Akademia Górniczo – Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
Ćwiczenie nr 2: Identyfikacja pól akustycznych.
Ochrona przed hałasem i wibracjami, ćwiczenia laboratoryjne Prowadząca: dr inż. Grażyna Wszołek
Wykonali: Paweł Sobczak Piotr Ochoński
Wydział Górnictwa i Geoinżynierii kierunek: Ochrona Środowiska studia zaoczne, rok II, semestr IV
Data wykonania ćwiczenia: 12maj 2013 r.

1. Opis i cel ćwiczenia. 3

2. Wstęp teoretyczny. 3

3. Wyniki i obliczenia pomiarów. 5

3.1. Poziomy i różnice dźwięków w polu swobodnym i pogłosowym. 5

3.2. Poziomy dźwięku w polu rozproszonym. 5

4. Obliczenia: 6

4.1. Izolacyjność i współczynnik pochłaniania dla kotary: 6

4.2. Izolacyjność i współczynnik pochłaniania dla kabiny dźwiękoszczelnej: 6

4.3. Izolacyjność i współczynnik pochłaniania dla drzwi (wejściowych do laboratorium): 6

5. Wnioski. 6

Opis i cel ćwiczenia.

Podczas ćwiczenia dokonaliśmy pomiaru równoważnego poziomu dźwięku w polu: swobodnym (komora bezechowa), polu dyfuzyjnym (komora pogłosowa) i w polu rzeczywistym rozproszonym (laboratorium 6E). Pola zostały wytworzone przez to samo, punktowe źródło emitujące hałas ustalony. Komory oraz laboratorium znajdują się w Katedrze Mechaniki i Wibroakustyki AGH.

Pomiar w każdym z pól polegał na zmierzeniu chwilowego poziomu dźwięku z charakterystyką korekcyjną A i ze stałą czasową F (Fast) L_AF w co najmniej trzech odległościach od generatora dźwięku.Druga z odległości była podwojeniem pierwszej, natomiast trzecia odległość (pozycja) była dowolna.

Celem ćwiczenia było porównanie tych trzech pól akustycznych oraz zapoznanie się z zagadnieniami: podstawowych parametrów dźwięku, rozchodzenia się fal, tłumieniem dźwięków oraz akustyką pomieszczeń.

Celem ćwiczenia również było obliczenie izolacyjności przegród: drzwi, kotary i kabiny dźwiękoszczelnej w laboratorium 6E. Wyznaczenia izolacyjności dokonano po przez pomiar dźwięku L_AF przed przegrodą oraz za przegrodą i użycia tych wyników w dalszych obliczeniach (różnica poziomów dźwięku).

Wszystkie wyniki i obliczenia zestawiono w tabelach poniżej.

Wstęp teoretyczny.

Pole akustyczne jest to obszar przestrzeni, w którym istnieją (rozchodzą się) fale akustyczne, pobudzając cząstki tego obszaru do drgań. Pole akustyczne tworzone jest przez dwa rodzaje fal: fale odbiegające od źródła i fale odbite powracające do źródła. Może być ono wytworzone przez nieograniczoną liczbę źródeł, a także w przestrzeni ograniczonej występować może wiele odbić.

W przypadku gdy pole akustyczne jest nieograniczone lub powierzchnie ograniczające obszar pola doskonale pochłaniają dźwięki – nie powstają fale odbite to pole takie nazywamy polem akustycznym swobodnym. W polu takim pomijamy więc wpływ powierzchni ograniczających jego obszar, a także znajdujących się w nim przedmiotów.

Jeśli przestrzeń jest ograniczona, a ściany ograniczające tę przestrzeń nie pochłaniają fal akustycznych, odbijają się one i tworzą fale odbite wówczas do czynienia mamy z polem rozproszonym. Pole rozproszone jest polem dyfuzyjnym tylko w przypadku, gdy odbicia mają charakter równomiernego statystycznego rozkładu niezależnie od kierunku (na przykład w komorze pogłosowej).

Współczynnik pochłaniania dźwięku jest ilorazem energii akustycznej pochłoniętej E_pochł do energii akustycznej fali padającej E_c:

$\alpha = \frac{E_{pochl}}{E_{c}}$,

Izolacyjność akustyczna to odporność przegrody na przenoszeniedźwięków powietrznych lub dźwięków uderzeniowych (definicja zgodna z PN-B-02153).

Komora bezechowa to zamknięte, odizolowane od zewnętrznych zakłóceń wibro-akustycznych pomieszczenie, którego ściany pokryte są elementami dźwiękochłonnymi, zapewniającymi warunki akustyczne zbliżone do warunków panujących w przestrzeni nieograniczonej. W komorze takiej poziom tła powinien być porównywalny z progiem słyszalności. Głównym zadaniem komory bezechowej jest zapewnienie pola swobodnego. W przypadku komory bezechowej Katedry Mechaniki i Wibroakustyki AGH, ściany wewnętrzne komory, podłoga i sufit wyłożone są klinami akustycznymi mocowanymi w specjalnych kasetonach (po 4 sztuki na każdym). Kasetony przytwierdzone są do drewnianej konstrukcji znajdującej się 5 cm od ściany komory. Na suficie komory, kliny mocowane są za pomocą specjalnego zawieszenia.

Foto. 1. Komora bezechowa Katedry Mechaniki i Wibroakustyki AGH.

Komora pogłosowa jest również zamkniętym pomieszczeniem, odizolowanym od zewnętrznych zakłóceń wibroakustycznych – ma ona jednak nieregularny kształt i zapewnia w swym wnętrzu właściwości pola rozproszonego. W budowie komór pogłosowych dąży się do tego, aby fala akustyczna rozpraszała się w miarę równomiernie – a więc, aby rozkład energii akustycznej nie zależał od miejsca. Aby nie powstawały fale akustyczne stojące, przeciwległe ściany komory, sufit i podłoga powinny być usytuowane względem siebie skośnie, muszą być one wykonane z gładkiego twardego materiału o małym współczynniku pochłaniania dźwięku. W przypadku komory pogłosowej Katedry Mechaniki i Wibroakustyki AGH, ściany wykonane są z 25-centymetrowej warstwy betonu i pokryte z zewnątrz 5-centymetrową warstwą wełny mineralnej.

Wyniki i obliczenia pomiarów.

Poziomy i różnice dźwięków w polu swobodnym i pogłosowym.

	Poziom dźwięku LAF [bB]
odległość od źródła (pozycja)	Pole swobodne
1m (przodem do źródła)	83,1
2m (przodem do źródła)	77,9
1m (tyłem do źródła)	74,3
2m (tyłem do źródła)	69,1
maks.-przy ścianie (przodem do źródła)	65

Poziomy dźwięku w polu rozproszonym.

pkt. (rys)	LAF [bB]	LAeq [bB]
1.	87,1	85
2.	84,5	85
3.	82	81
4.	78	78
5.	49	72
6.	76	78
7.	66	71
8.	82,5	84

Obliczenia:

Izolacyjność i współczynnik pochłaniania dla kotary:

• izolacyjność kotary:

82 − 76 = 6bB

• współczynnik pochłaniania dla kotary:

$$\alpha = \frac{6}{82} = 0,073$$

Izolacyjność i współczynnik pochłaniania dla kabiny dźwiękoszczelnej:

• izolacyjność kabiny dźwiękoszczelnej:

78 − 49 = 29dB

• współczynnik pochłaniania:

$$\alpha = \frac{29}{78} = 0,372$$

Izolacyjność i współczynnik pochłaniania dla drzwi (wejściowych do laboratorium):

• izolacyjność drzwi:

82, 5 − 66 = 16, 5dB

• współczynnik pochłaniania dla drzwi:

$$\alpha = \frac{16,5}{82,5} = 0,2$$

Wnioski.

Na podstawie otrzymanych wyników, obserwujemy najwyższy poziom ciśnienia akustycznego w komorze pogłosowej, natomiast najniższy w komorze bezechowej. Wynika to z rodzaju pola akustycznego występującego w danym pomieszczeniu – w komorze pogłosowej oprócz fal akustycznych bezpośrednich, powstająrównież fale odbite. W komorze bezechowej fale odbite nie powstają – poziom ciśnienia akustycznego jest niższy.

W laboratorium ergonomii 6E stanowisko nr 1, znajdowało się bezpośrednio przy generatorze dźwięku, natomiast stanowisko nr 2 w odległości 1m od źródła dźwięku.

Na stanowisku nr 8, znajdującym się na podwojeniu odległości stanowiska 2 od źródła dźwięku, zanotowano poziom ciśnienia akustycznego równy 82,5 dB. Oznacza to, iż na podwojeniu odległości od źródła poziom ciśnienia akustycznego spadł o 2 dB. Poziom ciśnienia, teoretycznie, powinien spaść o 6dB – różnica wynika najprawdopodobniej z zakłóceń swobodnego rozchodzenia się fali dźwiękowej w pomieszczeniu spowodowanych przez różne przedmioty znajdujące się na drodze fali oraz osoby – pochłaniające lub odbijające fale akustyczne.

Badaniu poddawaliśmy również izolacyjność kotary, kabiny dźwiękoszczelnej oraz drzwi – otrzymane wyniki były zgodne z przypuszczeniami – największy współczynnik pochłaniania (α = 0,372) posiada kabina dźwiękoszczelna. Izolacyjność drzwi jest około dwa razy mniejsza i wynosi α = 0,2, natomiast izolacyjność kotary jest najmniejsza i wynosi zaledwie α = 0,073.

Porównując wyniki dla komory bezechowej (w polu swobodnym), na podwojeniu odległości pomiaru od źródła, zanotowano spadek ciśnienia akustycznego o 5,2 dB. Wyniki jest zbliżony do teoretycznej wartości – która wynosi 6dB – niewielką różnicę mogły spowodować zakłócenia z powodu obecności innych osób w komorze. Kolejny pomiar (maks.-przy ścianie) potwierdza, że im większa odległość od źródła dźwięku, tym niższy poziom ciśnienia akustycznego.

W komorze pogłosowej, w którym panowało pole dyfuzyjne, odbicia powinny mieć równomierny rozkład, niezależnie od kierunku, i poziom ciśnienia akustycznego powinien być zbliżony. Niestety, na poszczególnych odległościach pomiarów istniały pewne różnice – spowodowane również obecnością innych osób w komorze. Potwierdzają to wyniki pomiarów przeprowadzone podczas obecności mniejszej ilości osób. Różnica na dwóch odległościach wynosiła tylko 0,5 dB. Wynika z tego, że oprócz innych elementów w różnych polach, obecność człowieka znacząco wpływa na rozkład ciśnienia akustycznego i powinna ona być szczególnie brana pod uwagę podczas pomiarów i w obliczeniach hałasu na stanowiskach pracy i innych środowiskach.