Sähköautoa lukuun ottamatta meluntorjunnan keinot ovat koeteltuja: parasta on meluta vähemmän. Liikenteen hiljentämiseen tarvitaan rajoituksia, mutta koneita on mahdollista mykistää vastamelulla. Se puree jopa tuulivoimaloiden meluun.

Liikenteen hiljentämiseen tarvitaan rajoituksia, mutta koneita on mahdollista mykistää vastamelulla. Se puree jopa tuulivoimaloiden meluun.

Meluntorjuntatekniikka jakautuu kahteen selvästi erottuvaan osaan. On kauan sitten tunnettuja keinoja. Sitten tulee pitkä väli, jonka takana, vuosien päässä, ovat tulevaisuuden tekniikat. Onneksi tutuillakin tekniikoilla voidaan tehdä paljon.

- Kun kaikki vain muistaisivat käyttää olemassa olevaa tietoa, sanoo tekniikan tohtori Seppo Uosukainen Valtion teknillisestä tutkimuskeskuksesta VTT:stä. Hän on tutkinut ääniasioita koko työuransa ajan.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Muistamista helpottaa, että nyt on pakko taistella hiilidioksidipäästöjä vastaan. Keinot, joilla vähennetään päästöjä, alentavat usein myös melua. Eniten vaikuttaa liikenteen sähköistäminen.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Aja hiljaa, aja vähemmän

Sähköauto on niin hiljainen, että ääntä pitää jopa lisätä, jotta ihmiset kuulisivat ajoneuvon tulon.

Liikenteessä voidaan tehdä paljon muutakin. Vaikka moottorit jäisivät ennalleen, autojen nopeuksien alentaminen auttaa. Jos nopeus putoaa viidestäkymmenestä neljäänkymmeneen kilometriin tunnissa, melu vaimenee keskimäärin 1,4 desibelillä.

Liikenteen määrää vähentämällä voidaan melua poistaa vielä enemmän. Jos määrä pienenee puoleen, melu vähenee noin kolmella desibelillä. Jos liikennemäärä putoaa 8 000 ajoneuvosta 2 000 ajoneuvoon tunnissa, melusta häviää kuusi desibeliä.

Kaupunki tarvitsee tunneleita

Tehokas mutta ristiriitainen tapa on suunnitella liikenne kauas asutuksesta. Karkea sääntö sanoo, että etäisyyden kaksinkertaistuessa liikennemelu vähenee kolmella desibelillä.

Ristiriita syntyy siitä, että etäisyyksien kasvattaminen lyö korvalle pyrkimystä tiivistää taajamia. Tiivistäminen vähentää matkustamistarvetta ja päästöjä, kun taas meluntorjunta vaatisi harventamista.

Sähköliikenne on yksi, mutta ei ainoa ratkaisu ristiriitaan. Kun asutusta tiivistetään, tulee kannattavaksi rakentaa meluaitoja ja viedä liikenne, varsinkin raskas liikenne, tunneleihin. Helsingin kokoisiin ja vähän pienempiinkin kaupunkeihin on jo syntynyt maanalainen huoltokerros tunneleineen.

Akustiikka vaatii ammattilaisen

Liikenne on tavallisesti pahin melulähde, mutta asuntojen akustiikassakin riittää tekemistä. Myös tässä tarvitaan tiedon levittämistä.

Rakennusinsinöörien Liiton julkaisema akustiikkasuunnittelun opas kertoo esimerkin ongelmasta, jollaisiin nykyään voidaan törmätä - rakentamisessa tapahtuneesta edistyksestä huolimatta.

Perhe hankki arvokkaan rivitaloasunnon hiljaiselta alueelta, mutta juuri melu osoittautui ongelmaksi. Naapurien puhe kuului seinän takaa. Isännöitsijän esittämän mittaustiedon mukaan väliseinä kuitenkin täytti ääneneristyksen vaatimukset. Asiaa tutkittaessa selvisi, että normaali ääneneristys toimi huonosti alueen hiljaisuuden takia: puheäänet erottuivat poikkeuksellisen äänetöntä taustaa varten.

Opas sanoo, että rakennuttajan olisi pitänyt käyttää akustista suunnittelijaa. Ammattilainen olisi osannut ottaa poikkeusolot huomioon ja valita esimerkiksi paremmin ääntä eristävät rakenteet. Tai poistoilmanvaihto olisi voinut tuottaa "tasaisen miellyttävän taustaäänen, jonka ylitse naapurin puheäänet eivät ulotu".

Rakentamisessa, kuten muussakin tekniikassa, nousee usein esiin jokin yksittäinen muoti. Nyt puhutaan talojen energiankulutuksesta ja lämpöeristyksestä. Akustiikka ja monet muut, yhtä tärkeät asiat tahtovat unohtua, mistä koituu kalliita jälkiselvittelyjä.

Fysiikka tarjoaa peruskonstit

Perinnäiset tavat alentaa melua perustuvat äänen fysikaalisiin ominaisuuksiin, jotka on tunnettu kauan.
Melu on pitkittäistä aaltoliikettä ilmakerroksessa. Ääniaallon edetessä ilma vuoroin tiivistyy, vuoroin harvenee. Melu on samalla myös ilman osasten liike-energiaa.

Tila voidaan eristää äänestä tiiviillä ja tiheällä materiaalilla, kuten kivellä tai betonilla. Ääni heijastuu seinästä takaisin.

Toinen tapa on imeyttää ääni huokoiseen aineeseen, kuten erilaisiin akustisiin levyihin. Melu muuttuu huokosissa lämmöksi.

Radikaalisti poikkeava keino on tappaa melu melulla. Jos kaksi ääniaaltoa kohtaa toisensa niin, että tiiviit ja harvat kohdat menevät päällekkäin, melua katoaa. Vastaääni toimii näkymättömänä äänenvaimentimena.

Meluntorjunnan tutkimuksessa vastamelu on yksi kestokohteista. Jo 1931 romanialainen keksijä ja aerodynamiikan tutkija Henri Coandă sai ensimmäisen patentin vastamelutekniikalle. Saksalainen fyysikko Paul Lueg, joka usein mainitaan ensimmäisenä keksijänä, haki patenttinsa hiukan myöhemmin.

Vastaääni vaimentaa moottoreita

Vastamelun ideat jäivät vuosikymmeniksi paperille. Puuttui tekniikka, jolla pystyttäisiin kehittämään ääniaallolle tarkoin vastakkaisessa vaiheessa kulkeva pari. Digitekniikan kehittyessä vastamelun idea tuli muotiin, mutta kaupallisia tuotteita on yhä niukasti.

- Kolmiulotteisessa avaruudessa leviävää melua ei vielä kyetä torjumaan tilaan lähetettävällä vastaäänellä, sanoo tekniikan tohtori Seppo Uosukainen. Verraten säännönmukaista ääntä sen sijaan pystytään torjumaan.

- Yksinkertaisissa akustisissa järjestelmissä, kuten ilmanvaihtokanavissa, joissa ääni voi kulkea vain yhteen tai kahteen suuntaan, on ollut kaupallisia sovelluksia jo pitkään, Uosukainen tarkentaa.

Myös säännöllistä koneääntä, esimerkiksi muuntajan tai lentokoneen moottorin melua, on mahdollista vaimentaa vastamelulla.

Dresdenin Fraunhofer-instituutin tutkijat ovat tohtori André Illgenin johdolla kehittäneet vastamelutekniikkaa, joka puree ajankohtaiseen ongelmaan, tuulivoimaloiden meluun. Voimalan siipien ja vaihdelaatikon hammaspyörien värähtely mitataan tarkasti, ja pietsosähköisten elementtien avulla synnytetään tarkoin vastakkaisessa vaiheessa etenevää värähtelyä, joka sammuttaa melun.

Kalvo hellii korvia

Suomalainen Panphonics on kehittänyt uudentyyppistä vastameluratkaisua, joka perustuu sähkömekaanisiin kalvoihin. Kalvon ideoi suomalainen keksijä Kari Kirjavainen jo 1980-luvulla.

Sähkömekaaninen eli emfikalvo koostuu kahdesta polypropeenikerroksesta, joiden välissä on ilmakuplia. Kalvossa on pysyvä sähkövaraus. Kun kalvoon johdetaan vaihtojännite, sähköinen energia muuttuu värähtelyksi. Jos taas kalvoa puristetaan kokoon, varaus muuttuu. Sama kalvo voi toimia sekä mikrofonina että kaiuttimena.

Toisin kuin perinnäiset kaiuttimet, joissa ääni lähtee yhdestä pisteestä kaikkiin suuntiin, muovikalvo lähettää ääntä suurelta tasopinnalta yhteen suuntaan. Pankin tai vakuutusyhtiön palvelupisteessä puhe saadaan tasoäänilähteellä kuulumaan hyvin, mutta ympärillä on silti hiljaista.

Muita käyttökohteita ovat kaupat ja kauppakeskukset, museot, näyttelytilat, videokonferenssitilat, toimistot, pelastuskeskukset - ylipäänsä kaikki tilat, joissa pitää pystyä kuuntelemaan puhetta tai musiikkia häiritsemättä muita. Myös kodin sisustajalle ohut tasokaiutin antaa uusia vapauksia.

Luonnollisesti kehittäjät ovat ideoineet myös vastaäänen toteuttamista saman sähkömekaanisen kalvon avulla. Periaate on houkuttelevan yksinkertainen.

Vaimentimessa olisi kahdenlaisia kerroksia. Sensorikerros "kuuntelee" ääntä. Ohjauslaite muokkaa tiedon äänestä ja lähettää signaalin toimielimeen eli aktuaattorikerrokseen. Kerros, joka toimii kaiuttimena, tuottaa vastaäänen.

Kalevi Rantanen on diplomi-insinööri, tietokirjoittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

 

 

Nopeusrajoitus hiljentää tehokkaimmin

Tiemeluun vaikuttavat liikenteen määrä, etäisyys tiestä ja autojen nopeus.
Melutaso puolittuu, jos liikennemäärä puolittuu. Koska desibeliasteikko on logaritminen, kaksinkertaistuminen tai puolittuminen tarkoittaa noin kolmen desibelin muutosta.

Melutason saa puolittumaan myös alentamalla nopeutta esimerkiksi 80 kilometristä 60 kilometriin tunnissa. Tällöin melutaso alenee jo 3,5 desibeliä.

Espoosta tulee Helsinkiin Länsiväylän moottoritie, joka kulkee kahden kilometrin matkan lähes 20 000 asukkaan Lauttasaaren läpi. Jos moottoritien pätkä muutettaisiin kaduksi, jonka no-peusrajoitus nykyisen 80 sijaan olisi 50 kilometriä tunnissa, melutaso vähenisi peräti 5,6 desibeliä eli noin neljäsosaan.

Nopeuksia rajoittamalla vähenisivät myös päästöt ja liikenneturvallisuus paranisi. Matka saaren läpi tosin kestäisi 54 sekuntia kauemmin.

Nopeusrajoituksien alentaminen kaupunkien sisääntulomoottoriteillä kohtaa tietysti vastustusta. Silti rajoitukset saattaisivat olla realistisempi keino puolittaa melutaso kuin olettaa, että puolet autoilijoista hyppää polkupyörän selkään tai junaan. Väyliä reunustavien rakentamattomien alueiden tuplaaminen ainakin on epärealistista, kun paineet kaavoittaa uusia asuinalueita uhkaavat ainakin Helsingissä jo puistojakin.

Marko Hamilo

 

Julkaistu Tiede -lehdessä 3/2010

Sisältö jatkuu mainoksen alla