Upload
others
View
0
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
F6 – Spridning
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Innehåll
• Ljudtransmission och reflektion
• Spridning av ljud, diffraktion
• Addition av ljud, interferens
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Transmission och reflektion
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Transmission och reflektion
• Vad som reflekteras och vad som transmitteras beror inte bara
av ”medium” utan också av frekvens, höga frekvenser reflekteras
lättare än låga frekvenser
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Från ”lätt” medium till ett ”tungt”
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Från ett ”tungt” medium till ett ”lätt”
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Ljudutbredning – avstånd
Källa Utbredning Mottagare
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Ljud i luft – longitudinalvåg
• Tryck som funktion av läge och tid: p(x,t)
• Platta som sänder ut ljud i förlustfri kanal: plan vågutbredning
kxtieptxp ˆ),(
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Akustisk effekt
• Utsänd effekt: = W (Högtalare: 2-3%)
• bevaras när vågen fortskrider (if no losses)
321
WS1 S2 S3
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Situation and
sound source
Sound power
(W)
Sound power level
(dB ref 10−12 W)
Saturn V rocket 100,000,000 200
Turbojet engine 100,000 170
Turbofan aircraft at
take-off1,000 150
Turboprop aircraft at
take-off100 140
Machine gun
Large pipe organ10 130
Symphony orchestra
Heavy thunder
Sonic boom
1 120
Rock concert
Chain saw
Accelerating motorcycl
e
0.1 110
Lawn mower
Car at highway speed
Subway steel wheels
0.01 100
Large diesel vehicle 0.001 90
Alarm clock 0.0001 80
Noisy office
Vacuum cleaner10−5 70
Busy restaurant
Hair dryer10−6 60
Quiet office
Average home10−7 50
Refrigerator
low voice
Quiet home
10−8 40
Quiet conversation
Broadcast studio10−9 30
Whisper
Wristwatch ticking10−10 20
Human breath 10−11 10
Reference value 10−12 0
https://en.wikipedia.org/wiki/Watthttps://en.wikipedia.org/wiki/Decibelhttps://en.wikipedia.org/wiki/Saturn_Vhttps://en.wikipedia.org/wiki/Turbojethttps://en.wikipedia.org/wiki/Turbofanhttps://en.wikipedia.org/wiki/Turboprophttps://en.wikipedia.org/wiki/Machine_gunhttps://en.wikipedia.org/wiki/Pipe_organhttps://en.wikipedia.org/wiki/Symphony_orchestrahttps://en.wikipedia.org/wiki/Thunderhttps://en.wikipedia.org/wiki/Sonic_boomhttps://en.wikipedia.org/wiki/Rock_concerthttps://en.wikipedia.org/wiki/Chain_sawhttps://en.wikipedia.org/wiki/Motorcyclehttps://en.wikipedia.org/wiki/Lawn_mowerhttps://en.wikipedia.org/wiki/Rapid_transithttps://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Diesel_vehicle&action=edit&redlink=1https://en.wikipedia.org/wiki/Refrigerator
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Ljudintensitet
• Ljudintensitet = Effekt per ytenhet [W/m2]
Si = S vinkelrät mot
Utbredningsriktningen
(perpendicular to the sound direction)
iSIII
321
S1 S2 S3
dS
dI
Ljudintensitet
används ibland för
att upptäcka
transmissionsvägar
genom en vägg /
konstruktion
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Ljudutbredning i frifält
• Punktkälla sänder ut ljudeffekten oavsett riktning
• Sfärisk ljudutbredning
• Förlustfritt medium
effekten bevaras:
• Intensiteten:
21
24 rSI
S1
S2
r1
r2
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Sfärisk vågutbredning
konstant444 222
21
2
1 IrIrIr
2
2
4)(~
r
crp
)(),( krtier
Atrp
c
pI
2~
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Avståndslagen
• Sfärisk utbredning (punktkälla)
• Cylindrisk utbredning (linjekälla)
• Plan våg
1
212 log20)()(
r
rrLrLL
1
212 log10)()(
r
rrLrLL
0)()( 12 rLrLL
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Ljudnivåändring vid avståndsfördubbling
0)()2( 11 rLrLL
dB6)()2( 11 rLrLL
dB3)()2( 11 rLrLL
• Sfärisk utbredning (punktkälla)
• Cylindrisk utbredning (linjekälla), ex trafik längs motorväg!
• Plan våg
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Ljudutbredning
• Väder och vind
• Hindrande objekt
• Reflektion
Källa Utbredning Mottagare
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Laserstråle i sockerlösning
http://www.mna.hkr.se/~pej/optikdemo.htm
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Temperaturvariation
• Olika c – brytning
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Temperaturvariation
Sommardag:
Ljud går fortare i luft
med högre temp.
Högt upp. Höga
frekvenser absorbe-
ras
Vintermorgon:
Ljud går fortare i luft
med högre temp. Vid
mark. Höga frekven-
ser absorberas
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Andra parametrar
• Snö ! En jättebra absorbent, nysnö skapar en fantastisk tystnad..
• Vegetation
• Höjdskillnader
• …..
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Vind
• Är normalt större än temperaturberoendet
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Diffraktion – ljudets böjning
• Om hindret d > våglängden så uppstår skugga höga
frekvenser ”skuggas lättare”
• Om hindret d < våglängden så böjs ljudet runt hindret (låga
frekv.)
Skugga
d
a)
b) Ej skugga
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Diffraktion
• Öppningsmåttet > våglängden : plan våg efter hindret
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Bullerskärm
• På samma sätt
(Höga frekv) > H
Hindret “märks inte”
Skugga
H
Skärm
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Bullerspektrum – vägtrafik
• Sprids längre
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Bullerspektrum vägtrafik
• I enlighet med den internationella standarden ISO 717 används
anpassningstermen Ctr (spektrumet vägs samman) för att
beskriva trafikbullerspektrum – krav i fasad R´w + Ctr.
C=anpassningsterm för spektrum; tr= trafik
• Det finns en annan anpassningsterm för normalt ljud i lägenhet
som betecknas C (innehåller lägre nivåer i låga frekvenser)
• ett enklare sätt att beskriva krav för exempelvis fasader
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
How to design a screen for traffic noise?
1. Height / shape (see next page)
2. Distance to source / receiver
3. Density of barrier
4. Where is the source
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Shape
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Var befinner sig ljudkällan….?
1. Motor?
2. Däck-vägbana?
Svar: > 40 km/tim 2
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Addition av ljud
• Addition av ljudtryck
• Effektivvärdet
)()()( 21 tptptptot
tt
t
tt
t
tot
dttptpt
pp
dttptpt
p
0
0
0
0
)()(2~~
)()(1~
21
2
2
2
1
2
21
2
Korrelationsterm
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Addition av ljud
• Okorrelerade källor (korrelationstermen = 0)
– Olika bruskällor
– Källor med olika frekvens
• Korrelerade källor
– I fas: konstruktiv interferens
– I motfas: destruktiv interferens
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Okorrelerad addition
• Summering av ljudtryck summering av effektivvärden
• Addition av ljudnivå
• Ex: Flera bullrande maskiner – vad blir total ljudnivå (logaritmiskt mått)?
• 30+30 = 33; 40+40 = 43; 40 + 43 = ?
2
2
2
1
2 ~~~ ppptot
N
n
L
totpnpL
1
10/
,,10log10
Okorrelerade ljudkällor
Ljudnivå Resultat
Ljudkälla 1 43 45
Ljudkälla 2 40
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Korrelerade signaler – interferens
• Två lika källor i fas:
• Två källor i motfas:
)()( 21 tptp
2
1
2 ~4~ pptot
dB64log10 1,1,, pptotp LLL
)()( 21 tptp
0totp
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Fas
• Två signaler är i fas om argumentet är samma 2n,
dvs fasskillnaden mellan de två signalerna är = 2n.
och i motfas om argumentet skiljer sig med 2n,
dvs fasskillnaden mellan de två signalerna är = 2n.
kxti
kxti
eptxp
eptxp
22
11
ˆ),(
ˆ),(
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Ex: korrelerade signaler
• Hur mycket längre ska omvägen r vara för att få destruktiv
interferens?
Ton med f=500 Hz
OMVÄG FÖR DESTRUKTIV INTERFERENS
Ljudets hastighet 343 m/s
Frekvens 500 Hz
Våglängd 0,69
Extra sträcka 0,34 m
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Ljudmätning
Delphine Bard / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Ljudmätning vid hård fasad
• Ljudet interfererar med sin egen reflex!