Teollisuushallien akustisten parametrien määrittäminen mittaamalla ja mallintamalla

Abstract

Melu on usein suurin haittatekijä työhyvinvoinnille teollisuushalleissa. Melu voi aiheuttaa kuulonalenemia, puhekommunikaation häiriintymistä ja työviihtyvyyden laskua. Jotta meluntorjuntasuunnittelua voidaan teollisuushalleissa tehdä luotettavasti, on pystyttävä määrittämään niissä tarkasteltavat akustiset parametrit riittävällä tarkkuudella. Haasteita mallinnukseen aiheuttavat tilojen pintojen ja kalusteiden absorptiokertoimien arvojen määrittäminen sekä se, että tilat ovat tilavuuksiltaan usein hyvin suuria. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää mikä tai mitkä mallinnusmenetelmät soveltuvat parhaiten teollisuushallien akustisten parametrien määrittämiseen. Mallinnusmenetelminä käytettiin tilastollista mallintamista, huoneakustiikan yksinkertaisia malleja ja geometrista mallinnusta. Tutkittaviksi akustisiksi parametreiksi valittiin jälkikaiunta-aika ja leviämisvaimennus, koska niistä kummallekin on annettu ohjearvoja standardissa SFS 5907. Jälkikaiunta-ajalle määritettiin ohjearvot vuonna 2004 julkaistussa versiossa, jonka jälkeen jälkikaiunta-ajan arvot korvattiin leviämisvaimennuksen arvoilla vuonna 2022 julkaistussa versiossa. Tutkimuksen aikana mitattiin 10 teollisuushallia ja mitattuja tuloksia verrattiin mallinnettuihin tuloksiin. Samalla pystyttiin vertailemaan erilaisten mittausmenetelmien soveltuvuutta teollisuustilojen mittaamiseen, koska mittausolosuhteet vaihtelivat siitä, että tilat olivat tyhjiä ja hiljaisia siihen, että meneillään oleva tuotanto saatiin keskeytettyä vain hetkeksi. Tämän tutkimuksen perusteella parhaaksi mittaustavaksi osoittautui integroidun impulssivasteen menetelmä, jossa jälkikaiunta-aika määritellään suoraan äänen vaimenemiskäyrältä. Herätteenä käytettiin kaasuaseen laukausta. Mittaustavan helppous ja nopeus erityisesti tilanteissa, joissa aikaa mittauksille oli hyvin rajallisesti, osoittautui tärkeäksi ominaisuudeksi. Lisäksi korkean taustamelun vaikutus mittausten onnistumiseen ei muodostunut ongelmaksi kyseisellä mittaustavalla verrattuna esimerkiksi kaiuttimella tehtäviin katkaistun kohinan menetelmän mittauksiin. Mallinnuksessa käytettiin kirjallisuudessa esitettyjä materiaalien absorptioarvoja. Tuloksista huomattiin se, että alle 500 Hz taajuuksilla mallinnetut tulokset ennustivat huomattavasti pidempiä jälkikaiunta-aikoja kuin mitatut tulokset, jos käytettiin tilan kaikille betonipinnoille tyypillisiä absorptiokertoimien arvoja. Tutkimuksen mallinnuksessa päädyttiin ottamaan kyseinen ilmiö huomioon niin, että betonille asetettiin kirjallisuudessa esitettyjä absorptiokertoimen arvoja, joiden absorptio matalilla taajuuksilla oli parempi. Näitä absorptiokertoimien arvoja käytettiin silloin, kun pinnat täyttivät kyseisille arvoille määritetyt visuaaliset vaatimukset. Mallinnustavat, jotka parhaiten ennustivat jälkikaiunta-aikaa, olivat Eyringin malli, jossa otettiin huomioon ilman absorptio sekä standardissa SFS-EN 12354-6:2003 esitetty jälkikaiunta-ajan laskentatapa. Leviämisvaimennuksen arvoja ennustivat parhaiten Fribergin ja Kuttruffin mallit.

Noise often causes the most disturbance for work well-being in industrial spaces. Noise may cause hearing loss, difficulty in speech communication and decrease in workplace well-being. The acoustic parameters which are considered in the noise control of industrial halls must be determined with sufficient accuracy. The difficulty when modeling these spaces is how to determine absorption coefficients for surfaces and fittings. The other difficulty is that the spaces are very big in terms of volume. The aim of this study was to find out which modeling method is best suited for modeling acoustic parameters in industrial halls. The modeling methods were statistical modeling, sim-ple empirical models and geometrical modeling. The parameters which were studied were re-verberation time and rate of spatial decay of sound pressure per distance doubling because both parameters have had guideline values in the standard SFS 5907. In the version which was published in 2004 reverberation times had guideline values and they were replaced by rate of spatial decay of sound pressure per distance doubling in the version which was published in 2022. Acoustic measurements were carried out in 10 industrial halls and the measured results were compared to the modelled ones. At the same time it was possible to compare how differ-ent measurement methods worked in different environments because some of the industrial halls were empty and quiet and some had ongoing production which could only be paused for a small period of time. Based on this study the best measurement method is the integrated im-pulse response method where the reverberation time is calculated directly from the sound de-cay curve by using a gunshot as impulse source. This method is easy and fast which makes the measurement procedure effective in situations when there is limited time. Furthermore, high background noise doesn’t interfere with the result as much when using this measurement method compared to the interrupted noise method. The absorption coefficients used in this thesis were presented in literature. Modelled re-sults showed that below 500 Hz reverberation times were much longer than measured results if the typical absorption coefficients are used for all concrete surfaces. The study took this into account by giving concrete absorption coefficients values that were higher in the lower fre-quencies if they fulfilled the visual requirements. These values were presented in literature. The modelling methods that predicted reverberation time the best were Eyrings model, which considered the absorption of air. The second best modelling method was the calculation method that was presented in the standard SFS-EN 12354-6:2003. The models that predicted the rate of spatial decay of sound pressure per distance doubling the best were Fribergs model and Kuttruffs model.