Takaisin hakemistoon
Kaksi äänentoistoon eniten vaikuttavaa seikkaa ovat kaiutin ja huone. Vaikka monista muista hifiasioista on enemmän puhetta, niin niiden perkitys äänentoistoon on paljon pienempi kun laitteet ovat edes jotenkin järkeviä.
Kun kaiutinta kuunnellaa tavallisessa asuinhuoneessa, suurin osa äänestä on eri puolilta huonetta tulleita heijastuksia. Huone muokkaa heijastuksia, ja eri heijastusten ja suoraan kaiuttimesta tulevan äänen sekoittuminen huonontaan toiston tarkkuutta.
Seisovat aallot ovat ongelma pienessä kivihuoneessa jo taajuusalueella, johon pienet jalustakaiuttimetkin ylettävät. Kun tähän lisätään vielä subwooferi, niin päästään kohtaamaan monia basso-ongelmia.
Akustointi on tärkeä osa hyvää äänentoistoa. Jotain 0.5dB eroja tulee kaapeleissa kun taas jo aika kevyellä akustoinnilla saa huonevasteen piikkeihin 10-15dB erot ja selvästi tasaisemman taajuusvasteen.
Kaiuttimen omien "sisäänrakennettujen" ominaisuuksien lisäksi bassotoistoon vaikuttaa pääasiassa kolme ulkoista tekijää: huoneen rakennusmateriaalit, kaiuttimen paikka ja kuuntelijan paikka.
Massiiviset ja raskaat rakennusmateriaalit kuten betoni, tiili ja kivi heijastavat matalia taajuuksia. Kun kaiutin on lähellä tällaista rajapintaa (esimerkiksi seinää), bassot korostuvat kolme desibeliä. Lattialla seinän vieressä korostus on kuusi desibeliä ja nurkassa lattialla yhdeksän desibeliä. Kevyemmistä materiaaleista, kuten kipsi- tai lastulevystä, rakennetut pinnat päästävät bassotaajuuksia lävitseen, ja korostus on vähäisempää.
Järeäseinäisissä kerrostalohuoneissa bassot korostuvat eniten. Vaarana on kumiseva ja bassovoittoinen toisto. Toinen ääripää on "kevytseinäinen" omakoti- tai rivitalo, jossa bassot voivat jäädä liian ohuiksi.
Kaiuttimen bassotoiston tasoa voidaan säätää muuttamalla kaiuttimen etäisyyttä taka- ja sivuseinästä. Lähellä seinää koteloidusta kaiuttimesta saadaan enemmän bassoa kuin kauempana seinästä. Myös kuuntelupaikka vaikuttaa asiaan, koska bassotoisto voi olla yhdessä kuuntelupikassa voimakkaasti korostunut ja toisessa paljon vaimentunut.
Tavanomainen kaiutin säteilee matalilla ja keskitaajuuksilla ääntä kaikkiin suuntiin. Jos kaiutin on lähellä seinää tai muita ääntä heijastavia pintoja, heijastukset saavuttavat korvan heti "suoran äänen" jälkeen. Aikaiset heijastukset paljastavat kaiuttimien paikan (ääni kuuluu kaiuttimista) ja huonontava muutenkin toistoa. Nämä seikat huonontavat kaiuttimien tuottamaa stereokuvaa.
Kaiuttimen toiston tarkkuu paranee, kun kaiutinta vedetään irti seinästä. Suositeltu minimietäisyys on vähintään 50 cm kaiuttimen etulevystä takaseinään mitattuna. Usein kaiutin joudutaan sisustussyistä sijoittamaan lähelle seinää. Tällöin bassot korostuvat ja toistotarkkuus huononee.
Muistaakseni seisovat aallot ja monet muut muut ongelmat ovat yleensä huomattavasti heikompia puurakenteisesa talossa kuin kivitalossa. Tyypillisesti seinämateriaalina käytetty ohut lastulevy, jonka takana on tyhjää/villaa ei toimi samanlasena rajapintana kuin esimerkiksi betoniseinä. Lisäksi levy heiluu ja "syö" energiaa. Jälkikaiunta-ajat ovat lyhyempiä puutalossa. Puutalon huonona puolen on, että joissain tapauksissa äänentoistosta voi tulla bassoköydää, koska tila voi vaimentaa bassoja voimakkaasti. Ja jos taas bassoa tukevoittamaan hankittua subbaria alkaa kunnolla luukuttamaan, saattavat puuseinät lakaa resonoida äänen mukaan.
Parasta bassotoistoa varten kuunteluhuonene tulisi olla niin suuri kuin mahdollista ja optimaalisesit vaimennettu. Lisäksi huoneen mittojen (pituus, korkeu, leveys) pitäisi olla tosistaan poikkeavia eikä mikään mitta tulisi olla toisen kerrannainen. Alla eräitä hyviä suhdelukuja huoneen mitoille (Lähde: rec.audio.* FAQ):
Korkeus Leveys Pituus
1 1.14 1.39
1 1.28 1.54
1 1.6 2.33
Teoriassa ideealinen ilmatiivis huone vahvistaa matalia taajuuksia, joiden aallonpituuden puolikas ei mahdu huoneeseen jyrkkyydellä 12db/oktaavi. Mutta tämä on vain teoriassa. Typillisessä huoneessa tuo vahvistus on vain murto osa tuosta, koska osa näistä bassotaajuuksista "vuotaa ulos" ja absorboituu rakenteisiin. Tyypillisesti huone näyttäisi vahvistavan 6-10dB alimpia bassoja huonesijoituksella verrattuna kaiuttomaan mittaukseen.
Muulloin huone korostaa niita taajuuksia joille syntyy seisova aalto. Eli niitä taajuuksia joilla aallonpituuden puolikas on seinien/katon ja lattian välimatka. Ja niiden taajuuksien kerrannaisia ainakin noin 500 Hz:iin asti merkittävästi.
Kotiteatterihuoneessa kannattaa pyrkiä kohtuullisen pieneen kaikuvuuteen. Tämän takia seinät kannattaa ääntä vaimentavasta ja hajottavasta meteriaalista. Kaiun maara on tietysti makuasia, mutta monikanavatoistoon tehdystä huoneesta kannattaa tehdä aika tuhdisti vaimennettu, koska äänen tilainformaatio tulee monikanavaisesta toistolaitteistosta, ja huoneen heijastamat äänent tahtoo vaan sotkea tätä kuvaa. Surround-käyttöön tehdystä kotiteatterihuoneesta voi tehdä hyvin paljon normaalihuonetta vähemmän kaikuvan, koska monikanaäänentoisto sisältää itsessään kaiken äänen tilainformaation ja huonekaiuti vaan sotkevat sitä.
Betonirunkoiset seinät kunnon akusto-levyillä päällystettynä lienevät jonkinlainen vaihtoehto kotiteatterin akustoinnissa. Tämäntyyppisiä ratkaisuita käytetään muunmuassa eleokuvateattereissa, joissa on ainakin uudemmissa todella tuhdisti sitä levyä joka puolella. Raskaat betonirakenteet vaimennuksen takana ovat eduksi, koska niillä saat eristettyä huoneen ymparöivästä melusta ja samalla huoneen omat jytkeet muulta talolta. Reilulla ilmavälillä, lasivillalla ja paneloinnilla vaikutat jalkikaiunta-aikaan jo laajemmallakin kaistalla. Tarpeen mukaan voi paneloinnin päälle sitten viela muita absorpoivia tai diffusoivia pintoja.
Kirjahyllyjen vaimentavasta vaikutuksesta usein puhutaan, mutta ne voivat myös varittää äänta pitäessään monenlaista pärinää subbarien tahdissa (riippuu kirjahyllyn rakenteesta ja mitä siellä säikytetään). Paras kuunteluhuone on kuunteluun erikoistettu ja erittain vaimea akustisesti ilman tauluja, kirjahyllyja yms., jotka alkavat soimaan ikavasti voimakkaiden bassoaanten myota.
Tämä järjestely toimii hyvin monikanavaäänen kanssa. Kaksikanavafriikeille tämä järjestely ei sovi kovinkaan hyvin, koska kaksikanavainen normaali stereoääni tarvitsee huonekaikuja korvaamaan äänestä puuttuvaa tilainformaatiota.
Yleiskäyttöä ajatellen huonetta ei kannata kauttaaltaan päällystäää voimakkaasti ääntä imevällä materiaalilla, koska tällöin tuloksena voi olla monen mieleen "liian kuiva" akustiikka.
Eräs toimiva ratkaisu on akustoinnin piilottaminen puolipaneloinnin taakse + katon vaimentaminen ainakin takaa (mieluummin lähes kokonaan). Paneloinnin ideana on asentaa esim akustokarhua seinän ja puolipaneelin väliin, ja jos vain mahdollista, niin paneelin lautojen väliin jätetään pienet raot. Tällä ratkaisulla saavutetaan myös alhainen hellasärö.
Kaikki huoneen pintamateriaalit vaikuttavat huoneen akustiikkaan niin kivi- kuin puutalossakin. Yleisesti voidaan sanoa, että kaikki levyseinät (lastulevy, kipsilevy ja puupaneeli) toimivat jonkin asteisena levyabsorbentteina. Millä taajudella ja miten tehokkaasti nämä toimivat riippuu materiaalista ja rekenteen jäykkyydestä. Yleensä näillä rakenteilla saadaan aikaan bassovaimennusta noin 100 Hz tietämille. Jos huoneessa on hyvin paljon puurakenteita, saattavat nämä aiheutta jopa liian paljon bassovaimennusta, jolloin äänentoistosta tulee tässä huoneessa keskiäänivoittoinen.
Pinkakäsitellyt (rapattu, tasoitettu tai maalattu) kiviaineiset seinäpinnat ovat lähes täydellisisestä ääntä heijastavia pintoja. Mikäli kivi- tai kevytsoraharkkopinnat on jätetty paljaiksi, ne ovat erittäin tehokkaita diskanttivaimentimia. Käsittelemätön kevytlekaharkko voi vaimentaa diskantteja jopa 60-70 prosenttia. Paljas tiilisienä vaimentaa diskantteja tyypillisesti 10-20 prosesnttia.
Ideaalisessa kuunteluhuoneeessa on paljon erilaisia pintoja ja muotoja. Näin saadaan sekä hajottavia että vaimentavia pintoja vähän joka taajuudelle, jolloin huoneen taajuusvasteesta saadaan tasainen.
Halltex-levy ei juuri kaikua vaimenna. Kunnolliseen levyllä tehtävään vaimennukseen tarvitana paksumpia levyjä kuin ohut haltex-levy (esimerkiski 50 mm Akustorhu tai vastaava).
Verhot ei paljon vaimenna, ellei ne sitten ole tosi paksuja verhoja, kuten esimerkiksi erittäin raskaat yli 3kg/m^2 panoiset verhot.
Yläbassojen kumina (~100 Hz) on yyypillinen ongelma pienissä betoniseinäisissä huoneissa varsinkin jos kaiuttiimet on sijoitettu hyvin lähelle seinää tai lattiaa (nurkista puhumattakaan). Huone vahvistaa kaiuttimien bassotoistoa 3 dB jokaista kaiuttimen lähellä olevaa rajapintaa kohden eli nurkassa 9 dB. Korostuneen taajuusalueen laajuus riippuu kaiuttimen ja seinän välisestä etäisyydestä verrattuna aallonpituuteen. Kun etäisyys on aallonpituuden kymmenesosa tai vähemmän, alkaa korostus vaikuttaa voimakkasti. Liäski korostukseen tulee mukaan huoneen ominaisresonanssimoodien taajuudet, jotka pienessä huoneessa asettuvat tyypillisesti tuonne yläbassoalueelle).
Akustointi on varsin monimutkainen asia eikä poppakonsteja ole. Akustointi kuitenkinkin kannatta, koska sillä voidaan vaikuttaa äänen laatuun paljon enemmän, kuin esimerkiksi kaapeleita hiuppukalliisiin vaihtamalla. Ensin pitäisi lähteä tutkimaan huoneen taajuusvastetta ja jälkikaiuntaa ja alkaa vasta sitten miettimään, mitä on tehtävissä ja onko sen toteuttaminen järkevää. HiFi-lehtu on julkaissut vuoden 1997 aikana hyvän artikelisarjan huoneakustiikasta.
Jos ongelmana ovat seinistä heijastuvat korkeat äänen, niin niitä voi vaimentaa sijoittamalla seinilla jotain ääntä imevää tai hajoittavaa. Esimerkkinä ovat paksummat verhot, seinätaulut, paksu ryijy seinälle kuuntelupaikan taakse ja kirjahylly seinälle. Lattiaheijastuksia voi helposti vaimentaa lattiamatoilla. Eli ensimmäistä lattiaheijastusta on hyvä vaimentaa, ja se onnistuu esimerkiksi sijoittamalla korvan ja kaiuttimen väliseen keskipisteeseen (lattialla) paksun pehmeän maton.
Yleisin äänentoiston ongelma pienissä kerrostalohuoneissa on huoneen resonanssin aihuttama korostuma tyypillisesti noin 60 Hz ympäristössä mikä kuuluu helposti kumisevana äänenä. Tämä korostuma syntyy betonirakenteiseen huoneeseen johtuen seinien ääniä heijastavasta ominaisuudesta ja huonene mitoista. Bassotoiston kuminaan ei pysty vaikuttamaan millään kohtuulisen paksuisella seinään sijoitettavalla vaimennusmateriaalilla. Ainoita mahdollisuuksia normaalihuoneessa on oikeastaan saada huoneeseen muuten lisää vaimentavaa materiaalia (esimerkiksi kirjahylly täynnä kirjoja sekä raskas sohva). Pehmeiden huonekalujen sijoittumisella huoneessa ei ole merkitystä, paitsi jos ne sijaitsevat kuuntelukolmion (vasen kaiutin, oikea kaiutin, kuuntelija) alueella.
Vaikeimpien huoneresonassiongelmien korjaamiseen voi yrittää resonaattoriratkaisuja. Huoneresonanssit ovat yleensä erittäin kapeita, ja niitä korjattaessa on viisainta käyttää apuna mittauslaitteita. Koska resonaattorien mitoitus vaatii lisäksi ammattitaitoa, ne ovat lähinnä teoriaa tuntevan kehittyneen harrastajan akustointikeinoja.
Yksi mahdollisuus huoneen kaikija vaimentamaan on on irrallisen puolipaneelin asentaminen huoneen seiniä kiertämään. Seuraava rakennelma ei itse tehtynä maksa maltaita, mutta vaatii hieman nikkarointitaitoa:
Akustointilevyillä voi hyvin vaimentaa äänien heijastumista sekä huonekaikua keskiääni- ja diskanttialueella. Bassoalueella akustointilevyllä ei ole paljon merkitystä.
Akustointilevyllä pystytään korjaamaan ongelmia hyvin suunnilleen 240 hertsiin asti, sen alapuolella alkaa olla vaikeaa. Parikymmentä senttiä paksu akustointilevy vaimentaa juuri ja juuri 200 hertsin alapuolelle, mutta ei vaikuta mitenkään tehokkaasti sitä alempiin taajuuksiin.
Akustointilevyissä äänen absorbtio riippuu oleellisesti absorboivan kerroksen paksuudesta. Absorbtiokerroksessa olevan ilmaraon avulla efektiivistä paksuutta voi lisätä tietyissä rajoissa halvalla jos vaan tilaa riittää. Ilmaraolla varustettu systeemi ei ole ihan yhtä hyvä kuin täydi levy, mutta riittää moneen vaimennushommaan. Ilmarakoa ei kannata kasvattaa liian suureksi, vaan esim. 25 cm on aika maksimi järkevä. Kun vaimennusaine on ohut ja väliin jätetään ilmaväli, muodostuu vaimennus tehokkaaksi kaikilla niillä aallonpituuksilla, joissa hiukkasnopeuden maksimi (neljäsosa) sattuu levyn kohdalle. Vastaavasti minimin (puolet aallonpituudesta) sattuessa levyn kohdalle vaimennus on heikointa. Näin ilmaväliä muuttamalla voidaan tehokkaimmin vaimentaa haluttuja taajuuksia. Esim. 25 cm ilmavälillä 3 cm akustolevy vaimentaa hyvin tehokkaasti 250 Hz:stä ylöspäin.
Jos halutaan vaikuttaa matalimpiin taajuuksiin, mihin akustointilevy auttaa, niin seiniin on laiteeva lisäkoolaukset, joiden väliin laitetaan karhuntaljaa. Sitten vaan päälle joustava levy. Bassoja luukutettaessa se levyseinä sitten heiluu. Niin sen pitääkin, sillä siihen heilumiseen seä äänienergia imeytyy. Tälläisessä vaimennusratkaisussa korkeammat taajuudet voidaan hoitaa seinälevyn päälle asennetulla 12 millin kovalla akustolevyllä, jota saa ihan järkevän näköisillä sisustusmateriaaleilla päällystettynä.
Akustiikkalevyä saa rautakaupoista ja muista rakennustarvikkeitä myyvistä liikkeistä. Akustiikkalevyjä on saatavana ainakin seuraavilla tuotenimillä eri valmistjilta:
Levyjen koko (ainakin Akusto Karhussa) on yleensä 120 x 60 cm tai 60 x 60 cm. Tuottiden hintaluokka riippu yleensä 40 - 100 mk:n välissä levyltä. Levyt liimataan rakennusliimalla (sitkeä, paksu liima) alustaansa. Liimaa levitetään villalevyn takapintaan muovisella hammaslastalla ja levy painetaan kiinni alustaansa. Hommassa kannattaa olla puhtaat kädet, likaantunut levy ei hevin puhtaaksi lähde.
Tyypillisimmä resonaattorisarkaiusut ovat hemholtz-, reikä-, rako- tai levyresonaattorit.
Resonaattoreista löytyy lisätietoa esimerkiksi Jarmo Toivasen Teknillinen Akustiikka -kirjasta (Otakustantamo 362).
Levyresonaattori on jäykkä levy, joka on kiinnitetään seinään rimojen varaan. Levyresonaattorin ideana on, että levy ryhtyy värähtelemään kun ääniaalto kohtaa levyn. Levyn värähdellessä osa äänestä menee levyn läpi takaseinään, josta se heijastuu tkaaisin vastakkaisvaiheisena. Vastakkaisvaiheiset äänet ja levyn värähtelyhäviöt vaimentavat ääntä.
Levyresonaattori värähtelee tietyllä taajuudella ja imee samalla äänienergiaa. Resonanssitaajuus riippuu muun muassa levyn massasta ja ilmavälin etäisyydestä. Rakenteen ominaistaajuus säädetään sopivaksi muuttamalla levyn massaa ja takana olevaa ilmaväliä. Jos levysresonaattorin ja seinän välisessä tilassa on pelkää ilmaa, niin resonaattori toimii hyvin kapealla taajuusalueella. Jos levyn ja seinän välinen tila täytetään villalla, saadaan levyrsonaattori toimimaan laajemmalla taajuusalueella.
Levyresonaattorin resonanssitaajuus on laskettavissa kaavasta:
f = 60 / sqrt( m * d )Missä
Levyn painoa laskettessa voi käyttää seuraavia rakennuslevyille tyypillisiä tiheyksiä:
Kipsilevy 900 kg/m^3 Koivuvaneri 730 kg/m^3 Havupuuvaneri 685 kg/m^3 Kovalevy 850 kg/m^3
Levyresonaattori toimii sitä tehokkaammin, mitä paremmin tila levyn ja takana olevan seinän takana on vaimennettu. Tyypillisesti levyresonnattori vaimentaa tehokkaasti noin oktaavin tai muutaman oktaavin taajuusaluetta ominaistaajuuden ympäristössä.
Käytännössä levyrasonaattorin levy kiinnitetään kiinnitysrimoilla seinään. Rakenteessa tulee ottaa huomioon, että levyn värähtelyyn vaikuttavien seikkojen pitäisi olla ilmavälin muodostama jousi ja levyn massa. Toisin sanoen levyn kiinnitys ei saisi estää ollenkaan levyn liikettä, mikä on tietysti käytännössä mahdottomuus. Yleisesti väitetään, että noin satakertainen kiinnitysrimojen väli levyn paksuuteen verrattuna olisi riittävä. Tämä tietysti riippuu levymateriaalin taivutus jäykkyydestä. Kiinnitysrimojen välin pitää olla tarpeeksi pitkä, eli satakertainen levyn paksuuteen verrattuna. Eli esimerkiksi 5 millin paksuisen levyn kiinnitysrimojen välimatkan tulee olla vähintään 50 senttimetriä. Resonaattorin täytyy olla ilmatiivis.
Eräs esimerkkirakenne noin 100 hertsin taajuudella toimivasta levyresonaattorista on seuraava (Hifi 11/1997): Yhteen seinään tehdään 100 mm koolaus 600 mm välein. Koolusten välit täytetään villalla. Päälle laitetaan 12 mm vaneri- tai kipsilevy. Tämä rakenne tuottaa 40-50 prosentin bassovaimennuksen sadan hertsin taajuudelle.
Reikäresonaattori koostuu seinän viereen (tyypillisesti 200-300 mm päähän) laitetusta levystä, kuten levysresonaattori. Reikäresonaattorin tapauksessa käytetty levy sisältää monia reikiä. Tässä ratkaisussa jokainen levyn reikä tavallaan toimii omana kotelona vaikka mitään väliseiniä ei ilmaraossa olekkaan. Levyn paksuutta, reikien kokoa ja muotoa sekä ilmaväliä ja reikäjakoa vaihtelemalla saadaan resonaattorin ominaisuutta muutettua hyvin laajalla alueella.
Reikäresonaattoria käytetään yleisesti esimerkiksi toimistorakennusten katoissa, jolloin puhutaan alas lasketusta katosta. Tälläisiä sovellutuksia varten on saatavan valmiita levyjä, joiden toinen puoli on valmiiksi pehmennetty huovalla. Nämä levyt on tyypillisesti suunniteltu toimimaan noin 200-300 mm etäisyydellä katosta tai seinästä.
Rakoresonaattori on eräs reikäresonaattoriratkaisu. Reikäresonaattorien ei tarvitse olla pyöreitä, vaan ne voivat olla neliskulmaisia tai jopa pitkänmallisia. Rekoresonaattorissa nuo reiät ovat vaan hyvin pitkänmallisia.
Rakoresonaattori tehdään siten että, seinärakenteen päälle rakennetaan harva lautaverhous ja väliin jätetään jälleen ilmaväli. Vaimennusta voidaan korostaa täyttämällä ilmaväli vaimennusaineella. yksinkertaisuuden ansiosta rakoresonaattori on hyvin yleisesti rakennuksissa käytetty resonaattoriratkaisu.
Hemholtz-resonaattori on kotelo, joka on viritetty tietylle taajuudelle siinä olevan putken tai aukon avulla. Resonaattori imee ominaistaajuutensa ääniä, joten sitä voidaan käyttää huoneessa olevan korostuman hillitsimiseen. Helmholz-resonaattio muistuttaa rakenteeltaan bassorefleksikoteloa, jossa ei ole sitä bassoelementtiä. Helmholtz-resonaattorin voi virittää halutulle taajuudelle seuraavalla kaavalla:
22700 * d^2
l = ----------- - 0,79 * d
f^2 * V
Missä
Yksittäisiä Helmholz-resonaattoria tosin käytetään äärimmäisen harvoin, koska se on ratkaisuna työläs muihin verrattuna.
Bassoresonanssi voi hyvin olla toistakymmentä desibeliä voimakas ja sellaisen listimseen vaaditaan tehokas resonaattori. Helmholt-resonaattorista tulee siksi helposti kookas laitos. Yksi satalitarinen subbari ja muutama samankokoinen lisää imemässä ongelmataajuuksia voi aiheuttaa harmaita hiuksia muuallakin kuin hellan suunnalla.
Kun ääni lähtee kaiuttimesta ensimmäinen kohde, jonka se saavuttaa on yleensä huoneen lattia tai seinä. Heijastuneet äänet joutuvat kulkemaan pidemmän matkan kuin suora ääni. Yhden pinnan kautta heijastuneen äänen matkaero on tavallisesti muutamasta kymmenestä senttimetristä runsaaseen metriin. Näitä ääniä nimitetään varhaisiksi heijastuksiksi. Jos matkaero on aallonpituuden tai sen monikerran suuruinen, heijastus vahvistaa suoraan kaijuttimesta tulevaa ääntä. Jos taas matkaero on puolen aallonpituuden tai sen parittoman monikerran suuruinen, heijastus vaimentaa suoraa ääntä. Kaiken kaikkiaan heijastus tekee taajuusvasteen epätasaiseksi, säännöllisesti toistuvia piikkejä sisältäväksi. Tälläisesta eri vaiheisten singnaalien sekoittumisesta käytetään nimitystä kampasuodinilmiö.
Heijastuksen matkaero merkitsee aikaeroa eli viivettä. Kuulon kannalta haitallisimpia ovat pienet, enintään muutaman millisekunnin viiveet. Tälläinen muutaman millisekunnin viive syntyy puolen metrin luokkaa olevasta matkaerosta. Pitemmän, esimerkiksi 5 10 ms viiveen korva aistii jo pikemminkin tilavaikutelmaa muuttavana.
Kaikki pinnat imevät jonkin verran ääntä. Voimakkaasti ääntä imeviä pintoja saadaan huokoisilla aineilla ja erilaisilla resonaattorirakenteilla. Akustinen absorptio on yleensä melko vähäistä, jos huokoset eivät ole toisiinsa yhteydessä, kuten umpisoluisissa vaahtomuoveissa ja -kumeissa on asianlaita.
Kun ääniaalto osuu kovan seinän edessä olevaan huokoiseen ainekerrokseen, se jakautuu kahteen osaan. Osa heijasuu suoraan huokoisesta pinnasta. Osa kulkee edestakaisin materiaalin läpi vaimentuen matkalla. Oleellinen tekijä on materiaalin virtausvastus. Kun virtausvastusta lisätään, kasvaa sisäinen vaimennus, mutta toisaalta ensi heijastus materiaalin pinnasta lisääntyy.
Mitä enemmän huoneessa on erilaisia pintoja ja muotoa, sen parempi. Näin saadaan sekä hajottavia että vaimentavia pintoja vähän joka taajuudelle, eli huoneen taajuusvasteesta saadaan tasainen.
Taloudelliset seikat ja ulkonäköasiat ovat usein erittäin tärkeitä absorptiorakenteita valittaessa. Jos samaa materiaalia voidaan rakennuksen seinässä käyttää sekä äänen absorptioon että lämmön eristykseen, kannattaa tietysti käyttää tämä etu hyväksi.Toisaalta huokoiset materiaalit ovat jokseenkin arkoja mekaanisille rasituksille ja ne joudutaan usein suojaamaan kolhaisuja vastaan.
Osoitteesta http://carelia.scp.fi/~lt97jave/akusemi/image12.gif löytyy taulukko eri materiaaleille tai rakenteille huonemetelmällä mitattuja tyypillisiä keskimääräisiä absortiokerroinarvoja taajuusalueelle 125...4000 Hz.
Yleisimmät akustiikkalevyt ovat akustiikka-karhu ja haltex-levysta tehdyt akustointipaneelit. Noita on saatavina erilaisilla pintamateriaaleilla. Tuollaisilla ohuilla akustiikkalevyillä voi vaikuttaa korkeiden äänien vainmentumiseen, mutta bassotaajuuksiin niillä ei ole sanottavammin vaikutusta.
Jos on tarvetta vaimentaa häiriseviä huoneheijastuksia äänessä, niin akustointia kannattaa sijoittaa enempi kaiuttimen takaiselle seinälle sekä kuuntelijan taakse.Tuo akustointi voi olla ääntä vaimentavaa tai hajottavaa tyyppiä. Lisäksi akustointia voi sijoittaa paikkoihin joita ääni heijastuu kuuntelijalle (jos laittaisit tällaiseen paikkaan peilin niin näkisit sen kautta kuuntelupaikalta kaiuttimen). Lattian akustoinnissa helpoin tapa on sopivan maton laittaminen lattialle kaiuttimen ja kuuntelupaikan välimaastoon.
Pahvisten kanamunakennojen väitetty hyvyys akustoinnissa on eräs sitkeimpiä urbaaneja legendoja, joka lienee lähtöisin siitä että joissain äänitysstudioissa käytetyt akustointilevyt ovat muistuttaneet niitä pintakuvioinneiltaa (vaikka muulta rakenteeltaan olivat jotain aivan muuta).
Ääntä eivät kananmunakennot eristä mitenkään mainittavasti tavallista pahvia enempää. Pienen pieni diffusoiva vaikutus niillä voi olla tietyllä taajuusalueella, mutta ei muuta merkittävää maagista vaikutusta akustointiin.
Seinien äänieristys määräytyy hyvin pitkälle niin sanotun massalain mukaan. Massalaki kertoo, että seinän massa per pinta-ala määrää eristävyyden ja, että se huononee 6 desibeliä oktaavia kohden taajuudessa alaspäin mentäessä. Kevytrakenteinen seinä ei näin ollen voi eristää matalia taajuuksia, ellei se ole äärimmäisen jäykkärakenteinen.
Mikä tahansa käytännöllinen seinämateriaali on niin tieheää ilmaan nähden, että äänieristys olisi täydellinen, mikäli seinä olisi täysin jäykkä. Käytännössä ääni kuitenkin liikuttaa seinää ja siksi seinä myös säteilee ääntä toiselle puolelle. Pinta-ala kohti oleva massa määrää kuinka paljon ääniaallot liikuttavat seinää.
Millään kovin kevyllä rakenteilla seinän äänieristystä ei siis pystytä parantamaan.
Jälikikaiunta-aika on se aika, jossa huoneeseen tuotu ääni on heikentynyt miljoonasosaan (60 dB vaimentuminen). Tämä vaimenemisaika riippuu huoneen koosta ja seinäpintojen vaimennuksesta.
Äänen heijastuessa edestakaisen huoneen yhdensuuntaisten seinien välillä syntyy seisovaksi aaltoliikkeeksi nimitetty ilmiö. Seisovia aaltoja esiintyy sellaisilla äänillä, joiden aallonpituus on tietyssä suhteessa huoneen mittoihin. Kun jokin huoneen mitoista on aallon pituuden puolikkaan tai sen monikerran suuruinen, eri suuntiin etenevät aallot ovat tietyssä huoneen kohdassa aina samassa vaiheessa, jolloin ääni vahvistuu huomattavasti. Vastaavasti toisessa kohdassa samat aallot kumoavat toisiaan, jolloin ääni heikkenee lähes kuulumattomiin.
Seisovia aaltoja on koko taajuusalueella, mutta niiden merkitys on suurin matalilla taajuuksilla noin 200-300 hetsin alapuolella. Korkeimmilla taajuuksilla niitä on paljon tiheämmässä eikä näin ollen korva niitä erota.
Koska kaikilla seisovilla aalloilla maksimi seinän lähellä, seinäsijoitus antaa yleensä epätasaisimman toiston. Seinän viereen sijoitus aiheuttaa typillisesti selviä korostumia etenkin bassoalueella. Seisovien aaltojen paikallisen luonteen takia niihin voi vaikuttaa ratkaisevasti kaiuttimia siirtelemällä. Sama koskee tietysti myös kuuntelupaikkaa.
Usein seisovia aaltoja kutsutaan myös huoneresonansseiksi.
Huoneresonansseja syntyy eri suunnassa olevien huonepintojen välille (seinät, lattia, katto). Näitä eri suuntiin esiintyviä resonasseja kutsutaan moodeiksi. Näiden taajuudet voi laskea suorakulmaisessa "laatikkomaisessa" huoneessa kaavasta:
taajuus = (c /2) * sqrt ( (p/L)^2 + (q/W)^2 + (r/H)^2)
Missä:
Huoneresonanssien laskentakaava perustuu seuraavaan: Äänen nopeus on huoneenlämmössä noin 380 m/s ja ensimmäisen kertaluokan seisova aalto syntyy aallonpituuden puolikkaalle (nollat seinissä ja huippu keskellä). Aallonpituus on siis l = v/f, eli siitä saadaan f = v/l. Esimerkiksi 5 metrin päässä toisistaan olevien seinien välinen resonanssitaajuus f = 380 m/s / 5m = 76 Hz eli puolikas aalto tuossa silloin olisi noin 38 Hz. Ylempänä annettu yleiskaava antaa saman tuloksen, kun asettaa p,q,r -muuttujista yhden ykköseksi (sen mikä huoneen mitta oli tuon 5 metriä) ja muut nolliksi. Tyypillisessä huoneessa on kolme eri resonanssia (leveys, pituus, korkeus), niin nuo perusresonanssit lasketaan asettalla kerrallaan yksi muuttujista p,q,r ykköseksi ja muut nolliksi. joten
Ylempien kertaluokkien resonanssit eivät yleensä häiritse niin paljoa, sillä niissä alkavat jo heijastuksetkin vaikuttamaan ja sotkemaan äänikenttää, tällä kertaa positiivisessa mielessä.
Tyypillisessä huoneessa on kolme eri resonanssia (leveys, pituus, korkeus) ja tässä mielessä helpottaa oleellisesti, jos edes yksi seinä on vino. Bassoresonanssien tappamisessa perinteiset akustointimenetelmät voi unohtaa, koska villaa pitää olla seinissä puoli metriä ennen kuin sillä on mitään mainittavaa vaikutusta niihin.
Yksi mahdollisuus on bassoresonanssien vaimentamiseen on rakentaa bassoresonansseja imevät vaimennusaineella täytetyt resonaattorikotelot tai putket ja sijoittaa ne sopivaan paikkaan huonetta. Helmholtz-resonaattori eli käytännössä elementitön refleksikotelo toimii yhtenä vaihtoehtona, jos on intoa käydä käsiksi huoneen ongelmiin. Tosin kotelon pitää olla hyvin suuri, jotta vaimennuskin saataisiinsuureksi. Mutta bassoresonansseja voi olla aika monta joten jos niistä 2-3 pahinta haluaa vaimentaa menee helposti noiden pönttöjen kanssa hermot.
Monesti rako, reikä tai levyresonaattorit saattaa hyvinkin jäädä ainoaksi vaihtoehdoksi, jos haluaa huonetta tuhoamatta listiä matalimpia seisovia aaltoja. Yleensä tuollaiselle joutuu pyhittämään melkein kokonaisen seinän, jos resonaattorista haluaa tehokkaan.
Joustavat seinämateriaalit (halltex tai kovalevy koolausten päällä, välissä löyhää villaa jne) toimivat levyresonaattoreina. Tällainen resonaattorirakenne on yksinkertaisesti esim. seinä, joka on rakennettu suhteellisen kevytrakenteiseksi. Kevytrakenteisuus tarkoittaa tässä sitä, että seinän pintamateriaali (esimerkiksi rakennuslevy) on suhteellisen ohut ja se on kiinnitetty riittävän harvaksi rakennettuun runkoon. Runkotolppien tms. runkorakenteiden etäisyyden toisistaan tulisi olla vähintään 100 kertaa pintalevyn paksuus. Tämä siksi, että levyn on päästävä värähtelemään mahdollisimman vapaasti äänen vaikutuksesta. (Jos seinän runkorakenne on liian tiheä, tulee levystä suhteellisesti jäykempi, eikä se näin ollen värähtele yhtä herkästi.) Kun ääniaalto osuu seinälevyyn se rupeaa värähtelemään, jolloin osa äänen energiasta muuttuu liike-energiaksi (joka taas muuttuu heti lämpöenergiaksi).
Seinärakenteen mittasuhteet vaikuttavat siihen, minkä korkuisia ääniä se vaimentaa eniten. Tällainen matalia ääniä vaimentava seinä rakennetaan yleensä olemassaolevan (esim. betoni-)seinän "päälle", siten että seinien väliin jää hieman ilmatilaa (yl. 30-100 mm) ja vanhan seinärakenteen pintaan kiinnitetään vielä jokin ääntä absorboiva kerros (mineraalivillaa, vaahtomuovia tms..) Yhtä hyvin esim. kattoon voi rakentaa resonaattorirakenteen. Tuurilla moiset saa mitoitettua resonoimaan huoneen kanssa samoilla taajuuksilla. Periaatteessa tämä olisi laskettavissakin mutta käytännössä useinkaan riittäviä lähtötietoja materiaaleista ei yleensä löydy.
Jos ei ole intoa ruveta suuriin rakennushommiin, niin pitää sitten vaan kokeilla, mitä sopivilla huonekaluvalinnoilla voi saada aikaan. Käytännössä monessa tapauksessa pahinta resonanssia voi vaimentaa jonkin verran esimerkiksi sijoittamalla huoneeseen raskaita ja ääntä imevia huonekaluja, kuten sohva, iso kirjahylly jne.
Yksi korjauskeino äänentoiston basson parantamiseksi bassoresonanssien osalta on ostaa parametrikorjaimella varustettu taajuuskorjain, jolla toistoa korjataan näiden bassoresonanssien kohdalta. Equ ei missään tapauksessa ole oikotie onneen eikä muutenkaan paras mahdollinen ratkaisu, mutta voi olla järkevä kun muuta ei voi tehdä ja ratkaisun pitää olla joustava. Jos ongelmat ovat ainoastaan subwooferin toistoalueella, voi korjaimen kytkeä ainoastaan subwooferiin menevän signaalin väliin. Huoneen ominaisuuksia korjain ei tietenkään mihinkään muuta, mutta bassotoiston voi saada vähän siedettävämmäksi. Equn huonoja puolia on se, että itse ongelmaa se ei poista, vaan huono resonoi edelleen samoilla taajuuksilla, joten aikatasossa toisto silti puuroutuu ja korjaus ei tietenkään toimi läheskään oikein kuin muutamassa kohdassa huonetta. Muualla toisto on edelleen mitä sattuu.
Oikein säädettyn parametrikorjaimen vaikutus on aika suuri, eikä varsinainen bassotoisto juuri heikkene vaan tulee paljon selkeämmäksi koska resonanssien jyrinät häviää. Parhaiten toimivat aidosti täysparametriset korjaimet, joilla taso, taajuus ja q-arvo voidaan säätää halutuiksi. Näiden korjaimien käyttäminen vaatii taitoa, mutta niillä saa osaava kaveri paljon aikaiseksi.
Koska aallon pituus on matalimmilla taajuuksilla suuri, kaiuttimen lähellä olevasta pinnasta heijastuneet matalat äänet ovat samassa vaiheessa kuin itse kaiuttimesta tuleva ääni. Esimerkkinä tästä on lattialla seisova kaiutin, jonka tapauksessa lattia puolittaa kaiuttimen säteilyavaruuden. Säteilyavaruuden puolittuminen tuo 3 dB:n suuruisen lisäyksen kaiuttimen äänitehoon, joten jokainen kaiuttimen lähellä oleva rajapinta, joka puolittaa säteilyavaruuden, lisää bassotoiston voimakkuutta 3 dB. Nurkkasijoituksessa rajapintoja on kolme ja taso kasvaa siten 9 dB. Lisäksi nurkkaisjoituksessa bassotoiston voimakkuutta kuuntelupaikalla voivat nostaa huoneresonanssit, joita nurkkasijoitus tehokkaasti herättää.
Vahvistumisessa on ratkaisevaa, mikä on kaiuttimen ja rajapinnan välinen etäisyys verrattuna aallonpituuteen. Suurin osa vahvistuksesta saadaan, kun etäisyys on enintään kymmenesosa aallonpituudesta. Keski ja yläbassojen alueella (50 - 150 Hz) tämä vahvistuksen raja on noin 60 - 20 cm. Siksi bassotoiston kannalta on suuri merkitys, kuinka kaukana kaiutin on seinästä.
Helmholtzin resonaattori voidaan laskea kaavasta:
f= (v/(2*pi))*sqr(a/(V*l))jossa:
Kuuntelupaikalle tulee heijastuksia monista eri suunnista ja eri aikoina. Tätä sanotaan huoneen jälkikaiunnaksi. Koska osa äänienergiasta imeytyy jatkuvasti rakenteisiin, kalusteisiin ja tekstiileihin, niin heijastukset vaimenevat vähitellen. Vaimenemisen nopeuttaa kuvaa käsite jälkikaiunta-aika. Se tarkoittaa aikaa jolla ääni vaimenee 60 dB alkuperäisestä tasostaan.
Tyypillisessä huoneessa jälkikaiunta-aika on matalimmilla taajuuksilla noin 1-2 s ja keski- ja diskanttitaajuuksilla noin 0,5-0,2 s. Äänentoiston tasapainoisuudelle on eduksi, että jälkikaiunta pienenee korkeita taajuuksia kohti tasaisesti, ilman äkkinäisiä poikkeamia.
Jälkikaiunta-aika voidaan mitata sopivilla mittalaitteilla, jos tarvitaan tarkkoja tuloksia. Moneen tarkoitukseen riittää pienempi ns. Sabinen kaavalla laskettu suuntaa antava arvo:
T = 0,16 * V / AJossa
HIFI-lehti on jukaissut 12/96 numerostaan saakka moniosaista ja asiantuntevaa artikkelisarjaa huoneakustiikasta. Artikkelisarja on lukemisen arvoinen kaikille huoneakustiikasta kiinnostuneille.
Osoiteesta http://carelia.scp.fi/~lt97jave/akusemi/akusemi.htm löytyy suomenkielistä perustietoa akustiikasta. Englanninkielistä tietoa samasta aiheesta kannattaa etsiä osoitteesta http://www.epanorama.net/audio.html.
Huonevasteen mittaus onnistuu nykypäivän kätevimmin tietokonepohjaisella laitteistolla, johon kuuluu itse tietokone, äänikortti, mittamikrofoni, mikrofonin esivahvistin ja mittausohjelmisto. Näiden tietenkin tulisi olla kunnollisia, jotta saat luotettavia mittaustuloksia.
Jos toiston parantaminenkin kiinnostaa niin tutki osoitteesta http://www.etfacoustic.com/index.htm löytyvää Energy Time Frequency -nimistä mittausohjelmaa. Sen täydellisen version hintaluokka on 200 dollaria ja sen saa tilattua postiennakolla Ruotsista. Ohjelman webbisivuilta on saatavissa ilmainen demoversio.
Tietoa muista (kalliimmista) mittausohjelmista ja laitteistoista löytyy seuraavista osoitteista:
ÄÄnne siirtymisen ilmasta rakenteeseen määrää materiaalin ja ilman aaltovastuksien ero. Mitä erilaisemmat aaltovastukset ovat, sitä vähemmän ääntä siirtyy ilmasta rakenteeseen. Kun äänen siirtymistä halutaan estää, tulee välille sijoittaa materiaali, jolla on mahdollisimman erilainen aaltovastus kuin sillä materiaalilla, jossa ääni etenee.
Esimerkiksi teräksellä on suurin aaltovastus, pienin läpäisysuhde ja suurin reduktioluku. Toinen ääripää on ilma (Alpo Halme, Rakennus- ja huoneakustiikka).
Ilmaäänten eristämiseen käy parhaiten seinät, joilla on suuri aaltovastus, kuten teräs, tiili ja betoni. Runkoääniä voidaan eristää tekemällä rakenteeseen sauma aineesta, jolla on pieni aaltovastus, kuten ilma, mineraalivilla, korkki ja kumi.
Aaltovastuslain mukaan terässeinällä on saavutettavissa 88 dB:n, betoniseinällä 75 dB:n ja tiiliseinällä 72 dB:n ääneneristys. Käytännössä eristys jää pienemmäksi.
Matalien taajuuksien vaimentaminenkin annistuu aktiivisella tekniikalla, mutta tekniikka ei ole mitään edullista (halvimmatkin systeemit maksavat useita tonneja eikä niitä ole vielä olemassa kotikäyttöön thetyinä tuotteina). Matalia taajuuksia tapetaan yleisesti aktiivisella melunhallinnalla (ANC = Active Noise Control), jossa DSP:n avulla tuotetaan vastaääntä. Kaupallisia ANC-sovelluksia ovat esim lentokoneiden matkustamot, ajoneuvot, kuulosuojaimet ja isot ilmastointijärjestelmät. Aktiiviset melunntorjuntasysteemit tulevat yleistymään ja hinnatkin tulevat tulevaisuudessa oletettavasti putoamaan tuntuvasti.