Ajoissa tehty akustiikkasuunnittelu säästää aikaa ja rahaa

Rakennusten akustiikkasuunnittelu kannattaa aloittaa varhaisessa hankesuunnitteluvaiheessa. Silloin isoihin linjoihin pystyy vielä vaikuttamaan. Jos akustiikkaa mietitään vasta toteutussuunnittelun kohdalla, jäljellä on yleensä enää ”kalliita ja vielä kalliimpia ratkaisuja”.

Teksti ja podcast: Piritta Porthan

Ihmisten kuuloherkkyys sekä kokemus melusta vaihtelevat. Kun A-Insinöörien akustiikkasuunnittelun suunnittelujohtaja Timo Huhtala työtehtävissään jäljittää esimerkiksi kerrostaloasukasta häiritsevää ääntä, hän ei aina kuule sitä vaan saattaa tarvita avukseen äänitasomittarin. Toisaalta kun tietyn äänen alkaa kuulla, sitä on vaikea jättää huomiotta.

Liian korkean melutason aiheuttavaa äänilähdettä voi olla vaikea jäljittää myös suuressa kauppakeskuksessa, jossa äänilähteitä saattaa olla satoja. Välillä äänitasot ja ääneneristys johtavat myös paradoksiin: jos melutasoltaan 28 desibelin asuntoon vaihdetaan hiljaisempi ilmanvaihtokone, äänet naapurista alkavatkin erottua paremmin.

– Akustiikkasuunnitteluun panostetaan kuitenkin nykyään niin paljon, että korjaustarpeita syntyy vähemmän kuin 10 vuotta sitten, Huhtala sanoo.

Varhainen suunnittelu kannattaa

Akustiikan peruskysymyksiä on rakennushankkeissa Huhtalan mukaan tärkeää pohtia jo varhaisessa hankesuunnitteluvaiheessa: Onko tilassa hajautettu ilmanvaihto ja minkälainen se on? Tarvitaanko äänekkäitä varavoimakoneita ja suunnitellaanko tilaan muita meluisia laitteita?

– Varhaisessa hankesuunnitteluvaiheessa tehdään järjestelmäperiaatteita ja tilavarauksia sekä mietitään runkokanavien viennit ja niiden vaikutus ääneneristävyyteen, Huhtala sanoo. – Jos akustiikkaa aletaan miettiä vasta toteutussuunnitteluvaiheessa, jäljellä on yleensä enää kalliita ja vielä kalliimpia ratkaisuja.

Liian myöhään havaittu periaatteellinen akustinen vika tai haaste johtaa usein työläisiin korjauksiin ja suunnitelmamuutoksiin.

– Välillä tuntuu, että hankkeissa yritetään säästää ottamalla erikoissuunnittelijat mukaan myöhemmin. Oikeasti rahaa säästyy vain ajoissa tehdyllä akustiikkasuunnittelulla. Silloin kokonaistyömääräkin on usein pienempi.

Avainasemassa laitteistovalinnat

Kolmiulotteiset mallinnukset ja melukartat ovat Huhtalalle jokapäiväisiä työkaluja. Laitteiden melupäästöistä ja värähtelystä on kertynyt vuosien varrelta mittausdataa, ja äänilähteet yhteismeluvaikutuksineen voidaan mallintaa ja laskea.

Yhden ilmanvaihtokonehuoneen sisältävän asuinrakennuksen akustiikkasuunnittelu on Huhtalan mukaan melko yksinkertaista. Mutta samaan rakennukseen voi kuulua asuntojen lisäksi esimerkiksi toimistoja, liiketiloja ja erilaisia jäähdytyksiä.

– Kohteessa voi olla sivulla toimisto ja yläpuolella konserttisali. Olemmekin kehittäneet laskentamenetelmiä, joilla ääneneristävyyksiä pystytään laskemaan taajuuskaistoittain, Huhtala sanoo.

Akustiikkasuunnittelussa avainasemaan nousevat laitteistovalinnat. Kolme erilaista ilmanvaihtokonetta voivat tuottaa täysin eri määrän melua. Lattialämmitysjärjestelmät eroavat askelääneneristävyydeltään toisistaan huomattavasti, mutta hyvin mitoitettuina ne parantavat rakenteen ääneneristävyyttä.

Helsingin Jätkäsaaren ja Kalasataman uusiin asuinrakennuksiin asennettiin Huhtalan mukaan melko meluisa putkikeräysjärjestelmä kotitalousjätteille. Se vaati tavallista jätehuonetta paremmin ääntä eristävät rakenteet sekä järjestelmäasennuksen, joka ei kytkeydy runkoon.

Akustiikka suunnitellaan aina tilojen käyttötarkoituksen ja keskinäisten suhteiden mukaan. Akustiikkasuunnittelijana Timo Huhtala miettii tilaa kokonaisuutena.

Tilakohtaista suunnittelua

A-Insinöörien toimintamalliin kuuluu rakennus- ja taloteknisiä töitä koskeva työselostus. Se määrittelee talotekniikan läpivientidetaljit sekä rakenteiden mukaiset tiivistykset. Esimerkiksi saneeraushankkeissa detaljit liittyvät eristävien rakenteiden läpivienteihin sekä siihen, miten eri järjestelmät kannakoidaan niin, etteivät ne aiheuta runkoääntä.

– Jos detaljeja ei ole määritelty, ei niitä kukaan todennäköisesti osaa tehdä työmaalla oikein, Huhtala sanoo. – Tekstiselostuksen sijaan toteutustavaksi toivotaan työmaalla usein piirustustasoista esitystä.

Tavanomaiseen ilmanvaihtokanavistoon sopivat usein valmiit äänenvaimentimet. Mutta esimerkiksi erilaisia kammio- ja reaktiivisia vaimentimia räätälöidään myös hankekohtaisesti. Erityishaastetta nykytekniikka kohtaa suojelluissa saneerauskohteissa, joissa tekniikka pitää usein piilottaa ahtaisiin tiloihin.

Arvo- ja julkisten rakennusten peruskorjaushankkeissa rakennusten alkuperäiset LVIS-järjestelmät saattavat puuttua kokonaan. Jos kohteen painovoimainen ilmanvaihto vaihdetaan koneelliseen tuloon ja poistoon, kanavistot tulevat kohteeseen uusina. Silloin ääni voi kulkea ilmatilan kautta huoneesta toiseen, jolloin uusien konehuoneiden paikka ja rakenteet täytyy pohtia tarkkaan.

Monenlaisia äänilähteitä

Ilmanvaihdossa äänilähteitä on paljon, eikä sen melu aina synny koneesta tai kanavasta. Myös ilmanvaihtopäätelaite voi tuottaa ääntä. Myös putkistot tuottavat ääntä, ja viemäreiden kohdalla melutasoja voi laskea koteloinnin avulla. Perinteinen patteriputkisto kytkee pattereita toisiinsa, ja patterit säteilevät ääntä.

– Joskus esimerkiksi ravintolan putkistot ovat yhteydessä asuntojen lämmitysjärjestelmiin. Ne saattavat siirtää ääntä tehokkaastikin, Huhtala sanoo.

Varavoima- ja savunpoistolaitteet ovat lähtökohtaisesti äänekkäitä, ja koekäytettävinä laitteina niiltä sallitaankin korkeampi äänentaso. Savunpoistopuhaltimen ääni ei kuitenkaan saa peittää esimerkiksi hätäkuulutusjärjestelmän ääntä alleen. Paloturvallisuutta ja akustiikkasuunnittelua sovitellaankin yhteen ääntä merkittävästi eristävissä tiivistyksissä, sillä tietyt alueet ovat rakennuksissa myös paloalueiden rajoilla.

Maalämpöjärjestelmän kompressorit ja pumput aiheuttavat käyntiääniä ja värinöitä, jotka voivat kulkeutua rakennuksen runkoon. Lämpöpumppulaitteet pitääkin huolella eristää runkorakenteista.

Värähtelyn kytkeytymisen putkistoon ja sitä kautta rakennuksen runkoon voi estää joustoliittimillä.

Joskus häiritsevässä äänessä voi pientalossa olla kyse teknisestä tilasta, joka on makuuhuoneen huonosti ääntä eristävän seinän takana.

Desibelirajoja ulkona ja sisällä

Ilmanvaihdon aiheuttama melutaso ei saa ylittää asuinrakennuksen sisätiloissa 28 desibeliä, mutta käytännössä se jää Huhtalan mukaan kerrostaloissa nykyään enää noin 24 desibelin tasolle. Jos asunnoissa on keskitetty ilmanvaihto, sallituissa desibelirajoissa pysytään yleensä aika hyvin.

Hajautetussa ilmanvaihdossa ilmanvaihtokoneet sen sijaan sijoitetaan usein kylpyhuoneisiin. Jos IV-laitteita ei koteloida, ääntä saattaa tulla vaipan läpi liikaa. Kaupunkiympäristössä myös esimerkiksi päivittäistavarakauppojen katoille sijoitetut lauhduttimet saattavat ylittää desibelirajamääräykset. Desibelirajojen ylitys johtaa yleensä korjausvelvoitteeseen.

Tekniset viat on pyrittävä korjaamaan. Melua voidaan rajoittaa meluesteillä ja ilmanvaihtokanavistoon voidaan lisätä äänenvaimentimia. Osan laitteista voi myös koteloida.

Desibelitasoja ei mitata ainoastaan rakennuksen sisällä, vaan myös ympäristöön. Esimerkiksi lämpöpumpun melupäästö saa määräysten mukaan olla 45 desibeliä ikkunoiden takana ja piha-alueelle.

– Kaupunkiympäristö tuo suunnitteluun sen hankaluuden, että desibelirajat koskevat kaikkia laitteita yhdessä, Huhtala kertoo. – Jos ympärillä 10 laitetta tuottavat yhteensä 45 desibeliä, sallittu melutaso on jo käytetty. Silloin uudet laitteet täytyy mitoittaa 35 desibeliin.

Huhtala tekee paljon myös ympäristösertifikaattien melutasoihin liittyviä mallinnuksia.

– Ympäristöluokitukseen liittyvään meluun kiinnitetään nykyään huomiota aiempaa enemmän. Viranomaiset vahtivat niitä vähän tiukemmin, ja ehkä asukkaat sekä toimistotyöläisetkin ovat oppineet suhtautumaan kriittisemmin akustiseen ympäristöön.

Akustiikkasuunnittelua musiikkikeskuksessa

Teksti: Mikko Kylliäinen, Jussi Rauhala, Jesse Lietzén, Ilkka Valovirta, Joose Takala, Niko Manninen ja Piritta Porthan

Vuonna 1985 rakennetun Kuopion musiikkikeskuksen korjaushankkeessa rakennuksen ilmanvaihtojärjestelmä uusittiin nykyvaatimusten mukaiseksi. Akustiikkasuunnittelijan tehtävänä oli varmistaa, etteivät muutokset vaikuta konserttisalin akustiikkaan.

Kuopion musiikkikeskuksen konserttisalia pidetään yhtenä Suomen parhaista sinfonisen orkesterimusiikin esityspaikoista. Musiikkikeskuksen vuonna 2018 valmistuneessa korjaushankkeessa rakennettiin kaksi uutta ilmanvaihtokonehuonetta: yksi konserttisalin alapuolelle ja toinen sen yläpuolelle.

Konserttisalissa tehtiin myös huoneakustiikkaan liittyviä muutoksia. Saliin rakennettiin miksauspaikka, ja istuinten pehmusteet sekä verhoukset uusittiin.

Neljä ilmankäsittelykonetta

Kuopion musiikkikeskuksen alkuperäisen ilmanvaihtojärjestelmän tuloreitti konserttisaliin kulki istuinten rakenteen kautta. Ilmanvaihdon uusimiseksi istuimet olisi pitänyt purkaa ja rakentaa uudelleen. Sen sijaan saliin tehtiin uudet tuloilmareitit.

Uusiin IV-konehuoneisiin sijoitettiin yhteensä neljä ilmankäsittelykonetta. Konehuoneiden äänitaso saatiin absorptiomateriaalin käytöllä niin alhaiseksi, ettei niiden ääni erottunut konserttisalissa eikä nostanut sen äänitasoa. Äänenhallintaa helpottivat konehuoneen ja konserttisalin väliset betonirakenteet.

Konserttisalin alapuolella sijaitsevaan kompressorihuoneeseen sijoitettiin ilmankäsittelykoneiden lisäksi kaksi vedenjäähdytintä, joiden ilmaääntä hallittiin hiljaisilla laitteilla ja absorptiomateriaalilla. Runkoääni katkaistiin asentamalla vedenjäähdyttimet tärinäneristimien varaan.

Uudet ilmanvaihtokoneet sijaitsevat konserttisalin päällä ja alla. Kuvalähde: QVIM ArkkitehditOy.

Huoneakustista mallinnusta

Suunnittelun lähtötiedoiksi mitattiin huoneakustiset mittaluvut ISO 3382-1 -standardin mukaisesti. Vanhojen ja uusien verhousten ja pehmusteiden absorptiosuhde mittautettiin lähtötiedoksi akustiikkalaboratoriossa, ja niissä näkyi pieniä eroja. Erojen vaikutus salin ominaisuuksiin tutkittiin huoneakustisella tietokonemallinnuksella, ja samalla tutkittiin uuden miksauspaikan vaikutus.

Salista laadittiin kolmiulotteinen tilamalli, joka siirrettiin huoneakustiseen mallinnusohjelmaan. Huoneakustinen malli sovitettiin ennen korjausta tehtyjen mittausten tuloksiin ja sitten tehtiin uusi mallinnuskierros: katsomon absorptiosuhde muutettiin uusien verhousten ja pehmusteiden mukaiseksi.

Tilamalliin lisättiin miksauspaikka, ja huoneakustiset mittaluvut laskettiin uudelleen. Mallinnustulosten perusteella verhousten, pehmusteiden ja miksauspaikan vaikutus jäivät selvästi pienemmiksi kuin ISO 3382-1 -standardin määrittelemät havaittavissa olevat mittalukujen erot.

Korjaustöiden valmistumisen jälkeen salin huoneakustiikan todettiin akustiikkasuunnittelun tavoitteiden mukaisesti säilyneen ennallaan.

Konserttisalin huoneakustinen mallinnus korjausten jälkeisessä tilanteessa, jossa tilaan on toteutettu miksauspaikka ja istuinten verhoukset ja pehmusteet on vaihdettu. Laskentaverkko esittää sivuttaisenergiasuhteen JLFarvoa salissa. Kuvalähde: A-Insinöörit.

Konserttisalin ilmanvaihdon tuloilmareitti oli alkujaan toteutettu osana istuinten selkänojan rakennetta. Kuvalähde: A-Insinöörien kuva-arkisto.

Korjaushankkeen yhteydessä tehtiin uudet tuloilmareitit lattian kauttaistuimen alta. Kuvalähde: A-Insinöörien kuva-arkisto.

Perusparannus Turun Akatemiatalossa

Teksti: Timo Huhtala, Ilkka Valovirta, Mikko Kylliäinen, Joose Takala ja Piritta Porthan

Kuvat: A-Insinöörit

Vuonna 1815 valmistunutta Turun Akatemiataloa runtelivat Turun palo ja talvisodan pommitukset. Paljon alkuperäistä jäi kuitenkin jäljelle, joten kohteen perusparannuksessa uudet ratkaisut piti sovitella suojelumääräyksiin.

Vuonna 2018 valmistuneessa perusparannushankkeessa Turun Akatemiataloon toteutettiin ajankohtaisten rakentamismääräysten vaatimukset täyttävä ilmanvaihtojärjestelmä. Tämä edellytti uusien IV-konehuoneiden ja -kanavien rakentamista. Ratkaisuja ja tuotteita kehiteltiin vaatimusten mukaan.

– Kiintokalusteisiin integroitiin kanavistoja ja päätelaitteita, joita ei kaupan hyllyltä valmiiksi löydy, Timo Huhtala kertoo.

Räätälöityjä ratkaisuja

Rakennuksen kolmannen kerroksen korkeus oli vain kolme metriä, mistä yläpohjan kantavat rakenteet ja eristykset veivät huomattavan osan. Lisäksi kattoon asennetut jäähdytyspaneelit vaativat tilaa korkeussuunnassa. Ilmanvaihdolle järjestettiin tilaa sijoittamalla rakennuksen ylintä kerrosta palvelevat IV-kanavat ullakolle.

Tilakohtaiset äänenvaimentimet sijoitettiin yläpohjan eristetilan kohdalle, huonetiloihin jäivät näkyviin vain päätelaitteet. Kerroksen läpi alempiin kerroksiin menevät kanavat sijoitettiin leveisiin kotelorakenteisiin, joilla saatiin aikaan alkuperäisiä massiivitiiliseiniä vastaava vaikutelma.

Rakennuksen toisessa kerroksessa haasteena olivat reititykset. Useissa tiloissa kanavat lähtivät suoraan päätelaitteilta ylös kolmannen kerroksen läpi ullakolle. Ensimmäistä kerrosta palvelevia kanavia sijoitettiin erityisesti istuntosalien kohdalla alapohjaan.

Tuloilma jaettiin osassa saleista lattiasäleikköjen kautta. Joissakin saleissa sekä tulo- että poistoilmanvaihto sijoitettiin varta vasten rakennettuun kalusteeseen. Tuloilma puhallettiin kalusteesta viistosti ylös, ja poistoilma otettiin siihen ylhäältä.

Ilmanvaihdon kanavat ja päätelaitteet upotettiin rakenteisiin ja kalusteisiin.

Monenlaista ääneneristystä

Askelääneneristävyyttä parannettiin järeällä lattialevytyksellä, jossa alimmaisena oli ympäripontattu lattiavaneri. Sen päälle asennettiin askelääneneriste sekä kaksinkertainen lattiakipsilevy kelluvana. Välipohjiin asennettiin puukuitueristettä, ja rakenteen massan pienenemistä kompensoitiin lattiapalkkien väliin asennetuilla kipsilevyillä.

Rakennuksen kolmannessa kerroksessa uudet väliseinät tehtiin teräsrankarunkoisina ja kipsilevyllä levytettyinä, jolloin ääneneristys saatiin käyttötarkoitusta vastaavalle tasolle. Uusien tilojen ääneneristyksessä ratkaisevaa olivat seinien liitokset välipohjiin.

Istuntosalien kaksinkertaisiin puuoviin asennettiin kaksinkertaiset EPDM-tiivisteet sekä palotilanteessa paisuva palotiiviste. Ovenkarmien väliin asennettiin verhoiltu akustiikkamineraalivilla vaimentamaan kaiuntaa.

Rei’itettyä jäähdytyspaneelia

Istuntosalien kattopinnat heijastivat lähtötilanteessa ääntä kauttaaltaan. Useimpien istuntosalien katoissa oli tilojen ympäri kiertävä friisi eli kennolevy. Friisin ja seinäpinnan välinen kaista pinnoitettiin pohjalevyn päälle asennetulla Fellert-ruiskutuksella.

Katon keskialueet jätettiin ääntä heijastavaksi pinnaksi. Pieni absorptioalan lisäys tehtiin ääntä hyvin vaimentavista ikkunaverhoista.

Kolmannen kerroksen työhuoneiden katoista suurin osa jäi absorptiomateriaalina toimivan rei’itetyn jäähdytyspaneelin taakse. Käytävillä käytettiin reikäkipsilevyä, ja kipsilevyä asetettiin myös alempien kerrosten uusiin neuvottelutiloihin. Askelääneneristystä lisättiin myös tekstiilimatoilla.