1) Poziom dźwięku A i ekwiwalentny poziom dźwięku A

Poziom dźwięku A - poziom ciśnienia akustycznego skorygowany charakterystyką A

Ekwiwalentny poziom dźwięku A -wyznaczony dla hałasów nieustalonych dla czasu obserwacji T.

Hałas nieustalony (ciągły) - hałas który zmienia się o co najmniej 5 dB w czasie obserwacji

(ΔL = 5 dB)

2) Parametry akustyczne źródła dźwięku

Źródło hałasu opisują:

• moc akustyczna

• współczynnik kierunkowości

Moc akustyczna P [W]

Jest to ilość energii akustycznej wypromieniowanej przez źródło w jednostce czasu.

Poziom mocy akustycznej

P₀ = 10^-12 [W]

Współczynniki kierunkowe

Współczynnik kierunkowości

Q = p/p₀ p - skuteczna wartość ciśnienia akustycznego w polu swobodnym w danym punkcie na osi głównej promieniowania źródła dźwięku, p₀ - średnia skuteczna wartość ciśnienia akustycznego na powierzchni kuli, w środku której leży źródło i przechodzącej przez ten punkt.

Zysk kierunkowy G [dB]

poziomem odniesienia jest 1

Charakterystyka kierunkowości

Przedstawienie graficzne rozkładu poziomu ciśnienia akustycznego wokół źródła, przy założeniu, że pole jest polem fali swobodnej.

3) Parametry akustyczne pola akustycznego

Pole akustyczne opisują następujące wielkości:

• ciśnienie akustyczne

• natężenie dźwięku

Ciśnienie akustyczne p [Pa]

Jest to różnica między chwilową wartością ciśnienia ośrodka gdy rozchodzi się w nim fala akustyczna, a ciśnieniem statycznym (atmosferycznym - dla powietrza) w tym samym punkcie, gdy w ośrodku nie rozprzestrzeniają się drgania akustyczne.

Próg słyszalności sygnału o częstotliwości f = 1000 Hz p₀ = 20 μPa = 2*10^-5 Pa

Poziom ciśnienia akustycznego L_p [dB]

gdzie:

p - ciśnienie którego poziom się wyznacza

p₀ - ciśnienie odniesienia (przyjmuje się p₀ = 2*10^-5 Pa)

Natężenie dźwięku I [W/m²]

Jest to ilość energii akustycznej przepływającej przez jednostkę powierzchni w jednostce czasu. Natężenie dźwięku jest wektorem, w przeciwieństwie do ciśnienia które jest skalarem. Kierunek wektora natężenia zgodny jest z kierunkiem przepływu energii.

Poziom natężenia dźwięku L_I [dB]

gdzie:

I - natężenie dźwięku którego poziom się wyznacza

I₀ - natężenie odniesienia

I₀ = 10^-12 [w/m²] - zostało tak dobrane aby poziom natężenia dźwięku był równy poziomowi ciśnienia akustycznego przy założeniu że:

• pole jest swobodne

• fala jest płaska

4) Parametry akustyczne wnętrza

Podstawowe parametry akustyczne

• Średni współczynnik pochłaniania α_śr

• Chłonność akustyczna

• Odległość graniczna

• Czas pogłosu

Parametry te wyznaczane są za pomocą metody statystycznej.

Znajomość tych parametrów jest istotna przy projektowaniu wnętrz i przy dokonywaniu adaptacji akustycznej.

Średni współczynnik pochłaniania

gdzie :

α_i - współczynnik pochłaniania i - tej powierzchni jednorodnej pod względem akustycznym o polu S_i

n - liczba powierzchni zróżnicowanych pod względem akustycznym

Chłonność akustyczna

Zdolność pomieszczenia do pochłaniania energii akustycznej

A = S_całkowite* α_śr [m²]

Stała akustyczna pomieszczenia

R = A/(1-α_śr)

Odległość graniczna

Odległość graniczna jest to odległość od źródła dźwięku dla której energia fali bezpośredniej jest równa energii fal odbitych

r_gr → I_odbite = I_{bezpośrednie} →

Czas pogłosu

Czas pogłosu T definiujemy jako czas od chwili wyłączenia źródła dźwięku, w którym energia akustyczna maleje 10⁶ razy czyli o 60 dB. Czas pogłosu jest funkcją częstotliwości.

dla α_śr < 0,2

Dla pomieszczeń o V > 2000m³ należy uwzględnić tłumienie energii akustycznej przez powietrze.

5) Propagacja dźwięku w przestrzeni otwartej (w polu fali swobodnej)

Źródło punktowe - teoretycznie to nieskończenie mała kula pulsująca promieniowo której promieniowanie rozchodzi się okresowo. Źródło to jest wszech kierunkowe i emituje falę kulistą.

Fala kulista - fala której czoło tworzy powierzchnię kuli.

Czoło fali - powierzchnia na której drgające cząstki ośrodka są w tej samej fazie.

W dostatecznie dużej odległości od źródła punktowego części powierzchni kulistych można traktować jako płaszczyzny. Czoło fali jest wówczas prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fali i falę taka nazywamy płaską.

Pole fali swobodnej jest to obszar w którym występuje jedynie fala bezpośrednia, nie występują fale odbite i ugięte. W rzeczywistości pole fali swobodnej występuje tylko w laboratorium.

gdzie I - natężenie, P -moc źródła, 4π*r² - powierzchnia kuli w odległości r od źródła.

Jeżeli r₂ = 2r₁ to

Przy założeniu, że: źródło jest punktowe i nie występuje tłumienie energii akustycznej przez powietrze, poziom ciśnienia akustycznego w polu fali swobodnej maleje o 6 dB na podwojenie odległości od źródła dźwięku.

Źródło liniowe - zbiór źródeł punktowych rozłożonych wzdłuż linii prostej.

Źródło liniowe generuje falę cylindryczną.

Czołem fali cylindrycznej jest powierzchnia boczna połowy walca.

W przypadku źródła liniowego fali swobodnej spadek natężenia dźwięku (ciśnienia akustycznego) jest 3dB na podwojenie odległości.

W dostatecznie dużej odległości od źródła liniowego mamy fale płaską. Części powierzchni walcowych możemy traktować jako płaszczyzny. Czoło fali jest prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fali.

Źródło powierzchniowe - zbiór źródeł punktowych rozmieszczonych na płaszczyźnie. Źródło powierzchniowe generuje falę płaską.

L[dB]

źródło powierzchniowe

źródło liniowe 3dB/2r

źródło punktowe 6dB/2r

log(r)

6) Zjawisko pochłaniania energii akustycznej przez powietrze

Na pochłanianie energii akustycznej przez powietrze mają wpływ:

1. Lepkość środowiska

2. Przewodzenie ciepła między warstwami środowiska o różnej temperaturze

3. Promieniowanie cieplne między warstwami środowiska o różnej temperaturze.

ad1) Drgające cząstki powietrz muszą pokonywać występujące między cząstkami siły lepkości. Część energii mechanicznej cząstek ośrodka zamienia się na ciepło. Energia ta jest bezpowrotnie tracona

ad2) Warstwy sprężone ośrodka posiadają wyższą temperaturę od temperatury warstw rozrzedzonych. Następuje wymiana ciepła między warstwami o różnych temperaturach.

ad3) Promieniowanie cieplne

Wymiana ciepła między warstwami o różnej temperaturze na drodze promieniowania.

I_r,m = I_r*e^-m*r

I_{r, m} Natężenie w punkcie obserwacji w odległości r od źródła z uwzględnieniem tłumienia energii przez powietrze.

I_r - natężenie w odległości r od źródła bez uwzględnienia tłumienia energii akustycznej przez powietrze.

m - współczynnik pochłaniania energii akustycznej przez powietrze [1/m]

r - odległość [m]

m = f(gęstość ośrodka(temperatura, ciśnienie, wilgotność) , częstotliwość)

Prognozowanie zmian wartości poziomu ciśnienia gdy zmienia się gęstość ρ

Ln = L₀ + 20log(ρ_n/ρ )

gdzie:

Ln - poziom ciśnienia akustycznego w warunkach: t_n, w_n, p_n

L₀ - poziom ciśnienia akustycznego w warunkach standartowych t =20⁰C, p =750 mmHg, w₀ =55%

ρ_n - gęstość w warunkach: t_n, w_n, p_n

ρ₀ - gęstość w warunkach standardowych 1,225 kg/m³

7) Zależność współczynnika pochłaniania energii akustycznej przez powietrze od wilgotności powietrza i od częstotliwości fali akustycznej.

m[1/m]

wilgotność[%]

8) Pole fali swobodnej i pole dyfuzyjne.

Pole fali swobodnej

Pole fali swobodnej jest to obszar w którym występuje jedynie fala bezpośrednia, nie

występują fale odbite i ugięte. W rzeczywistości pole fali swobodnej występuje tylko w laboratorium.

Pole dyfuzyjne

Pole dyfuzyjne jest to pole akustyczne w którym wszystkie kierunki dochodzenia fal odbitych

są jednakowo prawdopodobne i gęstość energii akustycznej fal odbitych jest jednakowa we wszystkich punktach obserwacji. Pole to jest szczególnym przypadkiem pola pogłosowego.

9) Mody drgań pomieszczenia. Metoda ich wyznaczania

Mody drgań - są to częstotliwości drgań własnych pomieszczenia inaczej częstotliwości rezonansowe.

gdzie:

l_x, l_y, l_z - długości poszczególnych odcinków pomieszczenia

Mody drgań zależą od prędkości fali akustycznej, długości poszczególnych odcinków i współczynników n. Do wyznaczenia mód drgań określamy liczbę fal osiowych, stycznych i

skośnych.

Fale osiowe (typu A)

Równoległa do krawędzi prostopadłościanu.

Fale styczne (typu T)

Równoległe do ścian.

Fale skośne (typu S)

Liczba mód drgań rośnie wraz ze wzrostem objętości i częstotliwości.

Im liczba mod drgań jest mniejsza tym nierównomierność pola akustycznego jest większa.

10) Metoda źródeł pozornych. Założenia i zastosowania.

Założenia:

• wymiary pomieszczenia >> λ

• ze źródeł dźwięku wychodzą promienie dźwiękowe które podlegają prawom optyki

• źródła punktowe dźwięku

• pomijane są zjawiska fazowe, jedynym skutkiem superpozycji jest sumowanie się energii.

11) Materiały i ustroje dźwiękochłonne

Materiały dźwiękochłonne

Materiały w których znaczną część objętości stanowią kanaliki wypełnione powietrzem.

Ustroje dźwiękochłonne

Złożone układy umożliwiające uzyskanie dużych wartości α dla średnich i małych częstotliwości. Wyróżniamy ustroje płytowe i komorowe.

12) Pomiar pogłosowego współczynnika pochłaniania

Pomiar ten odbywa się w polu pogłosowym (komora pogłosowa), metoda znormalizowana

Warunki pomiaru :

• prostokątna próbka umieszczona na środku podłogi

• pole pow. próbki 10m² (wg ISO), 6,5m²

• 6 punktów pomiarowych.

Metoda pomiaru

Mierzymy czas pogłosu z i bez próbki. Pogłosowy współczynnik pochłaniania obliczamy ze wzoru:

gdzie:

T₁ - średni czas pogłosu pustej komory

T₂ - średni czas pogłosu komory z badanym materiałem

13) Pomiar fizycznego współczynnika pochłaniania

Pomiar odbywa się w falowodzie. Założenia:

• fala płaska

• brak strat energii akustycznej w ośrodku

• λ_max = l falowodu

• λ_max = 2* Φ falowodu

gdzie

p_max - ciśnienie akustyczne w strzałce fali stojącej

p_min - ciśnienie akustyczne w węźle fali stojącej

14) Charakterystyka izolacyjności akustycznej przegrody pojedynczej jednorodnej

1 - rezonans, efekt sztywności

2 - prawo masy

3 - efekt koincydencji (pojawiają się fale ugięte)

gdzie:

M - masa 1m² przegrody

B - sztywność na zginanie

15) Zjawisko koincydencji.

Do pewnej częstotliwości granicznej f_gr przenoszenie energii akustycznej odbywa się głównie za pośrednictwem fal podłużnych. Powyżej częstotliwości granicznej pojawiają się fale giętkie. Prędkość rozchodzenia się fal giętkich zależy od częstotliwości. Dla pewnych częstotliwości następuje zgodność prędkości fali giętkiej w przegrodzie z prędkością fali podłużnej w powietrzu (koincydencja). W konsekwencji następuje bardziej intensywne przenoszenie energii akustycznej przez przegrodę co oznacza obniżenie izolacyjności przegrody.

16) Prawo masy

gdzie:

R - izolacyjność [dB]

ω - pulsacja, ω = 2π*f

M_p - masa 1m² przegrody

ρ₀ - gęstość właściwa ośrodka

Jeżeli masa przegrody wzrasta dwukrotnie to izolacyjność wzrasta o 6 dB.

17) Kanału słuchowy, ucho środkowe, układ Cortiego i inne

Funkcje małżowiny usznej:

- umożliwia percepcję kierunku dochodzenia fal akustycznych

(ugięcie na krawędzi, odbicie(reflektor))

- chroni przed urazami mechanicznymi

Funkcje kanału słuchowego:

(l = 25mm, s = 7x 9mm²)

- stabilizuje temperaturę i wilgotność bębenka,filtr mechaniczny

- pełni funkcję rezonatora

(f_rez = 2000 Hz - 4000 Hz, wzmocnienie 10 - 20 dB )

Błona bębenkowa

eliptyczny stożek: s = 8x 9 mm², h = 2 mm

Amplituda drgań błony = 10^-8 mm

Funkcje ucha środkowego

(Młoteczek →bębenek, strzemiączko →okienko owalne, kowadełko)

- transformacja siły 60x ↑

(siła działająca na okienko owalne jest do 60x większa od siły działającej na bębenek)

- mechanizm obronny ↓

- wzmocnienie 30 - 40 dB

- tłumienie - refleks słuchowy

Funkcje układu Cortiego

(Spiralna struktura w ślimaku ucha środkowego człowieka i ssaków. Składa się z nabłonka zmysłowego, przewodu ślimakowego i komórek zmysłowych mających rzęski na powierzchni)

- wrażliwe na fale dźwiękowe o częstotliwości f = 16 Hz do f = 20 kHz

- przekazuje impulsy nerwowe do ośrodka słuchu w mózgu, przez włókna nerwów słuchowych

Funkcje kanału Eustachiusza

- wyrównuje ciśnienie po obu stronach błony bębenkowej

Ucho wewnętrzne

(Przedsionek, ślimak, kanały półkoliste. Wypełnione perylimfą, )

- ślimak przetwarza drgania mechaniczne na elektryczne

- kanały półkoliste stanowią zmysł równowagi

18) Zjawisko mechanizmu obronnego (refleksu słuchowego)

Jest to mechanizm obu uszny, dla poziomu progowego 80 - 90 dB. Zmienia się oś obrotu strzemiączka o 90^o. Naprężenia bębenka rosną , naprężenia okienka owalnego maleją. Niezbędny czas do uruchomienia mechanizmu obronnego t_min = 50 - 150ms. Czas od chwili ustania bodźca potrzebny do powrotu mięśni i kostek do stanu wyjściowego 200 - 1200ms.

19) Szkodliwość hałasu impulsowego i hałasu ustalonego.

Hałas impulsowy jest bardziej szkodliwy od hałasu ciągłego ponieważ mechanizm obronny ucha potrzebuje pewnego czasu aby zadziałać (patrz pyt. 18). Istotne są częstotliwości impulsów i czas narastania.

20) Obszar słyszenia.

Patrz materiały dodatkowe.

21) Wpływ hałasu na organizm

Wpływ hałasu słyszalnego

- zakłócenia równowagi emocjonalnej

- zmiany w wydzielaniu skórnym

- zaburzenia przewodu pokarmowego

- zakłócenia mowy

- zmiana rytmu oddychania i akcji serca

- zmiana tętna i ciśnienia krwi

- bóle mięśni i stawów

- uszkodzenie słuchu

Wpływ hałasu infradźwiękowego

- ból ucha środkowego

- uciążliwość = zmęczenie, dyskomfort, depresje

(L_graniczne = 75dB; f = 2 -90 Hz)

- odczuwanie infradźwięków przez receptory czucia

(progi percepcji wibracji = progi percepcji słuchu + 20dB)

- rezonans narządów wewnętrznych

(głowa 4 - 5 Hz; kręgosłup 8 Hz; wątroba 3 - 4 Hz; kończyny dolne 5 Hz; )

Wpływ hałasu ultradźwiękowego

- oddziaływanie na narząd słuchu - ubytki słuchu

- wzrost temperatury ciała

- zaburzenia funkcjonowania układu krążenia

(zwolnienie akcji serca, zmiany składu morfologicznego krwi)

- kawitacja akustyczna

(powstawanie i zamykanie się powietrza na skutek rozchodzenia się fali dźwiękowej)

22) Kryteria oceny hałasu w środowisku pracy

Słyszalnego

- ekspozycja na hałas w czasie T

- poziom ekspozycji na hałas odniesiony do 8h i do 40h. Wartość dopuszczalna 85 dB

- maksymalny poziom dźwięku A mierzony charakterystyką SLOW. Wartość dopuszczalna 115 dB

(pomiar wartości skutecznej)

-szczytowy poziom dźwięku C (hałas impulsowy). Wartość dopuszczalna 135 dB

(pomiar wartości chwilowej)

- wartość dopuszczalna ze względu na czas ekspozycji

8h 85 dB

1h 94 dB

5min 103 - 105 dB

Infradźwiękowego

- równoważny poziom ciśnienia akustycznego skorygowany charakterystyką G, odniesiony do 8 lub 40h (tydzień pracy). Wartość dopuszczalna L_eq,T = 102 dB

-szczytowy poziom ciśnienia akustycznego . Wartość dopuszczalna L_max = 145 dB

Ultradźwiękowego

- równoważny poziom ciśnienia akustycznego w pasmach tercjowych odniesiony do 8 i 40h

- maksymalny poziom ciśnienia akustycznego

Częstotliwość środka tercji [kHz] 10; 12,5; 16 20 25 31,5; 40

Leq,T [dB] 80 90 105 110

Lmax [dB] 100 110 125 130

23) Źródła hałasu infradźwiękowego i ultradźwiękowego.

Źródła infradźwięków

Naturalne

- trzęsienia ziemi

- wybuchy wulkanów

- sztormy

- silne wiatry

Techniczne

- sprężarki tłokowe

- silniki spalinowe okrętowe

- lotnicze silniki odrzutowe

- urządzenia energetyczne elektrowni cieplnych

- przemysł hutniczy

- wentylatory przemysłowe

- turbodmuchawy

- młyny młotowe w koksowniach

- urządzenia odlewnicze

- środki transportu

Źródła ultradźwięków

Techniczne

- myjki ultradźwiękowe (2/3 wszystkich źródeł)

- zgrzewarki ultradźwiękowe

- drążki ultradźwiękowe

24) Ubytki słuchu i metody pomiaru (audiometria słowna i tonalna)

Ubytki słuchu

Ubytki słuchu mogą być w zakresie niskich i wysokich częstotliwości. Ubytki w zakresie niskich częstotliwości nie są spowodowane hałasem lecz chorobami przebytymi w dzieciństwie. Ubytki słuchu w zakresie wysokich częstotliwości są natomiast wynikiem niszczenia błony od strony strzemiączka, komórek rzęskowych przenoszących sygnały wysokich częstotliwości. Poziom ubytku słuchu można mierzyć za pomocą tzw. audiometrii. Audiometr jest to przyrząd pozwalający na doprowadzenie do ucha ściśle określonego powtarzalnego sygnału akustycznego.

Audiometrię dzielimy na obiektywną (bez czynnego udziału pacjenta, odruchy warunkowe i

bezwarunkowe) subiektywną (słowną i tonalną).

Audiometria słowna

Listy słowne

ΔL = L_bad - L_stand

gdzie:

ΔL - poziom utraty słuchu

L_bad - poziom ciśnienia akustycznego przy którym występuje zrozumienie 50% tekstu dla osoby badanej

L_stand - poziom ciśnienia akustycznego przy którym występuje zrozumienie 50% tekstu dla osoby o słuchu normalnym

Audiometria tonalna

- przy przewodnictwie kostnym

- przy przewodnictwie powietrznym

U_s = 20log(p/p_n) = F(f)

gdzie:

U_s - utrata słuch [dB]

p - ciśnienie akustyczne odpowiadające progowi słyszenia osoby badanej

p_n - ciśnienie akustyczne odpowiadające normalnemu progowi słyszenia

25) Kryteria oceny hałasu w środowisku zewnętrznym

Przepisy Pl. 9.I.2002. MOS

Dopuszczalny poziom hałasu w środowisku:

1) Dopuszczalny poziom hałasu określony wartością równoważnego poziomu dźwięku A dla przedziału czasu odniesienia T

6 - 22 T = 16 h dzień

22 - 6 T = 8 h noc

2) Dopuszczalny poziom hałasu dla startów, lądowań i przelotów samolotów wyrażony wartościami:

- długotrwałego średniego poziomu dźwięku A

Średnia wyznaczona na podstawie pomiarów równoważnego poziomu dźwięku A. Czas trwania pomiaru 6 najbardziej niekorzystnych miesięcy.

- ekspozycyjnego poziomu dźwięku A

poziom dźwięku A pojedynczego zdarzenia akustycznego.

Rozróżnienie terenów (4 rodzaje)

26.Kryteria oceny hałasu w pomieszczeniach mieszkalnych

hałas słyszalny PN i niskodźwiękowy ITB.

Pomieszczenia do przebywania ludzi: 19 kategorii pomieszczeń.

Ocena hałasu przenikającego do pomieszczenia od:

- wszystkich źródeł łącznie usytuowanych poza tym pomieszczeniem Laeq,T

- wyposażenie technicznego budynku oraz innych urządzeń w budynkiem i poza budynkiem Lamax, Laśr lub Laeg,T T=16h (dzień) T=8h (noc)

- pomieszczenia techniczne w budynku mieszkalnym

W UE podział na dzień wieczór noc. Zalecany maksymalny poziom: 55 dB

27.Zasady ochrony przeciwdźwiękowej

Źródło ograniczenie emisji hałasu

1)Droga powietrzna: przegrody, ekrany, tłumiki, obudowy, kabiny

2)Droga materiałowa: wibroizolacja

3)Ugięcia odbicia: adaptacja akustyczna

Człowiek ograniczenie ekspozycji i / lub ochrona osobista

28.Aktywna redukcja hałasu ( zjawisko fizyczne, warunki pełnej redukcji, zastosowanie)

Do aktywnych metod redukcji hałasu nalezą: ekrany, kabiny, adaptacja, tłumiki, .-wprowadzenie opóźnienia kompensującego czas potrzebny przejścia fali pierwotnej od mikrofonu do ośrodka kompensującego

-wprowadzenie przesunięcia fazy w sygnale kompensującym w stosunku do sygnału pierwotnego. Zastosowanie: nauszniki z aktywną redukcją hałasu

2

13

dAr hałas 2004

Wzmacniacz

Analizator

Generator fal sinusoidalnych

Próbka materiału

Głośnik

---