Győrfi András demonstrátor SZE, MTK, BGÉKI, Környezetmérnöki tanszék Zaj,- rezgés és sugárzásvédelem NGB_KM015_1 2011 – 2012 tanév tavasz 3. előadás Győrfi András demonstrátor SZE, MTK, BGÉKI, Környezetmérnöki tanszék

HALLÁS „A hallás egy rendkívül összetett folyamat; az öt érzék közül az első, mely a magzatban kifejlődik és mely képessé teszi a külvilággal való kapcsolatra…”

HALLÁS A hang, mint fizikai jelenség, a fülünkön keresztül válik valósággá. A fülünk hangnyomást érzékel, ezt átalakítja érzékszervi-agyi- adatokká, így lesz a hangnyomásból hangosság. Ezek az érzékszervi adatok okoznak bennünk magatartásunkat és állapotunkat meghatározó hatásokat. Ezek alapján mondunk egy hangot kellemetlennek, ezek a folyamatok hozzák létre a hangosságból a zajosságot.

FÜL A fül mechanikai, hidrodinamikai és elektromos jelátalakító, idegvezetési és agyi szerkezet. Két érzékszerv: hallás szerve egyensúlyozás szerve Eddigi legtöbb ismeretünket a fülről Békésy Györgynek köszönhetjük, aki kutatásaiért 1961-ben Nobel –díjat kapott.

FÜL

FÜL külső fül (dobhártyáig) részei fülkagyló külső hallójárat Összegyűjti a hanghullámokat és a hallójáraton át a dobhártyáig tereli. A hallójárat bemenetele a porcos fülkagyló

FÜL középfül (levegővel teli üreg) dobhártyához kapcsolódik: kalapács, üllő, kengyel → hallócsontok a hallócsontok ízületekkel kapcsolódnak egymáshoz a hangrezgéseket hallócsontok viszik a dobhártyáról a belső fülre testünk legkisebb csontja, a kengyel a középfül része a fülkürt, amely a garatba vezet

FÜL Belső fül: ebben található a csiga

FÜL A hallás érzékszerve a csiga A csiga csontos, spirálisan feltekeredő szerv, amely folyadékkal töltött. Belsejében hártyás csiga található, ezen van a Corti-féle szerv, ami a receptor sejteket tartalmazza.

HALLÁS FOLYMATA A levegő rezgéseit a külső hallójárat vezeti a dobhártyához, ami a külső- és középfül határán húzódik. A hártya átveszi a levegő rezgéseit, fel is erősíti azokat, majd a középfülben található hallócsontocskáknak (kalapács, üllő, kengyel), adja át, melyek tovább erősítik a rezgéseket. A hallócsontocskák a belső fület a középfültől elválasztó ovális ablakhoz viszik a rezgéseket, amelyek a hártyán keresztül átterjednek a csiga folyadékára. A csigában hártya húzódik végig, ezen található a Corti-féle szerv. A hártya vastagsága a csigában változó. A csiga folyadékán végigterjedő rezgés megrezegteti a hártyát is. A hártya minden pontját más-más frekvenciájú rezgés rezegteti meg maximálisan. Ha a hártya egy helyen rezegni kezd, a rezgés hatására a Corti-féle szervben a receptorsejtek hozzányomódnak a hártya felett elhelyezkedő fedőlemezhez, így azok ingerületi állapotba kerülnek. Az ingerületet a hallóideg az agyba juttatja. A csiga alapi részén a mély, a csúcsi részén a magas hangokat érzékeljük.

SPEKTRUM - SZÍNKÉP Spektrum (színkép): egy adott időpillanatban ábrázolja az egyes frekvenciákhoz tartozó hangnyomásszintet. Olyan függvény, amely amely megmutatja, hogy a zajforrás milyen frekvencián milyen erősségű hangot bocsát ki. 11

SPEKTRUM - SZÍNKÉP vonalas színkép: a sugárzás csak meghatározott frekvencián vagy frekvenciákon történik (sziréna, zenei hang)

SPEKTRUM - SZÍNKÉP folytonos színkép: a hangforrás valamennyi frekvencián sugároz (színes spektrum: x-idő, y-frekvencia, szín-dB rózsaszín-kék-zöld irányban nő a hangnyomás) 13

SPEKTRUM - SZÍNKÉP fehér zaj: olyan zaj, amelynek színképe folytonos, és valamennyi frekvencián ugyanakkora a hangintenzitás, „Fehér zaj” elnevezés: a fehér fény mintájára, amely valamennyi látható fény keveréke L [dB] f [Hz] L [dB] szürke zaj: egy adott frekvencia-tartományban a spektrum folytonos, és intenzitása egyenletes (pl. társalgás) f [Hz] L [dB] rózsaszín zaj: a természetben nem fordul elő, műszer-beállítási célokra használatos f [Hz] 14

MŰVELETEK SZINTEKKEL A dB-ben mért szintek logaritmikus jellemzők  közvetlenül nem adhatók össze! Közvetlenül összeadhatók a teljesítménnyel arányos mennyiségek: hangteljesítmény, hangintenzitás, hangnyomás négyzete.

MŰVELETEK SZINTEKKEL

MŰVELETEK SZINTEKKEL Ha egy 55dB-es és egy 51 dB -es hang eredőjét akarjuk megkapni, akkor a különbségből kell kiindulni, ami 4dB. Ha ez a két hang egyszerre szól, akkor annak nem 106 dB lesz az eredménye, hanem lényegesen kevesebb! A vízszintes tengelyen megkeressük a 4 dB-es pontot és kivetítjük a függőleges tengelyre, ahol 1,4 dB-t kapunk. Ezt végül a nagyobb hangnyomásszintű hanghoz adjuk hozzá, a végeredmény tehát: 55 dB + 51 dB = 56,4 dB! Az ábráról leolvasható, hogy 0 db eltéréshez 3 dB-es növekedés tartozik.

Ha a teljesítményszintek adottak: MŰVELETEK SZINTEKKEL DECIBELEK ÖSSZEADÁSÁNAK ÁLTALÁNOS KÉPLETE: Le = 10 · lg (100,1 L1+ 100,1 L2+ 100,1 L3+ … + 100,1 Ln) Ha a teljesítményszintek adottak: Például két forrás esetén:

PÉLDA A hangtér egy adott pontjában egy időben 3 zajforrás zaja észlelhető. Az egyes forrásoktól származó hangnyomásszint: Lp1=62 dB, Lp2 =65 dB, Lp3 =71 dB. Mekkora az eredő hangnyomásszint?

MEGOLDÁS A fenti értékeket behelyettesítve: Lpe = 72,39 dB  72 dB A szintértékeket egész dB-re kell kerekíteni!

PÉLDA Egy műhelyben 90 dB hangnyomásszint mérhető. Ha az egyik gépet leállítják, a hangnyomásszint 85 dB-re csökken. Mekkora hangnyomásszint tartozik ahhoz a géphez, amelyet leállítottak? Megoldás: Az előbbi általános képlet alapján: Le = 10 · lg (100,1 L1 + 100,1 L2) ahol Le = 90 dB és L1 = 85 dB.

MEGOLDÁS a fenti értékeket behelyettesítve: 90 = 10 · lg (100,1·85 + 100,1 L2) a logaritmus definíciója alapján: 109 = 108,5 + 100,1 L2 (109 – 108,5) = 100,1 L2 vegyük mindkét oldal logaritmusát: lg (109 – 108,5) = 0,1 L2 ebből: L2 = 88 dB

HANGMAGASSÁG ÉS HANGOSSÁG ÉRZETE Hallószervünk nem egyformán érzékeli a különböző frekvenciájú hang­rezgéseket. Adott frekvenciájú hang szubjektív hangosságérzete meghatározott hangnyomáson egészen más, mint egy másik frekvenciájú hang által keltett hangosságérzet ugyanazon a hangnyomáson

HANGMAGASSÁG ÉS HANGOSSÁG ÉRZETE H. Fletcher és W. A. Munson végzett kísérletet a hangosság szubjektív érzetének a vizsgálatára 1933-ban. A kísérlet lényege: sokezer egészséges, ép hallású kísérleti alany fülhallgató 103 Hz tiszta hang (nemzetközileg ezt választották összehasonlítási alapnak) frekvencia- és intenzitásszint változtatása

HANGMAGASSÁG ÉS HANGOSSÁG ÉRZETE Méréseik eredményét egy egyesített hangosságérzet-diagramban ábrázolták, amely az azonos hangossághoz tartozó hangintenzitások görbéit tartalmazza

HANGMAGASSÁG ÉS HANGOSSÁG ÉRZETE Menetük hasonló Nem párhuzamosak Azonos vonalon azonos nagyságúnak érezzük a hang erősségét Szaggatott vonal – hallásküszöb 103 Herznél 4 dB szintnél Az eredeti görbéken 1933-ban ez 0 volt! Azóta az átlagos hallásküszöb 4 dB-t romlott! Hangosságszintek Mértékegysége: phon Értelmezése: annak az 1 kH frekvenciájú, szabad hangtérben szemközt érkező tisztahangnak a hangnyomásszintje, amely azonos hangérzetet kelt a kérdéses hanggal Az 1 kHz-es hangok annyi phonosak, ahány dB-ek A hallás érzékenysége 3500-4000 Hz között a maximális 26

AZ EMBERI HALLÁS FREKVENCIAFÜGGŐ VÁLTOZÁSAI

HALLÁSKÜSZÖB FÁJDALOMKÜSZÖB A hallható frekvenciákon kísérleti úton megállapították, hogy mekkora az a legkisebb hangintenzitás, amely még hangérzetet kelt a normális hallású emberben, ill. mekkora nagyságú hangintenzitás hatására keletkezik fájdalomérzet Ez a hallásküszöb ill. fájdalomküszöb A hallásküszöb valamely adott frekvenciájú tiszta hang az a legkisebb hangnyomásértéke, amely süketszobában egy normális hallású személy hallószervében még hangérzetet kelt

ÉRDEKESSÉG Az emberi hallás jellemzője, hogy két hangforrás hangosságát csak akkor érzékeljük jelentős mértékben különbözőnek, ha a hangszintek közötti különbség eléri a 10 dB értéket.

HANGOK ÉS ZAJOK Szubjektív, hogy ki mit tart zajnak Hogyan lehet ilyen szubjektív dologra zajvédelmet szervezni? Meg kell keresni azokat az érzékelhető jellemzőket, szubjektív hatásokat, amelyek mérhető, objektív fizikai adatokkal összekapcsolhatók. Csak úgy mondhatjuk valamire, hogy hangos, ha tudjuk, mit jelent a hangosság (mivel mérhetjük).

HANGOK ÉS ZAJOK ember (szubjektív) fizikai (objektív) hangosság hangerősség hangmagasság intenzitás hangszín É - B - M frekvencia időtartam E - I - A időtartam irány színkép irány E = érzékelés M = mérés I = idegi továbbítás B = mérési eredmény bemutatása, A = agyfunkció É = eredmény értékelése Kettő közötti kapcsolatot kell megtalálni, ha a zajvédelmet akarjuk megvalósítani