1

LABORATORIJSKE VJEŽBE

INDUSTRIJSKA AKUSTIKA

2

Sadržaj laboratorijskih vježbi:

1. Zvuk i čovjek

2. Što je zvuk?

3. Fizikalne veličine kojima se definira zvuk

4. Decibelna skala

5. Glasnoća

6. Vrste izvora zvuka

7. Refleksija, apsorpcija i propuštanje zvučnog vala

8. Vrste zvučnih valova

9. Zašto mjerimo zvuk?

10. Mjerenje energije zvučnog izvora

11. Uređaj za mjerenje buke

12. Zaštita od prevelike buke

13. Mjerenje buke

3

09. veljače 2010. u 8:00

Predaja referata i polaganje kolokvija

4

ZVUK I ČOVJEK

Zvuk nam osigurava užitak kao što je slušanje glazbe ili pjev ptica.

Zvuk nam često smeta u našem svakodnevnom životu.

http://www.metacafe.com/watch/421098/lamborghini_engine_sound/

5

Nivo ili smetnja ovise ne samo o kvaliteti zvuka, već i o stavu prema njemu. Zvuk novog aviona može biti glazba za uši inženjeru koji ga je projektirao, ali za ljude koji žive blizu aerodroma može biti prejako za uši. Zvuk ne mora biti jak da bi nam smetao.

Što je najgore, zvuk može naštetiti i razarati. Probijanje zvučnog zida može razbiti prozor i tresti zidove. Ali najgori je slučaj kada zvuk razori delikatan mehanizam, koji ga prima – ljudsko uho.

 

6

Svakodnevna buka jedan je od najvećih neprijatelja zdravlja ljudi:

šum u uhu (tinitus)

suženje krvnih žila – brže stare i raste opasnost od ateroskleroze

Stradava srčani mišić zbog promjene frekvencije otkucaja –

povećana opasnost od srčanog udara

pojačano lučenje želučanih sokova – opasnost od želučanih tegoba

nadbubrežna žlijezda luči više stresnih hormona - adrenalina,

noradrenalina i kortizola

7

Prema istraživanjima njemačkih znanstvenika 25 % svih srčanih udara nastaje zbog stresa što ga izaziva buka na radnom mjestu; nakon pušenja je buka najveći faktor rizika

Istraživanja sveučilišta u Düsseldorfu pokazala su da 25 % mladih ljudi između 16 i 24 godine ima oštećen sluh kao posljedicu glasnih koncerata.

Prema istraživanjima sveučilišta u Berlinu od 270 studenata njih 10 % imalo je probleme sa sluhom i jedva da su mogli voditi normalan razgovor.

8

Postoje dvije teorije o tome što se događa sa sluhom ako je uho izloženo zvučnoj traumi:

pod utjecajem energije zvučnih valova, slušni se živci lome poput

vlati trave pod kosilicom

zbog buke se u unutarnjem uhu proizvode agresivne tvari – slobodni

radikali. Ipak istovremeno proizvode se i zaštitne tvari –

antioksidansi. Kod izlaganja velikoj buci zaštitni mehanizam je

preopterećen i ne može obavljati svoju funkciju.

9

ŠTO JE ZVUK ?

Zvuk se može definirati kao bilo kakva promjena tlaka (u zraku, vodi ili nekom drugom mediju), koje ljudsko uho može registrirati.

Nama najpoznatiji uređaj za mjerenje promjene tlaka u zraku je barometar. Promjene tlaka, koje nastaju zbog promjene vremenskih prilika, vrlo su spore da bi ih ljudsko uho registriralo – pa prema tome to nije definicija zvuka.

Ali ako su promjene tlaka u atmosferi puno brže – najmanje 20 u sekundi, moguće ih je čuti i nazivamo ih zvukom (barometar ne može dovoljno brzo odgovoriti te se stoga ne može koristiti za mjerenje zvuka).

10

Broj promjena tlaka u sekundi naziva se frekvencija zvuka, a mjeri se u Hertzima (Hz).

Frekvencija zvuka proizvodi karakterističan ton. Tako udaljena tutnjava grmljavine ima nisku frekvenciju, dok zvužduk ima visoku frekvenciju.

Normalno područje čujnosti je za zdravu mladu osobu raspon od približno 20 Hz do 20 000 Hz (ili 20 kHz).

Područje nižih i viših nota na klaviru 27,5 Hz do 4186 Hz.

VALNA DULJINA

FREKVENCIJA

11

Born

February 22, 1857Hamburg, Germany

Died

January 1, 1894Bonn, Germany

Residence

Germany

Nationality

German

Institutions

University of KielUniversity of KarlsruheUniversity of Bonn

Known for

Electromagnetic radiation

 

Heinrich Rudolf Hertz

12

ZVUK KAO VALNA POJAVA

Zvuk je u fizikalnom smislu vibracija plinova, tekućina i čvrstih tijela preko čijih se čestica prenosi energija od izvora zvuka.

13

Materijalna točka medija oscilira oko svog ravnotežnog položaja, a duž zvučnog vala prenosi se energija.

Akustički longitudinalni val

Zvu

čni t

lak

14

Osnovne komponente zvučnog vala su:

amplituda - A

dužina vala -

frekvencija - f f = 1/T [1/s = Hz]

15

Zvučni val visoke frekvencije Zvučni val niske frekvencije

Zvučni val niskog intenzitetaZvučni val iste frekvencije, visokog intenziteta

16

BRZINA ŠIRENJA ZVUČNOG VALA

E

C E – modul elastičnosti medija

- gustoća medija

f

cTc

17

Astronaut u space shuttlu može čuti udarac, jer se u space shuttlu nalazi zrak pa se zvučni val može prenijeti. Kada astronaut šeta po svemiru ne čuje ništa jer ne postoji ništa između njega i mjesta udarca.

18

ZVUČNA SNAGA

Zvučna snaga je količina zvučne energije koju emitira izvor zvuka u jedinici vremena.

To je osnovno fizikalno svojstvo izvora zvuka.

t

WP [J/s =W]

19

GUSTOĆA ZVUČNE ENERGIJE

Gustoća zvučne energije zvučnog polja je ona energija, koja je sadržana u jediničnom volumenu medija.

2

2

c

pD

J/m3

20

INTENZITET ZVUKA

Intenzitet zvuka je količina zvučne energije koja prolazi kroz jedinicu površine zvučnog polja u jedinici vremena.

Vrste zvučnih polja

Slobodno polje – zvučni val dolazi jedino iz smjera izvora zvuka

c

pI

2

W/m2

Difuzno polje – pojavljuje se reflektiranje zvuka

c

pI

4

2

W/m2

21

DECIBELNA SKALA

Uz frekvenciju, glavna veličina za opisivanje zvuka je amplituda promjene zvučnog tlaka.

Najmanja vrijednost koju ljudsko uho može detektirati je amplituda od 20 Pa što je 5x109 puta manje od normalnog atmosferskog tlaka. Pri tome se tlak toliko malo mijenja da se bubnjić deformira za vrijednost manju od promjera molekule vodika.

Isto tako, uho može podnijeti zvučni tlak više od 106 puta veći tlak od minimalnog.

Kada bi se koristila skala za prikazivanje zvučnog tlaka u Pa, takva bi skala bila vrlo velika, izuzetno nepodesna. Da bi se to izbjeglo, koristi se druga skala – dB-elna.

22Granica čujnosti

Granica bola

Uzletanje aviona

Pneumatski čekić

Teški kamion

Uredska buka

Knjižnica

Šum lišća

23

Decibel nije apsolutna jedinica, već omjer između izmjerene veličine i dogovorene referentne veličine.

Decibelna je skala logaritamska, a koristi granicu čujnosti od 20 Pa kao referetnu vrijednost. Tako je definirana vrijednost od 0 dB.

Kada se zvučni tlak u Pa pomnoži s 10, dodaje se 20 dB; prema tome tlak od 200 Pa odgovara 20 dB, 2000 Pa – 40 dB itd.

00

2

0

log10log20log10I

I

p

p

p

pL [dB]

P0 = 20 Pa – referetni zvučni tlak – granica čujnosti zvuka od

f = 1000 Hz

I0 = 10-12 W/m2 = 1 pW/ m2

24

Korisni aspekt decibelne skale je taj što daje puno bolju aproksimaciju ljudskoj percepciji relativne glasnoće od skale u Pa.

Odnosno, ljudsko uho reagira na logaritamsku promjenu nivoa, što odgovara decibelnoj skali.

Razlika nivoa

Jedva primjetna

Primjetna

Očita

Znatna

25

ŠTO ČUJEMO ?

Čujno područje

Glazba

Govor

Frekvencija

Nivo zvučnog tlaka ( SPL) u dB Prema definiciji zvuk je bila kakva promjena tlaka koju ljudsko uho čuje. To znači frekvenciju od 20 Hz do 20 kHz za mlade zdrave ljude.

Pojam nivoa zvučnog tlaka, zvučno područje je od granice čujnosti od 0 dB do granice bola iznad 130 dB.

26

GLASNOĆA

Subjektivna percepcija glasnoće zvuka je ovisna o nekoliko kompleksnih faktora.

Jedan od najvažnijih je da ljudsko uho nije podjednako osjetljivo na sve frekvencije.

Najosjetljivije je na zvuk između 2 kHz i 5 kHz, a manje osjetljivo na niže i više frekvencije

27

EKVIFONSKE LINIJE

Niv

o zv

učn

og t

lak

a u

dB

Frekvencija

Najbolji osjećaj glasnoće je kod približno 4000 Hz.

28

Ekvifonske linije su rezultat psiho – akustičkih eksperimenata na zdravim ljudima u dobi od 18 do 25 godina. Linije su rezultat prosječnih statističkih vrijednosti.

Ekvifonske linije su standardizirane za čiste tonove, a predstavljaju subjektivni osjećaj glasnoće u ovisnosti o frekvenciji tona.

Glasnoća se izražava u fonima čija je numerička vrijednost ista kao i nivoa zvučnog tlaka kod tona od 1000 Hz.

Kod nivoa od 50 dB tona od 1000 Hz isti je nivou glasnoće od 50 fona. Za isti nivo glasnoće za ton od 50 Hz potreban je nivo zvučnog tlaka od 73 dB, odn. za ton od 4000 Hz nivo od 42 dB.

29

INTERNACIONALNE KOREKCIJSKE KARAKTERISTIKE

Da bi uređaj kojim se mjeri nivo zvučnog tlaka obradio signal slično kako ga obrađuje ljudsko uho, ugrađeni su u njemu elektronički uređaji čija je osjetljivost slična osjetljivosti čovjekovog uha.

Za tu se svrhu koriste korekcijske karakteristike.

Frekvencija

dB

A – za niske zvučne nivoe

B – za srednje zvučne nivoe

C – za visoke zvučne nivoe

30

VRSTE IZVORA ZVUKA

Točkasti izvori zvuka – dimenzije su mu male u odnosu na njegovu udaljenost od primača. Tu spadaju: industrijski objekti, avioni, pojedinačna vozila na cesti.

31

Zamišljena sferna površina

Intenzitet na površini sfere

Snaga izvora

P

I = P /4 r2

Idealni točkasti izvor proizvodi seriju sferičnih valova. Zvučna se energija širi podjednako u svim smjerovima, a prolazi kroz sferične ljuske polumjera r.

Intenzitet opada za 6 dB udvostručavanjem udaljenosti od izvora.

32

Linijski izvori – sastavljen je od velikog broja izvora usko povezanih tako da se emisija akustičke energije može razmatrati kontinuirano duž pravca. Tu spadaju: usko smješteni strojevi, konvejeri, promet na autoputu, željeznička kompozicija.

33

Zvučna energija prolazi kroz koncentrične polovice cilindričnih plašteva.

lr

PI

Intenzitet je obrnuto proporcionalan udaljenosti od izvora te opada za

3 dB udvostručavanjem udaljenosti od njega.

34

REFLEKSIJA, APSORPCIJA I PROPUŠTANJE

ZVUČNOG VALA KROZ PREPREKU

Ulazni zvučni val

Reflektirani zvučni val

Apsorbirani zvučni val

Prepreka

Propušteni zvučni val

35

Kolika će se količina zvučne energije reflektirati, propustiti ili apsorbirati ovisi o:

svojstvima prepreke,

širini prepreke i

valnoj dužini zvučnog vala.

Da bi prepreka bila dobar apsorber zvuka, ona mora biti:

porozna

mora imati širinu veću od valne dužine zvučnog vala (za val

frekvencije 10 kHz valna dužina na zraku je 34 mm te je lako ostvariti

zvučnu izolaciju).

36

Materijali za apsorpciju buke na radnim mjestima

37

VRSTE ZVUČNIH VALOVA

Već je rečeno da su zvučni valovi definirani dvijema osnovnim veličinama:

frekvencijom

amplitudom

Najjednostavniji oblik zvučnog vala je sinusoidalni koji ima konstantnu frekvenciju – čisti ton.

38

Am

plitu

da

FrekvencijaVrijeme

Čisti sinusoidalni val

Kombinacija dva sinusoidalna vala

Periodični signal

Složen, neperiodički signal

39

Čisti ton

Buka

40

Kada je potrebna detaljna informacija o složenom zvučnom signalu, može se frekventno područje od 20 Hz do 20 kHz podijeliti na frekvente pojase.

Frekventni interval:

1

22log

f

f [oktava]

Ako je oktavaf

f12log2 2

1

2

U akustičnoj tehnici elektroničkim se filtrima formiraju frekventni pojasi:

f2 / f1 = 2 oktavni filter

f2 / f1 = 21/2 1/2 oktavni filter

f2 / f1 = 21/3 1/3 oktavni filter

41

ZAŠTO MJERIMO ZVUK?

Mjerenje omogućava definiranje veličina koje opisuju nivo zvuka

Mjerenja zvuka dozvoljavaju preciznu analizu ometajućih zvukova. Isto tako, treba znati da postoje fiziološke i psihološke razlike među ljudima, stupanj ometanja ne može se mjeriti za određenu osobu. Međutim mjerenja daju objektivnu sliku za usporedbu ometajućih zvukova pod različitim uvjetima.

Mjerenja zvuka također daju jasnu indikaciju kada zvuk može izazvati oštećenja sluha i osigurava poduzimanje mjera da se to spriječi. Stupanj oštećenja sluha može se odrediti audiometrijom kojom se mjeri osjetljivost sluha.

Mjerenje i analiza zvuka je dijagnostički alat u programu redukcije buke.

Mjerenje zvuka pomaže u poboljšanju kvalitete naših života.

42

MJERENJE ENERGIJE ZVUČNOG IZVORA

Mjerenje energije u slobodnom polju, bez reflektiranja zvuka, obavljaju se ili na otvorenom s uređajem na jarbolu ili u gluhoj komori.

Nivo zvučnog pritiska u bilo kojem smjeru od izvora buke na jednakim udaljenostima ima istu vrijednost.

43

Gluha komora

Cijela je komora obložena visoko apsorpcijskim materijalom, kojim se eliminira mogućnost reflektiranja zvučnog vala.

44

Ječna komora

Suprotno gluhoj komori je ječna komora čije su površine obložene tvrdim i reflektirajućim materijalom, a površine nisu paralelne. Tako se stvara difuzno polje zbog čega se zvuk raspoređuje ravnomjerno kroz cijelu prostoriju.

To omogućava mjerenje ukupne zvučne snage zvučnog izvora.

Ove su komore jeftinije og gluhih te se više koriste.

45

Mjerenje u stvarnoj prostoriji

Dvostruka dimenzija stroja ili jedna valna dužina

Smjer zvuka

Blisko polje Udaljeno polje

Slobodno polje Polje reverberacije

Refleksija

Udaljenost od izvora zvuka

U praksi se većina mjerenja izvodi u stvarnim prostorijama, čime je otežano određivanje pravilnog položaja pri mjerenju buke izvora.

- za zaštitu sluha – mjeri se na mjestu prirodnog položaja uha

- za mjerenje nivoa buke izvora – mjeri se u slobodnom polju.

46

UREĐAJ ZA MJERENJE BUKE

Uređaj za mjerenje buke

Mikrofon

Predpojačalo Prigušivač Pojačalo

Vanjski ili unutarnji filter

Prigušivač Pojačalo Ispravljač

IZLAZI

Mikrofon – zvučni signal pretvara u elektronički

Filteri – oktavni

Izlaz – display, pisač, snimanje

47

UKUPNI NIVO BUKE DVA I VIŠE IZVORA BUKE

48

Postupak određivanja ukupnog nivoa buke:

1. Izmjeriti nivo buke svakog izvora posebno

2. Naći razliku ta dva nivoa

3. Razliku nanijeti na apscisu, i podići vertikalu do korekcijske krivulje

4. Od krivulje povući horizontalu do ordinate

5. Očitanu vrijednost korekcije pribrojiti većem nivou buke.

49

ZAŠTITA OD PREVELIKE BUKE

Udaljenost govornika od slušatelja

Područje normalnegovorne komunikacije

Komunikacija moguća

Komunikacija otežana

Komunikacija nemoguća

Maksimalni govorni napor

Vika

Očekivani nivo govora

Buk

a iz

oko

liša

50

Izloženost velikoj buci u radnom procesu uzrok je:

smanjenju pažnje

smanjenju mogućnosti komunikacije što je jako bitno u timskom

radu

smanjenju radne efikasnosti.

51

MJERE ZAŠTITE OD PREVELIKE BUKE

1. Reduciranje buke na izvoru: konstrukcijskim izmjenama

Različite vrste vibracijskih izolatora

52Različite vrste fleksibilnih spojeva

53

Ograđivanje stroja izolacijom

54

Ukoliko se buka u radnom procesu ne može stalno ili povremeno smanjiti, potrebno je radnicima osigurati:

štitnike za uši

povremeno im mijenjati radna mjesta.

55

MJERENJE BUKE NA VJEŽBAMA

Instrument:

Danska firma: Brüel & Kjær

Naziv uređaja: 2260 Observer

56

Environmental Software Version 2.5

Type 7815, Noise Explorer