Zaj és rezgésvédelem Rezgéstan és hangtan

Átírás

1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Közlekedésmérnöki és Járműmérnöki Kar felsőfokú munkavédelmi szakirányú továbbképzés Zaj és rezgésvédelem Rezgéstan és hangtan Márkus Miklós zaj és rezgésvédelmi szakértő Copyright 1 Márkus Miklós Minden jog fenntartva.

2 Rezgéstani alapfogalmak Anyagi pont egydimenziós rezgése

3 Rezgéstani alapfogalmak Egyszerű harmonikus (szinuszos) egydimenziós (egy szabadságfokú) periodikus csillapítatlan rezgés időfüggvénye: x( t) Asin( t ) ahol: A kitérés amplitúdója (m) t idő (s) körfrekvencia (rad/s) =. f f frekvencia, a másodpercenkénti rezgések száma (Hz) a fázisszög kezdeti értéke (rad) 3

4 Rezgéstani alapfogalmak Csillapított szabadrezgés,1-es csillapítási tényezővel 4

5 Rezgéstani alapfogalmak Csillapított szabadrezgés,3-as csillapítási tényezővel 5

6 Rezgéstani alapfogalmak V Rezonanciafrekvencia (def.): más néven sajátfrekvencia (f ) a gerjesztett rendszer olyan jellemzője ahol a rezgés-amplitúdónak (a legnagyobb kitérésnek) maximuma van (rezonancia lép fel). ahol: f f a rendszer sajátfrekvenciája (Hz) körfrekvencia (rad/s) m rezgő tömeg (kg) k rugómerevség (N/m) 1 C rugóengedékenység (m/n) k m 1 1 mc 6

7 Rezgéstani alapfogalmak x( t) Asin( t ) dx v( t) A cos( t) dt a( t) dv dt d x dt A sin( t) Rezgésjellemzők időfüggvénye 7

8 Hangtani alapfogalmak V Hang (def.): valamilyen rugalmas közegben nyomáshullám (mechanikai hullám) formájában terjedő rezgés. A rugalmas közeg részecskéit az egyensúlyi állapotukból kimozdító energiaforrás a hangforrás. A hangforrások által gerjesztett hangok terjedhetnek levegőben léghang formájában, szilárd közegben testhang formájában és folyékony közegben folyadékhang formájában. Zaj (def.): szubjektív megítélés szerint nem kívánt / kellemetlen / zavaró / káros hatású hang. A pszichés hatás függvénye az egyéni érzékenységnek, a környezetnek, a zaj információtartalmának. 8

9 Hangtani alapfogalmak longitudinális (hosszanti) hullám transzverzális (merőleges) hullám Rayleigh-féle hullám hajlítási hullám tágulási hullám Hullámterjedés formái 9

10 Hangtani alapfogalmak Longitudinális hullám terjedése 1

11 Hangtani alapfogalmak V Hangnyomás (def.): a hangforrás folyamatosan mechanikai energiát ad át a körülötte lévő közegnek, így a közegben nyomásingadozást okoz (tehát hangot kelt), ennek következtében a p lég légköri nyomáshoz egy kismértékű nyomásingadozás adódik, melyet hangnyomásnak nevezzük. Jele: p, mértékegysége: Pascal [Pa]. A normál légköri nyomás: p lég = 1 5 Pa, míg az éppen meghallható hangnyomás: p = 1-5 Pa. A 1 Pa nagyságrendű hangnyomás már fájdalomérzetet kelthet a fülben. 11

12 Hangtani alapfogalmak A hangnyomás effektív értéke (def.): a hang fizikai jellemzésére leggyakrabban használt érték, mely a hangnyomás p(t) időfüggvényének négyzetes középértéke (RMS értéke): p eff p ( t) 1 T T p ( t) dt Szinuszosan változó hangnyomás esetén: T pˆ ( t) dt ˆ p T mely alapján p eff pˆ,77pˆ 1

13 Hangtani alapfogalmak Hullámhossz (def.): a hullám azonos fázisú pontjainak távolsága, térbeli terjedés esetén az azonos hangnyomású közeg részecskéinek távolsága, a térbeli periodicitás jellemzője. Jele:, mértékegysége: méter [m]. Hangsebesség (def.): a hullámterjedés sebessége a közegben, mely alapvetően a közeg sűrűségének a függvénye. Nem keverendő össze a közeg részecskéinek pillanatnyi rezgéssebességével (v)! Jele: c, mértékegysége: [m/s]. 13

14 Hangtani alapfogalmak A hullámhossz és a frekvencia közötti kapcsolat: c f Fajlagos akusztikai impedancia (def.): terjedő síkhullámban a p hangnyomás és a v részecskesebesség hányadosa az adott közeg hullámellenállása (akusztikai keménysége), mely térben és időben állandó. Jele: Z S, mértékegysége: [Ns/m 3 ]. Z S p( t) v( t) c 14

15 Hangtani alapfogalmak Hangintenzitás (def.): a hanghullám akusztikai energiát szállít terjedésének irányában, az egységnyi idő alatt egységnyi felületen merőlegesen átáramló hangenergia a hangintenzitás (vektormennyiség). Jele: I, mértékegysége: [W/m ]. I T 1 peff lim pv dt p( t) v( t) T c vagyis I ~ p eff 15

16 Hangtani alapfogalmak Hangteljesítmény (def.): valamely hangforrás hangteljesítménye a hangforrás által az időegység alatt minden irányban kisugárzott hangenergia. Jele: P, mértékegysége: Watt [W]. P I n ds S vagyis P p eff c S A hangteljesítmény forrásjellemző (zajemisszió), mely nem távolságfüggő. 16

17 Hangtani alapfogalmak a) nyomás képe a távolság függvényében b) nyomás képe az idő függvényében (M pontban) Hanghullámok terjedése szabad térben 17

18 Szintek V Szint (def.): két mennyiség arányának logaritmikus mértéke, amit széles körben használnak az akusztika, a fizika és az elektronika területén. Jele: L, alapvetően dimenzió nélküli mennyiség, azonban a tízes alapú logaritmussal meghatározott szint mértékegysége: bel [B], ennek tizede a decibel [db]. L paraméter 1lg alapérték 1lg x x 18

19 Szintek V Hangnyomásszint: Jele: L p =. 1-5 Pa L p 1lg p t p lg p eff Hangteljesítményszint: Jele: L W P = 1-1 W L W P 1lg P Hangintenzitásszint: Jele: L I I = 1-1 W/m (A JEGYZETBEN NYOMDAI HIBA!) L I 1lg I I 19

20 Repülőgép Hangnyomás Szintek Hangnyomásszint Petárda Koncert Légkalapács Városi forgalom Zajos munkahely Beszélgetés Irodai munkahely Könyvtár Nappali szoba Hálószoba Hangforrások hangnyomásszintje Zaj és rezgésvédelem Erdő

21 Műveletek szintekkel V Mérőszám visszaszámítása: L 1lg1,1L Szintek összeadása: L,1L1 1lg( 1 Szintek többszöröse:... 1,1L n ) 1lg n i1 1,1L i L L 1 lg( n 1,1 1 ) L1 1 lgn Szintek átlaga: L 1 1lg n 1 n i1 1,1 L i

22 ,64,51,41,33,7,1,17,14,79,97 1,19 1,46 1,76,1,54 Műveletek szintekkel 3, Diagram két szint energetikai összegzéséhez,5, ΔL (db) 1,5 1,,5, L-L1 (db)

23 Frekvencia analízis Hangszínkép (def.): az összetett hang (nem szinuszos tisztahang) részhangjainak jellemzésére használatos eljárás, mely a részhangok energiájának frekvencia szerinti megadása, gyakori megnevezése a spektrum. Megkülönböztetünk vonalas (diszkrét részhangokat tartalmazó) és folytonos (folytonosan eloszló részhangokat tartalmazó) hangszínképet: 3

24 Frekvencia analízis Jelformák és színképek 4

25 Frekvencia analízis Oktáv és tercsáv spektrum felbontás 5

26 Az emberi hallás Hangnyomás Hangszínkép FIZIKAI INGER Időtartam Frekvencia Fül Idegrendszer Agy Érzékelő feldolgozó és értékelő rendszer Hangszín Hangosság HANG- ÉRZET Hangmagasság Érzékelt idő A hangérzet kialakulása (Tarnóczy Tamás) 6

27 Az emberi hallás Az emberi hallástartomány 7

28 Az emberi hallás V Az emberi hallás dinamikatartománya: HALLÁSKÜSZÖB P = 1-1 W L W = db p =. 1-5 Pa L = db FÁJDALOMKÜSZÖB P max 1 W L Wmax 1 db p max. 1 1 Pa L max 1 db Az emberi hallás frekvenciatartománya: infrahangok Hz Hz ultrahangok 8

29 Az emberi hallás Fletcher-Munson és ISO 6:3 egyenhangosságú görbék 9 Hz

30 Az emberi hallás Phon (def.): az ember által érzékelt szubjektív hangosság, vagyis a hangérzet erősségének mérőszáma. Jele: L N mértékegysége: phon [phon]. Súlyozó szűrő (def.): a teljes vizsgált frekvenciatartományon alkalmazott sávszűrő, amelynek használatával mért hangnyomásszintek jó közelítéssel fejezik ki az érzékelt hangosságszintet. A-hangnyomásszint (def.): a zajmérő készülékbe iktatott IEC 651:1979 szabvány szerinti A-jelű súlyozó szűrővel mért hangnyomásszint. Jele: L A mértékegysége: decibel(a) [db(a)]. 3

31 Az emberi hallás A-súlyozó szűrő B-súlyozó szűrő C-súlyozó szűrő D-súlyozó szűrő 31 Hz

32 -44,7 Relatív csillapítás (db) -39,4-34,6-3, -6, -,5-19,1-16,1-13,4-1,9-8,6-6,6-4,8-3, -1,9 -,8,,6 1, 1, 1,3 1, 1,,5 -,1-1,1 -,5-4,3-6,6-9,3 Az emberi hallás V 1 Az A-jelű súlyozó szűrő relatív csillapítása Tercsávok középfrekvenciái (Hz) 3

33 Relatív csillapítás (db) -6, -4, ,3 -,8 -,5 -,3 -, -,1 -,1 -, -,3 -,5 -,8-1, ,4-6, -8,6-11,3 Az emberi hallás V 1 A C-jelű súlyozó szűrő relatív csillapítása Tercsávok középfrekvenciái (Hz) 33

34 Méréstechnikai alapfogalmak L (db) L (db) Állandó zaj idő (s) Ingadozó zaj idő (s) L (db) L (db) Intermittáló zaj idő (s) Impulzusos zaj idő (s) Kváziimpulzusos zaj A zaj időfüggvény szerinti osztályozása 34

35 Méréstechnikai alapfogalmak V Egyenértékű A-hangnyomásszint (def.): az időben változó zajok egyszámjegyű jellemzője, olyan mérőszám, amellyel jól jellemezhető a zaj emberre gyakorolt hatása, mivel négyzetes középértéke azonos a T = t t 1 időtartam alatt változó zaj négyzetes középértékével, vagyis energetikailag egyenértékű vele, az emberre gyakorolt hatása azonos. Más szóval: a zajimmisszió T = t t 1 időtartam alatt mért hosszúidejű átlagértéke, melyet a T mérési időtartamon alkalmazott (futó) integrállal képezünk. Jele: L Aeq mértékegysége: decibel(a) [db(a)]. 35

36 Méréstechnikai alapfogalmak V Egyenértékű C-hangnyomásszint (def.): a T = t t 1 időtartam alatt változó, a C-jelű súlyozó szűrővel mért hangnyomás négyzetes középértéke. Jele: L Ceq mértékegysége: decibel(c) [db(c)]. L Aeq és L Ceq a fentiek okán integráló zajszintmérő műszerrel mérhető, általában együttesen, azonos időben és körülmények között (amennyiben a mérőrendszer ezt lehetővé teszi). 36

37 Méréstechnikai alapfogalmak Az egyenértékű A-hangnyomásszint meghatározása: L Aeq 1lg t 1 t 1 t t 1 p A p ( t) dt 1 1lg T t t 1 p A p ( t) dt ahol: p A (t) az A-szűrővel súlyozott hangnyomás időfüggvény (Pa) p =. 1-5 Pa T = t t 1 a mérés időtartama (s) MSZ :1998 szabvány 1. összefüggés MSZ 1815-:1984 szabvány. összefüggés 37

38 Méréstechnikai alapfogalmak V Szakaszosan állandó zaj esetén: L A( C) eqt M 1 1lg T M n i1 t i 1,1L A( C ) i ahol: L A(C)eqTM a T M megítélési időre vonatkoztatott L A(C)eq (db) T M megítélési idő (s) t i az állandó zajhatások időtartama (s) L A(C)i A(C)-hangnyomásszint az i-edik időtartamban (db) 38

39 Méréstechnikai alapfogalmak V Munkahelyi zajexpozíció meghatározása (def.): a zajexpozíció idővel súlyozott átlaga egy nyolcórás munkanapra vonatkoztatva. A 66/5. (XII..) EüM rendelet (a munkavállalókat érő zajexpozícióra vonatkozó minimális egészségi és biztonsági követelményekről) alapján. Jele: L EX,8h mértékegysége: decibel (db). A T M megítélési idő: 8 óra a műszak, illetve a zajhatás időtartamától függetlenül. Amennyiben a T mérési idő megegyezik a T M megítélési idővel, úgy L Aeq = L EX,8h. 39

40 Méréstechnikai alapfogalmak Amennyiben a τ értékelési idő eltér a T M megítélési időtől: V L EX, 8h 1lg 1 TM,1 L Aeq ahol: L Aeq egyenértékű A-hangnyomásszint a τ értékelési időre (db) τ értékelési idő (s) T M megítélési idő (s) Megjegyzés: a munkavállalót érő zajexpozíció meghatározható munkahétre is 5 munkanappal, vagy heti 4 óra munkaidővel számolva. 4

41 Irodalomjegyzék 1. Márkus Péter Tóth Tibor: Zajelhárítás OMKT, Budapest, 3.. Szentmártony Tibor: Zajtalanítás Műszaki könyvkiadó, Budapest, J.R. Hassall K. Zaveri: Acoustic Noise Measurements Brüel & Kjær, Dánia, Brüel & Kjær: Noise Control, Principles and Practice Brüel & Kjær, Dánia, Tarnóczy Tamás: Akusztika Hangnyomás, hangosság, zajosság Akadémiai Kiadó, Budapest, Moser Miklós Pálmai György: A környezetvédelem alapjai Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, Dr. Kurutz Imre Dr. Szentmártony Tibor: A műszaki akusztika alapjai Műegyetemi kiadó, Budapest, Reis Frigyes: Az épületakusztika alapjai Terc könyvkiadó, Budapest, P. Nagy József: A hangszigetelés elmélete és gyakorlata Akadémiai Kiadó, Budapest,