Akustiikan vaikutukset musiikin opiskelussa

Miksi puheesta ei joskus tunnu saavan selvää? Miksi laulaminen tuntuu rankemmalta joissain tiloissa? Vastaus piilee todennäköisesti akustiikassa. Akustiikka on äänen käyttäytymistä tilassa. Se vaikuttaa puheen selkeyteen ja voi vääristää äänen taajuustasapainoa. Huono akustiikka saattaa usein olla huomaamaton. Saatetaan kokea huonon akustiikan aiheuttamia haittoja tietämättä ongelman syytä.

Tämän artikkelin on tarkoitus auttaa tunnistamaan tyypillisimpiä akustiikasta aiheutuvia ongelmia musiikin opiskelussa ja siten mahdollistaa niiden huomioiminen opiskelussa ja opetuksessa. Jotta voimme käsitellä erilaisia akustiikan aiheuttamia ongelmia, täytyy meidän käydä läpi muutama termi ja äänen ominaisuus.

Mitä ovat akustiikka ja ääni

Akustiikka on äänen käyttäytymistä tilassa. Jälkikaiunta (reverberation), seisovat aallot, äänen vaimentuminen ja heijastuminen ovat kaikki akustiikasta johtuvia ilmiöitä. Akustiikkaa koetaan joka paikassa – kotona, töissä, vapaa-ajalla ja ulkonakin.

Ääni on värähtelevän äänilähteen aiheuttamaa säännöllistä väliaineessa etenevää edestakaista aaltoliikettä. Lähes poikkeuksetta väliaineena toimii ilma, jolloin värähtely koetaan ilmanpaineen vaihteluna. Äänen korkeus, eli taajuus (hertsi, Hz), määräytyy värähtelyn nopeudesta. Korkeat taajuudet ilmenevät tiheinä ja matalat taajuudet harvoina paineenvaihteluina. Äänen voimakkuus, eli taso, määräytyy sen mukaan, kuinka paljon ilmanpaine muuttuu suhteessa sen keskiarvoon. Tämä muutos tapahtuu sekä positiiviseen (ilmanpaineen nousu) että negatiiviseen (ilmanpaineen lasku) suuntaan. (Karisto, Kenttämies, Koivumäki & Korpinen 2007.)

Edellä mainittuja äänen ominaisuuksia voidaan verrata veteen heitettyyn kiveen ja sen aiheuttamiin aaltoihin. Kivi on äänilähde ja aallonharjojen välinen etäisyys edustaa taajuutta: mitä lähempänä aallonharjat ovat toisiaan, sitä korkeampi taajuus on kyseessä. Aaltojen korkeus puolestaan edustaa äänen voimakkuutta: korkea aalto sisältää enemmän vettä kuin matala aalto.

Äänen käyttäytyminen

Ääni pyrkii leviämään äänilähteestä pallomaisesti joka suuntaan. Kaikki äänilähteet eivät tätä salli, joten ääni voi olla enemmän tai vähemmän suuntautuvaa. Myös äänen taajuus vaikuttaa leviämiskäyttäytymiseen. Korkeat taajuudet (diskantti) ovat suuntautuvia kun taas matalat taajuudet (basso) etenevät lähes aina pallomaisesti. (Laaksonen 2007, 13-14.)

Ääni etenee aaltoina äänennopeudella väliaineessa, yleensä ilmassa. Nopeuteen vaikuttavat sekä ilmankosteus että ilman lämpötila. Karkeasti yleistettynä voidaan sanoa äänen kulkevan kuivahkossa, huoneen lämpöisessä ilmassa noin 344 metriä sekunnissa, eli suurin piirtein 1238 kilometriä tunnissa. Matematiikkaa hyödyntäen saadaan selvitettyä äänen aallonpituus jakamalla äänennopeus taajuudella. Tällöin 100 Hz ääniaallolle pituutta tulee noin 3,4 metriä, 1 kHz aallolle noin 34 cm ja 10 kHz aallolle 3,4 cm. Eli korkeat taajuudet ovat lyhytaaltoisia ja matalat taajuudet pitkäaaltoisia. (Laaksonen 2007, 13-14.)

Lyhyen aallonpituutensa seurauksena korkeat äänet vaimenevat tai heijastuvat törmätessään ohuisiinkin esteisiin. Pitkäaaltoiset matalat äänet puolestaan läpäisevät helposti ohuita ja kevyitä esteitä. Matalat äänet voivat myös kiertää kohtaamiaan esteitä. Taajuuksien vaimenemiseen vaikuttaa myös niiden energia. Bassoäänet sisältävät diskanttia enemmän energiaa, joten niiden vaimentamiseen vaaditaan suuria ja massiivisia esteitä. (Laaksonen 2007, 13-14.)

Treenikämppien seinille kiinnitetyt munakennot ja paksut matot lienevät monille tuttu näky. Nämä ”tee se itse”-akustointimenetelmät toimivat korkeiden taajuuksien hillitsemiseen, mutta bassotaajuuksiin niillä ei juuri ole vaikutusta. Kerrostalossa asuneet ovat varmasti kuulleet naapurien bileet tai reippaalla volyymillä suoritetun musiikin kuuntelun seinien läpi tunkeutuvista ja rakenteita pitkin välittyvistä bassotaajuksista. (Mäkelä 2002, 74-75.)

Itse olen havainnoinut samaa ilmiötä tanssilavoilla ja treenikämpillä; lavaa lähestyessä ulos kantautuu kumea bassotaajuusvoittoinen soitto, mutta lähemmäs mentäessä korkeammat taajuudet alkavat myös kuulua selvemmin. Sisälle tultaessa tuntuu usein, että matalat taajuudet jäävät melkein keskiäänten ja diskantin jalkoihin.

Jälkikaiunta (reverberation) ja taajuusvääristymät

Jälkikaiunta on äänen heijastumista pinnoista. Kovat ja tasaiset pinnat heijastavat ääntä enemmän kuin pehmeät tai epätasaiset pinnat. Tasaiset pinnat myös suuntaavat ja epätasaiset pinnat hajauttavat heijastuksia. (Acoustic Geometry, 2015.)

Koska erilaiset pinnat vaimentavat ja heijastavat ääntä eri tavoin, syntyy usein taajuusvääristymiä. Vääristymä voi syntyä jälkikaiunnasta aiheutuvasta vaiheistuksesta, kun samasta lähteestä peräisin oleva ääni heijastuu pinnasta ja saapuu kuulijan korvaan suoraan äänilähteestä tulevaa ääntä myöhemmin. Kuten muistamme, ääni on ilmassa kulkevaa paineen vaihtelua. Tällöin kahden samasta äänilähteestä peräisin olevan ääniaallon kulkiessa erimittaisen matkan, saattaa pidemmän reitin kulkeneen aallon negatiivinen ilmanpaineen muutos saapua kuulijan korviin suoraan kulkeneen aallon positiivisen ilmanpaineen muutoksen kanssa yhtaikaa. Näin ollen aallot ovat vastavaiheessa ja kumoavat toisensa. Heijastukset, joiden positiivinen osa osuu samalle kohdalle toisen positiivisen osan kanssa, ovat puolestaan myötävaiheessa ja vahvistavat toisiaan. (Laaksonen 2007, 14-18.)

Heijastuksia syntyy käytännössä kuitenkin todella paljon ja eri taajuudet heijastuvat ja vaimenevat eritavoin, joten täydellisiä ääniaaltojen kumoutumisia ei huomaa. Lisäksi ääniaallot voivat olla missä tahansa vaiheessa edellä mainittujen myötä- ja vastavaiheen väliltä, jolloin vahvistus tai kumoutuminen ei ole täydellinen. Joidenkin taajuuksien kumoutumat ja korostukset ovat kuitenkin, kuuntelutilan mitoista ja pintamateriaaleista riippuen, muita yleisempiä. Jos huoneen korkeus, leveys tai pituus on suorassa kokonaislukusuhteessa äänessä esiintyvän taajuuden aallonpituuden tai sen puolikkaan kanssa, syntyy huoneresonanssi eli moodi (room mode). Nämä myös seisovina aaltoina tunnetut huonemoodit ilmenevät tämän tietyn taajuuden ja sen kokonaislukukerrannaisten voimakkaina vaimentumina ja korostumina tietyissä huoneen kohdissa. (Laaksonen 2007, 14-18.)

Akustiikka musiikinopiskelussa

Tyypillisimmät opiskelutilanteet musiikin parissa lienevät yhtyesoitto, luento tai luokkaopetus, yksilöopetus (instrumenttitunti) ja itsenäinen treenikoppiharjoittelu. Kaikissa näissä tilanteissa akustiikalla on suuri merkitys oppimisen kannalta. Yhtyetilanteessa akustiikka voi vaikuttaa merkittävästi siihen, miten hyvin tai huonosti soittajat kuulevat itsensä ja toisensa. Tähän vaikuttaa tilan akustiikan lisäksi myös instrumenttien/vahvistimien sijoittelu suhteessa soittajiin, soittajien sijainti suhteessa tilaan sekä instrumenttien sijainti suhteessa tilaan.

Vuorovaikutusta voi havainnollistaa esimerkiksi tasasivuisella kolmiolla, jossa yhdessä kärjessä/kulmassa on soittaja (eli kuulija), toisessa soittimet/kaiuttimet/vahvistimet ja kolmannessa tilan akustiikka. Säätämällä kolmion yhtä sivua optimaaliseksi muuttuu muiden sivujen suhde optimiin. Tilasta ja soittimista riippuen ei kuitenkaan yleensä voida saavuttaa akustiikan kannalta täysin optimitilannetta. Tila on mikä on; harvemmin sitä akustoidaan, saatikka rakennetaan, varta vasten tiettyä yhtyettä varten. Soittimien sijoittelua voidaan säätää jossain määrin, mutta kaluston on mahduttava tilaan kuten myös soittajien, joiden sijaintia voidaan jossain määrin säätää. Harjoitustilan on kuitenkin oltava myös käytännöllinen. Rumpuja ei kannata pystyttää oven kohdalle, vaikka ne kuinka soisivat siinä parhaiten.

Luento- tai luokkatilanteessa akustiikalla voi olla tiedostamaton vaikutus oppimiseen. Opettajan kuunteleminen saattaa aiheuttaa nopeasti väsymystä tai sanojen ymmärtäminen voi tuntua hankalalta. Tietysti opettajalla ja oppijalla on osuutensa tässä yhtälössä, mutta osittain syy voi olla huonossa akustiikassa. Jos huoneessa on paljon kovia pintoja, aiheutuu niistä helposti liikaa jälkikaiuntaa (reverberation). Liiallinen jälkikaiunta tekee äänestä, esimerkiksi puheesta, epäselvää ja sen vaikutus lisääntyy mentäessä kauemmas äänilähteestä. Toisaalta liian vähäinen jälkikaiunta suuressa tilassa heikentää äänen kantavuutta, jolloin kaukana äänilähteestä oleville kuulijoille äänen voimakkuus ei ehkä ole riittävä. Nämä puheen kuuluvuuteen ja ymmärrettävyyteen vaikuttavat seikat ovat läsnä tietysti kaikissa puhetta sisältävissä tilanteissa. (Lekolar, 2012.)

Yksilöopetustilanteessa jälkikaiunta ei yleensä, akustoinnista ja volyymitasosta riippuen, ole suurin ongelma; ollaanhan kyseisessä opetustilanteessa usein hyvinkin lähekkäin verrattuna luentoon. Sen sijaan taajuusvääristymät voivat aiheuttaa haittaa. Mieleeni muistuu oma tekninen tutkintoni, jonka yhtenä osana minun piti kuunnella levyltä jotain piisiä ja opetella kitaraosuus korvakuulolta. Kuulin keski- ja ylätaajuudet hyvin, mutta matalimmat kitaran äänet jäivät epäselviksi. En yksinkertaisesti kuullut niitä. Opettajat ilmeisesti kuulivat nämä äänet ja kysyivätkin kuulenko niitä. Ilmeisesti oma sijaintini suhteessa kaiuttimiin ja mahdollisiin huonemoodeihin ei ollut suotuisa kyseisten taajuuksien kohdalla.

Treenikopissa yksin harjoittelevalle ongelmia voivat aiheuttaa kaikki edellä mainitut seikat, vaikkakin haitat ovat usein miedompia äänilähteiden ja korvaparien pienen lukumäärän vuoksi. Tilaa on yleensä vähän ja akustointibudjetti saattaa vaihdella. Jos treenipaikkana toimii niin sanottu ”perushuone”, jonka seinät ovat kohtisuorat ja akustointi vähäistä, saattavat jälkikaiunta ja huonemoodit olla melkoisia murheenkryynejä. Pahimmillaan korkeiden äänien jälkeen kuuluu korvia särkevä sirinä ja bassotaajuudet kumisevat. Onneksi useimmiten pääsee harjoittelemaan muualle kuin betonikuutioon, vaikka on niitä akustiikkaongelmia paremmissakin treenikopeissa.

Ehkä pitäisi puhua ennemminkin akustiikkaominaisuuksista kuin -ongelmista. Huonemoodeja esiintyy käytännössä kaikissa suljetuissa tiloissa, kuten edellisen kappaleen omakohtainen kokemus ehdottaa. Tilan rajallisuuden vuoksi basson vaimennus on usein mahdotonta, jolloin jotkut alataajuudet pääsevät usein korostumaan.

Musiikin kuuntelu on olennainen osa musiikin opiskelua. Kuuntelulaitteiston sijoitteluun tulisi siis kiinnittää huomiota. Kaiuttimien lopullinen soundi muodostuu vasta yhdessä tilan kanssa. Jos kaiuttimet on sijoitettu jonkin kovan pinnan (esimerkiksi pöytä tai flyygelin kansi) päälle, aiheutuu tästä pinnasta heijastuksia. Yhdistyessään suoraan ääneen nämä heijastukset aiheuttavat tiettyjen taajuuksien kumoutumisen ja tiettyjen taajuuksien vahvistumisen. Kumoutuminen tapahtuu sillä taajuudella, jolla viiveen pituus on puolet aallonpituudesta. Esimerkkinä mainittakoon 1/2000 sekunnin viive, joka aiheuttaa 1 kHz taajuuden ja kaikkien sen ylempien kokonaislukukerrannaisten kumoutumisen. Kumoutuvien taajuuksien väleihin jäävät taajuudet puolestaan vahvistuvat aiheuttaen kampafiltteriksi kutsutun ilmiön. Nimi tulee siitä, että ilmiö näkyy taajuuskäyrässä kampana, jonka piikit tihenevät korkeampia taajuuksia kohti. (Laaksonen 2007, 37-39.)

Mitä hyötyä kaikesta tästä tiedosta sitten on? Ainakin ongelmia voi tunnistaa ja hakeutua siten parempiin olosuhteisiin tai pyytää esimerkiksi koulua tai työpaikkaa panostamaan akustointiin. Luokissa ja harjoitustiloissa ilman kiinteää kiinnitystä olevia kaiuttimia voi siirtää akustiikan kannalta parempaan paikkaan tai kohtaan. Kuuntele tilaa, jossa harjoittelet tai opetat. Pyri kuuntelemaan sitä joka paikasta, jotta opit kyseisen tilan akustisen käyttäytymisen. Kuuntele erityisen tarkasti niistä kohdista, joihin sinä ja oppilaasi aiotte sijoittua. Näin varmistat, että te molemmat kuulette samat taajuudet samalla tavalla.

Kirjoittaja: Antti Järvinen, Karelia-ammattikorkeakoulu 2015

Lähteet:

Acoustic Geometry. 15.3.2015. How Sound Works (In Rooms). [Videotiedosto]. Viitattu 11.3.2015. https://www.youtube.com/watch?v=JPYt10zrclQ

Karisto, H. Kenttämies, J. Koivumäki, A. Korpinen, P. (2007) Äänipää. Viitattu 15.3.2015 http://www.aanipaa.tamk.fi/taajuu_1.htm#mozTocId438269

Laaksonen, J. 2006. Äänityön kivijalka. Helsinki: Riffi-julkaisut.

Lekolar (2012). Äänikoulu. Viitattu 8.3.2015. http://www.lekolar.com/fi/MELULLE-KYYTIA/Aanikoulu/Aaniymparisto-ja-akustiikka/

Linna, J. 2012. Äänentoiston perusteet-kurssin muistiinpanot. Joensuu: Karelia-ammattikorkeakoulu.

Mäkelä, J. 2002. Kotistudio. Helsinki: Like