Insinööritiede on hiljainen paikka

Insinööritiede on hiljainen paikka

kirjoittanut Caramel Quin | Tekniikka + Teknologia, elokuu 2024

Se oli – ja on edelleen – elämäni aavemaisin kokemus. Seisoin kaiuttomassa kammiossa, joka oli suunniteltu vaimentamaan kaikki melu, ja se tuntui syvästi häiritsevältä. Vallitsi täydellinen hiljaisuus. Jopa hengitykseni oli äänetön. Puhe kuulosti oudon vaimealta, koska kaikua ei kuulunut lainkaan. Niskakarvat nousivat pystyyn ja kihelmöivät. Hetken kuluttua tajusin kuulevani oman pulssini, mikä oli pieni lohtu. Kukaan ei viivy kaiuttomassa kammiossa pitkään: aistipuutos saa ihmiset hallusinoimaan.

Kaiuton huone on eristetty ulkoisilta ääniltä ja suunniteltu minimoimaan ääniaaltojen heijastuminen sisälle. Se on arjen vastakohta. Jos istut juuri nyt hiljaisessa huoneessa, pysähdy ja kuuntele. Ehkä kuulet liikenteen huminaa, lintujen laulua, kannettavan tietokoneesi tuulettimen tai kaukaisen television äänen. Hiljaisuus ei ole enää hiljaisuutta.

Karanteenin aikana jouduimme viettämään enemmän aikaa omissa kodeissamme. Liikenteen melu oli hetken aikaa autuaan hiljaista, mutta jatkui sitten. Yhtäkkiä etätyö sai meidät tajuamaan, kuinka äänekästä arki on, jopa kaupunkien ulkopuolella. Jääkaapin kompressorin ääni alkoi todella ärsyttää, ja miksi kodinkoneet piippaavat jatkuvasti?

Mitä on melu?

Puhuaksemme melusta meidän on ensin ymmärrettävä ääni ja miten sitä mitataan.

”Ääni on paineaalto, joten akustiikassa ainoa oikea tapa mitata sitä on pascaleissa”, sanoo Tom Richards, Dysonin akustiikan ja värähtelyn vanhempi suunnittelupäällikkö. ”Desibelit ovat tapa muuntaa yksiköitä, jotka eivät ole lineaarisesti järkeviä. Kuulemme logaritmisesti, joten desibelit ovat vain tapa saada nämä luvut hieman järkevämmiksi.”

Desibelejä on useita eri tyyppejä, mutta äänenpainetaso on laitteen yleisin käyttötarkoitus. Äänenpainetaso muuttuu testattavan ympäristön mukaan, joten Dyson mieluummin mittaa laitteen äänen tehotason (watteina) puolikaiuttomissa kammioissa.

”Pölynimurisi äänen tehotaso on sama riippumatta siitä, oletko katedraalissa, kylpyhuoneessa vai laboratoriossa. Se ei muutu, mutta äänenpainetaso muuttuu, koska ympäristö on muuttunut”, Richards selittää.

Käytämme melusta puhuessamme intuitiivisempaa desibeliyksikköä, koska se liittyy läheisemmin siihen, miten kuulemme äänen. Ja melu on yksinkertaisesti ei-toivottua ääntä. Jos rikkaruoho on kasvi väärässä paikassa, ääni on ääni väärässä paikassa. Ja se on subjektiivista: on yleistä pitää linnunlaulusta, mutta ei pidä ohi ajavan auton äänestä. Jos jaat naapurin musiikkimaun, heidän hifi-järjestelmänsä on vähemmän ärsyttävä.

Kuuloäänen monimuotoisuus - Mikä tuo ääni on?

Melu on subjektiivista ja vaikuttaa meihin jokaiseen eri tavalla. Esimerkiksi jotkut neuroepätyypilliset ihmiset kokevat aistiyliherkkyyttä, kun äänet ovat ylivoimaisia. Itse asiassa ei ole olemassa sellaista asiaa kuin "normaali" kuulo. Olemme hyvin monimuotoinen joukko.

”Kuulotavan monimuotoisuuden lähtökohtana on, että suuri osa työstä, esimerkiksi melumääräykset, olettavat ’normaalin kuulon’”, Cox sanoo. ”Mutta niin kutsuttu ’normaali kuulo’ on useimpien nuorten aikuisten omaama, ja se edustaa vain noin 17 %:a väestöstä.”

Hänen kollegansa Bill Davies johtaa uutta Leverhulme Trustin kuulomonimuotoisuuden tohtoriohjelmaa (LAURA). Kaupungeista musiikkiin ja kulutuselektroniikkaan kaikki on suunniteltu "normaalille" kuuntelijalle, jota ei ole olemassa. Ihmiset, jotka kuulevat eri tavalla, kuten tinnitusta kokeva muusikko, huulilta lukeva kirkossakävijä tai autistinen opiskelija, syrjäytetään tämän oletuksen vuoksi. LAURA pyrkii muuttamaan ajattelua kattamaan koko kuulokokemusten kirjon.

Rytmin orja

”Ääni vaikuttaa aivoaaltoihimme, sydämen sykkeeseemme, hormonien erittymiseen ja kaikkiin fyysisiin rytmeihimme”, sanoo Poppy Szkiler, Quiet Markin perustaja ja toimitusjohtaja. ”Parhaiden käytäntöjen akustiikan ja hiljaisten tuotteiden suunnittelu tukee keskittymiskyvyn lisääntymistä, vähentää ahdistusta ja stressiä, edistää parempaa unta ja edistää terveydestä palautumista.”

Maailman terveysjärjestö (WHO) pitää melusaastetta paitsi ympäristöhaitana myös uhkana kansanterveydelle. WHO:n raportissa ”Burden of disease from environmental noise: Quantitification of healthy life years lost in Europe” esitetään terveysvaikutuksia, kuten sydän- ja verisuonisairaudet, kognitiivinen heikkeneminen, unihäiriöt ja tinnitus.

Siinä esimerkiksi todetaan, että Länsi-Euroopassa menetetään vuosittain ainakin miljoona tervettä elinvuotta liikenteen aiheuttaman melun vuoksi. On tärkeää huomata, että tämä on pelkästään melun vaikutus, eikä sitä ole yhdistetty muihin tekijöihin, kuten ilmansaasteisiin.

Mutta eikö innovaatio tee uusista tuotteista hiljaisempia? Kyllä ja ei… yksinkertaisesti sanottuna, ne tekevät, mutta käytämme niitä paljon enemmän.

”Yksittäiset ajoneuvot ovat hiljentyneet, mutta niitä on paljon enemmän teillä”, sanoo professori Trevor Cox, Salfordin yliopiston akustiikan tutkimuskeskuksen johtaja. ”Ja kun ihmiset yrittävät välttää ruuhkia, ruuhka-aika pitenee ja pätkät saavat lisää liikennettä. ’Keskimääräinen’ melutaso ei ole kovin erilainen, mutta menetämme quiet times ja paikkoja. Nämä melulta suojautuvat paikat ovat todella tärkeitä, kuten myös niiden säilyttäminen.”

WHO:n melualtistusta koskevaa tutkimusta on käytetty pohjana Yhdistyneen kuningaskunnan melusäännöksissä, joissa suositellaan ”meluannosta”. Kahdeksan tuntia 84 dB:n melua vastaa siis altistumista neljälle tunnille 87 dB:n melulle tai kahdelle tunnille 90 dB:n melulle. Sama pätee myös kodin tuotteisiin.

”Tämä on yksi syy siihen, miksi pölynimureissamme on erilaisia tiloja: jotta ihmiset voivat valita haluamansa melutason”, Richards sanoo. ”Jos vauvasi nukkuu tai olet herkkä melulle, käytä Eco-tilaa, niin voit imuroida pidempään ja saada erittäin alhaisen melutason. Tai laita se tehostustilaan tiettyä kohtaa varten. Saat silti suhteellisen alhaisen melutason, vaikka se on paljon kovempaa, koska käytät sitä vain hyvin lyhyen aikaa.”

Meluongelmat ovat kasautuvia. Eri lähteistä tulevat äänet ovat usein epäkoherensseja ja kasautuvat. Yhtenäiset äänet (sama taajuus, sama aallonpituus, vakio vaihe-ero) voivat kasautua tai kumota toisensa. Melua vaimentavat kuulokkeet hyödyntävät tätä kuuntelemalla ulkoista taustamelua ja soittamalla sinulle sen "vastakohtaa", siniaaltoa, joka on koherentti mutta puoli sykliä vaiheen ulkopuolella, kumoaakseen sen. Siksi melua vaimentavat kuulokkeet sopivat parhaiten tasaisen taustahurinan, kuten junien, lentokoneiden ja autojen, vaimentamiseen.

Tieteen ääni

Äänen vaimentamisella, eristämisellä ja imemisellä on omat käyttötarkoituksensa, mutta on parempi suunnitella melu pois alusta alkaen: esimerkiksi Dysonin uusimman Hyperdymium-moottorin tasapainottaminen kalliilla ja perfektionistisella tavalla tärinän vähentämiseksi, jotta kuori ei tärise eikä pidä ääntä. Gen5Detect-imuri on Dysonin tähän mennessä nopein imuri, joka pyörii jopa 135 000 kierrosta minuutissa, yhdeksän kertaa nopeammin kuin Formula 1 -moottori.

”Jokainen roottori tasapainotetaan erikseen”, Richards selittää. ”Se mitataan erittäin tarkasti, ja sitten jyrsin leikkaa pienen osan juoksupyörästä pois. Joten jokainen roottori on hieman erilainen.”

Myös äänenlaatu on tärkeä. Desibelit mittaavat vain sitä, kuinka kovaa jokin ääni on, mutta jotkut äänet ovat ärsyttävämpiä kuin toiset. Cox käyttää esimerkkinä droneja: ”Otetaan esimerkiksi nelikopteri. Ne eivät ole niin kovia, mutta niiden äänessä on ikävä laatu, kuin vihaisen hyönteisen. Tutkimuksessa meillä on psykoakustisia mittareita, jotka yrittävät tallentaa dB:ien ulkopuolisia ominaisuuksia.”

Psykoakustiikka on tiedettä, joka tutkii, miten äänet havaitaan. Cox lisää, että kontekstilla on tärkeä merkitys: ”Äänen hallitsemattomuus tekee siitä ärsyttävämmän. Jos työskentelet lentokentällä, valitat todennäköisesti vähemmän lentoradan alapuolella olevasta äänestä, koska toimeentulosi on siitä riippuvainen.”

On myös makuasia. Jotkut äänet ovat yleisesti rakastettuja tai inhottuja, toiset taas ovat subjektiivisia. Dysonilla on tiimi "kultaisia kuuntelijoita", jotka on valittu hyvän korvan perusteella ja jotka on sitten koulutettu arvioimaan äänenlaatua erinomaisesti, olipa kyse sitten Dyson Zone -kuulokkeiden äänen säätämisestä tai ärsyttävien tuoteäänien merkitsemisestä.

Quiet Mark testaa ja varmentaa yli 80 tuotekategoriaa tarjotakseen tiedot maksutta maailmanlaajuisesti kuluttajille, arkkitehdeille ja suunnittelijoille. ”Strategiamme on, että jos me kaikki ostamme hiljaisia tuotteita, suunnittelemme hiljaisia tuotteita ja määritämme niille hiljaisia tuotteita, voimme yhdessä lopulta voittaa melusaasteen”, Szkiler sanoo.

Apuvälineet - Kuulolaitteet, jotka eivät ole kuulolaitteita

Kuulovammaisten määrä kasvaa, eikä pelkästään ikääntyvän väestön vuoksi. Myös vuosikymmenten kovaääninen musiikki ja videopelit vaativat veronsa. X-sukupolvella on kaksinkertainen isku: he kasvoivat Walkmanin kanssa ja ovat nyt 50–60-vuotiaita.

”Kuulolaitteisiin liittyy edelleen leima”, Cox sanoo. ”Suuri osa ihmisistä, jotka voisivat hyötyä niistä, ei omista niitä tai he eivät käytä niitä riittävän usein.”

Uusi luokka ei-aivan-kuulokojeita, jotka näyttävät enemmän AirPodeilta kuin apuvälineiltä, on suunnattu niille, jotka eivät tunne olevansa valmiita kuulokojeeseen. Esimerkiksi Signia Active Pro on suunnattu lievää tai kohtalaista kuulonalenemaa sairastaville, näyttää nappikuulokkeilta ja käyttää tekoälypohjaista avustajaa sopeutuakseen ympäristöihin.

On jopa sovelluksia, jotka käyttävät älypuhelimesi mikrofonia äänen poimimiseen ja vahvistamiseen kuulokkeisiisi, vaikka se onkin paljon tylsempi instrumentti kuin kuulolaite. Saatat ajatella sitä 2000-luvun korvatorvena.

Suunnittelemalla huminan pois

Äänen vaimentaminen on seuraava puolustuslinja. Paljon tutkimusta kohdistuu komposiittirakenteisiin, joita kutsutaan metamateriaaleiksi.

”Matalataajuisella äänellä on erittäin suuri aallonpituus, joten matalien taajuuksien vaimentaminen vaatii erittäin suuria rakenteita”, Cox sanoo. ”Metamateriaaleilla on potentiaalia hallita paljon ohuemmista materiaaleista tulevaa kohinaa.”

Myös luonnonmateriaaleilla on käyttötarkoituksensa, ja ne sisältävät paljon vähemmän hiiltä. Pensasaidat auttavat estämään korkeita taajuuksia, mutta ne ovat vähemmän hyödyllisiä tieliikenteen melun kannalta. Royal Horticultural Societyn rahoittamassa tutkimuksessa tarkastellaan, miten niiden melunvaimennus voidaan maksimoida.

”Tämä voi liittyä pensasaitojen yhdistämiseen kovaan maisemointiin tai oikean lajin valintaan”, Cox sanoo.

Pensasaitojen istuttamisen jatkamisella olisi tietenkin sivuvaikutuksena elinympäristön laajeneminen. Tämä on erittäin tarpeellista ja auttaisi vahvistamaan yhtä ääntä, josta yleisesti nautimme ja jota harvoin pidämme meluna: linnunlaulua.

Tämä artikkeli on mukailtu tekniikan ja teknologian artikkelista ” Engineering a quiet place ”.
Klikkaa tästä nähdäksesi alkuperäisen ja lyhentämättömän Engineering + Technology -artikkelin