III. A ZAJ A hang szerepe óriási az emberré válásban tagolt, hanggal közvetített beszéd nélkül nincs emberi társadalom. Hang és a környezeti zaj különböző Hang: környezetünk természetes része Környezeti zaj: akaratlan, vagy káros olyan hang, amelyet emberi tevékenység kelt Káros: ártalmas az ember egészségére Zavaró zaj: közösséget általában érintő jelenség, több ember közel hasonlóan értékeli, a jellemzőit meg lehet mérni, egyszeri, sokszor nem reprodukálható, nehézségek a mérték meghatározásánál, a tárgyilagos értékelésnél társadalmilag fontos mozzanattá az ipari forradalom óta vált, Zajjellemző (zajindikátor): a környezeti zajt leíró fizikai mennyiség, amely kapcsolatban van a káros hatással
Zaj: fizikai alapok, emberek fiziológiai, pszichológiai válaszok A zaj hatása: minden emberre más, nagy a variabilitás Mindenkit zavar (növekvő hangerővel): zavarja az alvást, korlátozza pihenést, zavarja a munkát gátolja a beszéd megértését előbb átmeneti, majd maradandó hallássérülés (diszkók) megbetegedések, pl. magas vérnyomás, fejlődési rendellenesség, szexuális zavar, szívinfarktusnál rizikótényező Zajos környezet: zavaró, romlanak az emberi kapcsolatok, társadalmi, egészségügyi károk, pl. költözési indok Korunk egyre nagyobb problémája, életminőségben, gazdaságban károk. Az Európai Unióban: ~ 100 millió embert zavar (20%) ~ 200 millió embert érint napközben környezeti zaj (munkakiesés, betegségek, balesetek, stb.) miatti GDP kára ~ 0.2 2% (20-200 mrd Є/év)
1. A hang fizikája Fizikusoknál: ismert, vizsgán visszakérem Hang: gázban (pl. levegőben), folyadékban csak longitudinális hullámok alakulhatnak ki, mert itt nincsenek nyíró erők Szilárd testben (longitudinális mellett) fontos a transzverzális hullámterjedés 2. Az ember és a hang A fül az ember legérzékenyebb szerve frekvenciában 3 nagyságrendet, intenzitásban 14 nagyságrendet fog át A fül egyik világhírű kutatója: Békésy György (1899-1972) Nobel-díj 1961-ben: a díjat a Magyarországon elkezdett és jelentős részben itt is elvégzett munkáért kapta
A fül felépítése: hallójárat: rezonátor 2-5 khz frekvenciára (~15-szörös faktor) középfül: hallócsontocskák, további erősítés (~20 db is lehet) belső fül: itt alakul ingerületjellé a hang csigatestben: hártyáscsiga, csontoscsiga hártyáscsiga 3 csatorna folyadékkal elválasztó membránon ül a Corti-szerv szőrsejtek 50 ezer idegsejthez kapcsolódik jel az agynak Lényeg: kis nyomásváltozásra hallóideg jele A fül válasza az intenzitásra logaritmikus
A hallott frekvenciák: 20 Hz 20 khz Korral csökken a felső határ 20 Hz alatt: infrahang 20 khz felett: ultrahang Élővilág: széles frekvenciatartomány, jelentős variabilitás kutya: ~ 30 khz-ig hall denevér: ~ 100 khz-ig hall, így tájékozódik Hangsebesség levegő (20 o C, 1 atm.): v 343 m/s folyadék, szilárd test: lényegesen nagyobb sebességek, v ~ T ; (ρ a sűrűség) levegő (0 o ) 331m/s lev. (20 o ) 343 CO 2 (0 o ) 259 O 2 (0 o ) 316 He (0 o ) 965 réz 5010m/s üveg 5640 kloroform (20 o ) 1004 m/s alk. (20 o ) 1162 Hg (20 o ) 1450 víz (20 o ) 1482
A hang intenzitása: P W I ; egysége : 2 A m Teljes térbe való izotróp sugárzásnál: P 1 I I ~ 2 2 4 r r Visszavert hangok esetén nem igaz pl. zárt teremben I nem ~ 1/R 2 Az emberi hallás vizsgálata: Hallásküszöb: 1kHz-nél I 0 = 10 12 W/m 2 Fájdalomküszöb (halláskárosodás): ~ 100 W/m 2 A hang intenzitásszintje: mérőszám: decibel (db) a fül tulajdonságai miatt használjuk ezt D(dB) = 10. 10 log (I/I 0 ) [dimenzió nélküli] db Viszonyszámra ad felvilágosítást a fizika, a gazdasági és a műszaki élet máshol is alkalmazza
Példák: hallásküszöb suttogó falevél suttogás beszélgetés (1 m) autó belseje autó kifogó nélkül diszkó vészsziréna Ember hangérzete: fül logaritmikus 14 nagyságrend legérzékenyebb szervünk! Emberi tapasztalatok: ΔdB ~ 1 db a legkisebb észrevehető, ΔdB ~ 3 ~ kétszeres intenzitás ΔdB = 3 = 10. lg (I 2 /I 0 ) 10. lg (I 1 /I 0 ) = 10lg I I 2 0 10lg 1 I I 0 (W/m 2 ) 10 12 10 11 10 10 3.10 6 10 4 10 2 1 100 I 2 /I 1 = 10 0.3 2 kétszeres intenzitás ΔdB ~ 10 db hangintenzitás 10-szeres a hangosságérzet növekedése más arányú, mint az intenzitásnövekedés I I 2 1 db 0 10 20 65 80 100 120 140
Hallható hang: 20 Hz 20 khz hangosságérzet szintje frekvenciafüggő kifejezője: fon Harvey Fletcher (1884-1981) és Wilden A. Munson (1902-1982) 1933-ban Fletcher Munson diagram A hangosság frekvenciafüggését széleskörű, sok emberen végrehajtott kísérletekben határozták meg
Fon: a hang hangossága 1 khz-es hang intenzitásszintjével egyezik a fon számértéke Frekvenciafüggés: fontos jellemző
Zenei hangok időben változnak A hang nyomása Az intenzitás jó közelítésben: I~p 2 I I 0 ~ Hallásküszöb: 20μPa fájdalomküszöb ~100 Pa p p 0 2
Időbeni lefutás: hangnyomással is leírható
Hangnyomás-szint (sound pressure level): SPL SPL( db) 20lg p p 0 ( db) 20lg hangnyomásszint: p p 0 A hallásküszöb 1 khz-nél nem 0 Ok: vizsgálatok szerint a hallásküszöb: 1 khz-nél nem pontosan 10-12 W/m 2 nem változtatták meg
3. A zajvédelem elemei és eszközei A zaj hatása: minden emberre más, nagy az egyéni variabilitás: 20-30 db különbségek is vannak Átlagosan: 55-60 db: korlátozza pihenést, zavarja a munkát 60-70 db: gátolja a beszéd megértését 80-90 db: átmeneti, majd maradandó hallássérülés (diszkók: 95-100 db) > 65 db: szívinfarktus rizikótényező Zajos környezet: zavaró, romlik az emberi kapcsolat, társadalmi, egészségügyi károk emberek kerülik 3.1. A zavaró zaj különböző típusai folyamatos (pl. ventil., hűtő, légkondi.), indikátora: átlagos hangosság időszakos (pl. repülőgép, porszívó), indikátora: hangkitettségi szint (sound explosure level SEL) kifejezi a hangosságátlagot és a zaj időbeni lefutását egyben; max. nyomásszint
zajimpulzusok: rövid, hirtelen hangszintváltozás (pl. robbantás, kalapálás), indikátor: max. nyomásszint, SEL Alapzajon kiemelkedő egyetlen hang: egy frekvencia körül lényegesen erősebb zaj (pl. vibrációk, fütyülés), indikátor: átlagos hangosság + büntetőjárulék Alacsony frekvenciájú zaj: 8-100 Hz (Diesel-mozdony, hajók); sok km-re is jobban zavarnak, mint a fizikai átlagokból adódnék; nincs nemzetközi standard 3.2. Zajszintek meghatározása Zaj: egyszeri jelenség általában sok frekvencia vesz részt benne Átlagolási módszerek Átlagolásnál probléma, hogy az emberi fül az azonos intenzitás-szintű hangokat nem azonos hangosságúnak érzi különböző átlagolások (A, B, C, D) Átlagolási módok: gyakorlati feladatokban eljárások nem elemezzük
Csak C-t és A-t említjük: C 1 khz alatt nagyobb súly, ~ követi a tényleges hangintenzitást A hangosság szerint átlagol (1 khz, 40 db) általában ezt alkalmazzák A szerinti az emberi fül válaszait követi Zaj számmal történő jellemzője: átlagolás
L eq T t T 2 1 p lg dt T p 0 0 10, db-ben adják meg A szerint egyenértékű (ekvivalens) zajszint (hangosságátlag) L Aeq (T) (db) Lényeg: az idő szerinti integrálás előtt frekvencia szerinti súlyozás A görbének megfelelően legtöbbször ezt adják meg A forgalomban lévő zajmérőkön mindig van ilyen mód Időlefutás szerint: időtartam, felfutás, lefutás (idősúlyozás) Gyors (F), lassú (S), impulzus (I) mód A legtöbb hangmérőn vannak ilyen módok
Hang kitettségi szint (sound exposure level SEL) Ugyanannyi akusztikus energia 1 s alatt Legtöbbször valamelyik meghatározása: L AFMax, L ASMax, L AIMax, L AFMin, L ASMin, L AIMin, Sokszor frekvencia-kivágásban mért érték pl.: 1/3 oktávban (f körüli f/3 fr. tart.)
3.3. Zajjellemzők (zajindikátorok) Olyan mennyiség, amely jellemzi a zaj emberre való hatását Mindig A szerint súlyozott átlagok Ilyenek (EU): L Aeq, L day, L evening, L night (a 24 óra felosztása: 7-19, 19-23, 23-7 helyi idő) Legfontosabb átlagos indikátor: L den L den 10lg 1 24 1210 L day L evening 5 10 10 410 8 10 L night 10 10 Néhány esetben járulékos szempontok: időszakos zajok alacsony zajimpulzus-szám (pl. óránként egyszer) erős az alacsony frekvenciarész magas a hangkitettségi szint (SEL) éjszaka erős hangkomponensek, zaj, zajimpulzusok hétvégék, év bizonyos részei
külön védelem nappalra, estékre (pl. diszkók közelsége) különböző forrású zajok együttese külön védelem nyílt, nyugodt (üdülő) területekre 3.4. Zajszint-szabályozás Zajjellemzőkben meghatározott határok: olyan, hogy ne okozzon károkat Nemzetközi ajánlások, országonként eltérő szabályozások EU direktíva (2002. június); intézkedési terv, új zajpolitika Példa ilyenre: Zóna Nappali Éjszakai Nappali. Éjszakai max max. Pihenő 50 db 40 db 65 60 Lakó 55 db 45 db 70 65 Vegyes 60 db 50 db 70 65 Ipari 65 db 55 db 75 70 Lényeg: szintekben, zajjellemzőkkel zajtérképek: zajszintek térképen
EU most van kidolgozás alatt az egységes zajpolitika zajtérképek, amelyeket (EU direktíva szerint) 2008-ig mindenütt el kellett készíteni minden agglomerációról (>250 kfő) fő utakra (>3 mill. jármű/év), fő vasútra (>30 kvasút/év), reptér (>50000/év) Megadandó mindenütt: L den 55 75 db 5 db-enként és 75 db felett Szint: L = L Aeq + K Imp + K Hang + K naprész + K spec Meghatározásra előírások, javaslatok
Példa: Prága zajtérkép részlete
A Lágymányosi Campus környékének zajtérképe (2007) A közlekedés (városokban az autók) a legnagyobb gond Zajtérképek időben változnak állandó monitorozást, megfigyelést és karbantartást igényelnek
Védekezés: jogi szabályozás: országok jogrendje, betartatása Magyar jogszabály 1995. évi LIII törvény 89. -a felhatalmazása alapján: 8/2002. (III. 22.) KöM-EüM együttes rendelete Nemzetközi standardok (ISO 1996 (környezeti zaj), ISO 3891 (repülés), ISO 9613 (becslések) technikai zajvédelem: forrásnál terjedésben megfigyelőnél
4. A zajvédelem főbb technikai elemei 4.1. Forrás zajkibocsátásának csökkentése Számos lehetőség, minden tényleges esetben erőfeszítés sokszor gazdasági szempontoknak ellentmond hatósági és társadalmi kontroll együttműködés a zajkibocsátóval Eszközök: zajforrás átalakítása, forrásnál árnyékolás, jó felfügg., rezgéscsillapítók Általában motorok: 0.001% 0.02% az akusztikus teljesítmény (pl. 55MW repülőgépmotor ~ kw akusztikus zaj) Példa: közlekedés (az egyik legnagyobb probléma) Azonos zajkibocsátásnál az emberek megítélése: repülőgép autó vonat) Autók zajkibocsátása 20 év alatt ~ 8 dba-val csökkent zaj azonos, mert sokkal több autó
motorok zajcsökkentése: számos lehetőség 10-15 dba nyereség elérhető 4.2. A zajterjedés befolyásolása Akadály: legfontosabb lehetőség áthaladást akadályozza, de általában nem abszorbeál visszaver a forrás felé Legfontosabb paraméterek a tömeg nehéz sűrű anyagok jó akadályok, könnyű, rugalmas, porózus anyagok rossz hangszigetelők rugalmas tulajdonság (puhaság): abszorbeálja az akusztikus energiát, nem jól rezeg
Falak, elválasztók: Sima, kemény felület (simított beton, fém, csempe) jó hangvisszaverők Porózus, lágy anyagok: elnyelők Merev, könnyű anyagok: rossz hangszigetelők tervezett hangszigetelő falak, hatékonyságuk frekvenciafüggő és magasságuktól függ épületegyüttesek helyzetének tervezés, visszaverődés csökkentése
hangelnyelő felületek felszín (járószint) tervezése uralkodó széljárások figyelembe vétele stb. Mindig a tényleges feladathoz illeszkedő megoldás Gyakorlatra példa: magas, alaktervezett fal Minden anyagra más, tervezni kell Tervezés elengedhetetlenül fontos része a zajvédelemnek
4.3. A zajcsökkentés a fogadónál Eszközök: számos lehetőség van nyílászárók (20-40 db-t csökkenthet) kis rések, lyukak jelentősen megváltoztatják a tulajdonságokat füldugók aktív fülvédelem hangkioltás fülre alkalmazott interferenciával Minden tényleges esetre megoldást keresni 4.4. A zajvédelem jövője A környezetvédelem egyik legfontosabb problémája modern világ velejárója A világ országai, így az EU is a műszaki kutatás eredményeinek alkalmazásában és az együttműködésben keresik a megoldást: zajmonitorozás, módszertani egységesítés zajforrások felkutatása
tájtervezés elveinek egységesítése épülettervezés fontos része zajtérképek elkészítése, karbantartása zajszintek megadása, betartatása Óriási fejlődés, átalakulás előtt álló terület! Magyarországon most még kevésbé fejlett