GYAKORLATI ÉPÜLETFIZIKA

Átírás

1 GYAKORLATI ÉPÜLETFIZIKA

2 Akusztika: A hang, és általában a rezgések tudománya. Görögből: akuein hallani. Igen széles tudományterületet ölel fel, néhány szokásos szakterületi elnevezés: épületakusztika, teremakusztika, városépítési akusztika, numerikus akusztika, fizikai akusztika, zenei akusztika, pszichológiai akusztika, elektroakusztika, nemlineáris akusztika, áramlástani akusztika, gépészeti akusztikai, stb. Épületakusztika: Építészetiépületszerkezeti megoldásokkal akadályozni az épületen belül keletkező zaj terjedését más helyiségekbe vagy kisugárzását a környezetbe, illetve a külső környezeti zaj behatolását az épületbe. 2 Csott Róbert: Épületakusztika (Épületfizika II.) Debrecen 2010.

3 Az épületek rendeltetésszerű használatának egyik feltétele OTÉK IV. fejezet Az építmények létesítési előírásai Általános előírások 50. (3) Az építménynek meg kell felelnie a rendeltetési célja szerint e) a zaj és rezgés elleni védelem, alapvető követelményeinek, és a tervezési programban részletezett elvárásoknak. Akusztikai terhelés Emberi tevékenységek hangjai Gépek működésének hangjai Közlekedés zaja Épületgépészeti rendszerek zaja Technológia zaja Különböző szintű funkcionális igényszintek Lakóépület, irodaépület, iskolaépület, ipari épület stb. Akusztikai tervezés céljai, hogy a külső és a belső forrásból származó hangjelenségek erőssége egy bizonyos, még elfogadható mérték alatt maradjon teremakusztika: előadó-, színház- és hangversenytermek tervezése 3 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

4 Zajforrások: Közúti közlekedés zaja Vasúti közlekedés zaja Légi közlekedés zaja Gépészeti berendezések (külső és saját) Belső funkciók zajai (üzletközpont, mozi, parkolóház, iroda, szálloda stb.) 4 Dr. habil. Reis Frigyes: Épületakusztika építészeknek, előadás

5 Cél: A rendeltetésszerű épület-, helyiség- és környezethasználat akusztikai feltételeinek létrehozása. Ehhez: Azonosítani kell a zajforrásokat és zaj ellen védendő területeket. Számszerűsíteni kell a környezet akusztikai minőségét. Számszerűsíteni kell az épületszerkezetek akusztikai tulajdonságait. Meg kell határozni, hogy mi a megfelelő. Tervezési módszereket kell bevezetni. Biztosan jó megoldásokat kell kidolgozni. 5 Reis Frigyes: Az épületakusztika alapjai Épületek akusztikai tervezésének gyakorlata. TERC Kiadó, Bp Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

6 Tudatosan vagy ösztönösen, de az építész dönt: Az épület környezetbe illesztésekor meghatározzuk, hogy a homlokzati szerkezeteket milyen mértékű és jellegű zajterhelés fogja érni. Az alaprajz kidolgozásával az épületen belüli zajforrások és a zajtól védendő területek helyét. A szerkezetválasztás során meghatározzuk az épületszerkezetek hangszigetelési paramétereit. Féléves feladatban is vizsgálandó szempontok! 6 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

7 Beépítési variációk, Richard Strauss Straße, München 7 Eckard Mommertz, Müller-BBM: Akustik und Schallschutz. Detail Edition, 2008.

8 Hang: A rugalmas közegnek az akusztika tárgyába tartozó mechanikai rezgése, illetve hulláma, amelyet a részecske és a hangtér adatai jellemeznek. Értelmezhetjük, mint fizikai, élettani és információs jelenséget. Hallható hang: Olyan hang, amelynek frekvenciája 20 Hz és Hz közötti, intenzitása pedig W/m 2 és 1 W/m 2 közötti. Zaj: Fizikailag a hanggal azonos fogalom, de fiziológiailag különbözik tőle: minden olyan hangot zajnak hívunk, ami szubjektíve zavaró, hallgatása kellemetlen kényszer és/vagy káros hatású. Tisztahang (harmonikus hang): Szinuszosan változó hallható hang. Színképe egyetlen vonal. Zenei hang: Harmonikus felhangokból álló, periodikusan változó hang. 8 Csott Róbert: Épületakusztika (Épületfizika II.) Debrecen 2010.

9 Hely és időfüggvény: Rezgés: Valamilyen fizikai mennyiség változása egy nyugalmi helyzet körül Az akusztikai jelenségek a rezgési állapot térben és időben lezajló terjedésével összefüggő folyamatok. Harmonikus rezgés: A fizikai mennyiség időbeli változása állandó gyakorisággal történik Szinuszos függvénnyel írható le t: az idő, mint független változó T: a rezgés periódusideje f: a frekvencia [Hz], a periódusidő reciproka (f=1/t) y max : a rezgés amplitúdója y eff : a rezgés un. effektív értéke 9 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

10 Mérések: Frekvenciasávok alkalmazásával, melyek: Oktávsáv / Tercsáv a teljes frekvencia tartományt lefedik, állandó relatív sávszélességűek, a frekvenciasávok felső és alsó határának hányadosa állandó szabványosított középfrekvenciájúak. 50, 63, 80; 100, 125, 160; 200, 250, 315; 400, 500, 630; 800, 1000, 1250; 50, 63, 80; 100, 125, 160; 200, 250, 315; 400, 500, 630; 800, 1000, 1250; Logaritmus alapú skálán szemléltetve: f a : sáv alsó határa f f : sáv felső határa f b : sávszélesség f oi : oktávsáv középfrekvenciája f ti : tercsáv középfrekvenciái 10 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

11 Fafúvósok Rézfúvósok Ütősök Húrosok Vonósok Énekhangok pikoló furulya oboa klarinét basszusklarinét fagott kürt trombita tuba üstdob xilofon hárfa zongora hegedű brácsa cselló nagybőgő szoprán alt tenor basszus 11 Eckard Mommertz, Müller-BBM: Akustik und Schallschutz. Detail Edition, 2008.

12 Léghang (Folyadékhang) Testhang Léghang sugárzás zajforrásból Hangsugárzás, testhang gerjesztés után Hangsugárzás léghang gerjesztés után Hangsugárzás erő impulzus gerjesztés után Testhang terjedés szerkezetben 12 Dr. habil. Reis Frigyes: Épületakusztika építészeknek, előadás

13 A levegőben terjedő hang a levegő részecskéit megmozgatja, közöttük sűrűsödéseket és ritkulásokat hoz létre. Hangnyomás: a normál légnyomás [10 5 Pa] hang hatására történő változásának mértéke [2* *10 2 Pa] Hangteljesítmény: mivel a hang mozgásra készteti a levegő részecskéit, azokon munkát végeznek, ennek időegységre vetített része a hangteljesítmény W[W] Hangintenzitás: egységnyi felületen áthaladó hangteljesítmény I=W/A[W/m 2 ] 13 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

14 14 The First Book of Sound: A Basic Guide to the Science of Acoustics by David C. Knight, Franklin Watts, Inc. New York (1960). p. 80

15 Hangforrás a levegőben megváltoztatja A részecskék sebességét A levegő nyomását A hullám Egyenes vonalban terjed Longitudinális hullámformában A levegő részecskéinek mozgása párhuzamos a hullámterjedés irányával A hullám terjedése során A hang frekvenciája nem változik A jel erőssége viszont csökken A hang terjedéséhez időre van szükség A hang terjedési sebessége függ a közegtől Levegőben: c=344 m/s Hullámhossz: λ=ct=c/f [m] 15 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp,

16 Síkhullámú terjedés esetén: p eff : hangnyomás effektív értéke [Pa] v eff : a rezgés sebesség effektív értéke [m/s] ρ: a közeg sűrűsége [kg/m 3 ] c: a hang terjedési sebessége a közegben [m/s] z 0 : (karakterisztikus) hullámellenállás [Pas/m; Ns/m 3 ] anyag-, közegjellemző Hangintenzitás: I[W/m 2 ] 16 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

17 Mivel a hangokkal kapcsolatos fizikai mérőszámok jelentős (15) nagyságrendi különbségeket vehetnek fel, célszerű az értékeket logaritmikus szintekben kifejezni. Hangteljesítményszint Hangintenzitásszint Hangnyomásszint 17 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

18 Longitudinális hullám a hallójáratban A hang rezgésbe hozza a dobhártyát A rezgéseket a hallócsontok (kalapács, üllő és kengyel) továbbítják A kengyel rezgésbe hozza a csigában lévő folyadékot A csigában lévő idegvégződések érzékelik a rezgés tulajdonságait Idegpályákon ingerek indulnak meg az agy felé Az agy feldolgozza és értelmezi az ingereket 18

19 Összetett folyamat szubjektív tényezőkkel Fizikai folyamatok: levegőben, szilárd testben, folyadékban terjedő rezgés Biológiai folyamatok: több szintű idegrendszeri feldolgozás Egyénenként változó érzékelés: hangosság, zavaró hatás Sajátosságok Az impulzusos zajok és a tisztahangú zajösszetevők fokozott zavaró hatást keltenek Az emberi hallás érzékenysége frekvenciafüggő 19 P.Nagy József: A hangszigetelés elmélete és gyakorlata Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

20 A hallás jellegzetes területei és határai a) Egészséges fiatalok hallásküszöb görbéje tiszta hangokra b) Hangként érzékelhető felső határ (120 phon hangosságszintű görbe) c) A hangszeres zene területe d) A beszédhangok területe e) Elviselhetetlen érzet, vagy fájdalmat okozó hangok területe 20 P.Nagy József: A hangszigetelés elmélete és gyakorlata

21 Tiszta hanggal, szabad térben meghatározott érzékenységi görbesor (kísérletek alapján) Azonos hangosságú görbesereg Azonos hangnyomásszintű, de eltérő frekvenciájú hangokat eltérő hangosnak érzékelünk Hangosság 1000 Hz frekvencián mért hangnyomásszint Hallásküszöb Fájdalomküszöb 5 Phon 120 Phon 21 Robnson-Dadson görbe, ISO 226 szabvány, 1987, P.Nagy József: A hangszigetelés elmélete és gyakorlata Dr. habil. Reis Frigyes: Épületakusztika építészeknek, előadás Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

22 Szükség van egy súlyozott hangnyomásszint meghatározására Mivel az azonos hangnyomásszintű [db] de különböző frekvenciájú [Hz] hangokat különböző hangosságúnak [Phon] érzékeljük Az azonos hangosságú [Phon], de különböző frekvenciájú [Hz], tehát hangnyomásszintű [db] hangok hangnyomásait úgy módosítjuk, hogy az 1000 Hz frekvenciához tartozó hangnyomásszintet vesszük alapnak, a többi értéknél pedig az azonos hangossági szinthez tartozó hangnyomásszint értékekből kivonjuk az adott hangnyomásszintek és az 1000 Hz-hez tartozó hangnyomásszint előjeles különbségét. Súlyozó szűrő alkalmazásával. Vagyis minden frekvenciához kiszámítjuk azt a hangnyomásszintet, amit olyan hangosnak hallunk, mintha az 1000 Hz frekvenciájú lenne. [közelítő magyarázat] Az A hangnyomásszint A teljes frekvencia tartományra vonatkozó hangnyomásszintek összegzése L A [dba] 22 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

23 40 phonos isophongörbe és az A súlyozószűrő csillapítása F [Hz] A i [db] 31,5-39, , , , , , , , ,6 [súlyozó szűrő] 23 Dr. habil. Reis Frigyes: Épületakusztika építészeknek, előadás Reis Frigyes: Az épületakusztika alapjai Épületek akusztikai tervezésének gyakorlata. TERC Kiadó, Bp Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

24 Az egyenértékű A hangnyomásszint szemléltetése Az ábra vízszintes tengelyén az idő, függőleges tengelyén az A hangnyomásszint látható. A folytonos görbe időfüggvény minőségileg közlekedési zaj lámpával szabályozott kereszteződés közelében, amelyből 5 s tartalmú szakaszokra bontottak, amely szakaszokon belül a tényleges A hangnyomásszintet állandónak tekintettek. Az egyenértékű A hangnyomásszintet részben a teljes mintára, részben annak az akadálytalan járműforgalmat mutató szakaszára határozták meg. A vastag pontvonalak a két egyenértékű A hangnyomásszintértéket grafikusan is mutatják. 24 Reis Frigyes: Az épületakusztika alapjai Épületek akusztikai tervezésének gyakorlata. TERC Kiadó, Bp