1.Osnovni pojmovi: zvuk, buka, zvucni pritisak, zvucni talas, talasni front

Zvuk je fizicka pojava koja nastaje usled vremenski promenljivih poremecaja stacionarnog stanja elasticne sredine.

Zvucni pritisak predstavlja promenljivu komponentu ukupnog pritiska u nekoj tacki elasticne sredine koja se slaze sa atmosferskim odnosno statickim pritiskom. On je rezultat generisanja zvuka i prostiranja zvucnog talasa.

Buka je svaki nezeljeni zvuk koji pored fizickih karakteristika izaziva i psihofizioloske senzacije. izvor zvuka moze biti svako telo koje u elasticnoj sredini izvodi mehanicke oscilacije in a taj nacin izaziva poremecaj sredine saopstavajuci pri tom energiju cesticama elasticne sredine.

Zvucni talas se moze definisati kao poremecaj koji se prostire kroz elasticnu sredinu, prenoseci energiju s jedne na drugu lokaciju.

Talasni front oznacava povrsinu na kojoj cestice sredine imaju istu fazu kretanja. talasni front u blizini izvora ima geometrijski oblik samog izvora, dok na vcim udaljenostima uglavnom prerasta u ravan.

2.Vrste zvucnih talasa i osnovne velicine

Longitudinalni-pomeranje cestica u pravcu prostiranja zvucnog talasa. Cestice se krecu napred-nazad oko ravnoteznog polozaja.

Transverzalni talas-pomeranje cestica u pravcu koji je normalan na pravac prostiranja zvucnog talasa. Cestice se pomeraju gore-dole bez kretanja u pravcu talasa.

Kombinovani talasi-povrsinski talas u tecnosti, kombinacija longitudinalnih i transverzalnih. to su talasi koji nastaju na povrsini neke tecnosti pod dejstvom talasa cestice izvode kruzno kretanje u pravcu kazaljke na satu. Povrsinski talas u cvrstim telima, kombinacija longitudinalnih i transverzalnih. Talasi koji nastaju na povrsini cvrstih tela. Pod dejstvom talasa izvode elipticno kretanje sa glavnom osom elipse normalnom na povrsinu tela. Sirina elipse se smanjuje sa povecanjem rastojanja od povrsine. Cestice na povrsini izvode kretanje u pravcu suprotnom kazaljkama na satu, dok cestice na dubinama vecim od /5 izvode kretanje u pravcu kazaljke na satu.

Osnovne velicine koje karakterisu zvucne talase i njihovo prostiranje su:talasna duzina (m), frekvencija f(Hz), period oscilovanja T(s), i brzina prostiranja zvuka c(m/s).

Talasna duzina predstavlja rastojanje izmedju dva maksimuma ili dva minimum.

Frekvencija predstavlja broj periodicnih promena polozaja cestica oko ravnoteznog polozaja u jedinici vremena.

Period oscilovanja predstavlja vreme potrebno za jedan ciklus oscilovanja cestica oko ravnoteznog polozaja.

Brzina prostiranja zvuka definise se kao brzina kojom se poremecaj prenosi sa cestice na cesticu.

3.Fenomeni pri prostiranju zvucnih talasa

Prostiranje zvucnih talasa je praceno fenomenima koji su posledice : susreta talasa sa preprekom (refleksija, difrakcija i difuzija), pojava u samoj sredini (refrakcija, disipacija), kretanje izvra (Doplerov efekat).

Refleksija talasa je pojava nagle promenee pravca prostiranja talasa pri nailasku na prepreku.

Difrakcija talasa je pojava savijanja zvucnih talasa oko ivics prepreke na koju nailazi.

Difuzija je specijalni slucaj difrakcije kada zvucni talas proilazi kroz otvore cije su dimenzije male u poredjenju sa talasnom duzinom.

Refrakcija talasa je pojava savijanja ili prelamanja zvucnih talasa, odnosno odstupanje od pravolinijskog kretanja.

Disipacija predstavlja proces gubljenja energije, odnosno njenog nepovratnog pretvaranja u drugi oblik, pri prostiranju zvucnih talasa.

Doplerov efekat je pojava promene frekvencije i talasne duzine koja nastaje kao rezultat kretanja izvora ili prijemnika u odnosu na sredinu ili kretanje sredine.

4.Energija i gustina energije

Energija zvuka je ekvivalentna radu koji izvrsi sila F kao posledica promene zvucnog pritiska kada deluje na cesticu sredine pri cemu izaziva kretanje te cestice.

Postoje dva oblika energije:

1)kineticka- posledica kretanja cestica oko ravnoteznog polozaja, i

2)potencijalna- posledica kompresije i ekspanzije sredine.

Promene zvucnog pritiska izazivaju kretanje cestica oko ravnoteznog polozaja, cime se menja njihova kineticka energija.Kretanje cestica prouzrokuje komprimovanje ili ekspanziju sredine cime se menja potencijalna energija sredine.Komprimovanje i ekspanzija sredine izazivaju kretanje cestica u narednom sloju, cime se nastavlja proces prenosenja energije zvuka naizmenicnim pretvaranjem kineeticke u potencijalnu i obrnuto.

Gustina energije zvuka koristi se za opisivanje procesa kretanja zvucnih talasa i transport energije na daljinu a definise se kao energija zvuka po jedinici zapremine.

Gustina energije sublimise kineticku i potencijalnu komponentu: E=Ek+Ep.

5.Intenzitet zvuka

Intenzitet zvuka ili fluks zvucne energije definise kolicinu protoka zvucne energije kroz jedinicnu povrsinu u jedinici vremena, u pravcu prostiranja zvucnog talasa:

Intenzitet zvuka definise kolicinu zvucne energije koju zvucni talas nosi po jedinici povrsine talasnog fronta. Intenzitet zvuka je vektorska velicina koja pored kolicine opisuje i smer protoka zvucne energije, odnosno smer prostiranja zvucnih talasa. Intenzitet zvuka u svakoj tacki je normalan na talasni front.

Intenzitet zvuka u bilo kom pravcu je:

Kod ravnih talasa:

Kod sfernih talasa:

6.Zvucna snaga

Zvucni izvor emituje odredjenu kolicinu energije u jedinici vremena (J/s)tj.ima zvucnu snagu (W=J/s). Snaga ne zavisi od okruzenja u kome se izvor nalazi i predstavlja osnovnu meru energije koju moze emitovati izvor. Zvucna snaga izvora definise brzinu kojom se emituje energija koja u jedinici vremena prolazi kroz bbilo koju povrsinu koja obuhvata izvor:

Poznavajuci zvucnu snagu izvora buke moze see odrediti vrednost zvucnog pritiska i intenziteta zvuka na odredjenom raastojanju od izvora zvuka, uzimajuci u obzir karakteristike prostiranja zvucnih talasa u posmatranoj sredini.

Kod ravnih talasa zvucna snaga se racuna kao Pa=I*S.

Kod sfernih talasa kao Pa=I*4r2.

7.Tackasti izvor zvuka

Kada su dimenzije zvucnog izvora koji generise sferne talase znatno manje u odnosu na talasnu duzinu emitovanih talasa, takvi izvori se nazivaju tackasti zvucni izvori. Uslov r<< U slobodnom prostoru dati izvori stvaraju sferne talase i vaze iste zakonitosti kao i za izvore sfernih talasa. Zvucni pritisak opada sa povecanjem rastojanja. Intenzitet zvuka zavisi od akusticne snage i izvora zvuka i povrsine talasnog fronta.

Prostorni ugao zracenja, z (steradijan) pokazuje velicinu prostornog ugla u kome se siri zvucna energija koju emituje izvor zvuka. Smanjenjem prostornog ugla povecava se intenzitet zvuka (samo za tackaste).

8.Zajednicko dejstvo vise tackastih zvucnih izvora

Kada u slobodnom prostoru imamo vise zvucnih izvora na relativno velikom rastojanju jedan od drugog moze se govoriti o nezavisnim izvorima. Rezultujuci zvucni pritisak se odredjuje kao zbir svih zvucnih pritisaka vodeci racuna o faznom stavu talasa na mestu prijema.

Postupak za odredjivanje rezultujuceg pritiska zavisi od toga da li zvucni izvori emituju prost ili slozen zvuk.

Prost zvuk: vremenske promene su periodicne i sinusoidne. Frekvencijski spektar je linijskog tipa, prestavljen jednom komponentom, ciji je polozaj odredjen frekvencijom, a duzina velicinom promene posmatrane fizicke velicine.

Slozeni zvuk:1)slozen periodicni zvuk- vremenske promene su periodicne i nesinusoidnog tipa. Spektar je linijskog tipa i sadrzi konacan broj komponenata na frekvencijskoj skali.

2)slozen neperiodican zvuk- vremenske promene su neperiodicne. Spektar je kontinualnog tipa i sadrzi beskonacan broj kontinualno rasporedjenih komponenti po frekvencijskoj skali.

9.Frekvencijski i dinamicki opseg cujnosti

Razni izvori zvuka koji sire zvucne signale su veoma sirokog frekvencijskog opsega: infrazvuk f<20, cujni zvuk 20Hz<f<20kHz, ultrazvuk f>20kHz.

Frekvencijski opseg cujnosti ljudskog uha iznosi od 20Hz do 20kHz. Zahvaljujuci svojoj prirodi dinamickom opsegu ljudsko uho moze da registruje zvucne signale u opsegu od praga cujnosti do praga bola.

Prag cujnosti predstavlja najnizi zvucni pritisak koji ljudsko uho moze da registruje. Prag cujnosti na 1000Hz ima vrednost:

Prag bola predstavlja najvisi zvucni pritisak koji ljudsko uho moze da registruje a da ne dodje do ostecenja organa sluha i neprijatnog osecaja bola. Prag bola na 1000Hz ima vrednost:

10.Nivo zvuka

Jedinica je dB. Nivo odredjuje relativni odnos dve velicine ali ne i apsolutnu vrednost i u opstem slucaju odredjuje se kao logaritamski odnos dve velicine

a u cilju dobijanja finije podele skale nivoa zvuka, uzeta je deset puta manja jedinica- dB

Da bi se odredio apsolutni iznos odredjene velicine potrebno je imati vrednost jedne od velicina tzv.referentnu vrednost. Za nivo zvuka usvojena je konvencija da se kao referentna vrednost uzima vrednost koja odgovara pragu cujnosti na 1000Hz. Npr.

Nivoi velicina koji definisu generisanje i prostiranje zvucnih talasa:

11.Sabiranje nivoa slozenog zvuka

Za slozeni zvuk: IR=I1+I2

Postupak: 1.izracunavanje razlike dva nivoa

2.odredjivanje L+

3.dodavanje L+ vecem nivou daje rezultujuci nivo LR=L1+L2.

Pravila: 1.za dva ista nivoa rezultujuci nivo je 3dB veci 70+70=73dB

2.ako je razlika nivoa veca od 10dB, rezultujuci nivo jednak je vecem nivou.

Za vise izvora:

12.Oduzimanje nivoa slozenog zvuka

Postupak oduzimanja nivoa zvuka primenjuje se u slucaju kada se odredjuje nivo zvuka u prisustvu pozadinskog izvora.

Postupak:1.merenje ukupnog nivoa zvuka i pozadinskog izvora LS+N

2.iskljucivanje specificnog izvora i merenje pozadinskog zvuka LN

3.izracunavanje razlike izmerenih nivoa buke

Buka specificnog izvora LS moze se odrediti na osnovu ukupnog nivoa buke i izracunate razlike nivoa primenom jednacine:

Ako je razlika ukupnog i pozadinskog nivoa veca od 10dB pozadinska buka ne utice na merenje i moze se ignorisati. Ako je razlika ukupnog i pozadinskog nivoa buke manja od 3dB pozadinska buka znatno utice na merenje i moraju se preduzeti mere za njeno smanjenje. Ako je razlika ukupnog i pozadinskog nivoa buke u opsegu 3dB-10dB izmerene vrednosti ukupne buke moraju se korigovati zbog pozadinske buke primenom vec opisanog postupka.

13.Subjektivna jacina zvuka

Promene objektivnog nivoa zvuka odgovaraju subjektivnom osecaju promene jacine zvuka. Ipak, objektivni nivo zvuka ne daje potpunu informaciju o subjeektivnom osecaju jacine zvuka, odnosno ljudskoj reakciji na utvrdjeni nivo. Tako da postoji izvesno neslaganje izmedju objektivnih vrednosti i subjektivnog dozivljaja zvucnog nadrazaja. Subjektivni osecaj jacine zvuka zavisi od nivoa zvuka i frekvencije, tako da dva zvuka istog nivoa a razlicite frekvencije, nemaju isti subjektivni osecaj. Za izrazavanje subjektivnog osecaja jacine zvuka uvedena je nova velicina- subjektivna jacina zvuka (fon). Na 1000Hz subjektivna jacina zvuka ima istu vrednost kao objektivna jacina zvuka- L(dB)=(fon). Pomocu izofonskih linija se moze naci veza izmedju objektivne i subjektivne jacine, odnosno fona i idecibela , i obrnuto.

14.Glasnost zvuka

Sonska skala odnosno velicina glasnost zvuka sa jedinicom son . Glasnost zvuka definise koliko je neki zvuk glasniji od zvuka cija je glasnost 1son. Pomocu sonske skale moze se izvrsiti gradacija glasnosti zvuka: zvuk koji ima 8sona je dvostruko glasniji od zvuka cija je glasnost 4sona. Svako povecanje subjektivne jacine od 10 fona udvostrucuje glasnost.

Primer:ako motocikl proizvodi zvuk u srednjem frekventnom opsegu subjektivne jacine 80fona, cetiri takva motocikla stvarace subjektivnu jacinu od 86fona. Porast iznosi 7,5%.

15.Tezinske krive

Potreba da se merenjem dodje do velicine koja priblizno odgovara subjektivnom osecaju ljudskog uva dovela je do definisanja procedura za merenje subjektivne jacine zvuka koriscenjem tezinskih kriva. Tezinska kriva predstavlja frekvencijsku korekcionu karakteristiku koja daje pojedinim frekvencijama veci ili manji znacaj, odnosno “tezinu” uskladjujuci time reakciju instrumenta i osetljivoscu organa sluha na zvuk, odnosno sa izofonskim linijama. Kako oblik izofonskih linija nije isti u dinamickom opsegu cujnosti, od praga cujnosti do praga bola, jedna tezinska kriva ne bi mogla da vazi za ceo dinamicki opseg. Zato su standardizovane jos dve frekvencijske korekcione karakteristike, “B”za srednje nivoe buke , i “C”za visoke nivoe buke. Vrednosti merenja nivoa buke uz koriscenje odgovarajuce korekcione frekvencijske karakteristike oznacavaju se jedinicama dB(A), dB(B) i dB(C).

16.Ekvivalentni nivo zvuka

U realnim uslovima cest je slucaj da je zvuk dugotrajan i da je nivo zvuka promenljiv sa vremenom. Da bi se procenjivao uticaj takvog zvuka na coveka ili uporedila izmerena vrednost sa dozvoljenom uvedeno je jednobojno izrazavanje vremenski promenljivog zvuka pojmom- ekvivalentni nivo zvuka Leq(dB). Ekvivalentni nivo zvuka predstavlja konstaantni nivo zvucnog pritiska, koji ima istu zvucnu energiju kao posmatrani , vremenski promenljivi nivo zvucnog pritiska. Ekvivalentni nivo zvuka se moze prakticno odrediti: uzrokovanjem promenljivog nivoa zvuka i odredjivanje vremena trajanja pojedinacnih nivoa promenljivog zvuka ili uzrokovanjem promenljivog nivoa zvuka i klasiranjem pojedinacnih nivoa promenljivog zvuka prema nivou:

17.Nivo izlozenosti zvuku- SEL

SEL opisuje ukupnu zvucnu energiju u posmatranom vremenskom interval, dok Leq opisuje vremenski usrednjenu vrednost zvucne energije-zvucna snaga.

Zvucni dogadjaji gde je razlika izmedju maksimalnog i pozadinskog nivoa zvuka velika, predstavlja tranzijentne-kratkotrajne pojave. Na ukupnu zvucnu energiju, a samim tim in a Leq, kao prosecnu zvucnu energiju, uticu samo najvisi nivoi koji se od maksimalnog nivoa razlikuju 15-20dB. Za tranzijentne pojave, kao sto su preleti aviona, prolazak automobile, eksplozije... gde merenje pocinje i zavrsava u pozadinskoj buci, ekvivalentni nivo zavisi od mernog perioda, cak i ako je ukupna energija posmatrane pojave ista.

Za tranzijentne pojave koristi se SEL(nivo izlozenosti zvuku) koji eliminise uticaj mernog perioda . SEL se definise kao konstantni nivo zvucnog pritiska koji ima istu energiju u jednoj sekundi kao i posmatrana pojava.