Designing Anechoic Chambers for the Polish National Metrological Office

Mitä tapahtuu, kun astut täydelliseen hiljaisuuteen? Näiden kammioiden sisällä äänenpainetaso (SPL) laskee ihmisen havaintokyvyn kynnyksen alapuolelle. Askeleesi hälvenevät välittömästi, hengityksesi tuntuu voimistuneen ja sydämesi sykkeestä tulee epämukavan kovaa. Muutaman minuutin kuluttua useimmat ihmiset alkavat menettää tasapainonsa. Jotkut kertovat kuulevansa oman verenvirtauksensa tai niveltensä narskutuksen.

Useimmat ihmiset kestävät vain muutaman minuutin ennen kuin huimausta, pahoinvointia tai jopa lievää paniikkia ilmenee. Tämä ei ole ajatuskoe, vaan todistettu fysiologinen reaktio. Ihmisen sopeutuminen on riippuvainen äänen hienovaraisista heijastuksista, ja kun nämä vihjeet katoavat kaiuttomassa kammiossa, keho alkaa kapinoida. Journal of the Acoustical Society of America -lehdessä julkaistut tutkimukset osoittavat, että useimmat ihmiset eivät voi viipyä tällaisessa ympäristössä pitkään ennen kuin epämukavuus alkaa.

Miksi siis tarkoituksella rakennetaan tällainen hämmentävä ympäristö? Koska hiljaisuudesta, kun sitä kontrolloidaan ja suunnitellaan, tulee poikkeuksellisen tarkka työkalu. Hiljaisuus antaa tiedemiehille mahdollisuuden mitata mittaamatonta, teollisuudelle mahdollisuuden hienosäätää hiljaisimpia teknologioita ja yhteiskunnille mahdollisuuden suojella ihmisten hyvinvointia paremmin haitalliselta melulta.

Tämä on tarina siitä, kuinka DECIBEL suunnitteli yhdessä puolalaisten kumppaneidensa kanssa yhden Euroopan edistyneimmistä akustisista laitoksista: Puolan kansallisen metrologisen viraston (GUM) kaiuttomat kammiot.

 

Hiljaisuus tieteellisenä instrumenttina maailmanlaajuisesti

Maailmanlaajuisesti vain kourallinen kammioita saavuttaa jopa 50 Hz:n rajataajuudet. Microsoft Audio Labs Redmondissa, Orfield Labsin kammio Minneapolisissa tai NTT Facility Japanissa mainitaan usein "maailman hiljaisimpina paikoina". Jokainen niistä on hiljaisuuden katedraali, jota ei käytetä meditaatioon, vaan huippuluokan mittauksiin : älypuhelinten mikrofonien testaamisesta lääketieteellisten kuulolaitteiden jalostukseen ja ilmailu- ja avaruuslaitteiden kalibrointiin.

 

 

Uudet GUM-laitokset Kielcessä Puolassa liittyvät nyt tähän ainutlaatuiseen ryhmään. 50 Hz:n ja 100 Hz:n kaiuttomilla kammioillaan GUM on noussut kansainväliselle huippuluokan metrologisten laitosten kartalle. Nämä kammiot eivät ole pelkästään vaikuttavia rakenteita; ne ovat itsessään instrumentteja, jotka on suunniteltu kirurgisen tarkasti takaamaan Puolan johtava asema ääni- ja värähtelytieteessä.

 

Kuten DECIBELin toimitusjohtaja, tekniikan tohtori Tsvetan Nedkov selittää: ”Tällaiset projektit osoittavat, miksi akustiikassa ei ole kyse pelkästään melun vähentämisestä, vaan edistyksestä. Näiden kammioiden avulla Puola voi nousta mittaustieteen johtoon, ja ne osoittavat, kuinka tarkasti suunnitellusta hiljaisuudesta tulee maailmanlaajuinen innovaatioiden resurssi.”

 

Asiakkaan vaatimukset täydellisyydelle

Puolan kansallinen metrologinen virasto vaati enemmän kuin vain vaikuttavia eritelmiä; he tarvitsivat vertailuarvoja, jotka sijoittaisivat maan maailmanlaajuisesti johtavien tahojen joukkoon.

• Kaksi kaiutonta kammiota: Yksi suuri, 1402 kuutiometrin kammio, joka toimii 50 Hz:n äänentoistolla, ja pienempi, 319 kuutiometrin kammio, joka toimii 100 Hz:n äänentoistolla. Molempien tilojen piti luoda todelliset vapaan kentän olosuhteet, joissa ääni katoaa aivan kuin ulkoilmassa.
• Tärinäsuojaus: Vain viiden kilometrin päässä sijaitsevat aktiiviset louhokset tarkoittivat, että tärinänsietokyky oli suunniteltava luokan V0 mukaisesti – tiukimman tärinäneristysluokan mukaisesti. Se edellyttää, että maanpinnan liike kammiossa pysyy alle 4 mikrometrissä sekunnissa kaikilla merkityksellisillä taajuuksilla. Tämä varmistaa lähes täydellisen ulkoisten tärinöiden sietokyvyn ja varmistaa, että edes heikoin ulkoinen tärinä ei vääristä mittauksia.
• Melunvaimennus: Sisäisen melun oli pysyttävä NR5-käyrän (erittäin matalan melun vertailukäyrä, joka vastaa erittäin hiljaisia akustisia ympäristöjä, paljon hiljaisempia kuin äänitysstudio, ja jota tässä käytetään määrittämään kammioiden suurin sallittu taustamelun taso) alapuolella standardin ISO 8253-2 (kansainvälinen audiometrisen testauksen standardi, joka määrittelee äänikenttien mittaamisen ja hallinnan tarkkojen kuulonarviointien ja laitteiden kalibroinnin varmistamiseksi) mukaisesti. Tämä varmisti, että lääkinnällisten laitteiden, kuuloteknologioiden ja teollisuuden melupäästöjen testaus olisi tarkkaa ja luotettavaa.

 

Insinöörin lähestymistapa hiljaisuuteen

1. Laatikko laatikossa -rakenne

Näiden standardien täyttämiseksi DECIBEL ja sen kumppanit omaksuivat laatikko laatikossa -periaatteen, jossa jokainen kammio rakennettiin ympäristöstään eristetyksi teräsbetonirakenteeksi. Tuloksena oli kaksi akustista saareketta laboratoriokompleksin sisällä.

 

 

2. Tärinänvaimennusjärjestelmät

Tärinänvaimennus oli seuraava haaste.

• 100 Hz:n kammio: Tuettu 100 mm:n elastomeerityynyillä (f₀ ≈ 5 Hz - tärinänvaimennusjärjestelmän luonnollinen resonanssitaajuus, mikä tarkoittaa, että järjestelmä suodattaa pois tätä taajuutta suuremmat värähtelyt ja estää niitä vaikuttamasta kammioon).
• 50 Hz:n kammio: Rakennettu 2,5 Hz:n teräsjousille elastomeerituilla, suunniteltu siten, että tarvittaessa on mahdollista päivittää aktiivisesti vaimentaviin ilmajousiin.
  Elementtimenetelmällä (FEM) tehdyt simulaatiot (tietokonepohjainen suunnittelutekniikka, joka jakaa monimutkaiset rakenteet tuhansiin pieniin osiin ennustaakseen, miten ne reagoivat voimiin, kuten louhoksen räjähdysten tai raskaan kaluston aiheuttamiin tärinöihin) yhdistettynä todellisiin paikan päällä tehtyihin tärinämittauksiin louhoksen räjäytysten aikana vahvistivat, että järjestelmä ei ainoastaan täyttänyt asiakkaan vaatimuksia, vaan ylitti ne.

 

 

Projektipäällikkö pohtii tätä vaihetta: ”Viestintämme GUM:n kanssa oli aivan yhtä kriittistä kuin itse suunnittelu. Jokainen vaatimus piti validoida todellisissa rakennuspaineissa. Työskentely aktiivisten louhosten ympäristössä tarkoitti, että tärinäsimulaatiot ja paikan päällä tehtävät testit piti synkronoida tarkasti. Se oli logistinen ja tekninen haaste, joka vaati moitteetonta koordinointia.”

 

3. Akustista absorptiota estävät kiilat

Sisällä seinät ja katot oli vuorattu polyeetteripolyuretaanikiiloilla, jotka antoivat kammioille ikonisen ilmeen:

• 170 cm pitkä 50 Hz:n kammiossa
• 86 cm pitkä 100 Hz:n kammiossa

Nämä kiilat estävät heijastukset ja imevät äänen niin täydellisesti, että jopa askeleet katoavat jäljettömiin. Asentajille tämä oli herkin tehtävä. ”Polyuretaanikiiloja ei vain liimattu seiniin”, muistelee yksi asennustiimin jäsen. ”Jokainen kiila leikattiin tarkasti 3D-CNC-erikoislaitteilla. Asennus ja kohdistus tehtiin millimetrin tarkkuudella ammattitaitoisten asentajiemme toimesta. Työskentely sisä- ja ulkorakenteiden välisessä ahtaassa tilassa ilmanvaihtojärjestelmän asentamiseksi oli vaativaa. Mutta kun viimeinen kiila oli paikallaan, tiesimme luoneemme jotain todella ainutlaatuista. Seisoessamme kammion sisällä ensimmäistä kertaa tunsimme hiljaisuuden; olimme rakentaneet sen käsillämme.”

 

 

4. Hiljainen ilmanvaihto

Ilmanvaihto oli kenties paradoksaalisin haaste: miten ilmaa liikuttaa huoneeseen ja ulos ilman, että syntyy pienintäkään ääntä. Kaikkien kriittisten taajuuksien vaimennuksen saavuttamiseksi suunniteltiin 13 metriä pitkä mineraalivillavuorauksella ja jaetuilla äänenvaimentimilla varustettu LVI-kanava.

• Korkeilla taajuuksilla (4-8 kHz) porrastetut äänenvaimentimet estivät näköyhteyden äänen siirtymisen.
• Matalilla taajuuksilla (63 Hz) lisättiin äänenvaimennuselementtejä vaimennuksen vahvistamiseksi.

Tuloksena oli hengittävä ja mukava ympäristö, jota sekä ihmiskorvat että herkät instrumentit eivät kuulleet.

 

 

Konkreettisia tuloksia teollisuudelle ja tieteelle

GUM-kammioiden vaikutus on monitahoinen. Nyt ne:

• Tarjoaa ISO-standardien mukaisia testausympäristöjä teollisuudelle ja tutkimukselle.
• Mahdollistaa audiometrisen kalibroinnin, joka on välttämätöntä lääkinnällisille laitteille ja kuulotekniikoille.
• Mahdollistaa teollisuuden melutestauksen, mikä auttaa valmistajia rakentamaan hiljaisempia ja turvallisempia koneita.
• Tukea perustutkimusta ja tehdä Puolasta eurooppalaisen akustiikkatieteen keskuksen.

Puolan kansallisella mittauslaitoksella on nyt hallussaan yksi Euroopan edistyneimmistä akustisista infrastruktuureista. DECIBELille tämä projekti on sekä tekninen voitto että missio. Se osoittaa, että hiljaisuutta voidaan luoda, että sillä on mitattavissa olevaa arvoa ja että se voi muokata terveellisempiä yhteiskuntia. Kuten DECIBELin toimitusjohtaja päättää: ”Nämä kammiot eivät ole vain akustiikkaa, vaan niissä on kyse edistyksen edellytysten rakentamisesta.”

 

 

Tarkkuudella, yhteistyöllä ja innovaatiolla voidaan hallita jopa monimutkaisimmatkin ympäristöt.

Ota yhteyttä tiimiimme jo tänään saadaksesi henkilökohtaisen konsultaation akustiikka- tai äänieristysprojektistasi, tutustu muihin tapaustutkimuksiimme tai lue lisää siitä, miten tuotteemme ja ratkaisumme voivat muuttaa haasteesi mitattavaksi menestykseksi.