Zaj,- rezgés és sugárzásvédelem LGB_KM015_ tanév tavasz 1. előadás

Átírás

1 Zaj,- rezgés és sugárzásvédelem LGB_KM015_ tanév tavasz 1. előadás Bedő Anett egyetemi tanársegéd SZE, MTK, BGÉKI, Környezetmérnöki tanszék

2 ELÉRHETŐSÉG Szoba: D 512 Telefonszám: 96/ / bedoa@sze.hu Weblap: Konzultációs időpont: hétfő:

3 KÖVETELMÉNYEK Zaj, rezgés Félévközi beszámoló 1 db zh május 9.: 60 pont Minimum követelmény 40 % Zajmérés: május 9. mindkettő kötelező, aláírás feltétele Megajánlott jegy kapható Zh-ból 60 %-ot elérte Vizsga (írásbeli) 6 kérdés (60 pont) Zaj + sugár = 100 pont

4 ÉRTÉKELÉS Értékelés:

5 AJÁNLOTT IRODALOM Zaj és rezgésvédelem Hefop jegyzet a honlapomon megtalálják Walz Géza: Zaj- és rezgésvédelem, Complex Kiadó, Bp Dr. Kurutz Imre: Műszaki akusztika, Műegyetemi Kiadó, Bp Dr. Kováts Attila: Zaj- és rezgésvédelem, Veszprémi Kiadó, Veszprém, 1995.

6 ELŐADÁS ANYAGA Bevezetés Hang Hullám Fizikai alapfogalmak Szintértékek Hallás folyamata Spektrum Színkép Műveletek szintekkel Hangosság Példák

7 IDÉZET A zajjal száz esztendő múlva több gondunk lesz, mint a fertőző betegségekkel Robert Koch (német bakteriológus)

8 BEVEZETÉS A zaj egyidős az emberrel (ipai forradalom, közlekedés, építkezés, ipar) A zaj- és rezgésvédelem a környezetvédelemnek a legkevésbé hangsúlyozott része. Oka kettős: A károsodás többnyire jelentős időveszteséggel jelentkezik. A zajprobléma megoldása nem okoz közvetlenül gazdasági hasznot.

9 BEVEZETÉS Pedig egyre súlyosabb probléma: a legelső zavaró hatás, amely az infrastruktúra és az ipar fejlődésével együtt jár. Becslések szerint kb. az emberek fele él olyan övezetekben, ahol nem biztosított a lakosság akusztikai komfortja. Nehéz védekezni ellene, elsősorban a közlekedési zajra van panasz.

10 BEVEZETÉS A közlekedés fejlődése miatt már nem csak a városokban probléma, hanem az agglomerációs övezetekben is. Újabb zajforrások jelennek meg (légkondi, ventillátor, liftek, számítógép stb.)

11 HANG A hang az emberi élet alapvető velejárója, nélküle az emberek közötti kapcsolat nehezen képzelhető el. Kifejező eszköz (verbális kommunikáció) Élvezeti cikk (zenerajongóknak) Sok esetben a veszélyre is a hangok figyelmeztetnek bennünket. Hang/zaj: Méreg az aludni vágyóknak

12 HANG Hang: Három jelentéstartalom 1. Fizikai jelenség Hangjelenség (XX. sz. elejétől): Valamely rugalmas közegben hullámszerűen tovaterjedő mechanikai zavarási állapot Mechanikai zavarás: adott helyen adott részecskével energiát közlünk - többletenergia - rezgés tovaterjed

13 HANG 2. Élettani (biológiai) jelenség Hangérzet (XX. sz. 30-as éveitől) A mechanikai hullám az élőlényekben hangérzetet kelt. Tehát a hang füllel érzékelhető külső inger hallás folyamatáról később. A hang élettani hatása kap jelentőséget. Az ember számára hallható frekvenciatartomány vonatkozásában.

14 HANG 3. Értelmi, esztétikai (lélektani) jelenség Hangélmény (XX. sz. végétől) A hallott hang, a hanghullámok információt hordozhatnak (beszéd), jelenthetnek élményt. Megfejtése : az érzékszervi felfogás és idegi továbbítás útján az agyban, ahol az adat agyi megfejtéssel válik információvá. A hangélmény a hang legfontosabb jelentéstartalma az ember szempontjából.

15 HANG-ZAJ Ezért: minden olyan hang zaj, ami nem hangélmény, hanem kellemetlen hang. Tehát: a zaj fogalma emberi értékelés függvénye, erősen szubjektív. Egy motorkerékpáros számára a motorjának erős hangja a sebesség, a száguldás örömét jelenti, míg az utcán közlekedő vagy az oda néző lakásban élő embereket zavarja, számukra a motor egyértelműen zajforrást jelent. Sok fiatal örömmel teszi ki magát rendszeresen halláskárosodást okozó hangerőnek, amikor bulizni megy, a környezetben élők számára azonban ez a zene zajpanaszra ad okot.

16 HANG A hang mechanikai hullám, azaz rugalmas közegben tovaterjedő rezgés. Az emberi fül bizonyos rezgéseket képes felfogni és hangérzetté alakítani, ezek a rezgések a hallható hangok. A hangforrás által keltett rezgési energia a rugalmas közegben nyomásváltozást okozva hullámformában terjed. Levegőben ez a nyomásváltozás a hallható hang. A fül, a levegő nyomáskülönbségét érzékeli.

17 HANG Terjedése: a részecskéről részecskére történik az elemi állapotváltozás terjedése, ami tehát a részecskék rezgésének a rugalmas közegben, hullámmozgás formájában történő terjedését jelenti Tehát csak a rezgési energia terjed, nem a részecske halad! közeg hogyan neve gáz nyomásingadozással léghang folyadék nyomásingadozással folyadékhang szilárd rugalmas alakváltozás testhang

18 Transzverzális hullám: a rezgőmozgás iránya merőleges a terjedés irányára (testhangok) HULLÁM JELLEMZŐI

19 HULLÁM JELLEMZŐI Longitudinális hullám: a rezgés és a hullámterjedés iránya megegyezik (test-, folyadék- és léghangok) sűrűsödések - ritkulások

20 periódusidő (T) frekvenciája (f ) hullámhossz ( ): amplitúdó (A) terjedési sebesség (c) HULLÁM JELLEMZŐI

21 PERIÓDUSIDŐ Az a legrövidebb idő, amely alatt a rezgés periodikusan ismétlődik Jele: T Mértékegysége: s (idő)

22 FREKVENCIA rezgések másodpercenkénti száma (1/T) Jele: f Mértékegysége: [Hz], [1/sec] Frekvencia a hangforrásra jellemző mennyiség, a hangforrás elsődleges fizikai adata. A normál hang frekvenciája 440 Hz.

23 FREKVENCIA A hang terjedése közben más - más közegbe lépve a rezgés frekvenciája állandó, ezért akárhol észleljük, a kiinduló pontra, a zajforrásra utal. Ha egyszer egy adott frekvenciával sugároz a hangforrás, az meg fog maradni más közeg ill. anyag esetén is, és csak a c és a fog változni.

24 FREKVENCIA infrahang hallható hang ultrahang f < 20 Hz Hz f > Hz 200 Hz 440 Hz 5000 Hz 8000 Hz Hz Hz Hz

25 INFRAHANG, ULTRAHANG

26 INFRAHANG, ULTRAHANG Infrahang: Az ilyen hangokat az emberi fül nem hallja, a test azonban érzékeli. Robbanások és a testek körüli lökésszerű légáramlások keltik. A nagyon nagy frekvenciájú hangokat a különféle anyagok (pl. az emberi test különféle szövetei) másmás mértékben verik vissza. (gyógyászatilag előnyös módon, mert viszonylag kicsi a sérülés, az ártalom valószínűsége). Az ultrahangot ezért általánosan használják orvosi átvilágításra (pl. ultrahang diagnosztika a magzat vizsgálatára. Használják műszaki célokra (pl. vasúti sínek repedéseinek felderítésére). Állati kommunikáció (nagyméretű állatok kis frekvenciákat, kisméretű állatok nagyobb frekvenciákat használnak)

27 FREKVENCIA A keltett hang magasságát mindig a frekvenciája határozza meg a hang annál magasabb, minél nagyobb a rezgés frekvenciája a fül a hangmagasságot a frekvencia logaritmusával arányosnak érzékeli

28 HULLÁMHOSSZ az a távolság,amit a hullám egy periódus alatt megtesz, szinusos hullámok esetén a két egymást követő csúcs közötti távolság egy periódus méterben mért hossza Jele: λ Mértékegysége: [m]

29 HULLÁMHOSSZ Jellemzők közötti összefüggés: = c/f,c = f

30 Az egyensúlyi vagy a nyugalmi helyzettől számított legnagyobb kitérés. hangerősség Mindig pozitív szám. Jele: A AMPLITUDÓ

31 PÉLDA 1. Milyen tartományba esik a hallható hangok hullámhossza, ha a hangsebességet 330 m/snak vesszük? Mekkora a hullámhossza az 1 khz-es hangnak?

32 MEGOLDÁS 1. min = c/f max min = 330 m/s / Hz min = 0,0165 m = 16,5 mm max = c/f min max = 330 m/s / 20 Hz max = 16,5 m = c/f = 330 m/s / 1000 Hz = 0,33 m = 33 cm

33 TERJEDÉS SEBESSÉGE A hanghullám terjedésének sebessége. Jele: c Mértékegysége: [m/s] c = E / E - rugalmassági modulus, [Pa] - sűrűség [kg/m 3 ] Sebesség függ:, E hőmérséklet, páratartalom, nyomás

34 TERJEDÉS SEBESSÉGE A levegő hőmérséklete befolyásolja a terjedési sebességet. Melegben a gázmolekuláknak nagyobb mozgási (kinetikus) energiája van Közelebb kerülve egymáshoz, gyorsabban adják át az energiát

35 TERJEDÉS SEBESSÉGE Levegőben: + 40 C = 355 m/s + 20 C = 340 m/s - 40 C = 306 m/s Édes vízben: + 15 C = 1437 m/s Meleg levegőben ugyanazon hang hullámhossza is nagyobb, ugyanis meleg levegőben gyorsabban terjed a hang, tehát változatlan f mellett, ha c nagyobb, akkor is nagyobb.

36 TERJEDÉS SEBESSÉGE Minden 1 C emelkedés esetén 0,6 m/s sebességnövekedés várható. Száraz időben, tengerszint nyomáson, 0 C-on c= 331m/s Más körülmények között: cp=co+0,6xtp m/s cp= adott Tp hőmérsékleten a sebesség co= 0 C esetén a sebesség

37 TERJEDÉS SEBESSÉGE A közeg megnevezése Levegő Hőmérséklet Hangsebesség C m/s Nitrogén Oxigén Szén-dioxid Metán Hélium Hidrogén Benzin Meti-alkohol Higany Víz

38 A hangterjedés sebessége egy adott közegben állandó T esetén állandó. TERJEDÉS SEBESSÉGE Ha a levegő sűrűsége kicsi, tehát a részecskék távolsága nagyobb, mint az a távolság, ami a hangnyomás által keltett részecske elmozdulás mértéke, akkor nincs hangterjedés. Ezért légüres térben nem terjed a hang, mert nincs ami közvetítse a zavarást. Ez az érték: l = m A terjedés sebessége a közeg tulajdonságaitól függ, nem a hang tulajdonságaitól.

39 TERJEDÉS SEBESSÉGE A cseppfolyós anyagokban, szilárd testekben a molekulák szorosabb kapcsolata miatt a részecskék könnyen át tudják adni egymásnak a rezgést. Tehát a hang a folyékony és szilárd közegben gyorsabban terjed, mint levegőben! Hidrogén: kicsi molekula c= 1284 m/s Hélium: nagyobb tehetetlenségű c= 965 m/s Acél: szoros kötésű molekulák c= 5940 m/s

40 PÉLDA 2. Egy 20 C -os szobában mekkora a hang terjedési sebessége?

41 MEGOLDÁS 2. C o =331m/s T p =20 C c p = c o +0,6x20=331+12=342m/s c p ~ 340m/s

42 PÉLDA 3. Egy 25 C -os szobában mekkora a hang terjedési sebessége ha 0 C on 331 m/s? Mekkora a 25 C os hang hullámhossza mm-ben 1 khz-es frekvencián?

43 MEGOLDÁS 3. C o =331m/s T p =25 C f= 1 khz c p = c o +0,6xT p =331+0,6*25=346m/s c p = 346m/s = c/f = 346/1000 = 0,346 m = 346 mm = 346 mm

44 HULLÁM JELLEMZŐI A hang terjedése közben a részecskék mozgása súrlódással jár, ennek legyőzése pedig munkavégzést kívánt. Mennél távolabb jut el a hang, egyre gyengül, végül teljesen megszűnik, energiája pedig hővé, hőenergiává alakul.

45 HULLÁM JELLEMZŐI A magas hangok rezgésszáma nagy, a mélyeké kevesebb. Amikor a magas hangok terjednek, akkor azokat a levegőben lévő részecskéket igen sokszor kell ide-oda mozgatni. A mély hangok terjedésük közben kevesebb munkát végeznek. Tehát: A magas hangok nem terjednek olyan messzire, mint a mély hangok.

46 HULLÁM JELLEMZŐI

47 TISZTA HANG Tiszta hangnak nevezzük a tiszta szinuszos hangrezgést, azaz azt a hangot, amelynek spektrumában egyetlen vonal van. Tiszta hangot keltő mechanikai eszköz a hangvilla.

48 TISZTA HANG A részecskék elmozdulását a nyugalmi helyzethez képest (x) az alábbi függvény adja meg: x = X sin (2 f t) ahol: X maximális kitérés (amplitúdó) f frekvencia [Hz] t idő [s]

49 ÖSSZETETT HANG A gyakorlatban azonban (szinte kizárólag) összetett hangokkal van dolgunk Azokat a hangrezgéseket, amelyeknek frekvenciaspektrumában nemcsak egy, hanem több, egymástól különböző frekvenciájú komponensek is találhatók, összetett hangoknak nevezzük. Az összetett hangok két nagy csoportra oszthatók: periodikusak és nemperiodikusak.

50 HULLÁMOK ÖSSZETÉTELE egyszerű harmonikus rezgés (tiszta hang): a rezgő részecskék egyensúlyi helyzetből való kitérése az idő függvényében szinuszosan változik több hullám eredője:

51 HANGOK CSOPORTOSÍTÁSA Frekvencia szerint Infrahang f > 20 Hz Hallható hang 20 Hz < f < 20 khz Ultrahang f < 20 khz A hang időbeli lefolyása állandó hang: jellege (frekvenciája, erőssége) nem változik: ventilátor, szivattyú változó hang: jellege időben változik A hang lefutása szerint folytonos: időbeli megszakítások nélküli zaj szakaszos (időszakos): időbeli megszakításokkal, csak időszakosan lép fel egyszeri: egyetlen alkalommal jelentkező zaj

52 HANGOK CSOPORTOSÍTÁSA Forma (fizikai hullám alakja) tiszta hang (szinuszos hullám) zenei hang (periodikus) zörej (statikus jellegű) összetett (kevert) A hang időtartama hanglökés (t < 10 ms) rövididejű hang (10 ms t 1 s) tartós hang (t > 1 s) hosszú (t >60s)

53 MITŐL ZAJ A HANG? Természetes hang: forrása valamilyen természeti jelenség, anyagi mozgás vagy élőlény, és megszólalását nem mesterséges beavatkozás váltja ki. PI. természetes hang a szél, a patakcsobogás, a madárcsicsergés, az állatok hangja, a mennydörgés, az emberi beszéd stb.

54 természetes hangok: MITŐL ZAJ A HANG?

55 MITŐL ZAJ A HANG? Mesterséges hang: valamilyen ember alkotta készülék vagy berendezés működése közben keletkezik, vagy ezek működtetésével, megszólaltatásával kelthető. PI. a gépek zaja, a munkavégzés zaja, a hangszóró hangja, s nem utolsósorban a hangszerek hangja, a zene is mesterséges hang stb.

56 MITŐL ZAJ A HANG? mesterséges hangok:

57 Zenei hangok Mennyivel érezzük magasabbnak egyik hangot a másiknál? pl. 200 Hz 250 Hz 440 Hz 500 Hz

58 Zenei hangok Az első hangköz a nagyobb, pedig ott a különbség csak 50 Hz, míg a másodiknál 60 Hz. nem a frekvenciák különbsége határozza meg a hangok egymáshoz viszonyított magasságát, hanem a frekvenciák aránya

59 440 Hz: Zenei hangok A hangok egymáshoz viszonyított magasságát a frekvenciák aránya határozza meg. Oktáv: a két hang frekvenciájának aránya 2- szeres 880 Hz: Hz:

60 Hangközök 1 oktáv = 12 félhang 660 Hz 699 Hz e f : 1 félhang távolság (kis szekund) 660 Hz 989 Hz e h: 7 félhang távolság (kvint):

61 Hangközök

62 mesterséges hangok: MITŐL ZAJ A HANG?

63 emberi hang: MITŐL ZAJ A HANG?

64 MITŐL ZAJ A HANG? József Attila: Születésnapomra Harminckét éves lettem én meglepetés e költemény csecse becse: ajándék, mellyel meglepem e kávéházi szegleten magam magam. Harminckét évem elszelelt s még havi kétszáz sose telt. Az ám, Hazám! Lehettem volna oktató, nem ily töltőtoll koptató szegény legény. De nem lettem, mert Szegeden eltanácsolt az egyetem fura ura. Intelme gyorsan, nyersen ért a "Nincsen apám" versemért, a hont kivont szablyával óvta ellenem. Ideidézi szellemem hevét s nevét: "Ön, amig szóból értek én, nem lesz tanár e féltekén" gagyog s ragyog. Ha örül Horger Antal úr,hogy költőnk nem nyelvtant tanul, sekély e kéj. Én egész népemet fogom nem középiskolás fokon tanítani!

65 MITŐL ZAJ A HANG?

66 MITŐL ZAJ A HANG? Kellemes hangok Zajok madár gyár hegedű közlekedés

67 MITŐL ZAJ A HANG? Csillapított rezgés Szinuszos hang Lecsengő zenei hang Állandósult zenei hang Öngerjesztett rezgés Keverékhang Zörej

68 MITŐL ZAJ A HANG? Következtetés: azoknak a hangoknak, amelyeket zajnak érzünk, az idő-kitérés grafikonja sokkal egyenetlenebb. Zaj: különböző magasságú és erősségű hangok keveréke, amit az ember kellemetlennek, zavarónak érez (szubjektív fogalom).

69 Alapfogalmak Az előzőekben objektív, mérhető fogalmakkal ismerkedtünk. A hangot azonban az ember szubjektíven érzékeli hol hangosnak, hol magasnak stb. Tulajdonképpen hangnyomás ingadozásokat érzékelünk. Hogy mekkorák ezek az ingadozások, az a hangforrás energiaközlésétől függ. Ehhez kapcsolódó fogalmakról lesz szó.

70 A hangnyomás a hangrezgések által a közegben keltett nyomás. A légköri nyomás nyugalmi értékétől való eltérés a hangnyomás. jele: p HANGNYOMÁS p = p ' p 0 [Pa], [N/m 2 ] p - 2 * 10-5 a legkisebb hangnyomás különbség amit egy átlagember füle érzékel.

71 HANGTELJESÍTMÉNY Adott felületen egységnyi idő alatt merőlegesen átáramló hangenergia. jele: W, P mértékegysége: Watt

72 HANGINTENZITÁS Egységnyi felületen egységnyi idő alatt átáramló energia azaz, a felületegységre eső hangteljesítmény jele: I mértékegysége: W / m 2 a hangteljesítmény és az intenzitás közötti összefüggés: P= I F ahol F az a teljes felület, amelyen a hangenergia átáramlik.

73 HANGINTENZITÁS P = I df P sík = I F P gömb = I 4r 2 π F = felület [m 2 ] I = intenzitás [W/m 2 ] Az intenzitás a távolság négyzetével csökken! Intenzitás mértékét a fülünk dönti el, hogy hogyan érzékeli: hallja- e - hallásküszöb elviseli- e - fájdalomküszöb Hallásküszöb Fájdalomküszöb I 0 = W/m 2 I max = 10 W/m 2

74 HANGINTENZITÁS Hangteljesítmeny : P (Watt) Hangintenzitas: I =P/A gömb = P/(4*3,14.r 2 ) W/m 2 Hangnyomás (ingadozás) p (Pa)

75 HANGINTENZITÁS I = p 2 / ( c) ahol: : sűrűség c : a hang sebessége p : hangnyomás

76 MEGJEGYZÉS emisszió immisszió

77 SZINTÉRTÉK Hallásküszöb I 0 = W/m 2 Fájdalomküszöb I max = 10 W/m 2 nagyon széles tartomány, ezzel dolgozni, számolni nehéz, a mindennapi életben előforduló hallható hangot kibocsátó zajforrások teljesítménye 15 nagyságrend széles tartományban mozog az érzékelés, a hallásunk logaritmikus érzékenységű, az ún. szubjektív hangosság érzet a mennyiségek logaritmusával arányos a minimum és maximum határok nagyon nagyok frekvenciában és amplitúdóban is, ezért a logaritmikus skálázás könnyebb a számolás egyszerűbb ezért kellett a hang erősségének jellemzésére a szintértékeket bevezetni

78 SZINTÉRTÉK Meghatározott alaphoz való viszonyítás logaritmikus rendszerben, azaz két azonos mértékegységű, teljesítményarányos jellemző hányadosának 10-es alapú logaritmusa Jele: L i Mértékegysége: (bel),decibel db i = a jellemző jelölése pl.: L p L I L W,P

79 HANGNYOMÁSSZINT (L p ) (mivel szint képzésénél teljesítményarányos mennyiségek hányadosát kell alapul venni, és I p 2 ) L p = lg (p/p 0 ) 2 Bel A bel nem elég érzékeny, tizedes is gyakran előfordulhat, hogy könnyebben számolhassunk, ennek az értéknek a tizedrészével fejezzük ki a szintértékeket. 1 bel = 10 decibel, 10 db L p = 10 lg (p/p 0 ) 2 db L p = 20 lg p/p 0 db A hangnyomásszint függ - a hangforrás helyétől - a környezeti feltételektől - a mérési ponttól való távolságtól

80 HANGINTENZITÁSSZINT (L I ) L I = lg I / I 0 Bel ahol I 0 = W / m 2. I = jelenlegi sugárzó hang intenzitása 1 bel = 10 decibel db L I = 10 lg (I/I 0 ) db

81 MEGJEGYZÉS A hangintenzitásszint és a hangnyomásszint a hangtér egy adott pontjában mérhető mennyiségek, a zaj által okozott terhelést mérik, immissziós jellemzők. A gyakorlatban inkább a hangnyomásszint használatos. (Pl. egy lakóház homlokzatánál a közlekedési zaj hangnyomásszintje 40 db) L p = 40 db

82 HANGTELJESÍTMÉNYSZINT (L W ) L w = 10 lg W/W 0 (db) L w =70dB ahol W: a hangforrás teljesítménye W 0: viszonyítási alap: Watt, 1 pw (Pl. egy ipari berendezés hangteljesítmény-szintje 70 db) A hangteljesítményszint a hangforrásra jellemző mennyiség, a kibocsátott teljesítményt méri emissziós jellemző.

83 PÉLDA 4. Mekkora a hallásküszöbhöz I 0 = W/m 2 hez tartozó hangnyomás? (p 0 ) Levegő esetén: 0 = 1,2 kg/m 3 c = 340 m/s

84 MEGOLDÁS 4. I 0 = p 2 / ( 0 c) (Nm/sm 2 ) = p 02 (N/m 2 ) 2 / (1,2 (kg/m 3 ) * 340 m/s) p 0 = 20, N/m 2 p 0 = N/m 2 I=W/m 2 W = Joule/s J = Nm N = kg m/s 2

85 PÉLDA 5. Mekkora az éppen hallható és a maximális elviselhető hang hangintenzitásszintje?

86 MEGOLDÁS 5. L Imin =I 0 /I 0 =10-12 W/m 2 /10-12 W/m 2 =0 db L Imin = 0 db L Imax =I max /I 0 =10 W/m 2 /10-12 W/m 2 =130 db L Imax =130 db

87 PÉLDA 6. 1.Mekkora teljesítményszintnek felel meg 3 μw?

88 3 μw = W W 0 = W MEGOLDÁS 6. L W = 10 lg W/W 0 = 64,8 db = 65 db L W = 65 db

89 PÉLDA 7. Határozzuk meg P=1,35 mw hangteljesítményű zajforrás abszolút és P 0 =1 nw-ra vonatkoztatott relatív teljesítményszintjét Egy hangszóró 1,5 W teljesítménnyel sugározza a hangot a tér minden irányában. Mekkora a hangintenzitása és a hangintenzitásszintje tőle 5 m távolságban.

90 MEGOLDÁS 7. L P =10log P/10-12 W L P =10log /1,35*10-3 W/10-12 W=91,3 db L P =91 db L P =10log P/10-9 W L P =10log /1,35*10-3 W/10-9 W=61,3 db L P =61 db

91 I = P/A = P/4 R 2 I = 4,77*10-3 W/m 2 MEGOLDÁS 7. L I =10log I/I 0 L I =10log /4,77*10-3 W/m 2 /10-12 W/m 2 L I =97 db

92 PÉLDA 8. Egy forgalmas autóút közelében 90 db az átlagos hangintenzitásszint. Mekkora a hangintenzitás? Hány m 2 -ről kellene a hangot összegyűjteni és árammá alakítani, hogy egy 100W-os izzót működtetni lehessen vele?

93 MEGOLDÁS 8. L I =10log I/I 0 90 db =10log I/10-12 W/m 2 I = 10-3 W/m 2 I= P/A A =P/I = 100 W/ 10-3 W/m 2 A= 10 5 m 2

94 PÉLDA 9. P 1 =10 12 W P 2 =10 6 W Mennyi a szintkülönbség B-ben és dbben?

95 MEGOLDÁS 9. L P = log P 1 /P 2 = log10 12 W/10 6 W= 6 B L P = 6 B L P = 10logP 1 /P 2 = 10log W/10 6 W= 60 db L P = 60 db

96 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

97 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.

98 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.

99 FÜL

100 FÜL külső fül (dobhártyáig) részei fülkagyló külső hallójárat A hallójárat bemenetele a porcos fülkagyló Összegyűjti a hanghullámokat és a hallójáraton át a dobhártyáig tereli, a hang megrezegteti a hallójáratot lezáró dobhártyát. Dobhártya fel erősíti a rezgéseket.

101 FÜL középfül (levegővel teli üreg) dobhártyához kapcsolódik: kalapács, üllő, kengyel hallócsontok testünk legkisebb csontja, a kengyel a hallócsontok ízületekkel kapcsolódnak egymáshoz a hangrezgéseket hallócsontok viszik a dobhártyáról a belső fülre a csigához a kengyel talpa a csiga ovális ablakához illeszkedik ide továbbítja a felerősített rezgéseket a középfül része a fülkürt, amely a garatba vezet.

102 FÜL Belső fül: ebben található a csiga

103 FÜL A keletkezett ingerület a szőrsejtek idegvégződésein, az idegrostokon, majd a hallóidegen halad az agy hallóközpontjába. Itt keletkezik a hangérzet. A hallás érzékszerve a csiga A csiga csontos, spirálisan feltekeredő szerv, belül találjuk az alaphártyát, alsó felső középső csigajárat található A csigát folyadék tölti ki amit a kengyel mozgás rezgésbe hoz. A hallócsontok rezgése a csiga folyadékában nyomás-ingadozást vált ki. Az alaphártyán található Corti-féle szerv, amelynek szőrsejtjeiben váltja ki a csigafolyadékának nyomásingadozása az ingerületet.

104 HALLÁS FOLYMATA A nagyobb frekvenciájú rezgések (magasabb hangok) a csiga alapjához közel elnyelődnek és rezgésbe hozzák az alaphártyát. A kisebb frekvenciájú rezgések (mélyebb hangok) a csiga csúcsához közelebb rezgetik meg az alaphártyát az elnyelődés helyén elektromos ingerület alakul ki, ami az agyba jut. Így az ingerület keletkezésének helye kódolja a hang magasságát. Az elektromos ingerület kialakulása a Corti szervben történik. A csigában keletkező rezgés hatására a fedőhártya hozzányomódik az alaphártyán ülő szőrsejtekhez a szőrök elhajlanak és ingerület alakul ki. Corti szerv ily módon a rezgést képes elektromos jellé alakítani, ami a hallóidegrostjain az agyba, majd a hallópályán az agykéregbe jut. Az agykéregben kialakul a hangérzet.

105 SPEKTRUM - SZÍNKÉP Spektrum (színkép): egy adott időpillanatban ábrázolja az egyes frekvenciákhoz tartozó hangnyomásszintet. Olyan függvény, amely megmutatja, hogy a zajforrás milyen frekvencián milyen erősségű hangot bocsát ki. A tisztahang (szinuszos hang) színképe az adott frekvenciához tartozó egyetlen függőleges vonal. Vonalas Folytonos

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

107 Folytonos és vonalas színkép

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

109 L [db] L [db] L [db] SPEKTRUM - SZÍNKÉP fehér zaj: olyan zaj, amelynek színképe folytonos, és valamennyi frekvencián ugyanakkora a hangnyomás 20Hz-20kHz között Fehér zaj elnevezés: a fehér fény mintájára, amely valamennyi látható fény keveréke. szürke zaj: egy adott frekvenciatartományban a spektrum folytonos, és intenzitása egyenletes (pl. társalgás) rózsaszín zaj: hangnyomásszintje a frekvenciával fordítva arányosan esik oktávonként 3dB-lel, a természetben nem fordul elő, műszer-beállítási célokra használatos f [Hz] f [Hz] f [Hz]

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

111 MŰVELETEK SZINTEKKEL 3,0 2,5 Korrekciós faktor (db) 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Szintkülönbség (db)

112 MŰVELETEK SZINTEKKEL Az ábráról leolvasható, hogy 0 db eltéréshez 3 db-es növekedés tartozik. 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!

113 MŰVELETEK SZINTEKKEL DECIBELEK ÖSSZEADÁSÁNAK ÁLTALÁNOS KÉPLETE: L e = 10 lg (10 0,1 L ,1 L ,1 L ,1 L n ) Ha a nyomásszintek adottak: L P 10lg Például két forrás esetén: L n i ,1 L Pi db 0,1L P 1 1LP 2 P 10lg( , 1,2 ) db

114 PÉLDA 10. A hangtér egy adott pontjában egy időben 3 zajforrás zaja észlelhető. Az egyes forrásoktól származó hangnyomásszint: L p1 =62 db, L p2 =65 db, L p3 =71 db. Mekkora az eredő hangnyomásszint?

115 MEGOLDÁK 10. A fenti értékeket behelyettesítve: L pe = 72,39 db 72 db A szintértékeket egész db-re kell kerekíteni!

116 PÉLDA 11. 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?

117 MEGOLDÁS 11. L e = 10 lg (10 0,1 L ,1 L 2 ) L e = 90 db L 1 = 85 db 90 = 10 lg (10 0, ,1 L2 ) 10 9 = 10 8, ,1 L2 ( ,5 ) = 100,1 L2 lg ( ,5 ) = 0,1 L 2 L 2 = 88 db

118 PÉLDA 12. Ha 4 különböző hangforrás eredetijét akarjuk kiszámolni: L1=70 db, L2=76 db, L3=75 db, L4=73 db

119 MEGOLDÁS 12. Megoldás: (diagram segítségével) L2-L1=76-70=6 db L=1 db L1+2=77 db L1+2-L3=77-75=2 db L=2 db L1+2+3=79 db L1+2+3-L4=79-73=6 db L=1 db L =80 db Számítással: L e = 10 lg (10 0,1 L ,1 L ,1 L ,1 L4 ) L e = 10 lg (10 0, , , ,1 73 ) = 80 db

120 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. Az ember által érzékelt hangmagasságra a Weber- Fechner-féle törvény vonatkozik, amely szerint a hangmagasságérzet és a frekvencia között logaritmikus az összefüggés (100Hz-300Hz, 3000 Hz-6000 Hz)

121 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 10 3 Hz tiszta hang (nemzetközileg ezt választották összehasonlítási alapnak) frekvencia- és intenzitásszint változtatása

122 HANGMAGASSÁG ÉS HANGOSSÁG ÉRZETE Méréseik eredményét egy egyesített hangosságérzetdiagramban ábrázolták, amely az azonos hangossághoz tartozó hangintenzitások görbéit tartalmazza

123 HANGMAGASSÁG ÉS HANGOSSÁG ÉRZETE Menetük hasonló Nem párhuzamosak Azonos vonalon azonos nagyságúnak érezzük a hang erősségét Szaggatott vonal hallásküszöb 10 3 Herznél 4 db szintnél Az eredeti görbéken 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

124 AZ EMBERI HALLÁS FREKVENCIAFÜGGŐ VÁLTOZÁSAI

125 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.

126 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.

127 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).

128 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

129 A, dba Az emberi fül hangosságérzése tehát frekvenciafüggő, nem minden frekvencián egyformán érzékeny Hogyan mérjünk, hogy az emberi fül érzékenységének feleljen meg? Ehhez olyan mérőműszer kell, melynek azonos vagy nagyon hasonló tulajdonságai vannak, mint a fülünk hallásérzékelésének. Tehát szintén frekvenciafüggő hangosságot mér.

130 A, dba Az emberi hallás frekvencia függésének modellezésére az A súlyozószűrőt használják. Az A súlyozószűrővel mért zajszintet A-hangnyomásszintnek nevezzük, és dba-val jelöljük.

131 A, dba Olyan zajmérő műszert kell tervezni, amelyiknek azonos az átviteli karakterisztikája a fülünkével. Mi az emberi fül átviteli karakterisztika függvénye? A phon-görbék!

132 A, dba A sok görbe közül ki választottak egyet. Ez a 40-es phongörbe türörképe. Mert ez jellemzi legjobban a fül érzékenységét.

133 A, dba 0 A-súlyozás (db) Frekvencia (Hz)

134 A-súlyozás

135 Súlyozó görbék összehasonlítása

136 ÁLTALÁNOS INTENZITÁSSZINTEK db Forrás (távolság) 180 A Krakatau vulkán robbanása 100 mérföldről (160 km) a levegőben 168 géppuska lövése 1 méterről 150 repülőgép sugárhajtóműve 30 méterről 140 pisztolylövés 1 méterről 120 fájdalomküszöb; vonat kürt 10 méterről 110 gyorsító motorkerékpár 5 méterről; láncfűrész 1 méterről 100 légkalapács 2 méterről; diszkó belül 90 üzemi zaj, kamion 1 méterről 80 porszívó 1 méterről, zaj forgalmas utca járdáján 70 erős forgalom 5 méterről 60 iroda vagy vendéglő belül 50 csendes vendéglő belül 40 lakóterület éjjel 30 színházi csend 10 emberi lélegzet 3 méterről 0 emberi hallásküszöb (egészséges fül esetén) egy szúnyog repülésének hangja 3 méterről

137 Oktáv sáv szintek Elméletileg egy akusztikus zajesemény teljes leírásához minden (az emberi fül által hallható) frekvencián ismerni kell az adott frekvenciához tartozó hangnyomásszintet. A gyakorlati életben, a legtöbb esetben azonban ilyen részletes ismeretére a zajnak nincs szükség, mivel egymáshoz közeli frekvenciákon a legtöbb esetben nincs jelentős változás a hangnyomásszintekben.

138 Oktáv sáv szintek

139 Oktáv sáv szintek Pl. f k =1000 Hz, f a =707 Hz, f f =1414 Hz Amennyiben nagyobb frekvenciafelbontásra van szükség (mert pl. a vizsgált zaj éles rezonanciákat tartalmaz) akkor kerülhet sor az egyharmad-oktáv sávok (más néven tercsávok) alkalmazására.

140 Oktáv sáv szintek Frekvencia [Hz] A-súlyozás [db] 31,5-39, , , , , , , , ,1

141 Oktáv sáv szintek Az oktáv sáv szintekből az A-hangnyomásszintet (L pa ) két lépésben lehet kiszámolni. Elsőként minden oktáv sávra vonatkozóan az adott oktáv sávban mért hangnyomásszintet korrigáljuk az A-súlyokkal (azaz pl. a 31,5 Hz központi frekvenciájú oktávsávban mért hangszintből levonunk 39,4 db-t), majd az így kapott korrigált hangszinteket összegezzük.

142 Köszönöm a figyelmet!