Környezeti zajszennyezés Egyes kutatók szerint napjainkban a levegıszennyezés után a zajszennyezés a második legnagyobb környezeti ártalom! Mi a zaj? Az angol nyelvészek két latin eredetet is adnak a noise szónak: - nausea tengeri betegség (rosszullét, hányás stb.) - noceo bántalak (zavarlak) A zaj szó több értelemben is használatos - köznyelvben: zavaró akusztikus (hang) hatás - elektronikában: elektronikus zaj (feszültség, ill. áramingadozás) pl. sistergés a rádióban, mákos kép a TV-n - számítástechnikában: jelentés nélküli adatok (véletlen hatásokra módosult adatok) - Információ-technológiában: a zaj is információhordozó! Hatása kommunikációban: A zaj elfedheti, vagy módosíthatja az eredeti üzenetet! A környezetvédelem alapjai 4. elıadás / Lényegében minden fizikailag mért mennyiségnek lehet zaja : - hımérséklet-ingadozás - nyomás-ingadozás - atomreaktorban a neutronszám-ingadozás - stb. A zaj frekvencia-spektruma A zaj valamilyen fizikai mennyiség idıbeli változása. Fourier: minden (idı)függvény összetehetı harmonikus + függvényekbıl x( t) ( X ( ω) ω + ( ω) ω ) sin t X cos t dω π (Fourier transzformáció) A Φ π ( ) ( ω ) X ( ω) + X ( ω) mennyiség a teljesítmény-spektrum (Mivel a hullám teljesítménye az amplitúdó négyzetével arányos) A környezetvédelem alapjai 4. elıadás / Pl. a hang Fehér zaj Néhány példa: Rózsaszín zaj Φ( ω ) konst. ( ) Φ ω f A teljesítmény-spektrum megmutatja, hogy a különbözı frekvenciájú komponensek milyen súllyal vannak jelen A környezetvédelem alapjai 4. elıadás 3/ Brown zaj (R. Brown 773-858) f ( ) Φ ω Szürke zaj ( ω) E ( ω ) A környezetvédelem alapjai 4. elıadás 4/ Φ E( ω ) fül frekvencia-érzékenysége
Gyakori a termikus zaj, amely a részecskék hımozgásából ered. Ez megszabhatja, hogy egy fizikai rendszerben mi az elérhetı mérési pontosság alsó határa (a jel elvész a zajban ) Pl. egy ohmikus ellenálláson a teljesítmény-ingadozás egységnyi frekvencia-tartományon: ( U W ) R U 4kT Ebbıl kapjuk: 4kT R (fehér zaj) A zaj sok esetben lehet hasznos is! Pl. a zajok analízisén alapuló diagnosztika Diagnosztika alapelve: A rendszert piszkáljuk és a válaszát értékeljük kérdezı jel Rendszer válaszjel Zajdiagnosztika: nincs szükség kérdezı jelre, a rendszer a saját zajára válaszol, és ebbıl következtetünk az állapotára A környezetvédelem alapjai 4. elıadás 5/ Amikor környezeti zajszennyezésrıl beszélünk, akkor kizárólag akusztikus zajokra gondolunk. Megjegyzés: a zaj szubjektív kategória is. (Pl. dübörgı rock and roll vagy diszkó zene csak az aludni vágyó szomszédnak zaj, a bulizóknak nem zavaró, sıt ) A hang -Levegıben: a levegı nyomásingadozása, amely longitudinális hullámok formájában terjed tova - Folyadékban és szilárd testekben: longitudinális és transzverzális (vegyes) hullám formájában (is) terjed(het). Mindegyik hullám energiát továbbít. Intenzitás: a hullám által felületegységre vitt teljesítmény A hang erısségének jellemzése: decibelekben W m A környezetvédelem alapjai 4. elıadás 6/ Definíció: X db log X X A decibel logaritmikus, relatív egység. Ezért többféle definíció van, ezeket a referencia különbözteti meg: - W - Hangintenzitás: X (ez kb. a hallásküszöb levegıben) m (teljesítmény ~ p - Hangteljesítmény: ) X - W p p - Hangnyomással kifejezve: L p log log p p A leghalkabb hang nyomása, amit egy ember még meghall: -5 - Levegıben: p µ Pa Pa valamilyen teljesítmény referencia-teljesítmény -6 - Folyadékban és szilárd testben: p µ Pa Pa A környezetvédelem alapjai 4. elıadás 7/ Miért logaritmikus? Weber-Fechner törvény (általános fizikai ingerre adott válasz) (Ernst Heinrich Weber /795-878/, Gustav Theodor Fechner /8-887/) Az érzékelés az inger relatív megváltozását észleli: ds Inger dp k S változása Érzékelés Inger változása Az egyenletet integrálva kapjuk: p k ln S + C Legyen S az érzékelési küszöb, vagyis az az inger, amelyre p Ebbıl kapjuk: k ln S + C amibıl C k ln S adódik. Ezt visszahelyettesítve kapjuk: S p k ln S A legtöbb érzékünk így mőködik a hallás is. A környezetvédelem alapjai 4. elıadás 8/
Hangforrás Nyomás (Pa) Decibel ( µpa-hoz) Fájdalomküszöb 34 (rövid idın belül) ~ Sugárhajtású repülıgép ( m-rıl) 6 - - 4 Légkalapács ( m-rıl), ill. diszkó ~ (hosszú idı alatt),6 kb. 9 Autópálya m-rıl, -,6 8-9 Személyautó m-rıl TV otthon m-rıl Normál beszéd m-rıl Nagyon csöndes szoba Levélzizegés, csendes légzés Hallásküszöb khz-en, -, 6-8, -, ~ 6, -, 4-6, -,6-3,6, A környezetvédelem alapjai 4. elıadás 9/ A hang érzékelése, az emberi fül mőködésének fizikai alapjai A fül feladatai nagyon sokrétőek: - antenna (összegyőjti a hangot) - erısítı ( 3 -szoros dinamikus tartomány!) - impedancia-illesztı (levegı-folyadék) - frekvencia-analizátor - térbeli lokátor (lokalizálja a hangforrás helyét) - sajáthang-elnyomás - védelem a túl erıs hangok ellen (adaptáció) - A környezetvédelem alapjai 4. elıadás / A fül felépítése: erısítı és impedancia-illesztı A külsı fül - egyik végén nyitott - másik végén zárt (dobhártya) Modell: egyik végén zárt csı sajátfrekvenciák A külsı fül erısítésének frekvenciafüggése antenna külsı fül belsı fül középfül rezonátor frekvencia-analizátor levegı (külsı- és középfül) folyadék (belsı fül) Eredı Hallójárat, mint rezonátor Fülkagyló, mint antenna A környezetvédelem alapjai 4. elıadás / A környezetvédelem alapjai 4. elıadás / 3
A középfül: A dobhártya rezgéseit továbbítja a belsı fül felé. Modell: mechanikai emelık Illesztı Ha a levegı nyomáshullámait közvetlenül venné át a belsı fül folyadéka, az energia 99,9%-a visszaverıdne a gáz-folyadék határon!! Erısítı Dobhártya felülete:,6 cm Belsı fül bejáratának felülete:,3 cm A hallócsontocskák áttétele : :,3 hallócsontocskák Nyomáskiegyenlítés (Eustach-kürt) Eredı erısítés: ~6 db A belsı fül: Frekvencia-analizátor A mozgást idegimpulzusokká alakítja. Hogyan mőködik? Ismert, hogy D rugóállandójú, M tömegő rendszer sajátfrekvenciája: D π f ω M Az alapmembrán tulajdonságai (feszesség /D/, és vastagság /M/) a csiga mentén változnak különbözı helyeken más frekvenciára rezonál! Egyensúly-szerv kerek ablak Belsı felépítés ovális ablak csiga A környezetvédelem alapjai 4. elıadás 3/ A környezetvédelem alapjai 4. elıadás 4/ Végeredményben a hallás érzékenysége a különbözı frekvenciákon magasabb hang (nagy frekvencia) mélyebb hang (alacsony frekvencia) A rezgı membrán pedig a hallószıröcskéket ingerli, amelyek az ingerületet aztán továbbítják a hallóideg(köteg)en keresztül az agyba. Itt a legérzékenyebb a fül Békésy György (899-97) Nobel-díj 96 A belsı fül mőködésére vonatkozó kutatásaiért A környezetvédelem alapjai 4. elıadás 5/ A környezetvédelem alapjai 4. elıadás 6/ 4
Legfontosabb zajforrások: - Közlekedési eszközök: közút repülés vasút Zajszennyezés - Ipari, munkahelyi zaj Nagyteljesítményő szerszámok, gépek (légkalapács, flex, körfőrész, ütvefúró stb..) Irodai gépek (nyomtató, másoló stb.) - fényforrások zaja ( neon-csövek ) - szórakoztató elektronika (walkman, discman, autórádió, TV, CD, DVD, házimozi ) - üdülıhelyeken a szórakozást szolgáló jármővek (pl. quad) Külsı zaj függ Közúti zaj - a jármővek sebességétıl - a motor típusától (hibrid jármővek!) - a gumik minıségétıl - az úttest minıségétıl (beton a legkevésbé zajos) Belsı zaj Az utazók kevésbé érzékenyek a jármő zajára - a gépjármővek típusától (személygk, kamion, busz ) - az út geometriájától és a környezı tereptárgyaktól ( árnyékolás és visszaverıdés kettıs hatása) - mikrometeorológiai viszonyoktól (a hang visszaverıdhet egy inverziós rétegen) Zajmérı eszköz Védekezés: árnyékoló falak, sebességkorlátozás, nyomvonal jó kiválasztása, jármőpark, burkolat modernizálása, stb - A környezetvédelem alapjai 4. elıadás 7/ A környezetvédelem alapjai 4. elıadás 8/ Egészségügyi hatások (az iparosodott országok lakosságának kb. %-a halláskárosodott) Elsı téveszme: csak nagyon hangos zaj károsít Újabban kimutatták, hogy hosszú idın (éveken) át tartó, közepes erısségő (~ 7 db) hang is okoz halláskárosodást Második téveszme: az öregedés nagyobb hatású, mint a zaj Azok, akik életük során tartósan zajos környezetben éltek, kevésbé jól hallanak, mint a csöndes környezetben élık. A nem-iparosodott országok lakói között alig van halláskárosodott! Szív- és érrendszeri betegségek Erıs hanghatás megnöveli az adrenalin-szintet (disco!) Ez szőkíti az ereket és emeli a vérnyomást. Ha ez tartós, érrendszeri betegségekhez vezet. Egyéb hatások Fejfájás, fáradtság, gyomorfekély, magzat fejlıdési rendellenességek Nagyon erıs hanghatás halált is okozhat ( hangfegyver ) A környezetvédelem alapjai 4. elıadás 9/ Pszichológiai hatások Milyen zajt tartanak zavarónak? (szubjektivitás) Függ: - a zaj erısségétıl (tipikusan 4-6 db-tıl kezdve) - látható-e a zaj forrása - állandó-e, vagy lüktetı - megfelel-e az adott környezetnek - kontrollálható-e az egyén által - kontrollálható-e más által (pl. rendırség) - akadályoz-e valamilyen cselekvést (pl. alvást) - milyen napszakban hallatszik (éjjel érzékenyebbek vagyunk) Tartós zajban élıknél gyakoribbak - álmatlanság, - agresszivitás, - mentális zavarok (üldözési mánia, paranoia, depresszió) - gyerekeknél kommunikációs zavarok A hallás egyik legfontosabb érzékszervünk. Vigyázzunk saját hallásunkra, és legyünk tekintettel másokra is! Mérsékeljük a zajszennyezést! A környezetvédelem alapjai 4. elıadás / 5