Győrfi András demonstrátor

SZE, MTK, BGÉKI,

Környezetmérnöki tanszék

Szoba: D 512 /Telefonszám: 70/977-49-55 E-mail:

gyorfia@sze.hu, gyorfi.andras.sze@gmail.com

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)

Értékelés:

0-50 1

51-62 2

63-75 3

76-85 4

86-100 5

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.

Bevezetés Hang Hullám Fizikai alapfogalmak Szintértékek Példák

„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

Transzverzális hullám:a rezgőmozgás iránya merőleges a terjedés irányára (testhangok)

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

Az a legrövidebb idő, amely alatt a rezgés periodikusan ismétlődik

Jele: T Mértékegysége: s (idő)

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]

Példa

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.

négyszöghullám:

(pl. gitártorzító)

háromszöghullám:

300 Hz

300 Hz

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.

természetes hangok:

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.

mesterséges hangok:

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

mesterséges hangok:

emberi hang:

madár gyár

hegedű közlekedés

Kellemes hangok Zajok

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]

Adott felületen egységnyi idő alatt merőlegesen átáramló hangenergia.

jele: W, Pmértékegysége: Watt

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

I = p2 / ( c)

ahol: : sűrűség

c : a hang sebessége

p : hangnyomás

Mekkora a hallásküszöbhöz I0 = 10-12 W/m2 – heztartozó hangnyomás? (p0)

Levegő esetén:0 = 1,2 kg/m3

c = 340 m/s

emisszió immisszió

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

1.Mekkora teljesítményszintnek felel meg 3 μW?

3 μW = 3×10-6 W W0 = 10-12 W

LW = 10 lg W/W0 = 64,8 dB = 65 dB

Határozzuk meg P=1,35 mW hangteljesítményű zajforrás abszolút és P0=1 nW-ra vonatkoztatott relatív teljesítményszintjét

Egy hangszóró 1,5 W teljesítménnyel sugározza a hangot a tér minden irányában. Mekkora a hangintenzitása és a hangintenzitásszintje tőle 5 m távolságban.