Desibelit miinuksen puolella

Hyvin pienet äänitasot ovat arkipäivää akustiikan tutkimuksessa, missä tarvittavat taustamelutasot ovat aivan eri luokassa kuin hiljaisimmissakaan tavanomaisissa huonetiloissa. Akukonin osaaminen äänilaboratorioiden suunnittelussa on ollut merkittävässä osassa, kun Aalto-yliopiston akustiikan laitoksen tutkimustiloja on uudistettu rakennuksen peruskorjauksen yhteydessä.

Erityisessä asemassa Aalto-yliopiston akustiikan laboratoriossa ovat kolme kaiutonta huonetta, joiden käyttötilanteet kattavat erittäin herkät tieteelliset kokeet ja mittaukset sekä akustisin mittalaittein että ihmiskorvin.

Kaiuttomien huoneiden akustisesta suunnittelusta vastannut Timo Peltonen asetti vaatimustason jo erittäin tiukaksi: ”Lähtökohtana oli alittaa kuulon havaintokynnys, mikä itsessään edellytti jo erityistä huomiota huonetoimittajan valintaan, ilmanvaihdon suunnitteluun sekä eristykselle ympäröivistä rakenteista.”

Huippuhiljainen lopputulos

Uudistusprojektin valmistumisen yhteydessä Akukonin asiantuntijat mittasivat hämmästyttävän pieniä äänipainetasoja. Kaikissa kaiuttomissa huoneissa A-painotetuksi tasoksi saatiin peräti -2,0...-2,1 dB. Koko kuulon taajuusalueella huoneisiin ulkopuolelta tuleva äänitaso alittaa selvästi kuulokynnyksen, eli käytännössä herkkäkuuloisinkaan ei pysty havaitsemaan minkäänlaisia häiriöääniä.

Todenäköisesti Aalto-yliopiston laboratoriossa on vielä mittaustulostakin hiljaisempaa – ”Käyttämämme mikrofonijärjestelmä on herkin mitä löytyy, ja siitä huolimatta törmäsimme mittauslaitteiston alarajaan. Tarkasti dokumentoidun mittausjärjestelmän sisäisen kohinan tasoksi on määritelty n. -2,5 dB”, tiivistää mittausten analysoinnista vastannut Jukka Pätynen. ”Mittalaitteiston alarajan ylittäneen spektrin osalta voimme arvioida, että todellisuudessa vallitseva äänipainetaso saattaa olla jopa -12 dB. Tällöin oltaisiin kiistatta maailman huippulaboratorioiden joukossa”, huomauttaa Timo Peltonen.

Kaiuttoman huoneen vapaassa kentässä

Poikkeuksellisen hiljaisuuden lisäksi kaiuttomien huoneiden ominaisuuksiin lukeutuu luonnollisesti myös lähes täydellinen äänen häviäminen seinät kauttaaltaan peittäviin vaimentaviin kiiloihin. Tällöin tilan äänikenttä muodostuu äänilähteiden tuottaman äänen etenemisestä, eikä seinäpinnoista palaudu lainkaan ylimääräisiä heijastuksia. ”Moniin korviin kaiuton huone kuulostaa hyvin erikoiselta. Lähin käytännön vastine kaiuttomille olosuhteille saattaisi löytyä esimerkiksi tyynellä säällä keskeltä peltoa, jossa tuotettu ääni häviää ympäristöön ilman heijastuksia”, muotoilee Jukka Pätynen. Uudistetuissa kaiuttomissa huoneissa vapaakenttäolosuhteet toteutuvat lähes koko äänitaajuuskaistalla ja hyvin laajalla käyttökelpoisella toiminta-alueella huoneissa.

Aalto-yliopiston kaiuttomien huoneiden toimittajaksi valikoitui saksalainen FAIST Anlangenbau GmbH, jonka ratkaisuista löytyi kaiuttomien huoneiden eri käyttötapoihin soveltuvat ratkaisut.

Äänipainetasoista eli ”desibeleistä” puhuttaessa yleinen harhaluulo on, että äänitason alaraja on nollassa. Desibeli on kuitenkin suhteellinen suure, jonka nollapiste on valittu edustamaan pienintä tyypillistä ihmiskorvan havaitsemaa äänipainetasoa. Samoin kuin celsiusasteikossa nollapisteessä veden olomuoto muuttuu kiinteäksi, lämpötilan mittaaminen ei lopu nollaan asteeseen.

Mittalaitteet äärimmäisten tilanteiden mukaan

Äärimmäisen pienten äänitasojen mittaamisessa useimpien mittalaitteiden ominaisuudet tulevat vastaan, vaan niiden sisäinen kohina muodostuu rajoittavaksi tekijäksi. Aivan kuten lämpötilojenkin kanssa, laadukaskaan ulkolämpömittari ei sovellu kylmälaboratorioiden huippukylmien lämpötilojen mittaamiseen, vaan tarkoitukseen tarvitaan poikkeuksellista laitteistoa.

Akustiikan laboratorion kaiuttomien huoneiden käyttönottomittauksissa hyödynnettiin Brüel&Kjærin herkintä yhden tuuman mittamikrofonijärjestelmää (Type 4179 sekä esivahvistin Type 2660), jonka ominaisuudet koko mittausalueella on tarkasti dokumentoitu.

Aalto-yliopiston akustiikan laitos