Zaj és rezgésvédelem

Átírás

1 OMKT felsőfokú munkavédelmi szakiányú képzés Szekesztette: Mákus Miklós zaj- és ezgésvédelmi szakétő Lektoálta: Mákus Péte zaj- és ezgésvédelmi szakétő Budapest febuá

2 Tatalomjegyzék Tatalomjegyzék Hangtejedés szabad tében Szabadtéi tejedés számítása Hangtejedés zát tében Hangelnyelési tényező Utózengési idő... 9 Fejezet: Tatalomjegyzék 2

3 1. Hangtejedés szabad tében Szabad hangté (def.): akusztikai szempontból szabad tének az olyan teet tekintjük, amelyben a hullámtejedést nem befolyásolja semmilyen elnyelő vagy visszaveő felület, azaz a hanghullám a foásból a té minden iányában elhajlás, töés és visszaveődés nélkül tejed. A szabad té ilyen megfogalmazása csupán elméleti, a valóságban sohasem létezik. A hangfoások háom elemi típusa, amelyekből az összetett sugázók elméletileg felépíthetők: pontszeű hangfoás (pontsugázó) vonalszeű hangfoás (vonalsugázó) felületszeű hangfoás (felületsugázó) PONTSZERŰ HANGFORRÁS (def.): a pontsugázó idealizált hangfoás, kitejedése elvileg mindháom iányban végtelen kicsi, és minden iányban azonos teljesítményt ad le. Ha nincs akadály a tében, akko a hanghullámok koncentikus gömbként tejednek. A gyakolatban pontszeűnek tekintjük a hangfoást: ha a foás legnagyobb méetétől (d) legalább kétszees távolsága ögzítjük a vizsgálati (megítélési) pontot, mely a hangfoás által kisugázott hang hullámhosszának kétszeesénél is távolabb van: 2d 2λ [m] d a méési pont távolsága a hangfoás középpontjától [m] a hangfoás legnagyobb méete [m] a hang hullámhossza [m] (pl. 100 Hz-en 3,4 méte) Közelté és távolté fogalma (def.): A hangfoás által kisugázott hang hullámhosszának kétszeese a közelté és távolté hatáát jelöli ki. A közeltében (a hangfoás közelében) bonyolult fizikai jelenségek játszódnak le, melyek az ún. meddő hangenegia évén növelik a hangintenzitást. A hangfoások foáselemzését ennek megfelelően minden esetben a távoltében kell elvégezni, mivel a közeltéi vizsgálatok hibás eedményeke vezethetnek. VONALSZERŰ HANGFORRÁS (def.): a vonalsugázó olyan (elméletben) végtelen hosszú vonal, melynek minden eleme hangfoásként működik. Két alaptípusa a koheens vonalsugázó (minden eleme azonos fázisban ezeg, pl. áamlási zaj csővezetékben), és az inkoheens vonalsugázó (egyidejűleg nem azonos fázisban sugázó elemi gömbsugázók halmaza, pl. közúti útszakasz). Ha nincs akadály a tében, akko a hanghullámok hengees hullám fomájában tejednek. Fejezet: 1. Hangtejedés szabad tében 3

4 FELÜLETSZERŰ HANGFORRÁS (def.): a felületsugázó esetében a hang meglehetősen nagy felületen sugázódik le, például a zaj nagyobb felületű szabad nyíláson át jut a könyezetbe (pl. epülőgéphangá nyitott ajtaja). Ilyen esetekben azt feltételezzük, hogy a felület egyenletesen elosztott, független zajfoásokból áll, és a foások a hangenegiát véletlenszeű fázisban félgömbszeűen sugáozzák szét. A felület közelében közelítően síkhullámú hangsugázónak tekintjük (a felülettől kis métékben eltávolodva nem csökken a hangintenzitás), a felülettől távolodva a hangenegia csökkenése előbb a vonalszeű hangfoás tövényszeűségeit követi, nagyobb távolságban pedig (a távolságtövénynek megfelelően) pontszeű hangfoásnak tekinthetjük. 2. Szabadtéi tejedés számítása A hangnyomás a felületen oszlik meg, így amennyiben a hangfoástól távolodva növekszik a hanghullám felülete, csökken az egységnyi felülete eső hangnyomás, vagyis a hangfoástól távolodva csökken a hangnyomás. A csökkenés météke attól függ, milyen métékben nő a felület. Amennyiben a felület gömb alakú (pontszeű foások esetén gömbhullámok jönnek léte), a hangnyomás csökkenése a gömbfelület sugaával, vagyis a távolság négyzetével aányos: L P I [W/m ] mely alapján a vizsgálati pontban eedő hangnyomásszint [db] a zajfoás hangteljesítményszintje [db] a vizsgálati pont távolsága a zajfoástól [m] 1 L LW 10lg [db] 2 4 Amennyiben a felület henge alakú (vonalszeű foások esetén hengees hullámok jönnek léte), a hangnyomás csökkenése a hengefelület sugaával, vagyis a távolsággal aányos: P I [W/m 2 2 ] mely alapján 1 L LW 10lg [db] 2 L a vizsgálati pontban eedő hangnyomásszint [db] a zajfoás hangteljesítményszintje [db] a vizsgálati pont távolsága a zajfoástól [m] Fejezet: 2. Szabadtéi tejedés számítása 4

5 A különböző jellegű foások által létehozott hanghullámok tejedésének geometiai tövényszeűségeit a következő ába mutatja be: a síkhullám a felületszeű hangfoás b hengees hullám b vonalszeű hangfoás c gömbhullám A tökéletes síkhullám tulajdonságait jellemző a jelű függvény szeint a hangintenzitás független a foástól mét távolságtól. A távolság kétszeeséhez tatozó L szintcsökkenési mutató az A jelű pontban: L = 0 db / 2, vagyis a távolság duplázódásával a hangnyomásszint nem csökken. A tökéletes hengees hullám tulajdonságait a b jelű függvény jellemzi, a B ponthoz tatozó szintcsökkenési mutató: L = 3 db / 2, vagyis a távolság duplázódásával 3 decibelt csökken a hangnyomásszint. A tökéletes gömbhullám és a pontszeűnek tekinthető hangfoás tulajdonságait a c jelű függvény jellemzi. A C ponthoz tatozó szintcsökkenési mutató: L = 6 db / 2, vagyis a távolság duplázódásával 6 decibelt csökken a hangnyomásszint. Iányítási tényező (def.): általában a hangfoás sugáozta hangteljesítmény nem minden iányban azonos intenzitással tejed, a teljesen gömbszeű tejedéstől való eltéés jellemzésée használják az iányítási tényezőt, amelynek jele: D, dimenziója nincs, étéke: teljesen szabad tében, gömbsugázó esetén: D=1 egy visszaveő felület, félgömbsugázó esetén: D = 2 két visszaveő felület, negyed tébe sugázó esetén: D = 4 háom felület, nyolcad tébe sugázó esetén: D = 8 Fejezet: 2. Szabadtéi tejedés számítása 5

6 A pontszeű hangfoás által kibocsátott gömbhullám szabadtéi tejedését leíó összefüggés kifejtésével kapjuk az alábbi képletet, mellyel elvégezhető a hangnyomásszint számítása: L LW 10lgD20lg 11 [db] L D a foás hangteljesítményszintje [db] a zajfoástól adott távolságban mét hangnyomásszint [db] a méési pont távolsága a zajfoás métani középpontjától [m] iányítási tényező A vonalszeű hangfoás által kibocsátott hengees hullám szabadtéi tejedését leíó összefüggés kifejtésével kapjuk az alábbi képletet, mellyel elvégezhető a hangnyomásszint számítása: L LW 10lgD10lg 8 [db] L D a foás hangteljesítményszintje [db] a zajfoástól adott távolságban mét hangnyomásszint [db] a méési pont távolsága a zajfoás métani középpontjától [m] iányítási tényező 3. Hangtejedés zát tében A hangtani jelenségek tanulmányozása soán talán az egyik legfontosabb feladat annak tisztázása, hogy hogyan viselkedik az a helyiség, amelyikben a hangfoás működik. A következő vizuális gondolatjáték végigkövetését javasolom: vegyük az előbbiekben felvázoltak szeinti pontszeű hangfoást (gömbsugázót) helyezzük a zajfoást a talaja szabad hangtében vegyük köül a zajfoást olyan helyiséggel melynek falai teljesen elnyelnek minden hangot következmény: a zajfoás által kibocsátott hangenegia teljes egészében elnyelődik csökkentsük a helyiség falainak elnyelését (keményebb, nem poózus, nem hangelnyelő) következmény: a zajfoás által kibocsátott hangenegia egy észe visszaveődik csökkentsük tovább a helyiség falainak elnyelését, míg minden hangot teljesen visszavenek következmény: a zajfoás által kibocsátott hangenegia teljes egészében visszaveődik Fejezet: 3. Hangtejedés zát tében 6

7 A fentiekből levonható a következtetés, miszeint a zát tében kialakuló hangnyomásszintet a következő tényezők befolyásolják: a zajfoás által kibocsátott hangenegia (hangteljesítményszint) a té geometiai méetei (téfogata és felülete) a hatáoló felületek hangvisszaveő és hangelnyelő tulajdonságai (elnyelési tényező) A zát helyiségben működő hangfoást enegiafoásnak tekintjük. A zajfoás által folyamatosan kibocsátott enegia észben a helyiségben maad, és ott felhalmozódik, észben átjut a falon, vagy a csatlakozó falszekezetekben keülőutakon tejed, illetve hővé alakul, és mint hangenegia megszűnik létezni (elnyelődik). Az adott hangteljesítményű zajfoás bekapcsolását követő néhány másodpec után egyensúlyi helyzet alakul ki: a falakon éppen annyi hangteljesítmény nyelődik el, mint amennyi hangteljesítményt a hangfoás kisugáoz. A diffúz téből (visszaveődésekből számazó szót zengő hangté) elnyelődő hangteljesítmény a hanghullámok által megtett szabad úthossz (vö. a té méete), az ebből adódó másodpecenkénti ütközésszám, továbbá az átlagos hangelnyelési tényező (ld. később) segítségével íható fel. A levezetés számos szakiodalomban megtalálható, ezét itt mellőzzük. A levezetés eedményeként a diffúz hangté hatása az alábbi alakúa egyszeűsödik: 4 L LW 10 lg [db] R L az eedő diffúz téi hangnyomásszint [db] a zajfoás hangteljesítményszintje [db] R T a helyiség teemállandója [m 2 ] T A helyiségben tatózkodó megfigyelő egyidejűleg észleli a kisugázott és elnyelt hangteljesítmény egyensúlyából adódó diffúz hangté hatását, és észleli ugyanakko a hangfoásból kiinduló szabadtéi tejedésű (közvetlen) hangté hatását; végső soon tehát a két hangté enegiatatalma összeadódik: L L W 10 D 4 lg 4 2 RT L a helyiségben eedő hangnyomásszint [db] D a zajfoás hangteljesítményszintje [db] iányítási tényező a vizsgálati pont távolsága a zajfoástól [m] R T a helyiség teemállandója [m 2 ] [db] Fejezet: 3. Hangtejedés zát tében 7

8 Enegiaegyensúlyi felület/sugá (def.): a fentiek figyelembevételével meghatáozható az a zajfoástól számított elméleti e távolság, ahol a szabadtéi tejedésű hangtéből és a visszavet diffúz hangtéből számazó hangenegia egyenlő: e D D 4 mely alapján 4 2 e R T enegiaegyensúlyi sugá távolsága a zajfoástól [m] iányítási tényező R T a helyiség teemállandója [m 2 ] e DRT [m] Hangelnyelési tényező A zát tében kialakuló hangtejedés jelensége azzal magyaázható, hogy a helyiség falai a hangenegiát észben elnyelik, észben pedig visszaveik. A fala eső E hangenegia E hányada a falól nem jön vissza, hanem elnyelődik. Átlagos hangelnyelési tényező (def.): a hangelnyelés métékét kifejező méőszám, vagyis a fala eső E hangenegia E hányada nyelődik el a falban. Jele:, dimenziója nincs. A hangelnyelési tényező az időben állandó, független a beeső hanghullámok iányától, és független a hangfoás hangteljesítményétől, csupán csak a fal anyagától és a hang fekvenciájától függ. Definícióját az alábbi összefüggés fejezi ki: Ebeeső E E beeső visszavet Egyenétékű elnyelési felülete (def.): a téhatáoló falfelületek egyenétékű elnyelési felülete a té hangelnyelő képességét fejezi ki. Jele: A, métékegysége: [m 2 ]. A helyiség átlagos hangelnyelési tényezőjéből és teljes felületéből az alábbi összefüggéssel kell meghatáozni: n A Si i S [m 2 ] S a helyiség teljes felülete [m 2 ] a helyisége vonatkozó átlagos hangelnyelési tényező i1 Fejezet: 4. Hangelnyelési tényező 8

9 Teemállandó (def.): ugyancsak a té hangelnyelő képességét fejezi ki. Jele: R T, métékegysége: [m 2 ]. A helyiség átlagos hangelnyelési tényezőjéből és teljes felületéből az alábbi összefüggéssel adódik: S R T [m 1 2 ] S a helyiség teljes felülete [m 2 ] a helyisége vonatkozó átlagos hangelnyelési tényező A fentiek alapján, egy adott helyiségben a téhatáoló falfelületek elnyelési tényezőjének ismeetével megbecsülhető a helyiség egyenétékű elnyelési felülete és teemállandója (pl. a kemény vakolatlan betonfelület elnyelési tényezője 500 Hz-en = 0,02). Az elnyelési tényező azonban függ a fekvenciától, így a pontos számítás igen összetett és bonyolult művelet. 5. Utózengési idő Mint azt említettük, ha a zát tében egy hangfoást állandó teljesítménnyel működtetünk, a téhatáoló felületek hangvisszaveő és hangelnyelő hatása következtében egy állandósult egyensúlyi állapot alakul ki. Ha a hangfoást kikapcsoljuk, a hangsugázás megszűnéseko a diffúz tébe bevitt enegia fokozatosan csökken, vagyis úgynevezett utózengés észlelhető. Ez a folyamat a lecsengés, a lecsengési göbe meedeksége (az utózengés ideje) a té hangelnyelő képességétől függ. Minél kisebb a té egyenétékű elnyelési felülete, annál hosszabb idő alatt hal el a hang (vö. mélygaázs és lakószoba). Utózengési idő (def.): olyan időtatam, amely alatt a hangfoás kikapcsolása után az enegiasűűség egymilliomod észée, a hangnyomásszint 60 decibellel csökken. Jele: T, métékegysége: [s]. Az utózengés addig tat, amíg a helyiségből a hangenegia el nem fogy, pontosabban, amíg mennyisége az észlelhetőségi küszöb alá nem csökken. A helyiség A egyenétékű elnyelési felületét (illetve ezen keesztül az elnyelési tényezőt és a teemállandót), a T utózengési idő és a helyiség V téfogata ismeetében hatáozzuk meg a Sabine-képlet segítségével: T utózengési idő [s] V a helyiség téfogata [m 3 ] V A 0, 163 [m T 2 ] A a helyiség egyenétékű elnyelési felülete [m 2 ] Fejezet: 5. Utózengési idő 9