Opisivanje bukedr Zlatan Šoškić

Seminar o zaštiti od buke urbanih sredinaKraljevo, 27.12.2011.

Projekat Ministarstva prosvete i nauke Republike SrbijeRazvoj metodologija i sredstava za zaštitu od buke urbanih sredinaTR37020urbaNoise

Fenomen buke

Objektivni /fizički/ aspekt buke Subjektivni /psihički/ aspekt buke

Bukom nazivamo svaki neželjeni zvuk

Zvukom nazivamo mehaničke talase koji pobuđuju ljudsko čulo sluha

OBJEKTIVNO OPISIVANJE ZVUKA I BUKE

Akustički osnovi

Zvuk je mehanički talas Talas je prostiranje poremećaja kroz neku

sredinu

c

v

Akustički osnovi

Mehanički talas je talas pri kome se sredinakreće zbog poremećaja

Kod zvuka se talas prostire u pravcuporemećaja /podužni ili longitudinalni talas/

0 01 331 / 1192 /RTc c t c m s km hM

Akustički osnovi Brzina zvuka, brzina prostiranja poremećaja

0

0

0

1

331 / 1192 /1 1

273

RTc c tM

c m s km h

C

0

0

/0,6

c c ktm sk

C

Akustički osnovi Kad se pobuda talasa ponavlja u vremenu,

talasni poremećaj se ponavlja duž pravca prostiranja talasa

Tc fc

1fT

Akustički osnovi

zvukinfrazvuk ultrazvuk

Frekventni opseg zvuka Najniža frekvenca zvuka 16 Hz Najviša frekvenca zvuka 20 kHz Podela opsega zvuka◦ Dekade

◦ Oktave

◦ Trećine oktava (≈desetina dekade)

02 20 1

1 0 1

10 10ff f f ff f f

20 200 , 200 2 , 2 20Hz Hz Hz kHz kHz kHz

02 20 1

1 0 1

2 2ff f f ff f f

..., 125 250 , 250 500 , 500 1 ,...Hz Hz Hz Hz Hz KHz

3 602 20 1

1 0 1

2 2ff f f ff f f

..., 500 630 , 630 800 , 800 1000 , ...Hz Hz Hz Hz Hz Hz

Doplerov efekat Kretanje izvora i prijemnika utiče na frekvencu zvuka

prijemprijem izvor

izvor

c vf f

c v

Akustički osnovi

Brzina talasa, frekvenca i talasna dužina su veličine kojima se opisuju talasi

TALASNA KINEMATIKA

Akustički osnovi

Buka - zvuk se prostire kroz atmosferu Usled poremećaja, vazduh se razređuje i

zgušnjava Prilikom prostiranja zvuka, varira pritisak

vazduhavaz Ap p p

Akustički osnovi

Natpritisak zvuka izaziva silu Promenljiv pritisak izaziva vibracije membrana

mikrofona Zvučni pritisak se lako meri !!!

Akustički osnovi Kretanje čestica gasa=kinetička energija Mehanički talasi prenose kinetičku energiju Energija talasa je raspodeljena po prostoru koji talas zahvata Lokalni protok energije meri se intenzitetom zvuka

dWIdS dt

dW

2 2

J WIm s m

dS• Zvučna snaga meri ukupnu energiju koju izvor zrači

P WS

P I dS

Akustički osnovi• Intenzitet zvuka i zvučni pritisak zvuka su povezani

2I p

• Prostiranje zvuka se lakše opisuje intenzitetom

2

2pI

c

2

4pI

c

otvoreni prostor zatvoreni prostor

Zvučni pritisak i intenzitetsu osnovne veličine za opisivanje buke

TALASNA DINAMIKA

Nivo zvuka Najmanji čujni zvučni pritisak 20 µPa Najveći čujni zvučni pritisak 20 Pa

Najmanji čujni zvučni intenzitet 1 pW/m2

Najveći čujni zvučni intenzitet 1 W/m2

Nivo zvukamin min

20log 10logp I

p IL Lp I

• Nivo zvučne snage izvora 10log 1p refref

WL W pWW

Nivo zvuka Logaritamska aritmetika◦ 20 dB viši nivo znači 60 dB 80 dB deset puta veći pritisak, sto puta veći intenzitet

◦ dva puta veći intenzitet nivo zvuka povišen za 3dB 50 dB 53 dB

◦ dominira zvuk višeg nivoa (50 dB, 60 dB) 60,4 dB

x0 10 20 30 40 50 60 70 80

1210 1110 1010 910 810 710 610 510 410

Akustički osnovi Na intenzitet zvuka utiču:◦ Rastojanje od izvora zvuka Širenje zvuka Upijanje zvuka u vazduhu i okolnim površinama

◦ Vremenski uslovi Vetar Temperatursko polje

◦ Prepreke Refleksija Difrakcija

Širenje zvuka Tačkasti izvor◦ sve dimenzije mnogo manje od prostora u kome se

prostire talas◦ sferni talas◦ mašine, ne preblizu

211

1 4 rP

dtdSdWI

222

2 4 rP

dtdSdWI

21r

I

6 /L dB dupliranje

Širenje zvuka Linijski izvor◦ dve dimenzije mnogo manje nego treća◦ niz tačkastih izvora◦ cilindrični talasi◦ niz tačkastih izvora (saobraćajnice, vozovi,

proizvodne linije)

hrP

dtdSdWI

111 2

hrP

dtdSdWI

222 2

rI 1

3 /L dB dupliranje

Apsorpcija zvuka smanjenje ukupne zvučne energije usled transformacije

energije talasa u druge vidove energije

rapsorpcijebez erIrI )()(

• apsorpcija u atmosferi• prigušenje zavisi od frekvence• atmosfera je niskofrekventni filtar• atmosfera menja frekventni sastav (boju zvuka) buke

• apsorpcija tlom• zavisi od materijala• malo za beton ili travu, ali može biti i do -20dB/100m duge

trave, grmlja ili drveća

Uticaj vremenskih uslova Brzina zvuka zavisi od vremenskih

uslova◦ vetar◦ temperatura

Zvuk se prelama kroz slojeve vazduha u kojima se kreću različitim brzinama

Ako se brzina zvuka povećava, zvuk se prelama prema normali

Ako se brzina zvuka smanjuje, zvuk se prelama od normale

1

2

3

1c

2 1c c

3 2c c

Uticaj vremenskih uslova Vetar◦ vetar je kretanje vazduha◦ kretanje vazduha menja brzinu zvuka u njemu

◦ pad intenziteta u senci može da iznosi i do 30dB

promena brzine zvuka usled vetraprostiranje zvuka tačkastog izvora

pri vetru

Uticaj vremenskih uslova Temperatura◦ brzina zvuka zavisi od temperature

temperatuski gradijenti u atmosferi

Uticaj vremenskih uslova Temperatura

prostiranje zvuka tačkastog izvorapri normalnom temperaturskom gradijentu

prostiranje zvuka tačkastog izvoratemperaturskoj inverziji

Uticaj prepreka Savijanje (difrakcija) zvuka◦ uticaj konačnih dimenzija prepreka◦ zvuk je talas, ne prostire se pravolinijski

Uticaj prepreka Savijanje (difrakcija) zvuka◦ savijanje zavisi od odnosa talasne dužine i dimenzija prepreke

◦ što veća talasna dužina u odnosu na prepreku, difrakcija je više izražena◦ talasi malih talasnih dužina se prostiru pravolinijski

Uticaj prepreka Savijanje (difrakcija) zvuka◦ prepreka treba da bude mnogo veća od talasne dužine zvuka da

bi iza sebe pravila zvučnu senku

Uticaj prepreka Odbijanje◦ odbijanje od tla

◦ ogledalo, postojanje POTPUNO sinhronog izvora◦ koherentni talasi

Uticaj prepreka Interferencija i stojeći talasi

Uticaj prepreka Odbijanje od zidova◦ oblik i raspored zidova daju raznovrsne efekte

Uticaj prepreka Struktura zvučnog polja izvora buke

1. Blisko polje značajan oblik izvora

2. Daleko polje značajna snaga buke koju izvor zrači 2.1 Slobodno polje dominira zvuk koji dolazi od izvora kao u otvorenom

prostoru stvara se u anehoičnoj komori 2.2 Reverberaciono polje dominiraju refleksije koje potiču od odbijanja od

prepreka reverberacionoj komori

Uticaj prepreka Reverberaciona komora◦ prostor dizajniran da obezbedi ravnomerno zvučno

polje nema interferencije, odnos dimenzija difuzno odbijanje, nepravilan oblik, difuzori

3 31: 2 : 4

SUBJEKTIVNO OPISIVANJEZVUKA I BUKE

Ljudsko uho Svaki ograničeni prostor predstavlja rezonator sa

određenom frekvetnom karakteristikom

• Ne čuju se zvuci ispod 16 Hz i iznad 20 kHz• tačne granice su indvidualne

Subjektivna jačina zvuka Subjektivna jačina pokazuje subjektivni osećaj intenziteta zvuka Subjektivna jačina zavisi od nivoa i frekvence zvuka Subjektivno je najjači zvuk frekvence oko 4kHz Visoke i niske frekvence se subjektivno čine slabijim Subjektivna jačina se izražava jedinicom koja se naziva fon (phon)

Standardizovane izofonske linije

1000 1000Hz L Hz

Glasnost zvuka Jednostavna mera subjektivnog osećaja intenziteta zvuka Povećanje subjektivne jačine od 10 dB oseća se kao dvostruko

glasniji zvuk Meri se jedinicom koja se zove son (son)

Veza glasnosti i subjektivne jačine zvuka

40102S

Osetljivost na smetnje Frekventni sastav predstavlja smisao zvuka Buka na nekoj frekvenci ometa slušanje zvuka na bliskim

frekvencama Što je jača buka, širi je opseg frekvenci na kojima smeta Buka neke frekvence više smeta višim nego nižim frekvencama

Frekventni spektar ometanja

Uticaj trajanja smetnje Kratkotrajna buka se čini manje glasnom od dugotrajne buke

istog intenziteta Uho se ponaša kao senzor energetskog tipa

Zavisnost subjektivnog osećaja buke od trajanja

Stepen smetnje buke Buka iste čujnosti ne smeta jednako ljudima Smetnja zajednici je drugačija od individualne smetnje

Više smeta◦ čujnija buka

◦ buka sa prekidima, pravilnim ili nepravilnim

◦ buka sa impulsima

◦ buka prepoznatljivog sadržaja

Kriterijumi ocene-kako meriti i oceniti buku?◦ zasnovani na fizičkim karakteristikama

◦ zasnovani na pretvaranju ne-fizičkih uticaja u fizičke jedinice

Subjektivni nivo zvuka Najčešća mera uticaja buke U suštini, nivo buke koji koristi težinske skale za ocenu uticaja

amplitudnog i frekventnog sadržaja buke

Oponašanje filterskih karakteristika uha◦ A skala, AF karakteristika koja odgovara nivou glasnosti od 40 fona (LA)

◦ B skala, AF karakteristika koja odgovara nivou glasnosti od 70 fona (LB)

◦ C skala, AF karakteristika koja odgovara nivou glasnosti od 100 fona (LC)

◦ D skala, AF karakteristika za ocenu uticaja aviona (LD)

◦ E skala, AF karakteristika koja odgovara čujnosti (LE)

◦ SI skala, AF karakteristika za ocenu smetnje govoru (LF)

max max

min min

0 0 0

10 log 10log 10 log

f f

Xf f

X

I f df X f I f dfILI I I

Subjektivni nivo zvuka

Težinska kriva A-skale subjektivnog nivoa zvuka

Subjektivni nivo zvuka

Težinske krive subjektivnog nivoa zvuka

Ekvivalentni nivo kontinualnog zvuka Za ocenu buke merene tokom nekog dužeg perioda Srednja vrednost subjektivnog nivoa prema A-skali

0

0

110 log

T

A

eq

I t dtL

T I

Dnevno-noćni srednji nivo zvuka Za ocenu buke merene tokom 24h Slično ekvivalentnom nivou, samo što se uzimaju u obzir

faktori korekcije za dan, veče i noć

5 10

10 10 10110log 12 10 4 10 8 1024

L L Lday evening night

dayL dB A

Nivo zagađenja bukom Uračunava promenljivost buke Osnova ekvivalentni nivo Statistički se odredi devijacija merenog nivoa tokom

perioda

K=2,56

NP eqL L K 2

0

1 T

A eqL t L dtT

Nivo izloženosti Opisuje doprinos pojedinačnog događaja koji stvara buku

ukupnoj buci Od koristi za modeliranje buke Nivo buke signala koji bi trajao jednu sekundu i dao istu

energiju kao i događaj koji se posmatra

10

0 0

101 110 log 10log

1sec 1sec

L t

A

AX

I t dt dtL

I I

• Ekvivalentni nivo skupa događaja u nekom intervalu

10

1

110log 10AX

N

eqi

LL

T