />
kytketyn seinärakenteen ääneneristävyyteen. Absorboivan ilmavälin<br />
paksuus oli d = 125 mm ja ruuvausjako b s = 170 mm. Kuvasta 5.7.1 voidaan tehdä<br />
seuraavat havainnot:<br />
• Normaaliresonanssi f 11 tapahtuu samalla taajuudella (200 Hz) kuin<br />
puurangoilla (kuva 5.6.4), mutta se on huomattavasti heikompi.<br />
• 200 Hz:n yläpuolella rankajaon vaikutus ääneneristävyyteen on hyvin<br />
vähäinen, kuten puurangoillakin.<br />
• Rankajaon vaikutus on vielä pienempi joustavilla rangoilla kuin puurangoilla.<br />
35
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002<br />
5.8 Ruuvausjaon vaikutus puurangoilla kytketyssä rakenteessa<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
bs = 170 mm<br />
bs = 340 mm<br />
bs = 680 mm<br />
R [dB]<br />
50<br />
40<br />
30<br />
170 mm<br />
20<br />
10<br />
340 mm<br />
680 mm<br />
kytkemätön<br />
0<br />
63<br />
100<br />
160<br />
250<br />
400<br />
630<br />
1000<br />
1600<br />
2500<br />
4000<br />
6300<br />
Taajuus [Hz]<br />
Kuva 5.8.1 – Rankajako b = 300 mm.<br />
Tutkimuksen kohteena oli ruuvausjaon b s (mm) vaikutus puurangoilla kytketyn<br />
seinärakenteen ääneneristävyyteen. Mittauksissa käytetyt rankajaot olivat b = 300<br />
mm (kuva 5.8.1) ja b = 1200 mm (kuva 5.8.2). Absorboivan ilmavälin paksuus oli<br />
d = 84 mm. Kuvista voidaan tehdä seuraavat havainnot:<br />
• Kun rankajako on pieni (300 mm), ruuvausjaon lyhentyessä ääneneristävyys<br />
heikkenee melko lineaarisesti koko taajuusalueella. Eniten ruuvausjako<br />
vaikuttaa keskitaajuuksilla, jopa 12 dB, vähiten kriittisen taajuuden<br />
läheisyydessä ja matalilla taajuuksilla.<br />
• Kun rankajako on suuri (1200 mm), ruuvausjaon kasvattaminen parantaa<br />
ääneneristävyyttä vain 160 Hz yläpuolella, parhaimmillaan jopa 20 dB.<br />
• Ruuvausjaon b s vaikutus ääneneristävyyteen on huomattavasti suurempi kuin<br />
rankajaon b vaikutus (ks. kuvat 5.6.1 – 5.7.1).<br />
• On ilmeistä, että puurankoja käytettäessä ruuvausjaon tulisi olla<br />
mahdollisimman harva. Kukin ruuvi toimii runkoäänen siirtymäreittinä<br />
rangasta levyyn, jolloin mm. ruuvauskireys voi myös olla vaikuttava tekijä.<br />
Levyt rankaan kiinnittävien ruuvien kiristysmomentti on luultavasti tekijä, joka<br />
vaikuttaa myös ääneneristävyyteen ruuvaustiheyden lisäksi. Momenttia ei<br />
määritetty lainkaan tässä tutkimuksessa.<br />
36
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
90<br />
80<br />
70<br />
R [dB]<br />
60<br />
50<br />
40<br />
bs = 170 mm<br />
bs = 340 mm<br />
bs = 680 mm<br />
30<br />
20<br />
170 mm<br />
340 mm<br />
680 mm<br />
10<br />
0<br />
2250 mm<br />
kytkemätön<br />
63<br />
100<br />
160<br />
250<br />
400<br />
630<br />
1000<br />
1600<br />
2500<br />
4000<br />
6300<br />
Taajuus [Hz]<br />
Kuva 5.8.2 – Rankajako b = 1200 mm.<br />
37
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002<br />
5.9 Ilmavälin paksuuden vaikutus kytketyssä rakenteessa<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
45 mm<br />
84 mm<br />
120 mm<br />
R [dB]<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
d = 45 mm<br />
d = 84 mm<br />
d = 120 mm<br />
63<br />
100<br />
160<br />
250<br />
400<br />
630<br />
1000<br />
1600<br />
2500<br />
4000<br />
6300<br />
Taajuus [Hz]<br />
Kuva 5.9.1 – Rankajako b = 550 mm.<br />
Tutkimuksen kohteena oli ilmavälin paksuuden d (mm) vaikutus puurangoilla<br />
kytketyn seinärakenteen ääneneristävyyteen. Ilmaväli oli absorboiva. Mittauksissa<br />
käytetyt rankajaot olivat b = 550 mm (kuva 5.9.1) ja b = 1100 mm (kuva 5.9.2).<br />
Ruuvausjako oli b s = 170 mm. Kuvista voidaan tehdä seuraavat havainnot:<br />
• Kytketyllä rakenteella ilmavälin vaikutus on pieni verrattuna kytkemättömällä<br />
rakenteella saatuihin eroihin (ks. kuvat 5.1.1 ja 5.2.1).<br />
• Suurimmat erot tapahtuvat matalilla taajuuksilla. Siltataajuuden f b (tässä 200<br />
Hz) alapuoli on ainut taajuusalue, johon ilmavälin paksuus vaikuttaa, koska<br />
siellä äänen läpäisy tapahtuu yksinomaan ilmaväliä pitkin.<br />
• Taajuuden 400 Hz yläpuolella ilmavälin paksuudella on pieni vaikutus, mikä<br />
johtuu siitä, että ilmavälin kautta ei käytännössä kulkeudu ääntä paljoakaan.<br />
Näin ollen ääneneristävyyden kasvu johtuu luultavasti osin rangan massan<br />
kasvusta (liikkuvuuden laskusta).<br />
• Kun rankajako kasvaa, kasvaa myös rangan paksuuden vaikutus (vrt. kuvia<br />
5.9.1 ja 5.9.2). Tämä on seurausta siitä, että ilmareitin suhteellinen merkitys<br />
kasvaa rankojen vähentyessä.<br />
38
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
90<br />
80<br />
70<br />
45 mm<br />
84 mm<br />
120 mm<br />
60<br />
R [dB]<br />
50<br />
40<br />
30<br />
d = 45 mm<br />
d = 84 mm<br />
20<br />
10<br />
d = 120 mm<br />
0<br />
63<br />
125<br />
250<br />
500<br />
1000<br />
2000<br />
4000<br />
8000<br />
Taajuus [Hz]<br />
Kuva 5.9.2 – Rankajako b = 1100 mm.<br />
39
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002<br />
5.10 Mineraalivillan virtausresistiivisyyden ja tiheyden vaikutus<br />
100<br />
r = 0 Pas/m2 0 kg/m3<br />
90<br />
R [dB]<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
0 Pas/m2<br />
8000 Pas/m2<br />
30<br />
30000 Pas/m2<br />
20<br />
100000 Pas/m2<br />
10<br />
300000 Pas/m2<br />
0<br />
63<br />
100<br />
160<br />
250<br />
400<br />
630<br />
1000<br />
1600<br />
2500<br />
4000<br />
6300<br />
Taajuus [Hz]<br />
r = 8000 Pas/m2 17 kg/m3<br />
r = 30000 Pas/m2 61 kg/m3<br />
r = 100000 Pas/m2 118 kg/m3<br />
r = 300000 Pas/m2 217 kg/m3<br />
Kuva 5.10.1 – Kytkemätön rakenne, ilmaväli d = 125 mm.<br />
Tutkimuksen kohteena oli absorptiomateriaalin virtausresistiivisyyden r (Pas/m 2 )<br />
ja tiheyden ρ a (kg/m 3 ) vaikutus kytkemättömän (kuvat 5.10.1 ja 5.10.2) ja<br />
kytketyn (kuva 5.10.3) seinärakenteen ääneneristävyyteen. Mittauksissa käytetyt<br />
ilmavälin paksuudet olivat d = 125 mm ja 84 mm. Absorbentin täyttösuhde oli<br />
kaikissa tapauksissa yli 70 %. Kuvista voidaan tehdä seuraavat havainnot:<br />
• Absorptiomateriaalin virtausresistiivisyyden vaikutus kytkemättömän seinärakenteen<br />
ääneneristävyyteen on melko pieni, 0 … 8 dB. Vaikutus on<br />
suurimmillaan korkeilla taajuuksilla. Mineraalivillan tiheys ei siten myöskään<br />
vaikuta seinärakenteen ääneneristävyyteen merkittävästi.<br />
• Kytketyllä rakenteella virtausresistiivisyyden vaikutus on vielä pienempi kuin<br />
kytkemättömällä rakenteella, koska ääntä etenee melko vähän korkeilla<br />
taajuuksilla ilmaa pitkin. Suurin osa äänestä etenee rankaa pitkin.<br />
• Absorptiomateriaalin täyttösuhteen vaikutusta ei nähty tarpeen tutkia lainkaan<br />
kytketyillä rakenteilla, koska on oletettavissa, ettei löydetä uusia ilmiöitä.<br />
Koska kuvassa 5.10.3 ei ääneneristävyys kasva kuin korkeintaan 8 dB<br />
absorbentin vaikutuksesta, on helppoa päätellä täyttösuhteen vaikutus luvun<br />
5.3 perusteella.<br />
Kansainvälisten <strong>tutkimus</strong>ten mukaan virtausresistiivisyys vaikuttaisi<br />
ääneneristävyyteen vain pienillä virtausresistiivisyysarvoilla alueella 0 < r < 5000<br />
Pas/m 2 .<br />
40
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
R [dB]<br />
50<br />
40<br />
r = 0 Pas/m2<br />
0 kg/m3<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0 Pas/m2<br />
8000 Pas/m2<br />
30000 Pas/m2<br />
r = 8000 Pas/m2<br />
r = 30000 Pas/m2<br />
21 kg/m3<br />
63 kg/m3<br />
0<br />
63<br />
100<br />
160<br />
250<br />
400<br />
630<br />
1000<br />
1600<br />
2500<br />
4000<br />
6300<br />
Taajuus [Hz]<br />
Kuva 5.10.2 - Kytkemätön rakenne, ilmaväli 84 mm.<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
r=0Pas/m2<br />
0 kg/m3<br />
R [dB]<br />
50<br />
40<br />
r = 8000 Pas/m2<br />
21 kg/m3<br />
30<br />
0 Pas/m2<br />
20<br />
8000 Pas/m2<br />
r = 30000 Pas/m2 63 kg/m3<br />
30000 Pas/m2<br />
10<br />
110000 Pas/m2 r = 110000 Pas/m2 121 kg/m3<br />
0<br />
63<br />
100<br />
160<br />
250<br />
400<br />
630<br />
1000<br />
1600<br />
2500<br />
4000<br />
6300<br />
Taajuus [Hz]<br />
Kuva 5.10.3 - Kytketty rakenne, ilmaväli d = 84 mm.<br />
41
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002<br />
5.11 Rankajaon vaikutus yksittäisellä teräslevyllä<br />
50<br />
40<br />
R [dB]<br />
30<br />
20<br />
10<br />
2 mm, b = 275 mm<br />
2 mm, b = 550 mm<br />
b = 275 mm<br />
b = 550 mm<br />
2 mm, b = 1100 mm b = 1100 mm<br />
0<br />
50<br />
100<br />
200<br />
400<br />
800<br />
1600<br />
Taajuus [Hz]<br />
3150<br />
6300<br />
b = 1100 mm<br />
Kuva 5.11.1<br />
Tutkimuksen kohteena oli puurankojen rankajaon b (mm) vaikutus yksittäisen<br />
teräslevyn ääneneristävyyteen. Ruuvausjako oli b s = 170 mm. Kuvasta 5.11.1<br />
voidaan tehdä seuraavat havainnot:<br />
• Matalilla taajuuksilla havaitaan samanlaisia kuoppia kuin puurangoilla kuvissa<br />
5.4-5.6 ja 5.8. Kuopat johtuvat normaaliresonanssista f 11 kaavan (1) mukaan.<br />
• Resonanssi heikkenee rankajaon kasvaessa siten, että rankajaolla b = 1100 mm<br />
resonanssia ei enää havaita.<br />
• Kriittisen taajuuden kuoppa f c =6200 Hz näkyy selvästi yksinkertaisessa<br />
rakenteessa. Kriittinen taajuus näkyi selvästi myös kaksoisrakenteissa. Ainoa<br />
tekijä, joka hillitsi kuoppaa eli paransi vaimennusta tällä taajuudella, oli paksut<br />
absorboivat kerrokset ilmavälissä.<br />
42
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
5.12 Ruuvausjaon vaikutus yksittäisellä teräslevyllä<br />
50<br />
40<br />
170 mm<br />
340 mm<br />
680 mm<br />
30<br />
bs = 170 mm<br />
bs = 340 mm<br />
bs = 680 mm<br />
20<br />
10<br />
0<br />
50<br />
100<br />
200<br />
400<br />
800<br />
R [dB]<br />
1600<br />
3150<br />
6300<br />
Taajuus [Hz]<br />
Kuva 5.12.1<br />
Tutkimuksen kohteena oli ruuvausjaon b s (mm) vaikutus yksittäisen teräslevyn<br />
ääneneristävyyteen. Puurankojen rankajako oli b = 550 mm. Kuvasta 5.12.1<br />
voidaan tehdä seuraava havainto:<br />
• Ruuvausjako ei vaikuta yksittäisen levyn ääneneristävyyteen. Tästä seuraa se,<br />
että kuvissa 5.6.3, 5.8.1 ja 5.8.2 havaittu ruuvausjaon kasvun voimakas<br />
vaikutus kaksoisseinärakenteisiin johtuu puhtaasti rakenteellisen kytkennän<br />
parantumisesta levyjen välillä eikä levyjen värähtelymuotojen muuttumisesta.<br />
43
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002<br />
5.13 Mineraalivillan ääneneristävyys<br />
R [dB]<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
KT, 50 mm<br />
KT, 50+30 mm<br />
KT, 50+30+30 mm<br />
PAL, 50 mm<br />
PAL, 50+30 mm<br />
PAL, 50+30+30 mm<br />
KT 50<br />
KT 50 + 30<br />
KT 50 + 30 + 30<br />
PAL 50<br />
PAL 50+ 30<br />
10<br />
0<br />
63<br />
100<br />
160<br />
250<br />
400<br />
630<br />
1000<br />
1600<br />
2500<br />
4000<br />
6300<br />
Taajuus [Hz]<br />
PAL 50+30 + 30<br />
Kuva 5.13.1<br />
Tutkimuksen kohteena oli mineraalivillan ääneneristävyys. Tutkimus suoritettiin<br />
kahta eri villatyyppiä käyttäen. Ensimmäinen villatyyppi oli lämmöneristematto<br />
KT, jonka tiheys oli ρ a = 19 kg/m 3 ja virtausresistiivisyys r = 8 000 Pas/m 2 .<br />
Toinen villatyyppi oli palosuojalevy PAL, jonka tiheys oli ρ a = 117 kg/m 3 ja<br />
virtausresistiivisyys r = 90 000 Pas/m 2 . Mittauksissa käytettiin kolmea eri villan<br />
paksuutta d a : 50, 80 ja 110 mm. Kuvasta 5.13.1 voidaan tehdä seuraavat<br />
havainnot:<br />
• Ääneneristävyys kasvaa virtausresistiivisyyden r kasvaessa.<br />
• Ääneneristävyys riippuu melko lineaarisesti villan paksuudesta.<br />
• Ääneneristävyys kasvaa voimakkaasti taajuuden kasvaessa. Kasvu on<br />
tiheämmällä villalla suurempi kuin massalaki yhtälön (2) mukaan olettaa, jopa<br />
12 dB/oktaavi.<br />
• Korkeilla taajuuksilla saadaan massalakia suurempia ääneneristävyyden<br />
arvoja, ts. tiheä villa on parempi äänieriste kuin samanmassainen levy.<br />
• Yhtä voimakasta ääneneristävyyden kasvua ei kuitenkaan havaittu, kun<br />
mineraalivillan tiheyttä kasvatettiin ilmavälin sisällä (luku 5.10). Tähän on<br />
syynä se, että ilmavälissä mineraalivilla toimii ilmavälissä tapahtuvan<br />
kaiunnan poistajana, ei niinkään ääneneristävyyttä parantavana elementtinä.<br />
Tyhjässä ilmavälissä kaiunta kasvattaa äänitasoa noin 20 dB, johon absorbentti<br />
hyvin puree. Kuitenkaan virtausvastusta kasvattamalla ilmavälissä ei päästy<br />
oleellisesti parempiin tuloksiin kuten kuvassa 5.13.1.<br />
44
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
6 JOHTOPÄÄTÖKSET<br />
Tästä tutkimuksesta voidaan vetää seuraavat tärkeät havainnot koskien<br />
kaksinkertaisen seinärakenteen ääneneristävyyttä:<br />
• Ilmavälin paksuuden d kasvattaminen parantaa kytkemättömän seinärakenteen<br />
ääneneristävyyttä huomattavasti riippumatta siitä, onko ilmaväli tyhjä tai<br />
absorboiva.<br />
• Kun käytetään rankoja, ilmavälin paksuuden (rankapaksuuden) kasvattaminen<br />
ei juurikaan vaikuta.<br />
• Absorptiomateriaalin täyttösuhteen a vaikutus kytkemättömän seinärakenteen<br />
ääneneristävyyteen on suhteellisesti tehokkainta silloin, kun täyttösuhde on<br />
alkujaan pieni. Jos täyttösuhde kasvaa nollasta arvoon 20 %, on vaikutus<br />
suurimmillaan. Jos taas täyttösuhdetta kasvatetaan 50 %:sta 90 %:iin, on<br />
ääneneristävyyden kasvu suhteellisen pieni.<br />
• Kun käytetään rankoja, ei mineraalivillalla tai sen täyttöasteella ole paljoakaan<br />
merkitystä paitsi matalimmilla taajuuksilla.<br />
• Joustavilla rangoilla (AWS-teräsranka) ääneneristävyys on huomattavasti<br />
parempi kuin jäykillä rangoilla (puuranka).<br />
• Ruuvausjaon b s kasvattaminen rangan ja levyn välillä parantaa merkittävästi<br />
ääneneristävyyttä. Mitä vähemmän ruuveja käytetään sitä parempi on<br />
rakenteen ääneneristävyys.<br />
• Puurankajaon b vaikutus ääneneristävyyteen on vähäinen. Rankajaon<br />
kasvattaminen parantaa rakenteen ääneneristävyyttä vain matalilla<br />
taajuuksilla, kun ruuvausjakokin on suuri.<br />
• Rankajaon vaikutus joustavalla rangalla on vielä vähäisempi kuin<br />
puurangoilla.<br />
• On ilmeistä, että kaksoisseinärakenteissa tulee pyrkiä erillisrankarakenteisiin<br />
aina kuin mahdollista. Muussa tapauksessa tulisi valita mahdollisimman harva<br />
ja joustava ranka. Puurangoilla ei päästä kovin hyvään ääneneristävyyteen<br />
paitsi jos ilmaväli on suuri (mielellään yli 125 mm), ilmaväli on kokonaan<br />
absorboiva, rankajako on suuri ja ruuvausjako mahdollisimman harva<br />
(mielellään yli 30 cm).<br />
• Ilmavälissä olevan mineraalivillan tiheyden tai virtausvastuksen vaikutus<br />
kaksoisseinärakenteen ääneneristävyyteen näyttäisi olevan mitätön sekä<br />
kytkemättömässä että kytketyssä rakenteessa. Käytössä oli mineraalivilloja<br />
tiheysvälillä 30 ja 220 kg/m 3 .<br />
45
46<br />
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
Liite 1 - Kaksinkertaisten seinien testisarjat<br />
Taulukko L1.1 - Kaksinkertaisten seinärakenteiden (54 kpl) parametriluettelo.<br />
nro a [%] r [Pas/m 2 ] d [mm] b [mm] Rangan tyyppi b s [mm] Villat ja tuplalevyt R w<br />
1 71 30000 84 - - 170 TAKU 30+30 58<br />
2 10 20000 84 - - 170 Reunoilla 80x50 mm TAKU 51<br />
3 0 - 84 - - 170 44<br />
4 0 - 250 - - 170 56<br />
5 0 - 125 - - 170 50<br />
6 88 30000 125 - - 170 TAKU 30+30+50 63<br />
7 24 30000 125 - - 170 TAKU 30 57<br />
8 48 30000 125 - - 170 TAKU 30+30 57<br />
9 71 8000 84 - - 170 KH 30+30 59<br />
10 95 8000 84 1100 puu 170 KH 30+KT 50 47<br />
11 95 8000 84 550 puu 170 KH 30+KT 50 45<br />
12 95 8000 84 275 puu 170 KH 30+KT 50 41<br />
13 83 8000 120 550 puu 170 KT 50+50 47<br />
14 83 8000 120 1100 puu 170 KT 50+50 50<br />
15 80 8000 125 1100 AWS 170 KT 50+50 56<br />
16 80 8000 125 550 AWS 170 KT 50+50 56<br />
17 80 8000 125 275 AWS 170 KT 50+50 55<br />
18 119 8000 42 550 LPR 170 KT 50 47<br />
19 80 8000 125 550 TC 170 KT 50+50 51<br />
20 83 8000 120 550 LR 170 KT 50+50 54<br />
21 0 - 84 1100 puu 170 42<br />
22 71 8000 84 1100 puu 170 KH 30+30 48<br />
23 71 30000 84 1100 puu 170 TAKU 30+30 47<br />
24 71 110000 84 1100 puu 170 PAL 30+30 48<br />
25 67 8000 45 1100 puu 170 KH 30 44<br />
26 67 8000 45 550 puu 170 KH 30 43<br />
27 67 8000 45 275 puu 170 KH 30 40<br />
28 71 8000 84 550 puu 170 KH 30+30 46<br />
29 71 8000 84 550 puu 340 KH 30+30 51<br />
30 71 8000 84 550 puu 680 KH 30+30 53<br />
31 0 - 0 1100 puu 170 36<br />
32 0 - 25 - - 170 34<br />
33 60 8000 25 - - 170 Villamatto 41<br />
34 0 - 42 - - 170 39<br />
35 36 8000 42 - - 170 Villamatto 47<br />
36 71 8000 42 - - 170 Villamatto 49<br />
37 84 90000 250 - - 170 PAL 50+50+50+30+30 70<br />
38 80 40000 250 - - 170 EL 100+100 68<br />
39 20 20000 250 - - 170 TAKU 50 63<br />
40 80 8000 125 - - 170 KT 50+50 62<br />
41 80 8000 125 - - 170 KT 50+50, tuplalevyt 69<br />
42 88 30000 125 - - 170 TAKU 30+30+50 63<br />
43 88 100000 125 - - 170 PAL 30+30+50 61<br />
44 84 300000 125 - - 170 Laivavilla 7x15 mm 60<br />
45 71 30000 84 300 puu 170 TAKU 30+30 41<br />
46 71 30000 84 300 puu 340 TAKU 30+30 46<br />
47 71 30000 84 1200 puu 340 TAKU 30+30, tuplalevyt 58<br />
48 71 30000 84 600 puu 340 TAKU 30+30 51<br />
49 71 30000 84 1200 puu 170 TAKU 30+30 47<br />
50 71 30000 84 1200 puu 340 TAKU 30+30 53<br />
51 71 30000 84 300 puu 680 TAKU 30+30 51<br />
52 71 30000 84 600 puu 680 TAKU 30+30 56<br />
53 71 30000 84 1200 puu 680 TAKU 30+30 56<br />
54 71 30000 84 1200 puu 2250 TAKU 30+30 57<br />
47
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002<br />
Taulukko L1.2 - Ääneneristävyysarvot (dB) kaksinkertaisten seinärakenteiden<br />
mittauksille 1-54. Niillä rakenteilla ja taajuuksilla, joilla sivutiesiirtymää oli liikaa, ei<br />
tulosta esitetä lainkaan (tyhjät ruudut).<br />
Ääneneristävyys 1/3-oktaavikaistoittain<br />
nro 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000<br />
1 19.2 21.8 29.2 31.0 41.5 45.7 49.6 54.8 59.6 65.0 69.1 71.1 71.2 72.1 71.6 71.7 73.6 77.1 81.6 81.6 75.3 63.9<br />
2 19.7 20.8 23.5 28.5 33.3 37.0 41.2 45.7 49.1 53.8 58.3 63.4 68.1 71.2 71.9 71.5 73.4 76.8 80.6 78.5 52.8 48.0<br />
3 20.0 18.8 21.7 26.8 29.3 30.2 33.7 36.0 39.6 40.7 42.3 44.4 50.0 55.7 62.6 67.8 70.1 73.2 74.4 71.3 47.2 43.8<br />
4 23.9 22.4 33.9 39.0 35.1 44.9 44.5 46.8 51.9 56.6 59.0 55.6 61.1 65.9 68.8 70.6 73.2 74.6 76.1 72.0 45.8 46.4<br />
5 19.2 22.1 23.7 33.5 32.5 35.4 38.4 42.2 44.2 48.3 52.4 54.2 56.8 61.7 63.8 67.9 71.7 74.7 75.4 71.8 47.8 44.6<br />
6 21.2 29.2 33.7 37.2 46.2 52.2 55.0 57.7 63.8 68.7 73.5 75.4 76.5 76.0 75.4 75.7 77.6 81.1 88.7 87.0 77.3 72.1<br />
7 20.8 22.4 30.5 31.9 37.0 44.5 49.0 52.1 57.1 61.8 66.7 71.2 73.4 74.9 74.6 75.0 76.9 80.8 87.2 85.1 72.2 66.5<br />
8 16.8 26.8 31.3 35.2 42.6 48.7 52.1 55.1 61.0 65.4 70.4 74.2 76.0 76.1 76.2 79.9 87.5 87.2 76.1 71.8<br />
9 18.7 21.3 29.8 35.4 42.5 46.8 50.1 54.0 59.3 63.6 67.7 71.0 72.0 74.2 72.9 72.6 74.6 77.9 82.2 81.7 72.3 63.1<br />
10 20.0 22.3 32.3 33.7 39.0 40.6 35.9 36.2 40.3 43.6 45.9 47.5 48.7 48.9 48.0 49.9 52.5 55.3 57.8 58.9 44.2 42.5<br />
11 18.6 22.1 32.0 30.9 31.2 28.0 38.6 35.7 40.0 40.9 43.9 44.5 46.7 47.9 47.0 49.4 51.6 53.4 55.9 57.7 44.4 42.9<br />
12 23.3 24.6 18.6 19.1 15.5 25.2 40.6 40.3 37.2 43.9 43.0 41.8 45.7 47.1 47.5 50.2 52.4 53.3 54.7 55.7 43.8 43.0<br />
13 17.8 22.7 34.6 33.0 31.2 26.9 40.9 36.0 43.1 44.0 45.7 47.2 49.4 51.9 52.3 54.0 56.3 58.2 60.2 60.6 46.2 46.0<br />
14 20.6 22.0 34.6 39.3 39.5 42.8 38.3 38.4 40.7 48.7 48.9 50.3 53.0 54.3 54.1 55.5 57.9 60.0 61.8 62.7 46.6 45.9<br />
15 20.4 21.4 32.5 37.7 45.7 50.4 49.4 51.8 54.8 54.9 55.6 55.7 56.3 57.4 56.9 58.7 61.1 62.8 64.6 66.1 49.1 48.6<br />
16 20.7 21.7 32.4 38.9 45.6 47.0 47.3 51.8 53.5 54.6 54.9 55.1 56.3 57.3 57.3 59.3 61.7 62.9 64.0 65.0 48.8 48.6<br />
17 19.2 22.4 31.4 37.2 44.5 40.7 49.1 51.3 55.4 53.5 53.0 53.1 53.6 55.8 57.1 58.7 60.4 60.8 61.6 62.0 48.3 48.3<br />
18 21.8 22.8 13.2 20.3 32.4 39.3 43.8 48.3 51.6 50.0 48.7 49.5 49.6 49.9 50.0 52.2 54.4 56.3 58.3 60.2 44.7 43.0<br />
19 24.5 23.8 25.9 30.6 40.3 40.0 43.9 48.1 48.4 49.3 48.5 47.8 51.3 52.9 53.7 56.1 58.6 60.0 61.8 62.8 48.8 49.3<br />
20 21.6 22.8 30.3 37.5 41.9 43.7 48.1 51.5 52.5 52.8 53.4 53.3 53.9 53.3 52.8 54.8 57.6 59.4 61.1 62.5 45.7 45.1<br />
21 19.6 17.6 19.1 27.6 30.7 29.7 31.6 30.3 33.5 39.8 42.4 43.7 47.2 49.0 49.2 52.6 55.3 56.8 57.9 57.9 39.9 38.6<br />
22 19.2 21.5 30.8 31.8 36.5 39.8 37.6 35.4 36.8 45.7 47.9 49.3 50.3 50.6 50.4 53.1 56.0 57.6 59.1 59.8 45.2 43.6<br />
23 18.8 22.3 31.3 32.5 36.3 37.5 37.7 34.7 38.9 44.6 46.8 48.2 49.7 49.9 49.1 52.8 55.5 57.4 58.6 58.8 44.1 42.6<br />
24 19.0 22.2 29.3 30.5 36.1 38.1 38.4 36.8 40.2 45.4 47.5 48.6 50.4 51.4 50.8 54.4 56.7 57.7 58.6 59.1 44.2 42.6<br />
25 20.7 18.0 19.3 23.0 30.0 34.4 33.2 35.1 37.0 42.4 45.3 47.2 49.1 49.8 50.5 52.9 55.3 56.2 57.1 57.8 42.4 40.8<br />
26 21.2 18.4 20.5 26.3 27.5 26.1 35.3 34.8 39.8 40.9 43.3 45.0 47.1 48.8 50.0 52.0 54.1 54.9 55.6 56.0 42.0 40.8<br />
27 22.4 23.7 20.9 19.4 15.6 19.3 35.9 38.5 37.7 42.5 41.1 41.0 44.7 44.9 46.9 50.0 52.5 53.1 53.7 54.3 41.9 41.3<br />
28 18.2 22.5 32.2 32.5 33.7 27.5 39.4 35.4 40.8 42.6 45.3 45.5 47.5 48.9 49.1 51.9 54.6 56.0 57.3 58.0 44.7 43.6<br />
29 17.3 22.8 31.5 33.9 33.3 36.5 45.6 45.5 48.9 50.3 49.7 49.5 51.1 51.7 50.9 53.7 57.1 58.9 60.7 62.3 48.4 46.7<br />
30 19.7 22.9 28.1 33.8 42.3 43.7 47.5 48.9 50.6 53.3 53.5 52.8 52.4 52.1 51.4 54.3 57.9 60.1 62.0 63.7 51.0 49.2<br />
31 24.9 23.6 21.1 24.7 28.3 28.5 27.7 29.8 28.3 29.9 30.8 33.5 36.5 38.9 41.6 44.2 47.0 49.2 50.4 49.1 34.8 34.6<br />
32 27.3 23.7 17.8 17.5 15.8 21.2 23.0 27.1 26.5 30.6 33.8 38.2 43.6 48.9 55.0 59.4 62.6 65.2 66.5 61.4 43.3 49.4<br />
33 26.7 23.1 15.1 14.0 19.7 28.0 34.5 42.1 46.3 52.1 56.9 60.5 63.5 64.4 64.5 64.0 65.3 69.0 71.4 67.9 57.5 56.5<br />
34 26.8 19.3 17.1 17.1 24.5 24.2 29.9 33.8 34.5 35.6 39.1 42.1 47.8 53.3 60.2 65.4 68.2 71.0 71.4 66.1 44.4 46.9<br />
35 27.0 18.4 18.6 19.9 28.0 33.9 39.0 45.4 49.3 55.2 60.0 64.9 68.6 71.8 73.1 71.9 72.6 75.6 76.1 72.0 57.2 55.4<br />
36 24.9 19.6 16.2 22.1 32.4 39.1 43.2 49.8 54.2 59.7 63.9 67.9 70.0 72.0 71.9 70.3 71.2 75.4 76.5 73.4 63.6 60.4<br />
37 31.1 30.8 35.9 42.6 51.7 60.5 66.4 73.5 75.6 75.6 73.5 77.0 81.5 80.4 82.1 83.8 84.5 86.2 87.7<br />
38 32.7 33.2 39.5 41.8 48.8 57.1 59.8 62.9 70.0 72.9 75.0 78.5 81.2 86.3 80.5 84.6 84.6 86.6 85.8<br />
39 25.7 27.2 38.2 40.2 40.5 49.6 54.9 58.2 64.5 68.1 72.0 73.5 77.4 82.3 84.6 85.2 83.5 86.1 84.9<br />
40 26.1 26.4 30.5 37.9 45.4 49.6 53.1 58.5 62.3 66.5 71.2 75.5 79.6 82.2 84.1 87.2 89.3 87.8 86.8 84.0 75.9 70.2<br />
41 26.1 24.0 39.1 44.8 51.2 55.3 60.2 64.6 68.1 71.8 76.2 78.1 79.6 82.1 83.7 87.4 90.6 88.4 86.7 84.3 79.8 73.4<br />
42 25.6 25.4 31.6 38.1 46.0 50.1 53.6 59.8 64.1 68.2 73.5 77.7 81.1 83.0 83.3 85.0 86.3 86.2 85.3 82.0 79.6 71.4<br />
43 24.4 31.3 30.1 35.4 42.3 48.0 54.0 60.2 65.8 72.2 75.4 77.7 84.1 89.2 90.2 90.3 92.6 89.3 85.7 77.9 76.0<br />
44 27.6 25.6 27.9 33.7 41.3 47.5 54.8 63.1 68.2 72.8 77.4 81.0 84.4 85.7 86.0 89.1 92.9 89.4 89.0 87.9 85.3 79.2<br />
45 30.0 25.1 18.6 15.7 19.5 35.9 45.8 41.2 42.7 39.7 38.5 42.5 45.2 47.5 51.3 53.3 55.0 57.2 59.6 60.8 47.3 48.1<br />
46 30.0 25.1 15.3 15.6 28.7 41.7 43.3 47.9 46.0 45.8 46.1 48.4 52.6 54.6 57.3 58.1 60.0 61.7 64.4 66.2 50.8 50.5<br />
47 30.0 25.1 38.8 45.6 50.7 48.5 52.9 50.5 50.6 51.9 54.6 55.9 58.2 60.9 62.7 62.9 64.4 67.5 72.0 75.1 57.0 56.6<br />
48 17.8 25.1 32.3 28.2 28.9 43.9 45.0 46.6 46.4 46.8 48.4 51.3 54.7 57.8 60.6 61.4 62.6 63.7 66.4 68.7 52.0 51.0<br />
49 15.7 25.1 23.3 33.7 41.6 40.7 35.4 40.4 38.0 39.0 44.2 48.7 50.2 52.0 54.4 55.7 57.1 58.7 60.2 62.9 49.0 48.1<br />
50 16.1 25.1 23.5 34.3 42.7 45.0 48.3 50.9 49.3 48.4 50.7 53.4 55.0 57.0 58.9 59.3 61.4 63.4 65.8 69.1 53.5 52.3<br />
51 30.0 25.1 23.4 20.5 30.8 41.0 48.8 49.3 49.6 51.8 51.7 54.1 56.0 57.5 59.8 60.3 62.6 64.7 67.3 70.0 53.8 53.1<br />
52 21.3 25.1 32.2 35.5 38.6 44.5 48.5 50.0 50.4 52.3 53.4 56.8 58.1 60.3 62.6 63.9 65.6 66.9 69.3 71.4 55.1 53.8<br />
53 16.9 25.1 26.4 35.8 42.2 45.9 49.8 53.0 51.5 51.7 53.5 55.5 57.5 59.2 60.8 60.5 63.2 65.9 68.7 71.6 56.1 55.7<br />
54 16.0 25.1 26.3 33.4 40.1 44.7 49.2 55.1 57.2 56.2 57.4 59.3 60.0 59.9 62.0 61.1 63.9 67.9 72.9 74.3 63.5 61.2<br />
48
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
Liite 2 – Yksinkertaisten seinien testisarjat<br />
Taulukko L2.1 - Yksinkertaisten seinärakenteiden ääneneristävyysmittausten (14 kpl)<br />
parametriluettelo.<br />
nro a [%] r [Pas/m 2 ] d [mm] b [mm] Rangan tyyppi b s [mm] Villat ja levyt R w<br />
A - - - 1100 puu 170 2 mm teräslevy 33<br />
B - - - 1100 puu 170 2 mm teräslevy 34<br />
C - - - 1100 puu 150 4 mm teräslevy 37<br />
D - - - 550 puu 170 2 mm teräslevy 33<br />
E - - - 275 puu 170 2 mm teräslevy 33<br />
F - 8000 - - - - KT 50 6<br />
G - 8000 - - - - KT 50+KH 30 10<br />
H - 8000 - - - - KT 50+KH 30+30 13<br />
I - 70000 - - - - PAL 50 18<br />
J - 90000 - - - - PAL 50+30 26<br />
K - 100000 - - - - PAL 50+30+30 30<br />
L - - - 600 puu 170 2 mm teräslevy 33<br />
M - - - 600 puu 340 2 mm teräslevy 34<br />
N - - - 600 puu 680 2 mm teräslevy 33<br />
Taulukko L2.2 - Ääneneristävyysarvot (dB) yksinkertaisten seinärakenteiden mittauksille<br />
A-N.<br />
Ääneneristävyys 1/3-oktaavikaistoittain<br />
nro 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000<br />
A 22.9 21.7 19.6 19.1 22.8 22.6 23.1 25.9 26.7 28.1 29.8 32.0 34.1 36.2 38.3 40.5 42.4 43.5 44.2 43.8 34.3<br />
B 21.8 24.9 18.9 19.0 24.4 24.4 24.8 26.0 27.6 29.6 30.9 32.6 34.9 36.8 38.0 39.8 41.3 42.5 43.0 42.6 32.0 30.2<br />
C 24.3 23.4 16.5 25.0 28.8 29.7 29.1 30.8 31.3 33.2 35.7 37.2 39.6 41.4 42.4 43.0 40.8 30.3 31.8 35.8 39.0 43.4<br />
D 23.7 23.2 16.0 22.4 23.7 19.5 21.2 25.3 26.8 29.0 32.1 32.5 34.9 36.7 38.7 40.1 41.8 42.8 43.2 41.9 30.4 29.6<br />
E 24.4 21.4 18.1 22.2 18.3 18.4 21.2 24.7 27.9 32.1 33.8 32.7 33.8 35.7 37.3 39.4 40.6 41.6 42.2 41.3 31.3 31.0<br />
F 10.4 7.0 1.4 2.4 3.6 3.0 3.3 3.8 4.4 5.3 5.2 5.1 5.4 6.0 6.8 7.0 7.5 7.5 7.6 8.0 9.2<br />
G 11.2 7.6 1.4 2.5 4.0 4.0 4.5 5.9 6.5 7.7 8.0 8.4 9.0 9.8 11.0 11.7 12.2 12.8 13.4 14.1 15.6<br />
H 12.7 8.7 1.8 2.5 4.6 4.9 6.4 8.0 9.0 9.9 10.9 11.7 12.7 13.6 15.3 16.1 17.0 18.0 18.9 20.1 22.2<br />
I 17.7 14.9 8.1 8.5 10.4 9.5 9.6 9.8 11.2 12.4 13.7 16.2 18.1 20.1 23.1 24.7 26.7 28.6 31.1 33.7 36.7<br />
J 20.9 17.2 10.1 11.2 13.3 12.7 14.4 15.6 18.1 21.3 24.1 27.8 31.7 35.6 40.1 44.7 48.7 52.1 56.7 59.7 55.4<br />
K 21.2 19.4 11.0 12.5 15.0 16.0 18.5 21.0 23.0 27.8 32.9 38.7 44.6 49.4 52.6 57.0 59.3 60.2 63.0 63.5 57.9<br />
L 30.0 25.1 17.0 20.8 21.6 21.9 23.8 26.2 27.0 28.6 29.9 32.1 34.3 36.3 38.4 40.1 41.7 42.9 44.3 44.8 34.9 34.2<br />
M 30.0 25.1 17.7 21.7 22.9 22.7 24.4 26.0 27.1 28.2 30.5 32.7 34.3 36.4 38.6 40.2 41.9 43.1 44.7 45.3 34.7 33.3<br />
N 30.0 25.1 17.0 21.8 23.1 22.9 24.4 25.8 26.4 27.9 30.4 32.6 34.1 36.0 38.3 40.1 41.8 42.7 44.1 45.0 34.3 32.4<br />
49
50<br />
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
Liite 3 – Kuvissa esiintyvät käyrät<br />
Taulukko L3.1 - Tuloksissa esitettyjen kuvien sisältämien rakenteiden tunnukset<br />
kaksinkertaisten rakenteiden osalta.<br />
Kuva Käytettyjen rakenteiden tunnukset<br />
5.1.1 3, 4, 5, 31, 32, 34<br />
5.2.1 6, 9, 33, 36, 38<br />
5.3.1 5, 6, 7, 8<br />
5.3.2 32, 33<br />
5.3.3 34, 35, 36<br />
5.3.4 1, 2, 3<br />
5.3.5 4, 37, 38, 39<br />
5.4.1 6, 13, 16, 19, 20<br />
5.5.1 18, 26, 36<br />
5.6.1 25, 26, 27, 36<br />
5.6.2 9, 10, 11, 12<br />
5.6.3 6, 13, 14<br />
5.6.4 1, 51, 52, 53<br />
5.7.1 6, 15, 16, 17<br />
5.8.1 1, 45, 46, 51<br />
5.8.2 1, 49, 50, 53, 54<br />
5.9.1 13, 26, 28<br />
5.9.2 14, 22, 25<br />
5.10.1 1, 3, 9<br />
5.10.2 5, 40, 42, 43, 44<br />
5.10.3 21, 22, 23, 24<br />
Taulukko L3.2 - Tuloksissa esitettyjen kuvien sisältämien rakenteiden tunnukset<br />
yksinkertaisten rakenteiden osalta.<br />
Kuva Käytettyjen rakenteiden tunnukset<br />
5.11.1 B, D, E, 31<br />
5.12.1 L, M, N<br />
5.13.1 F, G, H, I, J, K<br />
51
52<br />
Työympäristötutkimuksen raporttisarja 1<br />
Työterveyslaitos, 2002
Valtteri Hongisto, Riikka Helenius ja Mika Lindgren<br />
<strong>Kaksinkertaisen</strong> seinärakenteen ääneneristävyys – laboratorio<strong>tutkimus</strong><br />
KIRJALLISUUS<br />
1 Hongisto Valtteri, Lindgren Mika, Helenius Riikka, Sound insulation of double walls - an<br />
experimental parametric study, acta acustica ⋅ acustica (accepted for publication, 5th July 2002).<br />
2 Hongisto Valtteri, Meluesteen akustisten ominaisuuksien määritys ja luokittelu, Ympäristö ja<br />
Terveys 2-3:2001 69-74<br />
3 Hongisto V, Sound insulation of doors - Part 1: Prediction models for structural and leak<br />
transmission, Journal of Sound and Vibration 230(1) 2000 133-148.<br />
4 Hongisto V, Keränen Jukka, Lindgren M, Sound insulation of doors - Part 2: Comparison between<br />
measurement results and predictions, Journal of Sound and Vibration 230(1) 2000 149-170.<br />
5 Hongisto V, Improvement of the sound reduction index of doors, Proceedings of Internoise 97,<br />
Budapest Aug 25-27, 1997, 747-750, OPAKFI, Hungary.<br />
6 Hongisto V, Ovien ääneneristävyyden parantaminen, Akustiikkapäivät 1997, Espoo 9-10.10.1997,<br />
85-88, Akustinen Seura ry.<br />
7 Hongisto V, A case study of flanking transmission through double structures, Applied Acoustics,<br />
62(5) 2001 589-599.<br />
8 Virjonen Terhi, Huoneiden välisen ilmaääneneristävyyden laskennallinen määrittäminen – Sovellus<br />
betonikerrostalossa (LuK-tutkielma), Turun yliopisto, Fysiikan laitos, 1997.<br />
9 Hongisto V, Flanking transmission through a floating floor covering, Proceedings of Internoise 2001,<br />
August 27-30, 2001, The Hague, Holland, Vol 3, pp. 1119-1122.<br />
10 Hongisto V (doctoral dissertation), Airborne sound insulation of wall structures - measurement and<br />
prediction methods, Helsinki University of Technology, Laboratory of Acoustics and Audio Signal<br />
Processing, Report 56, Espoo, Finland, 2000, ISBN 951-22-5215-5, ISSN 1456-6303.<br />
11 Hongisto V, Lindgren M and Keränen J, Enhancing the maximum measurable sound reduction<br />
index of a laboratory using sound intensity technique and high amount of absorbents, Journal of the<br />
Acoustical Society of America, 109(1) 2001 254-265.<br />
12<br />
Helenius R, Lindgren M, Laitinen P, Nousiainen E ja Hongisto V, Seinärakenteiden<br />
ääneneristävyyden mallinnuksessa tarvittavien parametrien mittausmenetelmät, Akustiikkapäivät<br />
2001, Espoo 8-9.10.2001, 81-86, Akustinen Seura ry.<br />
13 Nousiainen E, Hongisto V and Lindgren M, Acoustical charaterization of fibrous materials by using<br />
measured flow resistivity data, Proceedings of Internoise 2000, August 27-30, 2000, Nice, France, Vol<br />
6, pp. 3875-3878.<br />
14 Nousiainen E ja Hongisto V, Huokoisten materiaalien absorptiosuhteen laskeminen virtausvastuksen<br />
perusteella, Akustiikkapäivät 2001, Espoo 8-9.10.2001, 87-92, Akustinen Seura ry.<br />
15<br />
Nousiainen E, Virtausvastus kuitumaisten materiaalien akustisia ominaisuuksia määräävänä<br />
tekijänä, Turun yliopisto, Fysiikan laitos, 2000.<br />
53