zaj,- rezgés és sugárzásvédelem ngb_km015_1 2011 – 2012 tanév tavasz 1-2. előadás
DESCRIPTION
Zaj,- rezgés és sugárzásvédelem NGB_KM015_1 2011 – 2012 tanév tavasz 1-2. előadás. Győrfi András demonstrátor SZE, MTK, BGÉKI, Környezetmérnöki tanszék. ELÉRHETŐSÉG. Szoba: D 512 /Telefonszám: 70/977-49-55 E-mail: gyorfia @ sze.hu , gyorfi.andras.sze @ gmail.com - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Szoba: D 512 /Telefonszám: 70/977-49-55 E-mail:
[email protected], [email protected]
Weblap: www.sze.hu/~gyorfia Konzultációs időpont:
hétfő: 1500-1700
Félévközi beszámoló 2 db zh (7. és 12. héten): 25 pont/zh
Minimum követelmény 40 % Pót zh: 14. héten (mindkét alkalomból)
zajmérés + jegyzőkönyv:10 pont mindkettő kötelező, aláírás feltétele
Megajánlott jegy kapható Zh-ból 50 %-ot elérte
Vizsga (írásbeli) Féléves anyagból rövid és hosszú gyakorlati
kérdések (50 pont)
Zaj és rezgésvédelem Hefop jegyzet a honlapomon találjátok
Walz Géza: Zaj- és rezgésvédelem, Complex Kiadó, Bp. 2008.
Dr. Kurutz Imre: Műszaki akusztika, Műegyetemi Kiadó, Bp. 2001.
Dr. Kováts Attila: Zaj- és rezgésvédelem, Veszprémi Kiadó, Veszprém, 1995.
„A zajjal száz esztendő múlva több gondunk lesz, mint a fertőző betegségekkel…”
Robert Koch (német bakteriológus)
A zaj egyidős az emberrel (ipai forradalom, közlekedés, építkezés, ipar)
A zaj- és rezgésvédelem a környezetvédelemnek a legkevésbé hangsúlyozott része. Oka kettős: A károsodás többnyire jelentős
időveszteséggel jelentkezik. A zajprobléma megoldása nem okoz
közvetlenül gazdasági hasznot.
Pedig egyre súlyosabb probléma: a legelső zavaró hatás, amely az infrastruktúra és az ipar fejlődésével együtt jár.
Becslések szerint kb. az emberek fele él olyan övezetekben, ahol nem biztosított a lakosság „akusztikai komfortja“.
Nehéz védekezni ellene, elsősorban a közlekedési zajra van panasz.
A közlekedés fejlődése miatt már nem csak a városokban probléma, hanem az agglomerációs övezetekben is.
Újabb zajforrások jelennek meg (légkondi, ventillátor, liftek, számítógép stb.)
A hang az emberi élet alapvető velejárója, nélküle az emberek közötti kapcsolat nehezen képzelhető el.
Kifejező eszköz (verbális kommunikáció) Élvezeti cikk (zenerajongóknak) Sok esetben a veszélyre is a hangok
figyelmeztetnek bennünket. Hang/zaj: Méreg az aludni vágyóknak
Hang: Három jelentéstartalom
1. Fizikai jelenség – Hangjelenség (XX. sz. elejétől): Valamely rugalmas közegben hullámszerűen
tovaterjedő mechanikai zavarási állapot Mechanikai zavarás: adott helyen adott
részecskével energiát közlünk - többletenergia - rezgés – tovaterjed
2. Élettani (biológiai) jelenség – Hangérzet (XX. sz. 30-as éveitől) A mechanikai hullám az élőlényekben
hangérzetet kelt Tehát a hang füllel érzékelhető külső inger
– hallás folyamatáról később
3. Értelmi, esztétikai (lélektani) jelenség – Hangélmény (XX. sz. végétől) A hallott hang, a hanghullámok információt
hordozhatnak (beszéd), jelenthetnek élményt. Megfejtése : az érzékszervi felfogás és idegi
továbbítás útján az agyban A hangélmény a hang legfontosabb
jelentéstartalma az ember szempontjából.
Ezért: minden olyan hang zaj, ami nem hangélmény, hanem kellemetlen hang.
Tehát: a zaj fogalma emberi értékelés függvénye, erősen szubjektív.
Egy motorkerékpáros számára a motorjának erős hangja a sebesség, a száguldás örömét jelenti, míg az utcán közlekedő vagy az oda néző lakásban élő embereket zavarja, számukra a motor egyértelműen zajforrást jelent.
Sok fiatal örömmel teszi ki magát rendszeresen halláskárosodást okozó hangerőnek, amikor bulizni megy, a környezetben élők számára azonban ez a zene zajpanaszra ad okot.
A hang mechanikai hullám, azaz rugalmas közegben tovaterjedő rezgés. Az emberi fül bizonyos rezgéseket képes felfogni és hangérzetté alakítani, ezek a rezgések a hallható hangok.
A hangforrás által keltett rezgési energia a rugalmas közegben nyomásváltozást okozva hullámformában terjed. Levegőben ez a nyomásváltozás a hallható hang.
Hordozó közegben (levegő, folyadék, szilárd) tovaterjedő nyomásváltozás, nyomásingadozás.
Terjedése: a részecskéről részecskére történik az elemi állapotváltozás terjedése, ami tehát a részecskék rezgésének a rugalmas közegben, hullámmozgás formájában történő terjedését jelenti Tehát csak a rezgési energia terjed, nem a részecske halad!
közeg hogyan nevegáz nyomásingadozással léghang folyadék nyomásingadozással folyadékhangszilárd rugalmas alakváltozás testhang
Longitudinális hullám:a rezgés és a hullám-terjedés iránya meg-egyezik (test-, folyadék- és léghangok) sűrűsödések - ritkulások
• egyszerű harmonikus rezgés (tiszta hang): a rezgő részecskék egyensúlyi helyzetből való kitérése az idő függvényében szinuszosan változik
• több hullám eredője:
periódusidő (T) frekvenciája (f ) hullámhossz () amplitúdó (A) terjedési sebesség (c)
Jellemzők közötti összefüggés:
= c/f , c = f
rezgések másodpercenkénti száma (1/T) Jele: f Mértékegysége: [Hz], [1/sec] Frekvencia a hangforrásra jellemző
mennyiség, a hangforrás elsődleges fizikai adata.
A normál hang frekvenciája 440 Hz.
A hang terjedése közben más - más közegbe lépve a rezgés frekvenciája állandó, ezért akárhol észleljük, a kiinduló pontra, a zajforrásra utal.
Ha egyszer egy adott frekvenciával sugároz a hangforrás, az meg fog maradni más közeg ill. anyag esetén is, és csak a c és a fog változni.
infrahang hallható hang ultrahang
f < 20 Hz 20 – 16.000 Hz f > 16.000 Hz
70 Hz 5000 Hz
16.000 Hz
440 Hz
18.000 Hz14.000 Hz
Infrahang: Az ilyen hangokat az emberi fül nem hallja, a test azonban érzékeli. Robbanások és a testek körüli lökésszerű légáramlások keltik.
A nagyon nagy frekvenciájú hangokat a különféle anyagok (pl. az emberi test különféle szövetei) más-más mértékben verik vissza. (gyógyászatilag előnyös módon, mert viszonylag kicsi a sérülés, az ártalom valószínűsége). Az ultrahangot ezért általánosan használják orvosi átvilágításra (pl. ultrahang diagnosztika a magzat vizsgálatára. Használják műszaki célokra (pl. vasúti sínek repedéseinek felderítésére).
Állati kommunikáció (nagyméretű állatok kis frekvenciákat, kisméretű állatok nagyobb frekvenciákat használnak)
A keltett hang magasságát mindig a frekvenciája határozza meg a hang annál magasabb, minél nagyobb a
rezgés frekvenciája a fül a hangmagasságot a frekvencia
logaritmusával arányosnak érzékeli
az a távolság,amit a hullám egy periódus alatt megtesz, szinusos hullámok esetén a két egymást követő csúcs közötti távolság
Jele: λ Mértékegysége: [m]
Az egyensúlyi vagy a nyugalmi helyzettől számított legnagyobb kitérés. hangerősség
Mindig pozitív szám. Jele: A
A hanghullám terjedésének sebessége. Jele: c Mértékegysége: [m/s]
c = √E / E - rugalmassági modulus, [Pa] - sűrűség [kg/m3]
Sebesség függ: , E hőmérséklet, páratartalom, nyomás
A levegő hőmérséklete befolyásolja a terjedési sebességet. Melegben a gázmolekuláknak nagyobb
mozgási (kinetikus) energiája van Közelebb kerülve egymáshoz, gyorsabban
adják át az energiát
Levegőben: + 40 °C = 355 m/s + 20 °C = 340 m/s - 40 °C = 306 m/s
Édes vízben: + 15 °C = 1437 m/s
Meleg levegőben ugyanazon hang hullámhossza is nagyobb, ugyanis meleg levegőben gyorsabban terjed a hang, tehát változatlan f mellett, ha c nagyobb, akkor is nagyobb.
Minden 1°C emelkedés esetén 0,6 m/s sebességnövekedés várható. Száraz időben, tengerszint nyomáson, 0°C-on c= 331m/s
Más körülmények között:
cp=co+0,6xTp m/s
cp= adott Tp hőmérsékleten a sebesség
co= 0°C esetén a sebesség
Példa: Egy 20°C -os szobában mekkora a hang
terjedési sebessége?
Co=331m/s
Tp=20°C
cp= co+0,6x20=331+12=342m/s
cp~ 340m/s
Ha a levegő sűrűsége kicsi, tehát a részecskék távolsága nagyobb, mint az a távolság, ami a hangnyomás által keltett részecske elmozdulás mértéke, akkor nincs hangterjedés. Ezért légüres térben nem terjed a hang, mert nincs ami közvetítse a zavarást.
Ez az érték: l = 10-5 – 10-11 m
A terjedés sebessége a közeg tulajdonságaitól függ, nem a hang tulajdonságaitól.
A hangterjedés sebessége egy adott közegben állandó T esetén állandó.
A közeg megnevezése
Hőmérséklet °C
Hangsebesség m/s
–10 3250 33110 33715 34020 34350 360100 387
Nitrogén 20 337Oxigén 20 326Szén-dioxid 20 268Metán 20 445Hélium 20 1005
20 131020 1180
Benzin 20 1120Meti-alkohol 20 1450Higany 0 1440Víz 10 1480
15 1498
Levegő
Hidrogén
A cseppfolyós anyagokban, szilárd testekben a molekulák szorosabb kapcsolata miatt a részecskék könnyen át tudják adni egymásnak a rezgést. Tehát a hang a folyékony és szilárd közegben gyorsabban terjed, mint levegőben!
Hidrogén: kicsi molekulac= 1284 m/s
Hélium: nagyobb tehetetlenségűc= 965 m/s
Acél: szoros kötésű molekulákc= 5940 m/s
A hang terjedése közben a részecskék mozgása súrlódással jár, ennek legyőzése pedig munkavégzést kívánt. Mennél távolabb jut el a hang, egyre gyengül, végül teljesen megszűnik, energiája pedig hővé, hőenergiává alakul.
A magas hangok rezgésszáma nagy, a mélyeké kevesebb. Amikor a magas hangok terjednek, akkor azokat a levegőben lévő részecskéket igen sokszor kell ide-oda mozgatni. A mély hangok terjedésük közben kevesebb munkát végeznek. Tehát:
A magas hangok nem terjednek olyan messzire, mint a mély hangok.
Csillapított rezgés
Szinuszos hang
Lecsengő zenei hang
Állandósult zenei hang
Öngerjesztett rezgés
Keverékhang
Zörej
Tiszta hangnak nevezzük a tiszta szinuszos hangrezgést, azaz azt a hangot, amelynek spektrumában egyetlen vonal van
A gyakorlatban azonban (szinte kizárólag) összetett hangokkal van dolgunk
Tiszta hangot keltő mechanikai eszköz a hangvilla.
Azokat a hangrezgéseket, amelyeknek frekvenciaspektrumában nemcsak egy, hanem több, egymástól különböző frekvenciájú komponensek is találhatók, összetett hangoknak nevezzük.
Az összetett hangok két nagy csoportra oszthatók: periodikusak és nemperiodikusak.
Frekvencia szerint Infrahang f > 20 Hz Hallható hang 20 Hz < f < 16 kHz Ultrahang f < 16 kHz
A hang időbeli lefolyása állandó hang: jellege (frekvenciája, erőssége) nem változik:
ventilátor, szivattyú változó hang: jellege időben változik
A hang lefutása szerint folytonos: időbeli megszakítások nélküli zaj szakaszos (időszakos): időbeli megszakításokkal, csak
időszakosan lép fel egyszeri: egyetlen alkalommal jelentkező zaj
HANGOK CSOPORTOSÍTÁSA
Forma (fizikai hullám alakja) tiszta hang (szinuszos hullám) zenei hang (periodikus) zörej (statikus jellegű) összetett (kevert)
A hang időtartama hanglökés (t < 10 ms) rövididejű hang (10 ms t 1 s) tartós hang (t > 1 s) hosszú (t >60s)
Természetes hang:
forrása valamilyen természeti jelenség, anyagi mozgás vagy élőlény, és megszólalását nem mesterséges beavatkozás váltja ki. PI. természetes hang a szél, a patakcsobogás, a madárcsicsergés, az állatok hangja, a mennydörgés, az emberi beszéd stb.
Mesterséges hang:
valamilyen ember alkotta készülék vagy berendezés működése közben keletkezik, vagy ezek működtetésével, megszólaltatásával kelthető. PI. a gépek zaja, a munka végzés zaja, a hangszóró hangja, s nem utolsósorban a hangszerek hangja, a zene is mesterséges hang stb.
Mennyivel érezzük magasabbnak egyik hangot a másiknál?
pl. 100 Hz 440 Hz150 Hz 500 Hz
Az első hangköz a nagyobb, pedig ott a különbség csak 50 Hz, míg a másodiknál 60 Hz.
nem a frekvenciák különbsége határozza
meg a hangok egymáshoz viszonyított magasságát, hanem a frekvenciák aránya
Következtetés: azoknak a hangoknak, amelyeket zajnak érzünk, az idő-kitérés grafikonja sokkal egyenetlenebb.
Zaj: különböző magasságú és erősségű hangok keveréke, amit az ember kellemetlennek, zavarónak érez (szubjektív fogalom).
A hangnyomás a hangrezgések által a közegben keltett nyomás. A légköri nyomás nyugalmi értékétől való eltérés a hangnyomás.
jele: p
p = p' – p0 [Pa], [N/m2]
3 jele: I mértékegysége: W / m2
a hangteljesítmény és az intenzitás közöttiösszefüggés: P= I · F
ahol F az a teljes felület, amelyen a hangenergiaátáramlik.
P = I dF Psík = I · F Pgömb = I·4r2π
F = felület [m2 ] I = intenzitás [W/m2 ]
Intenzitás mértékét a fülünk dönti el, hogy hogyan érzékeli:hallja- e - hallásküszöbelviseli- e - fájdalomküszöb
Hallásküszöb FájdalomküszöbI0 = 10-12 W/m2 Imax = 10 W/m2
HANGINTENZITÁS
Mekkora a hallásküszöbhöz I0 = 10-12 W/m2 – heztartozó hangnyomás? (p0)
Levegő esetén:0 = 1,2 kg/m3
c = 340 m/s
Hallásküszöb I0 = 10-12 W/m2 Fájdalomküszöb Imax = 10 W/m2 nagyon széles tartomány, ezzel dolgozni, számolni nehéz
A mindennapi életben előforduló –hallható hangot kibocsátó zajforrások teljesítménye 15 nagyságrend széles tartományban mozog
Ezért kellett a hang erősségének jellemzésére a szintértékeket bevezetni
SZINTÉRTÉK
Meghatározott alaphoz való viszonyítás logaritmikus rendszerben, azaz két azonos mértékegységű, teljesítményarányos jellemző hányadosának 10-es alapú logaritmusaJele: Li Mértékegysége: (bel),decibel dBi = a jellemző jelölése pl.: LW LI Lp
SZINTÉRTÉK
(mivel szint képzésénél teljesítményarányos mennyiségek hányadosát kell alapul venni, és I p2)
Lp = lg (p/p0)2 Bel
HANGNYOMÁSSZINT (Lp)
A bel nem elég érzékeny, tizedes is gyakran előfordulhat, hogy könnyebben számolhassunk, ennek az értéknek a tizedrészével fejezzük ki a szintértékeket.1 bel = 10 decibel, 10 dB
Lp = 10 · lg (p/p0)2 dB
Lp = 20 · lg p/p0 dB
A hangnyomásszint függ - a hangforrás helyétől- a környezeti feltételektől- a mérési ponttól való távolságtól
LI = lg I / I0 Bel
ahol I0 = 10 –12 W / m2.
I = jelenlegi sugárzó hang intenzitása1 bel = 10 decibel dB
LI = 10 lg (I/I0) dB
MEGJEGYZÉS
A hangintenzitásszint és a hangnyomásszint a hangtér egy adott pontjában mérhető mennyiségek, a zaj által okozott terhelést mérik, immissziós jellemzők. A gyakorlatban inkább a hangnyomásszint használatos.(Pl. egy lakóház homlokzatánál a közlekedési zaj hangnyomásszintje 40 dB)
Lp = 40 dB
HANGTELJESÍTMÉNYSZINT (LW)
Lw = 10 · lg W/W0 (dB)
ahol W: a hangforrás teljesítménye
W0: viszonyítási alap: 10 –12 Watt, 1 pW (Pl. egy ipari berendezés hangteljesítmény-szintje 70 dB)
A hangteljesítményszint a hangforrásra jellemző mennyiség, a kibocsátott teljesítményt méri emissziós jellemző.
Lw =70dB