Környezettechnika 6.Barótfi IstvánAz Oktatási Minisztérium támogatásával készült a Felsőoktatási Pályázatok Irodája által ...
6.1.1. A zaj emberre gyakorolt hatásaiAz embernek az a szerve, amellyel a hangot érzékeli, igen bonyolult és kifinomult „m...
hatásként befolyásolja viselkedésüket, szaporodásukat valamint táplálkozásukat. Hosszú távú kutatásraalapozott eredmények ...
A térnek azt a részét, amelyben a hanghullámok terjednek, hangtérnek nevezzük. A hangtér a helyés idő függvényében két men...
Hidrogén                 +20               1310                           +20               1180  Benzin                  ...
Plexi                1,2          5,6                      2,2                         20…40  Üveg                 2,5    ...
6-1. ábra - A normális hallásterület  A gyakorlatban általábana hangnyomás effektív értékét használjuk, a műszerek is első...
A hanghullám W teljesítménye, W, a hangforrást körülvevő teljes felület és az intenzitás szorzatávalegyenlő.  A közeg nyug...
A térben minden irányban terjedő gömbhullámok legegyszerűbb esete, ha a hangforrás a térfogatátperiodikusan változtató, ún...
6.2.3. SzintekA hangtér jellemzői nagy értéktartományt fognak át. A hangnyomás gyakorlatban előforduló értékeipascalban 10...
ahol:  a0 =10–6 m/s2.6.2.4. HangszínképA hangnyomásszintek ábrázolását a frekvencia függvényében hangszínképnek nevezzük. ...
5056     ——————       63             6371     ——————       80       ————————————   ————————————90       ——             —— ...
——                                 ——                                1600                                ————————————  180...
A hangszínképet oszlopos diagrammal adhatjuk meg. A frekvenciaskála oktávvagy tercelemzésesetén logaritmikus. A 6.2. ábrán...
6.3.1. Terjedés szabad térbenAz olyan teret, amelyben a hullámterjedést akadály nem zavarja, azaz a hanghullám a forrásból...
6-3. ábra - Pontszerű zajforrások. (Gömbsugárzók) Irányítottság irányítási tényező (D)  A legtöbb esetben a hangforrás sug...
A hangnyomásszint és a teljesítményszint összefüggése:  ahol:  ro = 1 m  A fenti összefüggésből kitűnik, hogy gömbsugárzó ...
6-4. ábra - Vonalszerű zajforrások  szintekre áttérve és az irányítási tényezőt is bevezetve az r távolságú pontban az int...
6-5. ábra - Végtelen hosszúságú vonalszerű zajforrás geometriai jellemzői  A közutak és vasútvonalak vonalsugárzónak tekin...
6-6. ábra - Véges hosszúságú vonalszerű zajforrás geometriai jellemzői  Az egyenlet azt mutatja, hogy az intenzitás a zajf...
6.3.1.3. Felületi sugárzókHa a zaj nagyobb felületű szabad nyíláson, ablakon, vagy vékony falon át jut a környezetbe, akko...
6-8. ábra - Hangnyomásszint változása a távolság függvényében kör alakú felületi sugárzó                                  ...
6-9. ábra - Téglalap alakú felületi sugárzó geometriai jellemzői  Ha x1 és y1 nullával, x2 „a”-val y „b”-vel egyenlő és „d...
6-10. ábra - A ψ értékek diagramja téglalap alakú felületi sugárzó esetén  Az „M” megfigyelési pontban az intenzitásszint:...
6-11. ábra - A hangnyomásszint változása a távolság függvényében téglalap alakú felületi                                  ...
A 6.12. ábra levegő hangelnyelő hatását mutatja a frekvencia és a távolság függvényében.    6-12. ábra - A levegő csillapí...
0       0       0       2                                                                                                 ...
következtében létrejövő ΔLn hangnyomásszint-csökkenés különböző növényzettípusokra átlagosan azalábbi összefüggéssel számí...
6-13. ábra - A hang elhajlása a magassággal növekvő szélsebesség valamint a magassággal                        csökkenő va...
szóródás következtében 3 dB többletcsillapítással számolhatunk, a szabad féltéri terjedéshez képest. Asűrű fű vagy más alj...
6-15. ábra - A hangárnyékoló szerkezet által létrehozott Lá hangnyomásszint csökkenés a        frekvencia és a Z árnyékolá...
6-14. ábra - A hangárnyékolás geometriai jellemzői. Árnyékolási tényező: Z = (a + b) – d  ΔL 10 20 lg N ha N ≥ 1; és  ΔL 1...
6-16. ábra - A hangteljesítmény két helyiséget elválasztó falon való áthatolásának elvi                                   ...
Az átvezetett és a beeső hangintenzitás viszonya az átvezetési fok: (τ).  A fentiek alapján:  r+d+t=1  A hangforrás felőli...
A zajforrás közelterének kiterjedése a frekvenciától, a forrásra jellemző mérettől és felület sugárzórészeinek fázisától f...
A visszavert hangtér intenzitása:  Iv = wv c  Így:  Az akusztikában az  mennyiséget teremállandónak nevezik,  ahol:– az át...
6-17. ábra - Az Lp hangnyomásszint és az Lw teljesítményszint különbsége zárt helyiségben a    távolság és az egyenértékű ...
6.3.2.3. Utózengési időEgy helyiségben elhelyezett és működésbe hozott zajforrás hatására a helyiségben rövid idő alattkia...
Hangelnyelő anyagként falborítás helyett vagy azzal kombinálva, befüggesztett hangelnyelőelemeket is alkalmazhatunk. Az el...
ahol:  d1 – a lemez (fólia) és a merev fal távolsága, cm,  M – a lemez 1 m2-re eső tömege, kg/m2.  Az összefüggés 45°-os b...
6-19. ábra - Egyrétegű fal elvi léghanggátlási görbéje  A hanggátlás nem más, mint az adott felületű falba belépő I1 és an...
ρ0 – levegő sűrűsége (ρ0 = 1,2 kg/m2),  c – hang terjedési sebessége.  A tömegtörvény azt mutatja, hogy a hanggátlás a fre...
Üveg                        0,4      3300                              0,8      1600  Beton                       10      ...
6.3.3.4. Kétrétegű falak hanggátlásaAkusztikai szempontból kétrétegű (6.20. ábra), megfelelően méretezett fal alkalmazásáv...
ahol:  s – a rugó anyagának dinamikai merevsége.  A szerkezetek kialakításakor arra kell törekedni, hogy a rezonanciafrekv...
6.3.3.5. A szerkezetek hanggátlásának mért jellemzőiA léghanggátlás két helyiséget elválasztó fal olyan tulajdonsága, amel...
Laboratóriumi viszonyokra t  Helyszíni viszonyok esetén az R’ hanggátlás (hanggátlási szám), dB:  ahol: a helyszíni átveze...
ábra). A léghanggátlási mutató megállapítása céljából a vonatkoztatási görbét (6.22. ábra 2 görbe)önmagával párhuzamosan ú...
A szerkezetek hanggátlásának jellemzésére újabban használt mennyiség a hanggátlási index (RW,RW). A hanggátlási index egye...
6-23. ábra - Az egyenlő hangosságszintek görbéi (phon-görbék)  Két hang közül az egyiket akkor értékeljük szubjektíven két...
6-24. ábra - Az A- B-, C- és D-súlyozószűrű csillapítása a frekvencia függvényében  Az A-szűrő a phon-görbékből származtat...
630                             –1,9  1000                             800                             –0,8               ...
A használt időállandót egyes esetekben fel kell tüntetni a szint jelében. A szabványos jelölés: LAS,LAF vagy LAI, de talál...
n – a mérési adatok (minták) száma.  Az idő függvényében változó zaj egyenértékű A-hangnyomásszintjét meghatározhatjuk a z...
6.4.4. Statisztikus szintekAz LN statisztikus szintnek azt a szintet nevezzük, amelyet a változó zaj a vonatkoztatási idő ...
Kimp – a vizsgált zaj impulzusos jellegét kifejező korrekciós tag,  Kton – a vizsgált zaj tonális jellegét kifejező korrek...
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)

1,041

Published on

Published in: Education
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
1,041
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
11
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Transcript of "31dfde07d12c65f33ae974a29d96ce63 (1)"

  1. 1. Környezettechnika 6.Barótfi IstvánAz Oktatási Minisztérium támogatásával készült a Felsőoktatási Pályázatok Irodája által lebonyolítottFelsőoktatási Tankönyv- és Szakkönyv-támogatási Pályázat keretében.Copyright © 2000 Mezőgazda KiadóCopyright © 2000 dr. Barótfi István6. A zaj-és rezgésvédelemTartalom6.1. A zaj környezeti hatásai 6.1.1. A zaj emberre gyakorolt hatásai 6.1.2. A zaj hatása az élővilágra6.2. Alapfogalmak 6.2.1. A hang fogalma. A hangtér jellemzői 6.2.2. Hanghullámok 6.2.3. Szintek 6.2.4. Hangszínkép6.3. Hangterjedés 6.3.1. Terjedés szabad térben 6.3.2. Terjedés zárt térben 6.3.3. Hangterjedés falon keresztül6.4. Zajmérés és értékelés 6.4.1. Hangosságszint, hangosság 6.4.2. Súlyozott hangnyomásszintek 6.4.3. Egyenértékű hangnyomásszint 6.4.4. Statisztikus szintek 6.4.5. Zaj-és rezgésmérés 6.4.6. Műszerek6.5. Környezeti zajforrások, zajcsökkentés 6.5.1. Egyes jellemző üzemi zajok, azok csökkentési lehetőségei 6.5.2. A közúti és a vasúti közlekedési zaj6.6. Az építésügy, a területrendezés és településüzemeltetés és az úttervezészajvédelmi feladatai6.7. Jogszabályok a zaj-és rezgésvédelemről6.1. A zaj környezeti hatásaiA zaj a XVIII. század, az iparosodás óta életünk állandó kísérőjévé vált. A XX. században aközlekedés fejlődésével a településeken élők zajterhelése folyamatosan emelkedett. A zajnak e két főforrása mellett az építkezések zaja is jelentős mértékben hat az emberekre. Az ember egyébtevékenységei, mindennapi élete, háztartása, szórakozásai sem mentesek a zajkeltéstől. Ebben afejezetben azokról a fizikai, technikai és jogszabályi tudnivalókról lesz szó, amelyek a zajvédelemmegértéséhez szükségesek. 1
  2. 2. 6.1.1. A zaj emberre gyakorolt hatásaiAz embernek az a szerve, amellyel a hangot érzékeli, igen bonyolult és kifinomult „műszer”. A fülnekhárom fő részét különböztetjük meg: A külsőfül a fülkagylóból, a hallójáratból és az azt lezáródobhártyából áll. A középfül a hallócsontocskákat (kalapács, üllő és kengyel) és az azokat felfüggesztőizmokat foglalja magába. A belsőfül tartalmazza azt a mechanikai-idegi átalakító szervet (a Corti-szervet), amely a egy folyadékban felfüggesztett, rugalmas hártyán elhelyezkedő, elektrokémiai elvenműködő sejtek millióinak csoportját jelenti. (A belsőfül működésének leírásáért kapott orvosi Nobel-díjat 1961-ben Békésy György.) A hallószervhez tartozik tágabb értelemben az idegi pályák kötege,amelyen a jel az agyba jut, továbbá az agyi átkapcsolóállomások, valamint az agykéregnek az a része,amelyet hallóközpontnak nevezünk. A zajnak csak a durvább hatásai észlelhetők magában a fülben, azavarásérzet és más, jólismert hatások az agyban keletkeznek. A zaj főbb hatásat az alábbi csoportokba foglalhatjuk: A halláskárosodás tulajdonképpen a hallásküszöb időszakos vagy végleges megemelkedése, azaz azerős hangok okozta nagyobb igénybevétel az érzékelősejtek kifáradásához vezet. Végletes esetbenezek a sejtek a hirtelen és erős hang hatására részlegesen elpusztulhatnak. A zaj hat a beszéd érthetőségére, figyelmünkre a beszélgetés vagy előadás során. Ha zajban kellbeszélnünk, korlátozva érezzük magunkat, önkéntelenül küzdünk a láthatatlan gát ellen, felemeljük ahangunkat, ingerültebben leszünk. A zajnak alvászavaró hatása is van. Zajban nehezebben alszunk el, felébredünk, illetve nyugtalanulalszunk. Mérhető az alvás fázisainak megzavarása, ébredés után fáradtabbnak érezzük magunkat. A zajosságérzet is mindennapi tapasztalatunk. Gyakori a megszokás, de vannak zajok, amiketmindig zavarónak érzünk. Azok a zajok is fárasztanak, amelyeket tudatosan nem fogunk fel, ill. csakakkor figyelünk fel rájuk, amikor elhallgatnak. Komfortérzetünket befolyásolják, nem tudunkfeloldódni, kikapcsolni. Ugyanakkor vannak hangok, amelyeket pihentetőnek érzünk (a természethangjai: vízesés, levélzizegés, madárfütty stb.), továbbá használunk bizonyos hangokat függönyként azajok ellen (walkman – halláskárosodást okozhat! –, háttérzene stb.). További hatások figyelhetők meg bizonyos testi és lelki folyamatokban (vérnyomás, légzésszám,feszültség stb.), az ember munkájában, teljesítményében, a figyelem vándorlásában, azaz hatása van azajnak mindennapi életünkre az emberi magatartás és egymás-mellett élés zajainak következtében.6.1.2. A zaj hatása az élővilágraAnnak ellenére, hogy a zajhatásait az emberek esetében is nehéz mérni illetve bizonyítani, kiterjedtkutatásoknak köszönhetően számos állatfaj esetében sikerült kimutatni zaj által okozott károsodásokat. A zaj állatokra gyakorolt hatása nagy mértékben függ az egyed rendszertani besorolásától. Azállatok esetében a különböző hangok érzékelése kulcsfontosságú a túlélésük szempontjából, hallásuktöbbnyire jóval kifinomultabb és érzékenyebb mint az emberé, így nagyobb mértékben reagálnak azajokra. A zaj hatásai az állatok esetében is okozhat közvetlenül halláskárosodást valamint közvetett 2
  3. 3. hatásként befolyásolja viselkedésüket, szaporodásukat valamint táplálkozásukat. Hosszú távú kutatásraalapozott eredmények elsősorban háziállatok, valamint kísérleti állatok esetében áll rendelkezésünkre.Vadon élő állatok egyedei és populációi esetében bekövetkező változások és annak okainakvizsgalatához több éves adatsorok szükségesek. Laboratóriumi állatokon elvégzett kísérletek során kisemlősök (fehér egér, patkány, tengerimalacstb.) esetében 100 és 130 dB közötti értékeknél tapasztaltak halláskárosodást. Szintén kisemlősökesetében hosszú távon zajnak kitett egyedek vérnyomása növekedett, szaporodásukban zavarkeletkezett, alacsonyabb számban és kisebb testtömegű egyedeket hoztak világra. Elsősorban egerekesetében magas volt a fejlődési rendellenességgel született egyedek száma. Haszonállatok esetében az állatok viselkedésének megváltozását (pl. menekülési reakció), többekközött magas vérnyomást, a vér összetevőnek megváltozását (pl. tejelő marha esetében egy 97 dBhangerősségű traktor hatására jelentősen csökkent a vér hemoglobinszintje), valamint tejhozamcsökkenést tapasztaltak. Hasonlóan a többi állatcsoporthoz a haszonállatokat is elsősorban a hirtelenbekövetkező, nem állandó hanghatások zavarják a legjobban. A zaj vadon élő állatokra gyakorolt legnyilvánvalóbb hatása a menekülési reakció előidézése. Akülönböző fajok meglehetősen különböző módon reagálnak a zajhatásokra. Egyesek képesekhozzászokni a zajokhoz, jó példa erre a városlakó állatok né-pes csoportja. Azonban számos fajesetében egy hirtelen bekövetkezett hanghatás (pl. szuperszónikus repülőgép által előidézetthangrobbanás) elég ahhoz, hogy sikertelen legyen egy szaporodási ciklus (ez különösen madarakesetében jellemző). Érdekességképpen meg lehet említeni, hogy egy galamb hallása a 10 Hz-alattitartományban 50 dB-el érzékenyebb az emberénél. További gerinces (hüllők, kétéltűek, halak) és gerinctelen fajok esetében is van káros hatása azajnak. A már említett fajokhoz hasonlóan, halláskárosodás, táplálkozásiés szaporodásirendellenesség, pánik reakció, kannibalizmus és akár 50%-os élethossz csökkenés tapasztalható hanghatására. A számos megfigyelés és adat ellenére még további, összetettebb vizsgálatok szükségesek a zajokozta pontos fiziológiai, populációdinamikai stb. változások feltárásához.6.2. Alapfogalmak6.2.1. A hang fogalma. A hangtér jellemzőiA hang valamilyen közegben létrejövő rezgés. A vivőközeg szerint megkülönböztetünk: léghangot (avivőközeg gáz, leggyakrabban levegő); folyadékhangot (a vivőközeg folyadék, leggyakrabban víz);testhangot (a vivőközeg valamilyen szilárd test). A hang a közegben hullám alakban terjed. Gázokban és folyadékokban csak hosszanti(longitudinális) hullámok keletkeznek, szilárd testekben ezen kívül más hullámtípusok is fellépnek: pl.haránt-, nyomási, hajlító-, csavaró, felületi (Rayleigh-)hullámok. 3
  4. 4. A térnek azt a részét, amelyben a hanghullámok terjednek, hangtérnek nevezzük. A hangtér a helyés idő függvényében két mennyiséggel írható le, a gyakorlatban rendszerint a hangnyomást és arészecskesebességget adjuk meg. A hangnyomás a hangtér mérhető adata. A részecskesebesség avivőközeg elemi részecskéinek váltakozó (rezgés-)sebessége, amellyel azok nyugalmi helyzetük körülrezegnek.. A szomszédos részecskék egymásnak adják át energiájukat, így történik a hullámterjedés. A hangsebességa hullám terjedési sebessége. A c hangsebesség, m/s, a közeg tulajdonságaitól függ.Gázokban ahol: κ – a fajhőviszony, po – a közeg statikus nyomása, Pa, ρo – a közeg nyugalmi sűrűsége, kg/m3. Levegőben a hangsebesség lényegében az abszolút hőmérséklettől függ: ahol: T – a levegő abszolút hőmérséklete, K. A hangsebesség nagyságát különböző hőmérsékletű levegőben, néhány gázban és folyadékban a6.1. táblázat tartalmazza. A közeg Hőmérsékle Hangsebességmegnevezése t, °C , m/s –50 299 Levegő –10 325 0 331 +10 337 +15 340 +20 343 +50 360 +100 387 Nitrogén +20 337 Oxigén +20 326 Szén-dioxid +20 268 Metán +20 445 Hélium +20 1005 4
  5. 5. Hidrogén +20 1310 +20 1180 Benzin +20 1120 Meti-alkohol +20 1450 Higany 0 1440 Víz +10 1480 +15 14986-1. táblázat - A hangsebesség különböző hőmérsékletű levegőben, néhány gázban ésfolyadékban (Heckl-Müller 1975 ill. Rieländer 1982 szerint) Szilárd testekben a hangsebesség a hullámtípustól is függ. Legnagyobb sebességgel a tisztalongitudinális hullámok terjednek. Sebességük rudakban, cL, m/s: ahol: E – az anyag rugalmassági modulusa, Pa, ρ – az anyag sűrűsége, kg/m3. Az anyagjellemzőket néhány fémre és építési anyagra a 6.2. táblázat foglalja össze. Sűrűs Veszteségi Az anyag ég, Rugalmassági A hosszanti hullámok tényező,megnevezése ρ, 10 3 modulus, E, 109 N/m2 sebessége, cL, m/s 3 η, 10–3 kg/m Alumínium 2,7 72 5,2 0,03…0,1 Acél 7,8 210 5,2 0,02…0,3 Réz 8,5 95 3,3 ≈2 Ólom 11,3 17 1,2 2…30 Azbesztcement 2,0 28 3,7 7…20 Gipsz 1,2 7 2,4 ≈6 Beton 2,3 26 3,4 4…8 Könnyűbeton 1,3 4 1,7 10…15 1,8… Tégla ≈16 2,5…3,0 10…20 2,0 0,7… Tölgyfa 2…10 1,5…3,5 10 1,0 0,4… Fenyőfa 1…5 »2,5 8 0,7 5
  6. 6. Plexi 1,2 5,6 2,2 20…40 Üveg 2,5 60 4,9 0,6…26-2. táblázat - Néhány anyag sűrűsége, rugalmassági modulusa, veszteségi tényezője és ahosszanti hullámok terjedési sebessége (Heckl 1975 és Fasold 1973 szerint) A T periódusidő az a legrövidebb idő, amely alatt a rezgés periodikusan ismétlődik. A hang ffrekvenciája az egy másodpercre eső teljes rezgések száma, mértékegysége a hertz (Hz). A frekvenciaa periódusidő reciproka: A hangsebességből és a frekvenciából számítható a hullámhossz: Az emberi fül a 20…16 000 (kivételesen a 16…20 000) Hz frekvenciatartományba eső hangokatérzékeli. Az ennél kisebb frekvenciájú hangokat infrahangnak, míg a hallástartomány fölé esőhangokat ultrahangnak nevezzük (6.1.ábra). Az érzékelésnek nem csak frekvencia-, hanemhangnyomáskorlátai is vannak. A még éppen hallható hangok frekvenciafüggvényét halásküszöbneknevezzük. A legkisebb hallható hang hangnyomása kb 1,4·10–5 Pa. A hallásküszöb alá eső hangok aküszöb alatti hangok. A hang erősségét növelve elérjük a fájdalomküszöböt. A fájdalomküszöb is függa frekvenciától, de kisebb mértékben, mint a hallásküszöb. A fájdalomküszöb feletti hangokatszuperhangnak hívjuk (6.1. ábra). 6
  7. 7. 6-1. ábra - A normális hallásterület A gyakorlatban általábana hangnyomás effektív értékét használjuk, a műszerek is elsősorban eztmérik. A hangnyomás effektív értékének p e jeléből az „e” indexet rendszerint elhagyjuk, és phangnyomáson annak effektív értékét értjük. Ennek matematikai kifejezése: ahol: T – az integrálási idő (időállandó). Szinuszos tisztahang esetén az effektív érték: ahol: pmax – a hangnyomás legnagyobb pillanatnyi értéke (amplitúdója), Pa. A hangtér másik fontos jellemzőjének, a részecskesebességnek az effektív értéke hasonlóképp írhatófel: A hanghullám I intenzitása, W/m2, a hangnyomás és a részecskesebesség szorzatának időbeliátlagával egyenlő: ahol a felülvonás az időbeli átlagolást jelenti. 7
  8. 8. A hanghullám W teljesítménye, W, a hangforrást körülvevő teljes felület és az intenzitás szorzatávalegyenlő. A közeg nyugalmi sűrűségének és a hullám sebességének szorzatát Zo fajlagos akusztikaiimpedanciának, más néven akusztikai keménységnek nevezzük, Pa s/m: ahol: ρo – a közeg nyugalmi sűrűsége, kg/m3, c – a hangsebesség, m/s. Az intenzitás és a hangnyomás közötti összefüggés síkhullám esetén: Az S felületen áthaladó teljesítmény:6.2.2. HanghullámokSzabad síkhullám esetén a hullámfrontok síkok, a terjedés egydimenziós. A hullámfrontok csebességgel akadálytalanul haladnak a tér egyik irányába, pl. az x irányba. A szabad síkhullámegyenlete: A részecskesebességre ugyanilyen alakú egyenletet írhatunk fel. Síkhullám esetén a hangnyomás ésa részecskesebesség azonos fázisban van. Ennek a másodrendű parciális differenciálegyenletnek a megoldása az a hangnyomás-ésrészecskesebesség-függvény, amely kielégíti a fenti egyenletet: és ahol: pmax, vmax – a hangnyomás ill. a részecskesebesség csúcsértéke (amplitúdója), ω – 2 · π · f a kör frekvencia, k – ω/c = 2π/λ a hullámszám. 8
  9. 9. A térben minden irányban terjedő gömbhullámok legegyszerűbb esete, ha a hangforrás a térfogatátperiodikusan változtató, ún. lélegző gömb. Ebben az esetben a hangnyomás t időben és a középonttól rtávolságban ahol: A – a hullámra jellemző amplitúdótényező, N/m. Gömbhullám esetén a hangnyomás amplitúdója nem független a távolságtól, hanem a hangforrásközéppontjától való távolsággal fordítva arányos. A részecskesebesség csak a hangforrástól ahullámhosszhoz viszonyítva nagyobb távolságban, az ún. távoltérben van a hangnyomással fázisban.A hangforrás és a távoltér határa közötti térrészt közeltérnek nevezzük. A részecske sebességetávoltérben: A síkhullámok intenzitása a távolság függvényében –a veszteségektől eltekintve – nem változik,mivel a felület, amelyen a teljesítmény eloszlik, állandó. Gömbhullámok esetén az intenzitás rtávolságban:I(r)= W 4⋅π⋅ r 2 ahol: W – a hangforrás teljesítménye. Ha a hangtér valamely helyén két vagy több hullám találkozik, interferencia következik be(szuperpozíció elve). Amikor azonos frekvenciájú és amplitúdójú, azonos fázisú hullámoktalálkoznak, az amplitúdó megkétszereződik. Ha a fáziskülönbség 180°, akkor az eredő 0 lesz, a kéthullám kioltja egymást. Az interferencia gyakori esete, amikor a hangvisszaverődés következtében két azonos frekvenciájú,ellenkező irányban haladó hullám találkozik. Ilyenkor állóhullám jöhet létre, amelynek l/2távolságokban helyhez kötött maximumai és ezek között nullapontjai (csomópontjai) vannak. 9
  10. 10. 6.2.3. SzintekA hangtér jellemzői nagy értéktartományt fognak át. A hangnyomás gyakorlatban előforduló értékeipascalban 106 nagyságrend különbségűek. A hangintenzitás, ill. a hangteljesítmény, W/m2 ill. W, ahangnyomással való négyzetes összefüggés miatt 12 nagyságrendet fog át. A gyakorlatban ezértezeket a mennyiségeket nem természetes egységben adjuk meg, hanem szintekkel számolunk,decibelben, dB. A szintek számolásakor használt mennyiségek mindig effektív értékek. A hangnyomásszint, Lp, dB: ahol: po = 2·10–5 Pa, a hangnyomás alapértéke. Az LI hangintenzitásszint, dB: ahol: Io = 10–12 W/m2, a hangintenzitás alapértéke. Az LW hangteljesítményszint, dB: ahol: Po = 10–12 W, a hangteljesítmény alapértéke. A szintek összegzésekor a hangnyomásnégyzeteket, a hangintenzitásokat ill. a hangteljesítményeketkell összeadni. Az Le eredő szint: ahol: Li – az i-ik összegzendő szint. Két azonos szint eredője 3-mal több az összetevőknél. Különböző nagyságú szintek esetén akisebbik szint (3 dB-nél) kevesebbel járul hozzá az eredő nagyságához, pl. 60 dB és 70 dB eredője Le= 70,4 dB. Rezgések esetében a szintek helyett inkább a rezgés gyorsulását (m/s2) szoktuk meghatározni. Hamégis gyorsulásszintet használunk, azt a hangnyomásszinthez hasonlóan kell képezni ill. összegezni: 10
  11. 11. ahol: a0 =10–6 m/s2.6.2.4. HangszínképA hangnyomásszintek ábrázolását a frekvencia függvényében hangszínképnek nevezzük. A tisztahang(szinuszos hang) színképe az adott frekvenciához tartozó egyetlen függőleges vonal. Összetettperiodikus hang színképe vonalas. Összetett, nem periodikus hang esetén folytonos színképet kapunk. A frekvencia elemzéséhez sávszűrőket, ill. digitális technikát használunk. A sávszűrők ahangenergiát meghatározott frekvenciahatárok között, azaz meghatározott frekvenciasávbanátengedik, e sávon kívül azonban visszatartják. A környezeti zajmérésekben leggyakrabban oktáv-vagy tercszűrőket alkalmazunk, de vannak keskenyebb sávú szűrők is. Az alkalmazott szűrők szerintoktávsávos, tercsávos vagy keskenysávú elemzésről beszélünk. A digitális berendezések ugyanezeketa jelenségeket számsorokkal képzett műveletek útján állítják elő. Oktávsávok esetén az ff felső határfrekvencia az fa alsó határfrekvencia kétszerese, aközépfrekvencia pedig a határfrekvenciák mértani középértéke, azaz Tercsávok esetén az alsó és a felső határfrekvencia hányadosa logaritmikusan éppen harmada azoktávsávénak: Hangszínképet nemcsak hangnyomásszintekkel, hanem hangteljesítmény-szintek-kel isfelrajzolható. A szabványos oktáv-és tercsáv-középfrekvenciákat és a sávhatárokat a 6.3. táblázattartalmazza. Keskenysávú elemzés esetén a sávhangnyomásszintek mellett minden esetben meg kelladni a sávszélességet. Sáv-határfrekvencia, fa, Oktávsáv-Középfrekvencia, Tercsáv-középfrekvencia, Hzff,Hz Hz ———————————— ———————————— 22,4 —— —— 25 28 —————— 31,5 31,5 35,5 —————— 40 ———————————— ———————————— 45 —— —— 11
  12. 12. 5056 —————— 63 6371 —————— 80 ———————————— ————————————90 —— —— 100112 —————— 125 125140 —————— 160 ———————————— ————————————180 —— —— 200224 250 250280 315 ———————————— ————————————355 —— —— 400450 500 500560 630 ———————————— ————————————710 —— —— 800900 1000 10001120 12501400 ———————————— ———————————— 12
  13. 13. —— —— 1600 ———————————— 1800 —— 2000 2000 ———————————— 2240 —— 2500 ———————————— ———————————— 2800 —— —— 3150 ———————————— 3550 —— 4000 4000 ———————————— 4500 —— 5000 ———————————— ———————————— 5600 —— —— 6300 ———————————— 7100 —— 8000 8000 ———————————— 9000 —— 10000 ———————————— ———————————— 11200 —— ——6-3. táblázat - Terc- és oktávsávok szabványos sávközépfrekvenciái és sáv-határfrekvenciái(MI 19401) Az egy oktávsávhoz tartozó három tercsávban mért hangnyomásszintek eredője egyenlő az oktáv-hangnyomásszinttel. Ha egy oktávsáv tercsávjaiban a hangnyomásszintek egyenlőek, akkor az oktáv-hangnyomásszint 4,8 dB-lel nagyobb a terchangnyomásszintnél. Az összes oktáv-ill. tercsávban mértsáv-hangnyomásszintek eredője egyenlő a teljes tartományban mért összegszinttel, az ún. lineáris-mérés eredményével, ami a hangnyomásszint-mérőtől függően infra-vagy ultrahang-kompo-nenseketis tartalmazhat. Ebben az esetben a lin-mérés eredője nagyobb lehet a hallható frekvenciasávba esősávhangnyomásszintek eredőjénél. 13
  14. 14. A hangszínképet oszlopos diagrammal adhatjuk meg. A frekvenciaskála oktávvagy tercelemzésesetén logaritmikus. A 6.2. ábrán frekvenciaszínkép ábrázolására láthatunk példát. 6-2. ábra - Frekvenciaszínkép6.3. HangterjedésA zajvizsgálat, a helyzetelemzés, a zajcsökkentést megalapozó tevékenység, valamint a műszakiakusztikai tervezés területén az első lényeges lépés, hogy ismerjük a hangtérben a zajforrás okoztahangnyomásszint eloszlást. Egy adott zajhelyzet elemzésénél a hangnyomásszint eloszlászajszintmérővel megmérhető. Amikor azonban egy olyan zajforrás, mint pl. egy zajos gyár még csak arajzasztalon létezik, akkor ennek a zajkibocsátását valamilyen elméleti képlet segítségével meg kellbecsülni annak érdekében, hogy megelőzzük a kellemetlen zajhatásokat. Ezen számítások elvégzéséhez ismerni kell azokat a tényezőket, amelyek a hangforrások körülkialakuló hangtér energiaviszonyait, az elsugárzott hangenergia terjedését befolyásolják. A hangforrásokra jellemző hangteljesítmény és a hangtér közötti kapcsolatra döntő hatással van • a hangforrás alakja, • a hangforrást körülvevő tér jellege (szabadtér, zárt tér), • a hangforrás térben elfoglalt helyzete, • a hangforrás az össz-hangteljesítményének mekkora hányadát sugározza a hangtér különböző részeibe, • a terjedés útjában levő hangakadály. Az előbbieknél kevésbé befolyásoló tényező a tér állapota (a hőmérsékleteloszlás, a sűrűség, a szélsebessége, iránya, a páratartalom), hacsak nem nagyon hosszú a terjedési út. 14
  15. 15. 6.3.1. Terjedés szabad térbenAz olyan teret, amelyben a hullámterjedést akadály nem zavarja, azaz a hanghullám a forrásból a términden irányában elhajlás, törés és visszaverődés nélkül terjed, akusztikai szempontból szabad térnektekintjük. A szabad tér ilyen megfogalmazása erős absztrakció, a valóságban sohasem létezik. Mégisközelítő pontossággal számos probléma megoldható a szabad tér tulajdonságainak feltételezésével. Hangforrásnak tekintünk minden rugalmas testet, amelyek meghatározott frekvenciatartománybanrezgésre gerjeszthetők, azaz a velük közölt energia egy részét rezgési energiává (hangenergiává)alakítják át. Ez az energia átadódik a környező közegnek és abban hanghullámok formájában terjed. Ajelenség hallhatóvá válása függ a kisugárzott energia nagyságától a rezgési frekvenciától, valamint ahangsugárzó és a közeg kölcsönhatásától az ún. sugárzási impedanciától. A hangforrások három alapvető típusát különböztetjük meg, amelyekből az összetett sugárzókelméletileg felépíthetők.6.3.1.1. Pontszerű hangforrások, irányítottságA pontszerű hangforrások idealizált sugárzók. Legegyszerűbb modelljük a lélegző gömb. Eztnulladrendű gömbsugárzónak nevezzük, ahol az egész gömbfelület radiálisan kifelé és befelé azonosfázisban mozog, a térfogat periodikusan változik és gömbhullámok alakjában sugározza ki ahangenergiát (6.3. ábra). Így a forrástól r távolságban az intenzitás: 15
  16. 16. 6-3. ábra - Pontszerű zajforrások. (Gömbsugárzók) Irányítottság irányítási tényező (D) A legtöbb esetben a hangforrás sugározta hangteljesítmény nem minden irányban azonosintenzitással terjed. A teljes gömbszerű terjedéstől való eltérés jellemzésére szolgál az irányításitényező D: A hangforrástól rtávolságban mérhető phangnyomás négyzetét viszonyítjuk annakap ghangnyomásnaka négyzetéhez, amely akkor lenne mérhető, ha az azonos P hangteljesítményűhangforrás minden irányban azonos intenzitással sugározna. Gömbsugárzó esetén D = 1 Félgömbsugárzó esetén D = 2 Negyed térbe sugárzó esetén D = 4 Nyolcad térbe sugárzó esetén D = 8 Az intenzitás az irányítás figyelembe vételével: 16
  17. 17. A hangnyomásszint és a teljesítményszint összefüggése: ahol: ro = 1 m A fenti összefüggésből kitűnik, hogy gömbsugárzó esetén a hangforrástól mért rtávolságmegkétszerezése esetében az intenzitásszint 20 lg 2r = -20 lg 2 - 20 lg r = -20 lg r – 6 AzI= p 2 ρ⋅c összefüggés felhasználásával a hangnyomásszintekre is a fenti összefüggést kapjuka levezetés eredményeképpen, így a hangnyomásszint csökkenésre is érvényes a fentimegállapítás. Ha a hangnyomásszint r1 távolságban Lp (r1), akkor r2 távolságban az Lp (r2)hangnyomásszint: A zajforrás irányítottságát az irányítottsági mutatóval jellemezhetjük. Az irányítottsági mutatómegmondja, hogy a zajforrást körülvevő felület (mérőfelület) valamelyik pontjában ahangnyomásszint mekkora értékkel tér el a mérőfelületen mért átlagos hangnyomásszinttől. A Girányítottsági mutató szabad félhangtér esetén: G = Li – Lm + 36.3.1.2. Vonalszerű sugárzókHa végtelen hosszú vonal minden eleme hangforrásként működik – vonalsugárzóról beszélünk. Ha a végtelen hosszú vonal minden eleme azonos fázissal és amplitudóval sugároz koherensvonalsugárzóról beszélünk. Ez egy olyan a sugarát periodikusan változtató hengerrel modellezhető,amelynek tengelye a vonalforráson van. A hullámfrontok ezúttal koncentrikus hengerek. Az egységnyivonalszakasz által elsugárzott hangteljesítmény legyen P’, amely tehát a vonalra merőlegesen,hengerszimmetrikusan terjed (6.4. ábra). Az r sugarú hengerpaláston az intenzitásI= P ′ 1 2πr1 = p 2 ρ⋅c 17
  18. 18. 6-4. ábra - Vonalszerű zajforrások szintekre áttérve és az irányítási tényezőt is bevezetve az r távolságú pontban az intenzitásszint ahol: ro = 1 m Inkoherens, egyidejűleg nem azonos fázisban sugárzó elemi gömbsugárzók egyenesen elhelyezettvégtelen sorát inkoherens vonalsugárzónak nevezzük. A kisugárzott teljesítmény ismét hengerszimmetrikusan oszlik el, a hossztengelyre merőleges síkbanegyenletesen terjed. Az egységnyi hosszúságú elem által lesugárzott teljesítmény legyen ismét P (W/m). Az r távolságban dl elemi hosszúságú sugárzó szakasz (6.5. ábra) létesítette intenzitás: integrálva – ∞-től + ∞-ig, szintekre áttérve és az irányítási tényezőt (D) bevezetve: ahol: hengersugárzónál D = 1 félhengersugárzónál D = 2 negyedhengernél D = 4 18
  19. 19. 6-5. ábra - Végtelen hosszúságú vonalszerű zajforrás geometriai jellemzői A közutak és vasútvonalak vonalsugárzónak tekinthetők, de vonalsugárzó lehet egy csővezeték is.Végtelen hosszú, egyenes vonalszerű zajforrás és akadálytalan terjedés esetén a hangnyomásszint atávolság megkétszereződésével 3 dB-lel csökken. Ha a hangnyomásszint r1 távolságban Lp(r1), akkor r2távolságban az Lp(r2) hangnyomásszint: A véges hosszúságú vonalforrás esetében (6.6. ábra), – a pontforrások x1 és x2 közötti folyamatoseloszlását feltételezve – az intenzitás az „M” pontban, amely „r” távolságban van a vonal tengelyétől akövetkezőképpen adhatjuk meg. ahol: P’ = az egységnyi hosszra eső hangteljesítmény az a szög, amely az „M” megfigyelési pontbólnyílik a vonalas forrásra (6.6. ábra) 19
  20. 20. 6-6. ábra - Véges hosszúságú vonalszerű zajforrás geometriai jellemzői Az egyenlet azt mutatja, hogy az intenzitás a zajforrás tengelyétől mért r távolsággal fordítottarányban csökken és egyenes arányban nő a ϕ szöggel. Ha a vonalsugárzószakasz és a megfigyelőközötti távolság nem elegendő nagy,végtelen vonalsugárzókra vonatkozó összefüggéssel számítható az intenzitás. Szintekreáttérve és az irányítási tényezőt is bevezetve kapjuk (ro = 1 m): L = LW + 10lg ϕ - 10lg r + 10lg d 11 A fenti összefüggésekből megközelítőleg az következik, hogy az intenzitásszint 3 dB-el csökken aforrástól való távolodás minden egyes megkétszereződésekor, amígés 6 dB-el csökken a forrástól való távolodás minden egyes megkétszereződésekor, amikormár a távolság-nél nagyobb. 20
  21. 21. 6.3.1.3. Felületi sugárzókHa a zaj nagyobb felületű szabad nyíláson, ablakon, vagy vékony falon át jut a környezetbe, akkor ahang meglehetősen nagy felületen sugárzódik el. A számítások során ilyen esetekben azt feltételezzük,hogy a felület egyenletesen elosztott, független zajforrásokból áll, és a zajenergiát véletlenszerűfázisban félgömbszerűen sugározzák szét. A hangintenzitás a megfigyelési pontban úgy kapható meg,hogy integráljuk a minden egyes pontból kisugárzott hangenergiát.Kör alakú felületi sugárzókHa a zajforrás egy R sugarú körfelület (6.7. ábra), akkor az intenzitás a kör középpontjáramerőlegesen álló egyenesen levő megfigyelési pontban a következőképpen számítható. ahol: P – az egységnyi felületre eső hangteljesítmény, R – kör sugara, d – távolság a zajforrás középpontjából. 6-7. ábra - Kör alakú felületi sugárzó geometriai jellemzői Szintekben kifejezve és az irányítási tényezőt is bevezetve: E kifejezés harmadik tagjának változása a d távolság függvényében a 6.8. ábrán látható. Ez aztmutatja, hogy a hangintenzitás 6 dB-lel csökken a távolság minden egyes megkétszerezésekor attól aponttól kezdve, ami már távolabb van a kör alakú zajforrás átmérőjének hosszától. 21
  22. 22. 6-8. ábra - Hangnyomásszint változása a távolság függvényében kör alakú felületi sugárzó eseténDerékszögi felületi sugárzókA derékszögű felületi sugárzó esetén a zaj keletkezésétől r távolságra levő (M) megfigyelési pontbanaz intenzitás a 6.9. ábra jelöléseivel. ahol: P’ – az egységnyi felületre eső hangteljesítmény. 22
  23. 23. 6-9. ábra - Téglalap alakú felületi sugárzó geometriai jellemzői Ha x1 és y1 nullával, x2 „a”-val y „b”-vel egyenlő és „d”-vel normalizálva a hosszúságot, az előbbiegyenlet integrációs kifejezése – ψ-vel jelölve – a következőképpen írható fel: A ψ kiszámított értékei a 6.10. ábrán láthatók. 23
  24. 24. 6-10. ábra - A ψ értékek diagramja téglalap alakú felületi sugárzó esetén Az „M” megfigyelési pontban az intenzitásszint: L = L W –8 + 10lg D + 10lg ψ A 6.10. ábra ugyan speciális eset, de alkalmazni lehet a derékszögű felületi források minden esetére.Ehhez a 6.11. ábra nyújt segítséget, amelyen a távolság függvényében látható az intenzitásszintcsökkenése. 24
  25. 25. 6-11. ábra - A hangnyomásszint változása a távolság függvényében téglalap alakú felületi sugárzó esetén6.3.1.4. A szabadtéri terjedést befolyásoló tényezőkA levegő csillapításaA valóságban a levegő, amelyben a hanghullámok terjednek, egyáltalán nem ideális, így atávolságtörvény alapján számított hangnyomásszint-csökkenésnél nagyobb adódik a valóságban.Ennek egyik oka a levegő hangelnyelése. A levegőben a zaj terjedése során veszteségek keletkeznek. A levegő csillapítása erősen függ afrekvenciától, a magas hangok jobban csillapodnak, mint a mélyek. A csillapítás függ ezenkívül alevegő hőmérsékletétől és relatív nedvességtartalmától is. A belső súrlódást és hőelvezetést leíró összefüggések szerint mindkét hatás a frekvenciávalnégyzetesen növekvő tényezővel fejezhető ki. A molekuláris elnyelési mechanizmus arra a jelenségre vezethető vissza, hogy a levegőt alkotómolekulák nemcsak haladó mozgásukhoz képesek energiát felvenni környezetükből, hanem amolekulát alkotó atomok egymás körüli forgó és az egymáshoz viszonyított rezgő mozgásához is. Alevegőmolekulák haladó és az atomok forgó mozgása gyorsan gerjeszthető, azaz az energiafelvételazonnal megtörténik, az atomok rezgésgerjesztéséhez azonban időre van szükség, amely idő alatt azenergianövekedés a másik két energiaforma terhére következik be. A termikus egyensúly kialakulásifolyamatát relaxációnak, az ehhez szükséges időt relaxációs időnek nevezik. A relaxációs folyamatenergiát von el és ezáltal csökkenti a hanghullámok hangnyomásszintjét. 25
  26. 26. A 6.12. ábra levegő hangelnyelő hatását mutatja a frekvencia és a távolság függvényében. 6-12. ábra - A levegő csillapító hatása ΔL a hangforrástól való távolság és a frekvencia függvényében A γl levegőcsillapítási tényező megadja az 1 m terjedési hosszra eső hangnyomásszintcsökkenéstdB-ben, értékeit néhány frekvenciára a hőmérséklet és a relatív nedvességtartalom függvényében a6.4. táblázat tartalmazza. A ΔLl hang-nyomásszint-csökkenés dB-ben: ahol: d – a távolság, m. Levegőcsillapítási tényező, 10–3 dB/m A levegő A levegő relatív 1 2 5 1 2 4 8hőmérséklete nedvességtartalma 6 2 5 0 00 00 00 00 °C % 3 5 0 0 0 0 0 0 Hz középfrekvenciájú oktávsávban 26
  27. 27. 0 0 0 2 6 1 4 1 50 , , , , ,1 8 8 20 2 4 8 1 0 0 0 1 4 1 3 9 0 70 , , , , ,2 2 6 6 2 4 7 6 0 0 0 1 3 9 2 7 90 , , , , ,3 ,3 8 7 2 4 7 4 0 0 0 1 3 1 3 8 50 , , , , ,9 4 1 6 2 4 9 7 0 0 0 1 3 7 2 6 10 70 , , , , ,5 ,8 1 1 2 4 9 7 0 0 0 1 3 9 1 4 90 , , , , ,5 ,1 7 6 2 4 9 7 0 0 1 2 4 8 2 5 50 , , , , ,2 ,5 0 3 3 5 1 1 0 0 1 2 4 8 1 3 20 70 , , , , ,2 ,5 7 9 3 5 1 1 0 0 1 2 4 8 1 3 90 , , , , ,2 ,5 7 4 3 5 1 16-4. táblázat - A gl levegőcsillapítási tényező értékei néhány frekvenciára a hőmérséklet és arelatív nedvességtartalom függvényében Tervezési célokra a 10 °C levegő-hőmérséklethez és a 70% relatív nedvességtartalomhoz tartozóértékeket célszerű használni. Az A-hangnyomásszint a hangszínképből állapítható meg, azonban közelazonos frekvencia-összetételű zajforrások esetén (pl. a közúti közlekedés) a csillapítási tényezőkifejezhető A-súlyozással, dB(A)-ban is. Kisebb távolságok esetén a levegő csillapításaelhanyagolható.A növényzet hatásaHa a hang növényzeten (bokrok, fák) halad át, szóródás és hangelnyelés következtébentöbbletcsillapítás következik be. A többletcsillapítás függ a frekvenciától, a növényzet fajtájától éssűrűségétől és a növényzeten keresztülvezetett hangút hosszúságától. A többletcsillapítás 27
  28. 28. következtében létrejövő ΔLn hangnyomásszint-csökkenés különböző növényzettípusokra átlagosan azalábbi összefüggéssel számítható: ahol: f – a frekvencia, (Hz), d – a hangút a növényzeten keresztül (m). Érdemi zajcsökkentés csak aljnövényzettel rendelkező sűrű erdő esetén érhető el, ha a növényzetenténylegesen áthaladó hangút legalább 30…50 m. A növényzet csak a föld felszínén attól 3–4 m magasságig érezteti hatását és semmi esetre sem nyújtvédelmet a magasan fekvő zajforrások ellen. A növényzet növési ideje, lombossága, bizonytalansűrűsége és a légállapot (szél, hőmérséklet) befolyása miatt a védősávok hatékonyságára alegkörültekintőbb óvatossággal lehet számítani.HangvisszaverődésA hangvisszaverődést figyelembe kell venni, ha a zajforrás vagy a megfigyelő közelében nagyobbhangvisszaverő felületek (falak, épületek stb.) vannak. Ilyen esetben tükrözéssel kapott tükörzajforrással számolhatunk. A hangvisszaverő felületközelében a hangnyomásszint 3 dB-lel emelkedik.Meteorológiai hatásokA szél és a hőmérséklet hatása A nyílt földfelszín fölött mindig létezik jelentős függőleges irányú szél-és hőmérsékleti gradiens, melynek nagysága és előjele befolyásolja a zajterjedési viszonyokat. A szélsebesség és a hang terjedési sebessége vektoriálisan összegződik, így a széliránnyalmegegyező irányú hangterjedés nagyobb, ellenkező irányban kisebb sebességű. A légáramlást a talajközelében a növényzet és a beépítés fékezi, ezáltal a szélsebesség a magasság növekedésévelnövekszik. Emiatt a hanghullámok a szélirányban történő terjedésnél a föld felé, ellenkező irányúterjedésnél a földtől felfelé hajlanak el (6.13. ábra). 28
  29. 29. 6-13. ábra - A hang elhajlása a magassággal növekvő szélsebesség valamint a magassággal csökkenő vagy emelkedő hőmérséklet esetén A széllel szembeni zajterjedésnél bizonyos távolságra árnyék jön létre. Szélirányban történőzajterjedésnél azonban nem alakul ki árnyék, sőt a hanghullámok föld felé hajlása ebben az esetben amesterségesen akadályozott zajterjedést kedvezőtlenül befolyásolja, és a zajcsökkentő hatást részbenvagy teljesen megszünteti. A szél hatása különösen nagy távolságokban okozhat nagy hangnyomásszint-inga-dozásokat. Aszélhez hasonló hatást okoz a zajterjedésére a hőmérséklet is. Abban az esetben, amikor a hullámfrontbizonyos részeinek terjedési sebessége különbözik a hullámfront többi részének sebességétől, ahullámfront iránya megváltozik. Nappal a talajfelmelegedés közben a levegő felsőbb rétegei hidegebbek, mint az alsók, azaz negatívhőmérséklet-gradiens alakul ki, az alsóbb rétegekben a hanghullám útját jelző nyomvonal felfelégörbül, és bizonyos távolságban árnyékzóna alakul ki (6.13. ábra). Abban az esetben, ha az alsó rétegek hidegebbek (télen, valamint tiszta szélcsendes éjszakában),mint a felsők, akkor a nyomvonal a föld felé hajlik el (6.13. ábra).A talaj hatásaA talaj közelében bekövetkező különböző hatások többletcsillapítást okozhatnak. A földhatás komplexjelenség, amelyet a föld hangvisszaverő és hangelnyelő tulajdonsága együttesen idéz elő, és amelyetjelentős mértékben befolyásolnak a földközeli meteorológiai viszonyok. A föld (és itt földön értünkbármilyen, a gyakorlatban előforduló visszaverő és elnyelő felületet) elnyelése és reflexiója a földakusztikai tulajdonságai és impedenciája mellet a zajforrás és az észlelő magasságától és távolságátólis függ. A kemény felületek (beton, aszfalt) hangelnyelése nagyon csekély, a füves terület, kötött talajelnyelése már jelentős. Ha a zajforrás a talaj fölött van, interferencia lép fel a megfigyelő helyén, aközvetlen és a talajról visszavert hanghullám között. Nagyobb távolságok esetén a hangelnyelés és 29
  30. 30. szóródás következtében 3 dB többletcsillapítással számolhatunk, a szabad féltéri terjedéshez képest. Asűrű fű vagy más aljnövényzet lényegesen nagyobb csillapítást eredményez, mint az elnyelő talajok(pl. homok). A csillapítás elérheti a 20 dB/100 m értéket is.Hangárnyékolás hatásaA földfelszíni hangterjedést jelentősen befolyásolják a különböző akadályok – házak, házsorok, falak,gátak – és a domborzati viszonyok. Az akadályok mögött hangárnyék alakul ki, ahova, ha másvisszaverő felületek nincsenek a közelben, csak az akadály felső élét és rétegeit megkerülve ahullámelhajlás jelensége miatt és különleges terjedési viszonyok következtében jut el a hang. A hangútjába helyezett akadály (épület, terepalakulat, zajvédő fal) mögött hangárnyék keletkezik. Az akadály élénél a hang szóródik, ezért az árnyékolás nem teljes, a hangakadály mögé is juthangenergia. A ΔLa hangnyomásszint-csökkenés elméletileg pontszerű zajforrás és végtelen hosszú fal esetén azalábbi összefüggéssel – a Fresnel-integrállal – számítható: ahol: N – a Fresnel-szám, λ – a hullámhossz, l Z – (A + B) - D az árnyékolási tényező (6.14. ábra). Az egyenlet N ≤ –0,2 esetén érvényes, kisebb Fresnel-szám esetén ΔLá = 0. A csillapítás erősenfügg a frekvenciától. Az egyenlet értékeit a gyakorlatban általában nem lehet elérni. A mérésieredményekkel jobb egyezést mutatnak a Fleischer diagramja alapján meghatározott értékek (6.15. ábra). 30
  31. 31. 6-15. ábra - A hangárnyékoló szerkezet által létrehozott Lá hangnyomásszint csökkenés a frekvencia és a Z árnyékolási tényező függvényében (Fleischer szerint 1970.) Ez meglehetősen bonyolult módszer, a gyakorlatban különböző elméleti és tapasztalatimegfontolások alapján levezetett közelítő összefüggések terjedtek el. Az összefüggésből látható, hogy különösen a nagy frekvenciákon (kicsi λ-áknál) csökken jelentősena hangnyomásszint, és még akkor is van néhány dB csökkenés, ha a megfigyelő a hangforrás és azakadály teteje egy síkban van. A gyakorlat számára ϑ //<// 120° esetében (6.14. ábra) elegendő pontosságúak az alábbiösszefüggések is. 31
  32. 32. 6-14. ábra - A hangárnyékolás geometriai jellemzői. Árnyékolási tényező: Z = (a + b) – d ΔL 10 20 lg N ha N ≥ 1; és ΔL 10lg(20N + 3) ha N ≥ 0,2. A fenti összefüggések vékony árnyékoló szerkezetekre (falakra) vonatkoznak. Épületek esetében akét él hatását közelítésként úgy vesszük figyelembe, hogy a hang útjához az épület szélességét ishozzászámítjuk.6.3.2. Terjedés zárt térbenA zárt terek akusztikája a hang tudományának egyik legfontosabb területe. A nagy szabálytalan alakúzárt helyiségek hangterére pontos matematikai leírás nem adható. Ehelyett a statisztikai teremhangtantörvényszerűségeit felhasználva, olyan egyszerűbb matematikai kifejezések nyerhetők az akusztikaikörülményeket illetően, amelyekkel a helyiségben kialakuló hangtér megbízhatóan leírható. Ezek azösszefüggések nagyon gyakran a zajcsökkentési problémák megoldásához is elegendőek.6.3.2.1. Hangelnyelés, hangelnyelési fokA zárt terekben kialakuló energiaviszonyok és a zajszabályozás szempontjából az anyagok és tárgyakhangelnyelési képességének van nagy jelentősége. Ha két közeget elválasztó felületre hanghullám esik, a hullám által közvetített energia egy részevisszaverődik, másik része behatol a második közegbe, ahol részben elnyelődik – hővé alakul –, illetvea közegben terjed. A második közegben terjedő energia újabb közegfelülethez érve részben ismétvisszaverődik, részben behatol (átvezetődik, lesugárzódik) az új közegbe (6.16. ábra). 32
  33. 33. 6-16. ábra - A hangteljesítmény két helyiséget elválasztó falon való áthatolásának elvi ábrázolása W1: a falra beeső teljesítmény; Wr: a falról visszavert teljesítmény; We: a falben elnyelt teljesítmény;Wh: a falban hővé alakult teljesítmény; W2: a falon közvetlenül áthaladt teljesítmény; W2: kerülőutakon a vevőhelyiségbe jutó teljesítmény; L1: az átlagos hangnyomásszint az adóhelyiségben; L2: azátlagos hangnyomásszint a vevőhelyiségben A visszavert,a hővé alakult és az átmenő energia összege természetesena belépő energiával egyenlő,vagyis az intenzitásokat nézve: Wbeeső = Wvissz. + Wátm. Wveszt. A visszaverődött és beérkező hangintenzitás viszonyát visszaverődési foknak (ρ) nevezik: A hővé alakult és a beérkező hangintenzitás viszonyát veszteségi tényezőnek (δ) nevezik: 33
  34. 34. Az átvezetett és a beeső hangintenzitás viszonya az átvezetési fok: (τ). A fentiek alapján: r+d+t=1 A hangforrás felőli oldalról nézve a hangenergia csak két részre oszlik, mivel vagy visszaverődikvagy elvész. Tehát a vissza nem vert energiát elnyelt energiaként kell figyelembe venni. Ahangelnyelés mértéke a hangelnyelési fok (α): Mivel a hangelnyelési fok a felület által elnyelt és a felületre eső hangenergia viszonya, ennekmegfelelően az α 0és1 között minden értéket felvehet. Minden anyag képes a hangenergia egy részét elnyelni. Az elnyelt energia mennyisége azaz azanyag elnyelési foka nagymértékben függ az anyag szerkezeti felépítésétől, a frekvenciától és abeesési szögtől. A fentiek alapján megkülönböztetünk jó hangelnyelő képességű anyagokat –hangelnyelő anyagokat – és rossz hangelnyelő képességű anyagokat – hangvisszaverő anyagokat. A pórusos hangelnyelő anyagok esetében a felület nyitottsága következtében a hanghullámokbehatolnak az anyagba, az anyag elemi szálai közötti igen szűk „csator-nák”-ba. A mozgólevegőrészecskék és az elemi szálak közötti súrlódás folytán az energia nagy része hővé alakul. Afelületről a hullámok energiájának csak igen kis része verődik vissza, így az elnyelési tényező α ≈ 1. A frekvencia szerinti megkülönböztetés alapján nagy-, közepes-, és kisfrekvenciás hangelnyelőanyagokról, szerkezetekről beszélhetünk.6.3.2.2. Energiaeloszlás zárt térbenAkusztikailag zárt térben elhelyezett véges kiterjedésű zajforrás az általa lesugárzott hangenergiávalgerjeszti a teret, a helyiségben hangteret hoz létre. A zajforrás sugárzási terének jellege a hangforrástólmért távolsággal változik.KözeltérA forrás közvetlen közelében a rezgő levegőrészecskék sebessége (részecskesebesség) nem esikszükségszerűen a hullámterjedés irányába, ezért bármely pontban jelentős tangenciálissebességösszetevő létezhet. A hangtérnek ez a része a közeltér, amelyet gyakran a hangnyomásnak ahelytől függő jelentős változása jellemez. Ezenfelül a hangintenzitás nincs egyszerű összefüggésben ahangnyomás négyzetével. 34
  35. 35. A zajforrás közelterének kiterjedése a frekvenciától, a forrásra jellemző mérettől és felület sugárzórészeinek fázisától függ. A jellemző méret változhat a frekvenciával és a szögbeli helyzettel. Ezértnehéz egy tetszőleges hangforrás közelterének általános hatásait pontosan megadni.Közvetlen hangtérA hangtér azon része, amelyben a hangforrástól közvetlenül érkező, még vissza nem verődötthangenergia határozza meg a tér energiatartalmát, a közvetlen sugárzási vagy szabad hangtér. Ez ahangtér nem függ a helyiség akusztikai tulajdonságaitól. Ebben a térrészben a szabad hangtérienergiaterjedés vehető figyelembe, ahol a részecskesebesség elsősorban a hangterjedés irányába esikés a hangintenzitás a hangnyomás négyzetével arányos: illetvep k 2 = P 4π r 2 ⋅ρ⋅cVisszavert hangtérA hangforrás által lesugárzott energia a helyiség falairól visszaverődik. A visszavert energiaintenzitása kisebb, mint a beesőé, mivel a beeső energia a-szorosát a fal elnyeli. A vizsgált helyiség sok esetben nagy a hangforrás méreteihez viszonyítva, s nem mindig szabályosalakú. Ennek folytán a helyiség minden pontján a legkülönbözőbb irányú és intenzitású hanghullámokhaladnak: kialakul a szórt (diffúz), visszavert hangtér. A hangforrásból kilépő P teljesítménynek az a hányada jut a visszavert hangtérbe, melyet a helyiségfalai nem nyelnek el. Állandósult állapotban a visszavert hangtérbe jutó (az első visszaverődés során elnem nyelt) teljesítmény: Állandósult állapotban a visszavert hangtérben minden visszaverődés során az energiának – a-szorosa elnyelődik. Időegység alatt n visszaverődés történik, így a visszavert hangtér energiájábólelnyelt teljesítmény: ahol:– a tér átlagos elnyelési tényezője, wv – a hangtér energiasűrűsége, V – a helyiség térfogata. Mivel Pv = Pe A két visszaverődés közötti közepes szabad úthossz: 35
  36. 36. A visszavert hangtér intenzitása: Iv = wv c Így: Az akusztikában az mennyiséget teremállandónak nevezik, ahol:– az átlagos elnyelési tényező, melynek értéke a különböző hangelnyelő tulajdonságúfelületek ismeretében számítható: A számlálóban levő mennyiséget elnyelési számnak vagy egyenértékű elnyelési felületnek nevezzük. Ez fizikailag annak a minden beeső hangenergiát elnyelő felületnek a nagyságát adja, melyegyenértékű a helyiség elnyelőképességével. A diffúz térben a hangnyomás és hangnyomásszint Az előzőekben meghatározott intenzitások és hangnyomások eredőjeként jön létre a helyiségben azállandósult eredő hangtér. A hangtérben mindkét összetevő hatása egyidejűleg érvényesül, eredőjük: A behelyettesítéseket elvégezve és mindkét oldal tízszeres logaritmusát véve, kapjuk: Az egyenlet jobb oldalának második tagja – az L–Lw mennyiség – a hangforrástól mért távolság (r)és a D irányítási tényező függvényében, különböző RT teremállandók mellett a 6.17. ábrán látható. 36
  37. 37. 6-17. ábra - Az Lp hangnyomásszint és az Lw teljesítményszint különbsége zárt helyiségben a távolság és az egyenértékű elnyelési felület függvényében hangvisszanyerő felületre helyezett zajforrás esetén A gyakorlat a fenti összefüggéssel kapcsolatban egy közelítéssel él, az RT teremállandó helyett az Aelnyelési szám használható. A zajcsökkentéssel kapcsolatos intézkedések megtervezésekor fontos annak eldöntése, hogy ahelyiség adott pontján a közvetlen, vagy a visszavert hangtér uralkodik-e. A két hangtér határának azta rh a hangforrás és megfigyelő közötti távolságot értjük, melynél a két hangtérből származóhangnyomásszintek egyenlők 37
  38. 38. 6.3.2.3. Utózengési időEgy helyiségben elhelyezett és működésbe hozott zajforrás hatására a helyiségben rövid idő alattkialakul az állandósult eredő hangtér. A hangtér feltöltődése után a szint állandó marad, majd ahangforrás kikapcsolása után csökkenni kezd, ugyanis a felhalmozódott energiának kell pótolnia azelnyelt energiát is. Nemzetközi megállapodás alapján azt az időt, mely alatt a hangforrás működésének megszűnéseután zárt térben a hangnyomás az ezredrészére, azaz a hangnyomásszint 60 dB-lel csökken, utózengésiidőnek nevezzük (T): Ha az átlagos elnyelési tényező nem túl nagy az utózengési idő képlete az ún. Sabine-féle képlet. Ha a Norris–Eyring-formulát kell használni.6.3.2.4. A hangelnyelés hatása belső terekbenA helyiségen belüli zajcsökkentés egyik hatásos eszköze, ha a helyiség mennyezetét és falaithangelnyelő anyaggal burkolják. Az elérhető DL hangnyomásszintcsökkenés: ahol: A1 – az eredeti helyiség egyenértékű elnyelési felülete, A2 – a helyiség egyenértékű elnyelési felülete a hangelnyelő falburkolat elhelyezése után. A gyakorlatban elérhető hangnyomásszint-csökkenés 3 dB és 8 dB közé esik. A 6.17. ábrábóllátható, hogy ez a hangnyomásszint-csökkenés csak a zajforrástól távolabb, a diffúz térrészbenkövetkezik be. A zajforrásokhoz közelebb, a csökkenés kisebb. Hangelnyelő anyagként elsősorban porózus anyagokat alkalmazhatunk. A hangelnyelési tényező, α,erősen frekvenciafüggő, értéke függ az anyag minőségétől, vastagságától és az anyag és a fal közöttilégrés nagyságától. 38
  39. 39. Hangelnyelő anyagként falborítás helyett vagy azzal kombinálva, befüggesztett hangelnyelőelemeket is alkalmazhatunk. Az elemek különböző alakúak lehetnek pl. hasáb, kúp, gúla stb. Aporózus anyagok inkább a nagyobb frekvenciákon hatásosak, kis frekvenciákon az elnyelésitényezőjük kicsi. Kis frekvenciákon nagyobb csillapítást rezonátorokkal érhetünk el. A rezonátorokhátránya, hogy viszonylag keskeny frekvenciasávban hatásosak. 6-18. ábra - Helmmoltz-rezenátor elvi felépítése S: a nyílás felülete; l: a nyak hossza; V: a kamra térfogata A Helmholtz-rezonátor elvi elrendezését a 6.18. ábra szemlélteti. A V térfogatú kamrában levőlevegő rugóként, a S felületű és l hosszúságú nyak tömegként működik. Az fr rezonanciafrekvencia: ahol: c – a hangsebesség, Δl – a nyakkorrekció, értéke: kör keresztmetszetű nyílás esetén, ha a nyílás átmérője d, szabálytalan,de nem hosszúkás nyílás esetén Lemezrezonátorok esetén a tömeg vékony lemez vagy fólia, a rugó pedig általában a merev fal és alemez vagy fólia közötti levegőréteg. A fr rezonanciafrekvencia 39
  40. 40. ahol: d1 – a lemez (fólia) és a merev fal távolsága, cm, M – a lemez 1 m2-re eső tömege, kg/m2. Az összefüggés 45°-os beesési szögre vonatkozik és statisztikus beesés esetén jó közelítést ad. Afólia, ill. lemez közé gyakran porózus anyagot helyeznek. Ha a fólia igen vékony, a szerkezet porózusanyagként, ha vastagabb, rezonátorként működik. Perforált lemezzel fedett porózus anyag esetén isbekövetkezik rezonancia, tehát ezek a szerkezetek is „hangolhatók”, bár alapvetően porózuselnyelőként működnek.6.3.3. Hangterjedés falon keresztül6.3.3.1. Hanggátlás fogalma, mennyiségeiA falak szerkezetüktől függően, kisebb-nagyobb mértékben gátolják a hang terjedését. A falbabehatoló I1 intenzitású hanghullám a falban energiája egy részét elveszti, majd a másik oldalon a falbólkilépve I2 intenzitási hullámként továbbhalad (6.19. ábra). A két intenzitás viszonya a transzmisszióstényező: 40
  41. 41. 6-19. ábra - Egyrétegű fal elvi léghanggátlási görbéje A hanggátlás nem más, mint az adott felületű falba belépő I1 és annak kilépő I2 intenzitásokviszonyának tízszeres logaritmusa. A hanggátlás értéke a fal fizikai tulajdonságára jellemző, és általában nem egyenlő azon kéthelyiségben uralkodó hangnyomásszintek különbségével, melyeket a vizsgált fal elválaszt.6.3.3.2. Egyrétegű falak hanggátlásaA fal felületére merőlegesen beeső hanghullámok (a hullámfronta fal felületével párhuzamos) esetén ahanggátlás mértékét a fal felületegységre jutó tömege és a frekvencia egyértelműen meghatározzák: ahol: f – a frekvencia (Hz), M – felületegységre jutó tömeg (kg/m2), 41
  42. 42. ρ0 – levegő sűrűsége (ρ0 = 1,2 kg/m2), c – hang terjedési sebessége. A tömegtörvény azt mutatja, hogy a hanggátlás a frekvenciás vagy a felületegységre jutó tömegmegkétszerezésével 6 dB-lel nő. Egyrétegű, homogén falak léghanggátlási görbéjét a 6.19. ábra szemlélteti. A kis frekvenciákon(„A” szakasz) a hanggátlás adott frekvencián lényegében csak a fal M fajlagos tömegétől(felületegységre eső tömegétől, kg/m2) függ. Ezen a szakaszon érvényes az előbbi összefüggés szerintiún. tömegtörvény. Jó közelítést kapunk a tapasztalati Berger-féle törvény alkalmazásával: R = 18 lg M + 12 lg f – 25 A „B” szakaszona hullámkoincidencia lerontja a lemezszerkezetek hanggátlását. Koincidenciaakkor jön létre, amikor a falra ferdén beeső hanghullám hullámhosszának vetülete egybeesik a hajlításihullám hullámhosszával. Koincidencia esetén a lesugárzás a fal másik oldalán felerősödik. Az fkkoincidencia-határfrekvencia: ahol: d – a fal vastagsága, cm, ρ – a fal sűrűsége kg/m3; E – a rugalmassági modulus, N/m2. A koincidencia jelenségének elkerülésére a fal anyagát és vastagságát úgy kell megválasztani, hogya koincidencia-frekvencia 100 Hz alá vagy 3150 Hz fölé essék. A gyakorlatban egyes esetekbenelfogadható, ha a határfrekvencia a 200 Hz-től 1600 Hz-ig terjedő frekvenciatartományon kívül esik.Néhány fontosabb anyag koincidencia-frekvenciáját a jellemző vastagságokra a 6.5. táblázatbanfoglaltuk össze. Vasta Koincidencia- Az anyag gság határfrekvencia,megnevezése cm fk, Hz Aluminium 0,4 3100 0,7 1800 Acél 0,4 3100 0,7 1800 Ólom 1,5 3500 3,0 1700 42
  43. 43. Üveg 0,4 3300 0,8 1600 Beton 10 190 20 100 Tégla 12 180 25 906-5. táblázat - Különböző anyagú lemezeknek a koincidencia elkerüléséhez szükséges vastagsága A „C” szakaszona hanggátlás ismét egyenesen emelkedik, 7,5 dB/oktávval, tehát valamivelmeredekebben, mint az A szakaszon. Az R hanggátlás a gyakorlati eredményekkel jól egyezőösszefüggéssel számítható: ahol: η – a veszteségi tényező.6.3.3.3. Összetett falak hanggátlásaGyakori eset, hogy a fal nem homogén, hanem különböző hanggátlású elemekből áll, pl. téglafalbanlényegesen kisebb hanggátlású ablak vagy ajtó van. A te eredő átvezetési tényező: ahol: S1 és S2 – a két falelem felülete, τ1 és τ2 – a két falelem átvezetési tényezője. Az Re eredő hanggátlás: ahol: S1 a nagyobb hanggátlású elem, R2 a kisebb hanggátlású elem hanggátlása (R1 //>// R2), S1, S2 az R1 ill. R2 hanggátlású elem felülete. Ha a falban nyílás van, a képletben R2 = 0-t kell helyettesíteni. Ha R1 lényegesen nagyobb R2-nél,használható az alábbi közelítő összefüggés: 43
  44. 44. 6.3.3.4. Kétrétegű falak hanggátlásaAkusztikai szempontból kétrétegű (6.20. ábra), megfelelően méretezett fal alkalmazásával nagyobbhanggátlás érhető el, mint azonos fajlagos tömegű egyrétegű fal esetén. A két falréteg közöttlevegőréteg, ill. rugalmas anyag a rendszerben rugóként működik. 6-20. ábra - Többrétegű falak hanggátlása a frekvencia függvényében a) kétrétegű fal; b) ugyanolyan súlyú egyrétegű fal fr: rezonancia frekvencia; fλ1, fλ2, fλ3: kritikusfrekvencia A rezonanciafrekvencia, fr, alatt a kétrétegű fal hanggátlása megegyezik az azonos fajlagos tömegű,egyrétegű fal hanggátlásával. A rezonanciafrekvencián a hanggátlás erősen csökken, elméletileg 0értéket is elérheti. Az fr rezonanciafrekvencia, (Hz), ha a két falréteg között levegő van: ahol: M1 és M2 – a két réteg fajlagos tömege, kg/m2, d – a két falréteg távolsága, cm. Az fr rezonanciafrekvencia, Hz, ha a két falréteg között rugalmas anyag van: 44
  45. 45. ahol: s – a rugó anyagának dinamikai merevsége. A szerkezetek kialakításakor arra kell törekedni, hogy a rezonanciafrekvencia a lehető legkisebblegyen. A rezonanciafrekvencia felett elméletileg a hanggátlás ΔR javulása, az egyrétegű falhozképest: Ez oktávonként 12 dB javulásnak felel meg. Eszerint pl. két hajlításlágy lemezből készült fal eseténa hanggátlás növekedése 18 dB/oktáv lenne. Ilyen nagymértékű növekedés azonban a gyakorlatbancsak a közvetlenül rezonanciafrekvencia feletti frekvenciákon következik be, később az emelkedéskisebb mértékű lesz. A kétrétegű szerkezetek hanggátlását a rezonancia-határfrekvencia környékénviszonylagos hanggátlásminimum figyelhető meg. A rezonancia frekvencia alatt a falak hanggátlását a tömegtörvénnyel lehet számítani, mégpedig úgymintha a két fal egy réteg lenne. M = M1 + M2 A rezonancia frekvencia felett az fr és fc között a hanggátlás 12 dB(okt) meredekséggel emelkedik. A közepes és nagy – frekvenciáknál is jelentkeznek rezonanciák, melyeknél a hanggátlás erősencsökken. Ezek a rezonáns frekvenciák akkor alakulnak ki, ha a falak közötti rés mérete (t) afrekvenciának megfelelő hullámhossz felével, vagy annak egész számú többszörösével egyenlő, s ígya hézagban állóhullámok alakulnak ki. Szobahőmérsékleten ezek a frekvenciák: ahol: n = 1, 2, 3 … -n. A hanggátlás csökkenése azonban ezeken a frekvenciákon nem alakul ki, ha a résbe hangelnyelőanyagot helyeznek. A nagy frekvenciákon, ahol a hullámhossz jóval kisebb a t méretnél, a két fal hanggátló hatásaegymástól függetlenül érvényesül, ennek megfelelően az eredő hanggátlás a két fal hanggátlásánakösszege. A koincidencia jelensége a kettős falaknál is fellép. Hatását csökkentia légrésben levőhangelnyelőanyag, valamint különböző vastagságú falrétegek esetén a koincidencia frekvenciákeltérése. 45
  46. 46. 6.3.3.5. A szerkezetek hanggátlásának mért jellemzőiA léghanggátlás két helyiséget elválasztó fal olyan tulajdonsága, amely megakadályozza a falra beesőhangenergia túlnyomó részének átjutását a szomszédos helyiségbe. A teljesítmény egy hányada közvetlenül áthalad a falon, míg másik hányada kerülőutakon jut át azadóhelyiségből a vevőhelyiségbe (6.21. ábra). A kerülőutas hangátvezetést csak laboratóriumiviszonyok között lehet kiküszöbölni, a helyszíni viszonyok között, épületekben mindig jelen van. 6-21. ábra - A hang átjutásának lehetőségei többrétegű falszerkezeten 1. léghang; 2. tartószerkezeti hangátvezetés; 3. födémszerkezeti kerülőutas hangátvezetés Laboratóriumi viszonyokra az R hanggátlás (hanggátlási szám), dB: ahol: τ – az átvezetési tényező. 46
  47. 47. Laboratóriumi viszonyokra t Helyszíni viszonyok esetén az R’ hanggátlás (hanggátlási szám), dB: ahol: a helyszíni átvezetési tényező, τ A kerülőutas hangátvezetés következtében a laboratóriumokban meghatározott R hanggátlás mindignéhány dB-lel nagyobb, a helyszínen mért R hanggátlásnál. Az adó-és a vevőhelyiség átlagos hangnyomásszintjei közötti D különbség, dB. D = L1 – L2 ahol: L1 – az adóhelyiség átlagos hangnyomásszintje, L2 – a vevőhelyiség átlagos hangnyomásszintje. A Dn szabványos hangnyomásszint-különbség, dB: ahol: A – a vevőhelyiség egyenértékű elnyelési felülete, m2, A0 – vonatkoztatási érték, általában 10 m2. Diffúz hangterű helyiségek közötti falak és födémek a szerkezetre jellemző R léghanggátlása, dB,laboratóriumi viszonyokra: ahol: S – az adó-és vevőhelyiséget elválasztó szerkezet felülete, m2, A – a vevőhelyiség egyenértékű elnyelési felülete, m2. Helyszíni épületvizsgálatnál, ahol a kerülőutak hatása nem hanyagolható el, a léghanggátlás (jele R’) nemcsak a vizsgált szerkezetre, hanem annak beépítési körülményeire is jellemző. A léghanggátlást (R, R) 100 Hz és 3150 Hz között tercsávokban határozzák meg. A frekvenciafüggvényében ábrázolt léghanggátlást vagy szabványos hang-nyomásszint-külön1bségetléghanggátlási görbének nevezzük. A korábban használt léghanggátlási mutató (ER,ER) pozitív vagy negatív előjelű szám, amely dB-ben fejezi ki, hogy a léghanggátlási görbe milyen mértékben tér el a vonatkoztatási görbétől (6.22. 47
  48. 48. ábra). A léghanggátlási mutató megállapítása céljából a vonatkoztatási görbét (6.22. ábra 2 görbe)önmagával párhuzamosan úgy kell eltolni, hogy a következő feltételek teljesüljenek: 1 dB ≤ δRátl ≤ 2 dB és δRmax ≤ 8 dB 6-22. ábra - A léghanggátlási mutató ill. a hanggátlási index meghatározása 1. a vizsgált szerkezet léghanggátlási görbéje; 2. a léghanggátlás szabványos vonatkoztatási görbéje;3. a léghanggátlási görbével egyenértékű negatív irányban 5 dB-el eltolt vonatkoztatási görbe ER: aléghanggátlási mutató; RW: a hanggátlási index A δRátl értékét a léghanggátlási görbe és az eltolt vonatkoztatási görbe egyes tercsávokhoz tartozópontjainak negatív előjelű különbségeiből kell számítani, a pozitív előjelű eltéréseket figyelmen kívülkell hagyni. A két szélső a 100 Hz és a 3150 Hz középfrekvenciájú tercsávban az értékek felét kellszámításba venni. A léghanggátlási mutató a vonatkoztatási görbe és az eltolt vonatkoztatási görbeközötti, pozitív vagy negatív előjelű különbség. Ha ER = 0, a szerkezet hanggátlása éppen avonatkoztatási görbének felel meg. 48
  49. 49. A szerkezetek hanggátlásának jellemzésére újabban használt mennyiség a hanggátlási index (RW,RW). A hanggátlási index egyenlő az eltolt vonatkoztatási görbe 500 Hz középfrekvenciához tartozókordinátájával (6.22. ábra). Az RW hanggátlási index és az ER hanggátlási mutató összefüggése RW = ER +526.4. Zajmérés és értékelésA zajterhelés (zajimmisszió) jellemzésére olyan mennyiségeket kell használnunk, amely kifejezi a zajemberre gyakorolt hatását. Erre a célra nem alkalmas a hallható hangok frekvenciatartományában (kb.20 Hz és 16 kHz között) mért lineáris hangnyomásszint, dB(lin), mert ez a fizikai mennyiség nemveszi figyelembe a hallás tulajdonságait. A hallás sajátosságai közül a legfontosabbak a frekvenciátólés intenzitástól függő érzet, a hangosságszint és a hangosság.6.4.1. Hangosságszint, hangosságA 6.23. ábrán az egyenlő hangosságszintek görbéit ábrázoltuk, ismertebb nevükön a phon-görbéket. Agörbék kétfülű hallásra, az emberrel szemben érkező, szinuszos, szabadtéri hanghullámokravonatkoznak. A görbéket sok emberen végzett kísérletek alapján állapították meg. A szaggatottvonallal rajzolt görbe a hallásküszöbgörbe. Tetszés szerinti frekvenciájú és intenzitású hanghangosságszintje annyi phon, amennyi az azzal szubjektíven azonosan hangosnak ítélt 1000 Hz-estisztahang hangnyomásszintje, dB-ben. A hallószerv érzékenysége az egészen magas és a mély hangokfelé jelentősen csökken, de a csökkenés mértéke függ az intenzitástól is, a görbék nagyobbhangnyomásszintek esetén laposabbak lesznek. 49
  50. 50. 6-23. ábra - Az egyenlő hangosságszintek görbéi (phon-görbék) Két hang közül az egyiket akkor értékeljük szubjektíven kétszer olyan hangosnak, ha ahangosságszintek különbsége 10 phon. Az így megállapított hangosságskála son-ban, arányos ahangosságérzettel. 1 son 40 phonnak felel meg. Az N hangosság és az LN hangosságszintösszefüggése: A hangosságszintek meghatározására több eljárást dolgoztak ki, amelyekkel vizsgált zajfrekvenciaelemzésének eredményeiből a hangosságszintek jó közelítéssel kiszámíthatók. Ezek közül akét legfontosabb a Stevens-és a Zwicker-eljárás. Ma már hangosságmérő műszereket is forgalmaznak.6.4.2. Súlyozott hangnyomásszintekA zaj emberre gyakorolt hatásának jellemzésére szabványosan az A-hangnyomásszintet alkalmazzuk.Az A-hangnyomásszint a hangnyomásszint-mérőkbe beépített A-szűrővel (6.24.ábra) mérthangnyomásszint, amely a műszerről közvetlenül leolvasható. 50
  51. 51. 6-24. ábra - Az A- B-, C- és D-súlyozószűrű csillapítása a frekvencia függvényében Az A-szűrő a phon-görbékből származtatott súlyozószűrő, amely a halláséhoz hasonló hatást fejt kia mért hangokra. Az A-szűrő csillapításmenetének értékeit a 6.6. táblázat tartalmazza. Oktávsáv-középfrekvencia, Tercsáv- Az A-szűrő csillapítása,Hz középfrekvencia, Hz K, dB 31,5 25 –44,7 31,5 –39,4 40 –34,6 63 50 –30,2 63 –26,2 80 –22,5 125 100 –19,1 125 –16,1 160 –13,4 250 200 –10,9 250 –8,6 315 –6,6 500 400 –4,8 500 –3,2 51
  52. 52. 630 –1,9 1000 800 –0,8 1000 0 1250 +0,6 2000 1600 +1,0 2000 +1,2 2500 +1,3 4000 3150 +1,2 4000 +1,0 5000 +0,5 8000 6300 –0,1 8000 –1,1 10000 –2,5 Az A-hangnyomásszint szabványos jele és mértékegysége: LpA vagy LA, dB, de alkalmazható az Lpvagy L, dB (A) jelölés is. A terc-, ill. oktávszintek ismeretében az A-hangnyomásszint számítható: ahol: Li – az i-edik terc-vagy oktáv-hangnyomásszint, dB; Ki – az A-szűrő csillapítása az i-edik terc-vagy oktávsávban; n – a terc-vagy oktávsávok száma. A mérési eredményeket a műszer időkarakterisztikája (időállandója) is befolyásolja. Háromidőállandót szabványosítottak: 3. lassú (S), megfelel hozzávetőlegesen 4 dB/1000 ms jelváltozási sebességnek; a műszer mutatója lassabban mozog, a zajt bizonyos mértékig átlagolja, a gyors változású zajt nem követi teljesen; 4. gyors (F), megfelel hozzávetőlegesen 4 dB/125 ms jelváltozási sebességnek; a műszermutató szaporán mozog, a zajt bizonyos mértékig átlagolja, csak az egészen gyors változású zajt nem követi teljesen; 5. impulzus (I), megfelel hozzávetőlegesen felfutáskor 4 dB/35 ms, lefutáskor 4 dB/3000 ms jelváltozási sebességnek; impulzusos zajok csúcsainak mérésére használjuk, mert felfutáskor az igen gyors jeleket is követi, lefutása viszont késleltetett. 52
  53. 53. A használt időállandót egyes esetekben fel kell tüntetni a szint jelében. A szabványos jelölés: LAS,LAF vagy LAI, de találkozhatunka régebbi jelöléssel is: a mértékegység jelében tüntették fel azidőállandó jelét: dB(AS), dB(AF vagy dB(AI). Az A-szűrő mellett szabványosítottak más súlyozószűrőket is (6.24.ábra), de ezek használatakorlátozott. Rezgésméréskor is használunk súlyozást, az egész emberi testre ható rezgések esetében asúlyozószűrő átviteli függvénye: azaz egy olyan aluláteresztő szűrő, amely kb. 5 Hz-ig nem változtatja a jelet, felette pedig az egyrenagyobb frekvenciájú összetevőket egyre jobban csillapítja.6.4.3. Egyenértékű hangnyomásszintA környezetünkben észlelt zajok többsége nem állandó, hanem az idő függvényében kisebb vagynagyobb mértékben változik. Az időben változó zajok jellemzésére olyan állandó zajt keresünk,amelynek hatása az emberre ugyanaz, mint a vizsgált változó zajé. Ez a mennyiség az egyenértékű A-hangnyomásszint (egyenértékű A-szint), jele LAeq, mértékegysége dB. Ez lényegében az A-szűrővelmért intenzitásátlagból képzett szint: ahol: pA(t) – az A-szűrővel súlyozott hangnyomás időfüggvénye, (Pa), p0 – 2·10–5 Pa, t1 és t2 – a vonatkoztatási idő kezdete és vége, (s), T – t2 – t1 a vonatkoztatási idő, (s). Az integráló zajszintmérők az egyenértékű A-hangnyomásszintet a képlet szerint mérik, és azeredményt közvetlenül kijelzik. Ha az egyes ti részidőkre vonatkoztatott i egyenértékű A-hangnyomásszinteket ismerjük, a T vonatkoztatási időre az LAeq egyenértékű A-hangnyomásszint: A zajt az idő függvényében akkor tekinthetjük állandónak, ha az A-hangnyomásszintek ingadozása5 dB-en belül marad. Állandó zaj esetén a szintek L Am átlaga közelítően egyenlő az egyenértékű A-hangnyomásszinttel, tehát elegendő a szintek számtani átlagolása: ahol: LAi – az A-hangnyomásszint pillanatnyi értéke, dB, 53
  54. 54. n – a mérési adatok (minták) száma. Az idő függvényében változó zaj egyenértékű A-hangnyomásszintjét meghatározhatjuk a zajstatisztikai elemzésével is. Ekkor egyenlő időközökben megállapítjuk az A-hangnyomásszintpillanatnyi értékeit, és ezeket osztályokba soroljuk. Másodpercenként legalább 2–3 adatot célszerűmegállapítani, az osztályszélesség ne legyen nagyobb 5 dB-nél. Ezek segítségével az LAeq egyenértékűA-hangnyomásszint: ahol: Lj – a j-edik osztály határainak középértéke, dB, k – az osztályok száma, nj – a j-edik osztályba eső, egyenlő hosszúságú időszakokra vonatkozó mérési adatok száma, N – Σ nj a mérési adatok összes száma a vonatkoztatási idő alatt. A statisztikai elemzéshez célszerű a gyors (F) időállandót használni, bár az egyenértékű A-hangnyomásszintre lényegében azonos értéket kapunk lassú (S) időállandó használata esetén is. Más ahelyzet, ha az impulzus (I) időállandóval mérjük a zajt. A hirtelen változásokat tartalmazó zajokraekkor nagyobb egyenértékű szintet kapunk a nagy lecsengési idő miatt. Az LAIeq és az LASeq különbségeannál nagyobb, minél több a zaj impulzustartalma. Ha a zajban nincs hirtelen változás, akkor itt semtapasztalunk különbséget. Statisztikai elemzésre a 6.7. táblázatban láthatunk példát. Az osztályok alsó és felső Gyakoris Relatív Kumulatív relatívhatára, dB ág, nj gyakoriság, % gyakoriság, % 60-65 108 5,40 100,00 65-70 288 14,40 94,60 70-75 793 39,65 80,20 75-80 591 29,55 40,55 80-85 174 8,70 11,00 85-90 45 2,25 2,30 90-95 1 0,05 0,05 Összesen: 2000 100,06-7. táblázat - Közúti közlekedési zaj mérési eredményeinek statisztikai elemzése A mérési idő 600 s; számlálási periódus 0,3 s; osztályszélesség 5 dB; a mérési adatok száma 2000,időállandó F. Az egyenértékű A-hangnyomásszint előző képletével számolt értéke LAeq = 77,4 dB ≈ 77 dB. 54
  55. 55. 6.4.4. Statisztikus szintekAz LN statisztikus szintnek azt a szintet nevezzük, amelyet a változó zaj a vonatkoztatási idő N %-ábanmeghalad. A statisztikus szintek meghatározását az előző táblázat alapján mutatjuk be. Akumulatívrelatív gyakoriságokat az osztályok alsó határaihoz rendeljük. A statisztikus szinteket interpolálássalhatározhatjuk meg. (Pontosabb, grafikus meghatározást Gauss-papíron végezhetünk.) A táblázatszerint pl. L95% = 65 dB; L11% = 80 dB. A statisztikus szintek felvilágosítást adnak a zajszintek változásának nagyságáról, azonban hatóságimegítélésre, határértékekkel való összevetésre csak különös esetekben alkalmasak. Az L90…L99mennyiségek a háttérzajnak, az L50 szint a szintek középértékének, az L1 a legnagyobb szintekátlagának felelhet meg.6.4.5. Zaj-és rezgésmérésA hangok mérésekor mindig szem előtt kell tartanunk a vizsgálat célját. A leggyakoribb céloklehetnek: a zajterhelés megítélése (lakóhelyi vagy munkahelyi környezetben), a zajcsökkentésmódszerének, eszközeinek megválasztása, tervezési adatok gyűjtése vagy a megvalósult tervekellenőrzése. Bármi is a célunk, arra kell törekednünk, hogy a vizsgált zaj jellemzőit tozítatlanul, a többi zajhatásától függetlenül határozzuk meg. A nem vizsgált zajoknak a mérés időpontjában is hatókomponenseit, amelyeket erre az időre sem tudunk elkerülni, alapzajnak nevezzük. Az alapzaj hatásátle kell választanunk a mérés eredményeiről, ez az eljárás az alapzajkorrekció. Ilyenkor akövetkezőképpen járhatunk el: a. Ha a mérés idejére az alapzajt ki tudjuk kapcsolni, alapzajkorrekcióra nincs szükség, hiszen a mért értékek a vizsgált zaj jellemzői. b. Ha az alapzaj kikapcsolására nincs lehetőségünk, akkor két állapotban mérünk: egyszer a vizsgált zaj és az alapzaj eredő jellemzőit határozzuk meg, egyszer pedig a vizsgált zajforrást kikapcsolva az alapzaj jellemzőit mérjük meg. Ezután a két eredmény alapján a vizsgált zaj jellemzőit számítással határozzuk meg. c. Ha erre sincs lehetőség, akkor a zajforrástól eltávolodva olyan helyet keresünk, ahol az alapzaj jellemzői feltehetően olyanok, mint az eredeti mérési pontban, s az alapzaj jellemzését ezen az új helyen végezzük el. Egyebekben a számítást ugyanúgy végezzük el, mint a b) pontban. A méréseknek mindig az a céljuk, hogy a vizsgálathoz szükséges mennyisége(ke)t meghatározzuk.A zajterhelés megítélésekor például az ún. megítélési szintet (LAM, korábban: mértékadó A-hangnyomásszint) kell megadnunk. LAM = LAeq + Kimp + Kton ahol: LAeq – az alapzajkorrekció után kapott, a vizsgált zajra jellemző egyenértékű A-hangnyomásszint, 55
  56. 56. Kimp – a vizsgált zaj impulzusos jellegét kifejező korrekciós tag, Kton – a vizsgált zaj tonális jellegét kifejező korrekciós tag, A vizsgálati eljárásról szóló szabvány (ez esetben jelenleg: MSZ 18150-1:1998) pontosan közli amegítélési szint meghatározásának szabályait.6.4.6. MűszerekA hangnyomásszint meghatározásához analóg vagy digitális műszereket használunk. Az analógműszerekben a mikrofon által elektromos jellé alakított hanghullám jelformáló áramkörökön át jut akijelzőig, míg a digitális műszerekben a jelet számokká alakítva számítógép határozza meg azeredményt. A műszerek közül az alábbi készülékek a legfontosabbak: mikrofon, hangnyomásszint-mérő,jelrögzítő, kijelző. A mikrofonok közül akusztikai mérésekre a kondenzátormikrofonok váltak be a legjobban. Amikrofon membránját rács védi a mechanikai sérülésektől. Az előerősítő általában egybe van építve amikrofonnal. A mikrofonok mérete – általában inch-ben van megadva –a mérni kívánt frekvenciasávtól függ:ultrahangok méréséhez kisebb, infrahangokéhoz nagyobb átmérőjű mikrofont használunk. Akörnyezeti zajok méréséhez legtöbbször 1/2”-os mikrofont alkalmazunk. Szabadtéri mérések során a vizsgált forrásból a hanghullámok kitüntetett irányból érkeznek, ezekméréséhez ún. szabadtéri mikrofont használunk. Szobában, teremben a sok visszaverődés miatt ahullámok bármely irányból várhatók, ekkor a diffúz téri mikrofonok használata javasolható. A hangnyomásszint-mérő azokat az elektronikus jelformáló funkciókat látja el, amelyek során a jel adetektáláshoz szükséges formát kapja: erősítés, frekvenciaszűrés stb. A műszeren beállíthatók azerősítés paraméterei (méréshatár), a szűréshez szükséges beállítások (súlyozószűrő, időállandó). A jeláltalában a kimenetről tovább vezethető jelrögzítőre (analóg kimenet), számítógépre vagy nyomtatóra(soros vagy párhuzamos kimenet). A műszerek többsége ma már digitális (processzorvezérelt) eszköz. Jelrögzítőként analóg vagy digitális magnót ill. számítógépet használhatunk. A jelrögzítéskor a jeletolyan állapotában őrizzük meg, amelyből a frekvenciaszínkép visszaállítható. Analóg jelrögzítőnmágneses jelként, digitális berendezésben file formájában tároljuk az adatokat. Ha származtatottmennyiségeket rögzítünk, akkor adatrögzítésről beszélünk. A kijelző műszerek feladata a mérés eredményeinek általában grafikus megjelenítése. Ez történhetképernyőn vagy papíron. Régebben szintírókat, XY-írókat használtak, ma inkább nyomtatókat ésszámítógépeket alkalmaznak erre a célra. nyomtatókat és számítógépeket alkalmaznak erre a célra. 56

×