WYKŁAD 1 HAŁAS

HAŁAS

WYKŁAD 1

Sylwia Szczęśniak

Definicja subiektywna:

Hałas – dźwięk niepożądany.

Hałas – definicje

Definicja obecnie obowiązująca:

Hałas – wszelkie niepożądane, nieprzyjemne, dokuczliwe, a często szkodliwe drgania mechaniczne ośrodka sprężystego, działające za pośrednictwem powietrza na organ słuchu i inne zmysły oraz elementy organizmu człowieka.

Zatem hałas i wibracje stanowią zanieczyszczenie środowiska, które są

dokuczliwe i uciążliwe, a także w wielu przypadkach szkodliwe dla człowieka.

Emitery hałasu i wibracji to:

 trasy komunikacyjne (pojazdy samochodowe: motocykle, traktory, pojazdy szynowe: tramwaje, pociągi,

 porty lotnicze, a w szczególności: hamownie, samoloty na trasach wznoszenia, nalotów i oczekiwania ( w tych strefach nie powinny być lokalizowane osiedla, szkoły czy szpitale)

 zakłady przemysłowe

Wstęp

Wstęp

Do budynków mieszkalnych i obiektów budownictwa ogólnego przenikają hałasy i wibracje zarówno ze środowiska zewnętrznego, jak również hałasy pochodzące od urządzeń i instalacji stanowiących wyposażenie budynków.

W budynkach niskich są to z reguły:

- węzły ciepłownicze, - kotłownie,

- stacje transformatorowe,

- instalacje wodno-kanalizacyjne,

- instalacje wentylacyjne i klimatyzacyjne.

Wstęp

W budynkach wysokich są to:

- węzły ciepłownicze, - kotłownie,

- stacje transformatorowe,

- instalacje wodno-kanalizacyjne,

- instalacje wentylacyjne i klimatyzacyjne.

-dźwigi, - zsypy.

Uciążliwymi źródłami hałasu są również usługi wbudowane, do których

zaliczyć można sklepy, zakłady usługowe, wytwórcze, restauracje, kawiarnie, kluby i dyskoteki.

Dźwięk – drgania mechaniczne cząstek materialnych w ośrodku elastycznym, wokół pewnego położenia centralnego, w słyszalnym dla ludzi zakresie

częstotliwości.

Dźwięk powietrzny - drgania w powietrzu nazywamy.

Dźwiękiem materiałowy - drgania w ciałach stałych.

Tylko tego rodzaju dźwięki

jest w stanie usłyszeć ludzkie

ucho

f = 20÷2000 Hz

Wstęp

Ton – drgania sinusoidalne Dźwięk – wiele jednocześnie słyszanych

tonów (liczby tonów poszczególnych tonów są między sobą w proporcji liczb całkowitych.

Ton, dźwięk, szum

Szum – drgania poszczególnych tonów są o dowolnej częstotliwości

Wielkość pola akustycznego

Prędkość dźwięku - c - jest to prędkość z jaką dźwięki rozchodzą się w ośrodku i można ją zapisać w następującej postaci:

f c   

Gdzie:

a - amplituda drgań, cm, w – prędkość kątowa, rad/s

Prędkość akustyczna - u - jest to średnia prędkość drgającej cząstki

w



 a u

Gdzie:

- długość fali, cm,

f – liczba drgań, (częstotliwość) s^-1

Wielkość pola akustycznego

Ruch drgający przenosi się w postaci fal. Wytworzenie się fali w ośrodku polega na powstaniu zaburzenia gęstości ośrodka w postaci chwilowych zagęszczeń i rozrzedzeń, które powodują chwilowe zmiany ciśnienia w otoczeniu zaburzenia.

Naprzemienne zagęszczenie i rozrzedzenie powoduje powstanie okresowego ciśnienia zmiennego.

Ciśnienie akustyczne - kwadrat średniej wartości ciśnienia w danym okresie.

Ciśnienie to zmienia się w różnych punktach pola akustycznego. Dźwięk jest tym głośniejszy im więcej drga cząsteczek powietrza ze strefy centralnej, zatem im większa jest amplituda drgań „a”, a tym samym ilość zagęszczeń lub rozrzedzeń.

Jednostką miary ciśnienia akustycznego jest N/m².

Między ciśnieniem akustycznym p, a prędkością akustyczną u występuje zależność:

c u

p   

u - prędkość akustyczna, cm,

 – gęstość ośrodka, kg/m³,

c – opór akustyczny, kg/m²s,

Opór akustyczny różnych materiałów

materiał 

kg/m³

c m/s

z=c kg/(m²s)

stal 7900 5000 3950∙10⁴

granit 2800 6400 1800∙10⁴

beton 2000 4000 800∙10⁴

cegła 1500 4300 650∙10⁴

drewno (w poprzek włókien)

500 5000 250∙10⁴

woda 1000 1450 145∙10⁴

korek 200 500 10∙10⁴

guma 1000....2000 60 do 150 6 do 30∙10⁴

powietrze 1,2 344 413

Wielkość pola akustycznego

Intensywność dźwięku- energia akustyczna płynąca w ciągu 1 sekundy przez powierzchnię 1m².

u p I  

Dla powietrza o temperaturze 20^oC intensywność dźwięku wynosi:

2 2

2

413 m W p

c p c

p p u

p

I      





Moc dźwięku P – (niemierzalna bezpośrednio) moc wysłana ze źródła dźwięku, np. przez kulistą powierzchnię S wokół tego źródła.

Dla powietrza:

] [

400

2

W u

c S S p

I S

P 

 ^{ }









Źródło dźwięku Moc średnia

W Moc maksymalna

W głos ludzki,

skrzypce

10 0,001

wentylator,

5000m³/h, 500Pa

- 0,01

fortepian 1 000 0,2

puzon 4 000 6

orkiestra 75 instrumentów

40 000 70

duży głośnik - 100

samolot odrzutowy - 10 000

napęd rakiety - 10 000 000

Moc różnych źródeł hałasu

Parametry pola akustycznego przy różnych ciśnieniach akustycznych

Ciśnienie akustyczne p

Pa

intensywność dźwięku I

W/cm²

Prędkość akustyczna u

cm/s

amplituda dźwięku „a”

przy 1000 Hz 10^-6 cm

Poziom ciśnienia akustycznego

dB

0,1 0,0025 0,025 4 74

1 0,25 0,25 40 94

10 25 2,5 400 114

100 2500 25 4 000 134

Podczas zwykłej rozmowy, w odległości 1 m od ust mówiącego powstaje ciśnienie

akustyczne ok. 0,002 Pa. Najmniejszy wychwytywany dźwięk ma ciśnienie 2∙10-5 Pa a granica bólu to ok. 20 Pa.

Gęstość energii akustycznej E – zawarta w jednostce przestrzeni energia dźwięku. Dla fal płaskich E = I/c.

W pomieszczeniach zamkniętych wg teorii pogłosu, źródło dźwięku o mocy P wytwarza gęstość energii akustycznej E=4P/Ac (A – absorpcja ścian w m²)

Parametry pola akustycznego przy

różnych ciśnieniach akustycznych

Każdy dźwięk, zgodnie z zasadą Fourier’a można rozłożyć na zwykłe drgania

sinusoidalne. Gdy na skali częstotliwości naniesie się intensywność poszczególnych drgań, otrzymuje się widmo dźwięku.

Najniższe drganie nazywa sie drganiem podstawowym a wyższe – tonami górnymi.

Szumy mają widma ciągłe z mniej lub bardziej wydatnymi szczytami dla pewnych częstotliwości. Gdy poziom ciśnienia akustycznego jest stały dla wszystkich

częstotliwości mówi się o szumie białym.

Znajomość widm szumów jest bardzo ważna przy zwalczaniu hałasów, gdyż ucho ocenia szumy na podstawie częstotliwości.

Istotny z punktu widzenia technicznego zakres częstotliwości jest zawarty między 50- 1000 Hz.

Dla wentylacji średnie częstotliwości obejmują 8 pasm oktawowych.

Parametry pola akustycznego przy

różnych ciśnieniach akustycznych

Ocena szumów

Ocena w skali A

Próg słyszalności - najsłabszy szmer słyszalny przez zdrowe ucho ludzkie ma ciśnienie akustyczne ok. 20 mPa.

Granica bólu leży w strefie ok. 20 Pa.

Celem ułatwienia do oceny szumów podaje się stosunek ciśnienia akustycznego p do ciśnienia odniesienia p_o = 20 Pa (próg słyszalności)

p dB p p

L p

o o

p

10 lg 20 lg ,

2

 



 



 

Poziom ciśnienia

akustycznego Poziom ciśnienia akustycznego – wielkość fizyczna bezwymiarowa. Jednostkę miary nazwano decybelem.

Skala poziomu dźwięku rozciąga się od progu słyszalności do granicy bólu.

dB

L

20 0 0 ,

10 20

10 lg 20

20

6

  



 

dB

L

20 6 120 ,

10 20

lg 20

20

  

 

Ocena szumów

Ocena szumów

Skala poziomu dźwięku (decybelowa) jest stosowana również do oceny intensywności dźwięku I i mocy dźwięku P.

P dB L P

I dB L I

o w

o i

, lg

10

, lg

10





I_o=10^-12 W/m²

P_o=10^-12 W

Poziom natężenia dźwięku:

Poziom natężenia dźwięku

o p

o o

o o o

w

S

L S S

S p

p S

S p

p P

L 10 lg P 10 lg 10 lg 10 lg 10 lg

2 2

2

    

 



 







c S p

P 





Ciśnienie akustyczne

Opór akustyczny Moc dźwięku

Poziom natężenia dźwięku

Poziom natężenia dźwięku jest dla danego źródła jest wielkością charakterystyczną.

Nie zależy, tak jak poziom ciśnienia, od innych czynników (powierzchnia przewodu, pochłanianie itd).

Liczbowo jest równy

poziomowi ciśnienia akustycznego,

gdy poziom ciśnienia jest odniesiony do powierzchni S = 1m

.

Dodawanie wielu źródeł dźwięku jest sumą:

- intensywności I

, I

, ...

- kwadratów ciśnienia akustycznego p

, p

, ...

- natężenia dźwięków P

, P

, ....

) 10

...

10 10

log(

10

L





 

Całkowity poziom dźwięku:

Gdzie:

L

, L

, L

– pojedyncze źródła dźwięku

L

ges

n

L  10 log  10

W szczególnym przypadku, gdy wszystkie dźwięki mają jednakowy poziom

Większość hałasów jest złożona z szumów o różnych częstotliwościach.

Dlatego w obliczeniach i badaniach akustycznych nie wystarcza rozpatrywanie tylko jednego poziomu całkowitego.

W wentylacji rozpatruje się zakres częstotliwości między 44 Hz ÷ 11360 Hz

Podzielony na oktawy (stosunek częstotliwości 2:1)

Pasma oktawowe szerokość oktawy

pasma tercjalne

f_m(edium) f_u(pper) f_o(ver) Df_okt f_m f_u f_o

63 45 89 45 ⁵⁰

63 80

45 62 72

56 70 90

125 88 177 88 ¹⁰⁰

125 160

90 112 140

112 140 180

250 177 354 177 ²⁰⁰

250 315

180 224 280

224 280 355

500 354 707 354 ⁴⁰⁰

500 630

355 450 560

450 560 710

1000 707 1414 707 ⁸⁰⁰

1000 1250

710 900 1120

900 1120 1400

2000 1414 2828 1414 ¹⁶⁰⁰

2000 2500

1400 1800 2240

1800 2240 2800

4000 2828 5657 2828 ³¹⁵⁰

4000 5000

2800 3550 4500

3330 4500 5600

8000 5657 11314 5657 ⁶³⁰⁰

8000 10000

5600 7100 9000

7100 9000 11200

Ucho ludzkie nie jest jednakowo wrażliwe. Głośność odczuwalna subiektywnie nie ma żadnego związku ze zmierzalnym ciśnieniem akustycznym lub natężeniem dźwięku. Aby otrzymać miarę głośności zdefiniowano dla dźwięku 1000 Hz jednostkę głośności L fon:

) (

log

10 fon

I L I

o



20 log ( fon )

p L p

o



Głośność dźwięku o częstotliwości 1000 Hz jest równa liczbowo poziomowi dźwięku w dB.

Celem podania głośności dźwięku o innej częstotliwości, porównywane były subiektywne dźwięki 1000 Hz o różnych głośnościach z dźwiekami o innej częstotliwości. Na tej podstawie ustalono ciśnienie akustyczne, do jakiego należy wyregulować dźwięk normalny czyli 1000 Hz.

Przebadano wiele osób i według ich opinii dźwięk ten był tak samo głośny jak mierzony.

Na tej podstawie ustalono krzywe jednakowej głośności.

Zostały one zestawione po raz pierwszy w 1933 roku przez Fletchera i

Munsona, a następnie poprawione przez Robinsona i Dadsona.

-20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

20 200 2000 20000

próg slyszalności 20 30 40 90

Krzywe stałej głośności

Krzywe opisują zależną od częstotliwości wrażliwość ucha na dźwięki

pojedyncze. Do oceny dźwięków nadają się tylko warunkowo.

Poziom ciśnienia akustycznego

Lp (dB(A)

Szum

0 początek słyszalności, zmierzalny tylko w laboratorium

10 dźwięk właśnie słyszalny

15...20 szept, czytelnia

25...30 spokojna dzielnica mieszkaniowa

40...50 cicha rozmowa, spokojne biuro

50...60 normalna rozmowa, maszyna do pisania (wyciszona)

55...65 ^odkurzacz

65...70 dom towarowy, głośne biuro

55...75 dźwięk telefonu w odl. 1 m, szczekanie psa

70...80 przedział kolejowy

75...85 intensywny ruch uliczny

80...85 kolej podziemna

80...90 Wołanie, krzyk

90...100 samochód ciężarowy

100...110 pociąg pospieszny

110...120 samolot, śmigło w odl. 3m

poniżej 35 dB – jest nieszkodliwy dla zdrowia i niemal stale nam towarzyszy 55 – 65 dB – powoduje irytację

powyżej 65 dB – powoduje zachowania agresywne

powyżej 65 dB – powoduje zachowania agresywne

70 do 85 dB – stanowi próg

szkodliwości dla zdrowia – może przy dłuższym działaniu powodować

uszkodzenia słuchu

85 do 130 dB – może powodować trwałe uszkodzenia słuchu oraz różne dolegliwości i schorzenia

powyżej 130 dB – to już pewne, trwałe uszkodzenia słuchu oraz na skutek

występujących wibracji – również uszkodzenia wewnętrznych organów człowieka

Częstotliwość Hz

krzywa A krzywa B

63 -26,1 -0,7

125 -16,1 -0,2

250 -8,6 0

500 -3,2 0

1000 0 0

2000 1,2 -0,2

4000 1 -0,8

8000 1,1 -3

Tab. Krzywe oceny dla mierników