Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Akusztikai alapfogalmak Előadás 2013. Vajdáné dr. Frohner Ilona.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Akusztikai alapfogalmak Előadás 2013. Vajdáné dr. Frohner Ilona."— Előadás másolata:

1 Akusztikai alapfogalmak Előadás Vajdáné dr. Frohner Ilona

2 Fizikai jellemzők Hang zaj –szubjektív megítélés szerint Rugalmas vivőközeg (levegő, gáz, folyadék, szilárd test) állapotának hullámként terjedő elemi ingadozása Az ember szempontjából legfontosabb a levegőben terjedő hang A fül, a levegő nyomáskülönbségét érzékeli

3 Hangnyomás és hanghullám Egy hangvilla körüli nyomáshullám terjedése a környező levegőben Hangnyomás és az atmoszférikus nyomás Az atmoszférikus nyomás Pa, a hangnyomás maximális értéke 1 méter távolságban a beszélőtől kb. 1 Pa 1 Pa = 1 N/m2= 10  bar

4 Hangnyomás és hanghullám Hangteljesítmény : P (Watt) Hangintenzitás: I =P/A gömb = P/(4.3,14. r 2 ) W/m 2 Hangnyomás (ingadozás) p (Pa) P r r A gömb p Intenzitás – felületegységre jutó hangteljesítmény

5 Hangnyomás és hanghullám Hanghullám az út függvényében

6 Hangnyomás és hanghullám Frekvencia f=1/T Hangsebesség: c= f.

7 A hang jellemzői Hangteljesítmény (P), hangintenzitás (I), hangnyomás (p) Hangnyomás-különbség - a legkisebb, amelyet az átlagember érzékel: p o = Pa -- hallásküszöb Hangsebesség - hőmérsékletfüggő, levegőre: c= 20,05. (T) 1/2 gázokra: c=( . R. T) 1/2 Hullámhossz Periódusidő – frekvencia A közvetítő közeg állapotától (T,  ) jelentősen függenek

8 A dB A gyakorlatban alkalmazott diagramok t idő f frekvencia p nyomás L hangnyomásszint Pl. tonális hang:

9 A dB A gyakorlatban alkalmazott diagramok t idő f frekvencia p nyomás L hangnyomásszint Pl. tonális hang:

10 A dB Hangnyomás hangnyomásszint L= 10. lg (p/p o ) 2 dB Hangintenzitás hangintenzitásszint L I = 10. lg(I/I o ) dB Hangteljesítmény hangteljesítményszint L I = 10. lg(P/P o ) dB

11 Oktávsáv 31,5 Hz-től 32 kHz-ig

12 Egymásra szuperponálódott sin és cos görbék Fourier analízissel lebontható Különböző frekvencián különböző amplitúdó

13 zajspektrumok

14 Megengedett határértékek: 1. Frekvencia szerinti eloszlás: N-görbék Az N 30-as görbe 1 kHz-nél 30 dB 2. Az MSZ szerint dB(A)-ban

15 A „dB(A)” Az „A” súlyozású szűrővel mért hangnyomásszint Oktávsávokban mért zajértékek súlyozott átlaga Az „A” szűrő karakterisztikája az emberi fülhöz hasonló

16

17 Hangok frekvencia és intenzitás tartományai I W/m 2

18 Zajkeltés helye Hullámoldali befolyásolási tényezők -gépek hangteljesítménye -helyiségekben reflexió, abszorpció -külső épületszerkezetek hangszigetelése -hanghullám irányhatása Hangterjedés -Távolság -Levegő hangelnyelése, meteorológia -Csillapítás a növényzet és beépítés révén -Árnyékolás az akadályok révén Befolyásoló tényezők A fogadóoldal külső zajszint (alapzaj) -Reflexiók belső zajszint -a helyiségek reflexiója (abszorpciója)

19 Zajkibocsátás: a zajos üzem működéséből keletkező (legnagyobb) mértékadó zajnyomásszint az üzem telekhatárán (azon kívül, vagy belül) Zajterhelés: az ember lakókörnyezetében a zajforrás működése következtében kialakuló mértékadó zajnyomásszint

20 Zajkibocsátás: A zajforrás működése nyomán keltett hangsugárzás. Zajterhelés: A zajforrások által okozott fizikai hatás meghatározott helyen, rendszerint az ember tartózkodási helyén.

21 A zajterhelés kialakulását befolyásoló tényezők logikai kapcsolata

22

23 Műveletek szintekkel Többszörös hangforrások A lg lépték miatt a szokásos összeadási törvény nem érvényes Csak a nyomás-négyzeteket, teljesítményeket és intenzitásokat szabad összeadni.

24 Műveletek szintekkel Két azonos hangteljesítményű és L w hangteljesítményszintű eltérő frekvencián sugárzó hangforrásra:

25 A dB összeadás szabálya Hasonlóan a hangintenzitás és a hangnyomásszint eredője is számolható Kettőnél több, azonos hangforrás esetén: Pl. 3 hangforrásra: n db hangforrás:

26 Különböző intenzitású hangok eredője L 1 és L 2 intenzitásszint esetén az eredő: n db különböző összetevőre:

27 A dB összeadás segéddiagramja adott L 1 = 70 dB, L 2 =76 dB L 1 -L 2 =6 dB A 6 dB-nek a függőleges tengelyen  L=1,0 dB felel meg. Az eredmény: L 1 és L 2 eredője, mivel L 2 a nagyobb érték, L 2 +  L= 76+1=77 dB

28 Feladat: Ha 4 különböző hangforrás eredőjét akarjuk kiszámolni: L 1 =70 dB, L 2 =76 dB, L 3 =75 dB, L 4 =73 dB L 2 -L 1 =76-70=6 dB  L=1 dB L 1+2 =77 dB L 1+2 -L 3 =77-75=2 dB  L=2 dB L =79 dB L L 4 =79-73=6 dB  L=1 dB L =80 dB

29 Más módon

30 2. példa L=60 dB hangintenzitásszintnek mekkora intenzitás és nyomás, illetve hangnyomásszint felel meg?

31 Egyenértékű zajszint

32 Ipari zaj jellemzői: –Zajszint értéke dB-ben, –Zaj színképe (oktávszínkép), –A zaj időbeli változása, vagy az egyenértékű, állandó intenzitású zajszint: Az embert érő időre átlagolt zajterhelés:

33 Egyenértékű zajszint A 8 óra időtartamú munkaidőben három különböző zajosságú időtartam van t 1 =2,5 óra, L 1 =75 dB t 2 =4,0 óra, L 2 =83 dB t 3 =1,5 óra, L 3 =90 dB. A zaj károsító hatásának megítélésében az erősségén kívül a behatás időtartama is azonos súllyal szerepel

34 Téma: Műveletek szintekkel - Decibelek összeadása –Azonos erősségű hangforrások eredője: –Különböző erősségű hangforrások eredője Súlyozott hangnyomásszint számítása Zajspektrumok N-görbe szerinti minősítése

35 Szintek: (ismétlés) hangteljesítményszint, hangintenzitásszint, hangnyomásszint P (W) p (Pa) I (W/m 2 ) Felületegységre jutó hangteljesítmény

36 Műveletek szintekkel n db azonos hangteljesítményű és L w hangteljesítményszintű hangforrásra: Egyformán érvényes a hangteljesítmény-, hangintenzitás-, hangnyomás- szint eredőjének számítására

37 Különböző intenzitású hangok eredője: –L 1 és –L 2 intenzitásszint esetén az eredő: –n db különböző összetevőre:

38 Eredő szint számítása: –egyenlet: –számítást segítő diagram:

39 Feladat: Ha 4 különböző hangforrás eredőjét akarjuk kiszámolni: L 1 =70 dB, L 2 =76 dB, L 3 =75 dB, L 4 =73 dB Megoldás: (diagram segítségével) L 2 -L 1 =76-70=6 dB  L=1 dB L 1+2 =77 dB L 1+2 -L 3 =77-75=2 dB  L=2 dB L =79 dB L L 4 =79-73=6 dB  L=1 dB L =80 dB Számítással:

40 Feladat (2) L 1 = 50 dB, L 2 =60 dB L e =? Következmény: ha két zajszint különbsége nagyobb, mint 10 dB, az eredő a nagyobbik szinttel lesz azonos

41 Feladat (3) L 1 = 55 dB, L 2 =65 dB, L 3 =67 dB, L 4 = 70 dB L 1 = 75 dB, L 2 =68 dB, L 3 =69 dB, L 4 = 71 dB L 1 = 45 dB, L 2 =48 dB, L 3 =50 dB, L 4 = 52 dB L 1 = 55 dB, L 2 =53 dB, L 3 =59 dB, L 4 = 70 dB L 1 = 35 dB, L 2 =35 dB, L 3 =37 dB, L 4 = 40 dB

42 Súlyozott zajszint számítása A zaj megengedett értékei és a mérése lehet dB(A)-ban, és oktávsávokban (N-görbék) Az „A” súlyozású zajszint számolható az oktávsávokban mért zajszintekből: –A szűrő nélküli „lin” állásban oktávsávokban mért zajszint : L okt –Az „A” szűrő csillapítását figyelembe véve oktávsávokban a zajszint: L okt -  L A –Az oktávsávokban A-súlyozású zajszintek eredője a dB(A)-ban számított zajszint (a dB- összeadás szabálya szerint

43 Súlyozott zajszint számítása adott L okt - spektumból: f /Hz/  L A * /dB/ 31,5-39, , , , , , , , ,5 L okt -  L A /dB/ L eredő * - az „A” szűrő csillapítása oktávsávonként

44 Adott oktávsávos spektrum alapján számítandó L A szint: Feladat: határozza meg az A súlyozású átlagos hangnyomás értékét! * - az „A” szűrő csillapítása oktávsávonként f /Hz/ *  L A /dB/ L okt /dB/ 31,5-39, , , , , , , ,147

45 Melyik N-görbének felel meg a spektrum alapján? N 80

46 Mérési feladat Tanterem zajnyomásszintjének mérése –oktávsávokban: a zaj spektrális eloszlása –dB(A)-ban f /Hz/ *  L A /dB/ L okt /dB/ L okt +  L A /dB/ │L k+1 -L k │ /dB/  L ** /dB/ L eredő,i /dB/ 31,5-39, , , , , , , ,1 Feladat: átszámítás oktávsávból dB(A)-ba

47 A hangforrások típusai: Pontszerű Vonalszerű Felületi sugárzók amelyekből az összetett sugárzók elméletileg felépíthetők.

48 Pontszerű hangforrások idealizált sugárzók Legegyszerűbb modelljük a lélegző gömb - nulladrendű gömbsugárzó - a térfogat periodikusan változik és gömbhullámok alakjában sugározza ki a hangenergiát a forrástól r távolságban az intenzitás : A legtöbb esetben a hangteljesítmény nem minden irányban azonos intenzitással terjed az egész gömbfelület radiálisan kifelé és befelé azonos fázisban mozog

49 Az irányítási tényező A teljes gömbszerű terjedéstől való eltérés jellemzésére szolgál: –I g : ha minden irányban azonos intenzitással sugározna –Gömbsugárzó esetén D = 1 –Félgömbsugárzó esetén D = 2 –Negyed térbe sugárzó esetén D = 4 –Nyolcad térbe sugárzó esetén D = 8 Az intenzitás az irányítás figyelembe vételével:

50 Hangterjedés szabad térben akusztikai szempontból szabad tér : –amelyben a hullámterjedést akadály nem zavarja –azaz a hanghullám a forrásból a tér minden irányában elhajlás, törés és visszaverődés nélkül terjed Hangforrás : –minden rugalmas test, amely meghatározott frekvenciatartományban rezgésre gerjeszthető –velük közölt energia egy részét rezgési energiává (hangenergiává) alakítják át –az energia átadódik a környező közegnek és abban hanghullámok formájában terjed –A hallhatóvá válás függ a kisugárzott energia nagyságától a rezgési frekvenciától, valamint a hangsugárzó és a közeg kölcsönhatásától az ún. sugárzási impedanciától. Sugárzási impedancia: A levegő a mozgó membránnal szemben ellenállást fejt ki. A viszszahatás komplex jellegű. A membránra ható erő és az általa előidézett mozgássebesség (az erő irányában) hányadosát nevezzük sugárzási impedancianak. Ennek valós része a sugárzási ellenállás. ez a megfogalmazása erős absztrakció

51 A teljesítményszint és a hangnyomásszint közötti összefüggés A: az a felület ahol a hangteljesítmény áthalad (m 2 ) A 0 : 1 m 2

52 Hangterjedés szabad térben Pontszerű zajforrás –Irányítási tényezővel –Szintekre áttérve: –de:

53 gömbsugárzó esetén a hangforrástól mért „r” távolság megkétszerezése esetében az intenzitásszint: Általánosítva: Ha r 1 távolságban L 1 (r 1 ), a hangnyomásszint r 2 távolságban:

54 Vonalszerű sugárzók Ha végtelen hosszú vonal minden eleme hangforrásként működik - pl. autópálya koherens vonalsugárzó: a vonal minden eleme azonos fázissal és amplitudóval sugároz A hullámfrontok koncentrikus hengerek A P-hangteljesítmény (egységnyi hosszon) hengerszimmetrikusan terjed A hengerpaláston : Inkoherens: egyidejűleg nem azonos fázisban sugárzó elemi gömbsugárzók

55 Vonalsugárzó –Irányítási tényezővel: –D= 1, 2, 4 és l= 1 m re jutó zajteljesítmény: P’ –Szintekre áttérve:

56 Végtelen hosszúságú vonalszerű zajforrás közutak és vasútvonalak, csővezetékek akadálytalan terjedés esetén: a hangnyomásszint a távolság megkétszereződésével 3 dB-lel csökken

57 Ha az ismert hangforrástól (r 1 ) távolságban a hangnyomásszint L 1, akkor távolságban mért L 2 hangnyomásszint: A zajnyomásszint esetén 3 dB-lel csökken

58 véges hosszúságú vonalforrás Ha az intenzitásszint 3 dB-el csökken a forrástól való távolodás minden egyes megkétszereződésekor Ha 6 dB-el csökken L = L' W + 10lg d ‑ 10lg r + 10lg 11

59 Felületi sugárzók Ha a zaj nagyobb felületű szabad nyíláson, ablakon, vagy vékony falon át jut a környezetbe –Kör, –Téglalap alakú –diagramokból határozható meg a csillapítás

60 Síksugárzó síkhullámot bocsát ki Síkhullám esetén az energia a távolságtól függetlenül állandó

61 2. példa L=60 dB hangintenzitásszintnek mekkora intenzitás és nyomás, illetve hangnyomásszint felel meg?

62 Egyenértékű zajszint

63 Ipari zaj jellemzői: –Zajszint értéke dB-ben, –Zaj színképe (oktávszínkép), –A zaj időbeli változása, vagy az egyenértékű, állandó intenzitású zajszint: Az embert érő időre átlagolt zajterhelés:

64 Egyenértékű zajszint A 8 óra időtartamú munkaidőben három különböző zajosságú időtartam van t 1 =2,5 óra, L 1 =75 dB t 2 =4,0 óra, L 2 =83 dB t 3 =1,5 óra, L 3 =90 dB. A zaj károsító hatásának megítélésében az erősségén kívül a behatás időtartama is azonos súllyal szerepel

65 Hangterjedés léghang testhang

66 Zajkeltés az épületakusztikában Léghang testhang lépéshang áramlási zajok

67 A nyomáshullám terjedése vizsgálható az út, vagy az idő függvényében f = c.

68 hullámhossz frekvencia

69 Hallásküszöb: 20  Pa= Pa Fájdalomküszöb: 20 Pa

70 A szabadtéri terjedést befolyásoló tényezők A távolság csillapítása ( pont-, vonal- és síksugárzó esetén) Egyéb: –A levegő hangelnyelése (csillapítása) –A növényzet hatása Sűrűség Aljnövényzet Zajforrás magassága –Hangvisszaverődés Növelő hatás –Meteorológiai hatások Szél: vektorális összegződés, vertikális elhajlás a sebesség-gradiens miatt Hőmérséklet (gradiensek hatása) –A talaj hatása A talaj akusztikai hatása - hangelnyelése (beton-gyep) Távolság szerepe (a zajforrás közelében interferencia – távolabb szóródás) –Hangárnyékolás hatása (házak, fal, domborzat, stb.)

71 1. A levegő csillapítása függ : –a frekvenciától „f „(a magas hangok jobban csillapodnak) –a levegő hőmérsékletétől és –relatív nedvességtartalmától Meghatározása –számítással –diagramból –táblázatból Tervezési célokra a 10 °C levegő-hőmérséklethez és a 70% relatív nedvességtartalomhoz tartozó értékeket célszerű használni

72 A levegő csillapító hatása Elhanyagolható : 100 m-ig, és 10 kHz alatt Nő a csillapítás: f- növelésével rel. nedv. tart. csökk. Magas hang gyorsabban csillapodik

73 2. A növényzet hatása A többletcsillapítás függ a frekvenciától, a növényzet fajtájától és sűrűségétől és a növényzeten keresztülvezetett hangút hosszúságától. A növényzeten ténylegesen áthaladó hangút legalább 30…50 m Cserje 0,15-0,17 dB/m Fenyő 0,1 – 0,15 Lombos erdő 0,08-0,1 dB/m

74 3. Hangvisszaverődés A hangvisszaverődést figyelembe kell venni, ha a zajforrás vagy a megfigyelő közelében nagyobb hangvisszaverő felületek (falak, épületek stb.) vannak. Ilyen esetben tükrözéssel kapott tükörzajforrással számolhatunk. A hangvisszaverő felület közelében a hangnyomásszint 3 dB-lel emelkedik.

75 4. Meteorológiai hatások A szél és a hőmérséklet - szél-és hőmérsékleti gradiens hanghullámok a szélirányban történő terjedésnél a föld felé, ellenkező irányú terjedésnél a földtől felfelé hajlanak el

76 A hang elhajlása A szél hatása különösen nagy távolságokban okozhat nagy hangnyomásszint-ingadozásokat. hőmérséklet : –Nappal a talaj felmelegedés közben a levegő felsőbb rétegei hidegebbek -hanghullám útját jelző nyomvonal felfelé görbül -- árnyékzóna –ha az alsó rétegek hidegebbek (télen és tiszta szélcsendes éjszakában) -- a nyomvonal a föld felé hajlik el

77 Pozitív hőmérsékleti gradiens esetén (nyáron) Negatív hőmérsékleti gradiens esetén (télen)

78 Terjedés légmozgás esetén oldalnézet felülnézet

79 5. A talaj hatása Földhatás komplex jelenség –föld hangvisszaverő és hangelnyelő tulajdonsága együttesen idéz elő –befolyásolnak a földközeli meteorológiai viszonyok. kemény felületek (beton, aszfalt) hangelnyelése nagyon csekély A sűrű fű vagy más aljnövényzet jobban elnyel, mint az elnyelő talajok (pl. homok). A csillapítás elérheti a 20 dB/100 m értéket is.

80 6. Árnyékoló hatás Fresnel elhajlási jelenség: Ideális akadály: –Végtelen hosszú –hangot át nem eresztő –elnyelés és visszaverődés- mentes talaj Hangútkülönbség: Árnyékoló fal hatása a hangterjedésre N=0 esetén 5 dB a csillapítás Max. 24 dB érhető el hullámhossz akadályok – házak, házsorok, falak, gátak – és a domborzati viszonyok hangárnyék keletkezik Az akadály élénél a hang szóródik - az árnyékolás nem teljes

81 A hangárnyékolás geometriai jellemzői vékony árnyékoló szerkezetekre (falakra ) ΔL= 10 lg 20N ha N ≥ 1; és ΔL=10lg(20N + 3) ha N ≥ 0,2.

82 A hangárnyékoló szerkezet által létrehozott Lá hangnyomásszint csökkenés a frekvencia és a  árnyékolási tényező függvényében (Fleischer szerint 1970.)

83 A hangterjedést befolyásoló tényezők: irányítottsági mutató G : a zajforrást körülvevő felület (mérőfelület) valamelyik pontjában a hangnyomásszint mekkora értékkel tér el a mérőfelületen mért átlagos hangnyomásszinttől szabad félhangtér : G = L i – L m + 3

84 Zajárnyékoló hatások különböző magasságú vonalvezetésű autópálya esetén

85 Hanggátló fal hanggátlásának számítása - példa Egy 85 dB(A) hangteljesítményű ventilátor az üzem telekhatárán belül működik, a kerítéstől 2 m-re. A kerítéstől 20 m-re van egy lakóépület. Számítsuk ki a zajnyomásszintet a lakóépületnél egy 3, ill. 5 m magas ideális hanggát megépítése esetén.


Letölteni ppt "Akusztikai alapfogalmak Előadás 2013. Vajdáné dr. Frohner Ilona."

Hasonló előadás


Google Hirdetések