Dźwięk- lokalna(szybka) zmiana ciśnienia oscylująca wokół wielkości ciśnienia atmosferycznego. Normalny dźwięk, to ułamki ciśnienia atmosferycznego. Dźwięk słyszalny to zmiana ciśnienia 20-20000 s^-1. Źródło dźwięku propaguje zagęszczenie i rozrzedzanie powietrza. Powstają fale, które poruszają się od źródła w atmosferze= 330 m/s. Cząstki drgają stojąc u wejścia przekazują energię sąsiadom. Dźwięk to fala, zatem ma: amplitudę, okres, wartość średnią, wartość średnia kwadratowa (energia sygnału): RMS- wartość skuteczna, długość. Długość fali:

λ=cT c-prędkość dźwięku

T- okres

λ- długość fali

20μPa-dźwięk słyszalny=0dB;20Pa-amplituda hałasu(ból)=130dB.

Poziom ciśnienia akustycznego L_p[dB]:

p- ciśnienie akustyczne[Pa],L_p- poziom ciśnienia akustycznego [dB],p_o- ciśnienie odniesienia [20μPa]

Moc akustyczna-ile energii daje źródło (wartość stała dla danego źródła)

L_w- poziom mocy akustycznej[dB], W-moc akustyczna[W], W_o-moc odniesienia

(10^-12[W])

Ciśnienie akustyczne-są to efekty oddawania energii przez źródło. Bez doprowadzenia energii z zewnątrz nie możemy wygenerować dźwięku większego niż taki którego amplituda sięga 0Pa

Poziom ekwiwalentny(równoważny)

T- łączny czas obserwacji; p_A(t)-ciśnienie akustyczne (skala A); p_o-ciśnienie odniesienia(20μPa).

Jeżeli w jakimś miejscu dźwięk nie jest stały ,to poziom równoważny jest próbą określenia poziomu dźwięku w czasie.

Działanie na decybelach:

trzy ciężarówki ryczą(każda inaczej)70dB+70dB+70dB=73dB.

W przypadku gdy dwa głośniki grają oba w z jednego źródła zasilania i w przeciwnej fazie= wygaszenie. Gdy grają w tej samej fazie 60+60=66dB.

Jadą 4 samochody i rozjeżdżają się 80-3=77dB Mając dwa źródła:

1. synchronizowane
   
   

2. niezsynchronizowane
   

Ciśnienie akustyczne.- wartość zaburzenia stałej wartości ciśnienia atmosferycznego, niewielka w porównaniu do p_atm

Zakres słyszalności:20Hz-20kHz Najlepiej słyszymy ~ 4kHz. Aby słyszeć inne dźwięki Muszą one mieć wysokie natężenie dB:

Choć dźwięki. o różnej częstotliwości mają to samo natężenie (dB), to nasze ucho odbiera dźwięk niższy jako bardziej cichy. Zastosowanie filtru A powoduje, urządzenie „słyszy” jak człowiek i może podać wykres jaki nas interesuje. Z punktu widzenia słyszalności hałasu przez człowieka.

Krzywa subiektywnej czułości ucha: Mówi nam, ile powinien mieć dB dźwięk o różnych częstotliwościach, aby był odbierany przez ucho, jako tak samo głośny. Np. dźwięk o 300Hz musi mieć ok. 10dB, aby był dla ucha tak samo głośny jak ten o 5kHz i5 dB. Tak powstaje siatka wykresów. Pozwala ona programować przyrządy akustyczne, tak, aby odbierały dźwięk tak jak my. Tak powstały filtry. Niesłyszalne przez nas niskie dźwięki mogą powodować migreny itp.

Charakterystyka filtrów:

Filtry tłumią dźwięki o niektórych częstotliwościach. Tak jak robi to nasze ucho. Mamy trzy rodzaje filtrów: A,B,C. Ucho ludzkie ma zdolność maskowania dźwięków.: nie rozróżniamy dźwięków o podobnych częstotliwościach. Dźwięk działa tak samo jak promieniowanie. Organizm akumuluje w sobie dźwięki, które długo trwają: zmęczenie, arytmia, głuchota.

Dopuszczalne trwanie dźwięku, aby nie wystąpiły trwałe zmiany w organizmie:

Widmo dźwięku:

Niezwykle cenne do oceny dźwięku- pozwala na lokalizację uszkodzenia w maszynie bez jej demontażu. Sposoby badania widma: stała względna szerokość pasm: dzielimy zakres słyszalności na pasma i je badamy. 20 40 80 160 320....

/ / / / / / / /

Tercjowa analiza: każde pasmo dzielimy na 3 części. Stosuje się taki podział na pasma, gdyż ucho ludzkie nie rozróżnia dźwięku o np. 38Hz i 40Hz, dlatego badać ich osobno nie ma sensu.

Źródła dźwięków: punktowe- np. lecący daleko samolot-są to źródła, których odległość od nas przekracza wielokrotnie wymiary tego źródła; liniowe- np. jadący autostradą sznur samochodów, pociąg, gdy my stoimy ok.50m od nich; powierzchniowe- słuchanie z góry samochodów ryczących na parkingu, kilka tysięcy samolotów lecących nad głową, w przyrodzie raczej nie występują.

Punktowe- z podwojeniem odległości od źródła dźwięk spada, o 6dB.Związane jest to z tym, że źródło punktowe otoczone jest kulą dźwięku, dźwięk rozchodzi się po kuli, czyli oddalając się, powierzchnia kuli rośnie z kwadratem odległości.

Liniowe- wraz z podwojeniem odległości hałas spada o 3dB. Związane jest to z „walcowym” kształtem dźwięku.

Tak się dzieje, gdy nie ma pochłaniania dźwięku przez powietrze, nie ma ewentualnych przegród (podbicie dźwięku). Czyli dane te dotyczą pól swobodnych.

Pogłos- stoimy w miejscu, w którym dociera do nas na równi dźwięk ze źródła i dźwięk odbity od przegrody. Tam występują (zależnie od różnicy fal) wzmocnienie lub wygaszenie.

Gdy chcemy określić hałas ze źródła + dźwięk odbity, to posługujemy się źródłem pozornym i traktujemy hałas jako dźwięk pochodzący od źródła i źródła pozornego. Jest to matematycznie proste.

Niestety w praktyce wszystko jest bardziej skomplikowane: ugięcie dźwięku na krawędziach przeszkód. Może to spowodować, że tuż za barierą jest cisza a już w pewnej odległości jest hałas.

Mikrofon - obecnie oparty na zmianie pojemności

Podczas hałasu membrana się wygina pod ciśnieniem akustycznym i zmienia się pojemność kondensatora. Nie należy dmuchać w mikrofon- membrana jest bardzo czuła i delikatna. Mikrofony wyposaża się w różnego rodzaju końcówki eliminujące zakłócenia itp. (zwłaszcza laboratoryjne). Przedwzmacniacze - sygnał mikrofonu jest wzmocniony i mniej podatny na zakłócenia powstałe w trakcie transportu sygnału do odbiornika.

Analizatory - służą do analizy dźwięków (widma, filtrowanie)

Sztuczne ucho - gumowa lala z wbudowanym analizatorem. Dzięki temu możemy badać skuteczność słuchawek ochronnych lub jak odbierany jest hałas w danym pomieszczeniu. Lala ma normalną głowę, aby pomiary były adekwatne do rzeczywistości a jej ucho jest dokładnym odzwierciedleniem pod względem budowy ucha ludzkiego.

Komory bezechowe - pomieszczenie, w którym nie ma żadnych odbić. Możemy dokonywać bardzo dokładne pomiary. Komora taka imituje otwartą przestrzeń bez żadnych przeszkód oraz innych źródeł dźwięków. Ściany wyłożone są materiałem pochłaniającym o grubości 2,5m (grubość ściany musi być odpowiednia do długości fal). Aby z zewnątrz nie wnikały dźwięki do komory (np. przez drgania) to komora jest halą opływającą: pomieszczenie w pomieszczeniu zamocowane na gumowych podporach podatnych. Komora bezechowa nie ma podłogi: jest siatka zawieszona w przestrzeni i wytłumiona.
I - skuteczność;
- ciśnienie skuteczne.

Komora semibezechowa: komora bezechowa z podłogą. Podłoga jest elementem odbijającym, co doskonale imituje sytuację, gdy np. źródło dźwięku stoi w hali na fundamencie.

Komora pogłosowa: komora, w której dźwięk się odbija w sposób łagodny i stochastyczny, nie ma żadnych wygaszeń lub spiętrzeń, sposobu odbicia dźweku nie da się przewidzieć. Teoretycznie dźwięk by się wciąż odbijał, następowałoby potęgowanie energii dźwięku aż do nieskończoności. Praktycznie ściany posiadają pewien procent pochłanialności. Komory te służą do pomiarów mocy akustycznych. Zależnie od tego czy maszyna o danej mocy akustycznej będzie stała w pomieszczeniu czy na otwartej przestrzeni, będzie odbierana przez ludzi jako bardziej lub mniej hałaśliwa. Stąd mierząc moc akustyczną i wiedząc, gdzie maszyna będzie stać, możemy obliczyć jej hałaśliwość.

Obecnie udało zbudować się urządzenie, mierzące bezpośrednio intensywność dźwięku (jest to energia przypadająca na powierzchnię będąca wektorem)

Sonda ta działa na zasadzie porównywania ciśnień akustycznych na krótkim odcinku drogi (dwa mikrofony o idealnej charakterystyce odległe od siebie o kilka mm. Badając różnicę (gradient) wartości ciśnień akustycznych ze wzorów Eulera możemy obliczyć intensywność. Ponieważ intensywność jest wektorem, to zachodzi:

Hałas wielki a intensywność = 0 (bo wektory się znoszą). Jest to idealne przy pomiarze hałasu urządzenia w hali z innymi urządzeniami, gdyż sonda bierze do pomiaru tylko hałas idący z danego źródła, bo inne hałasy i odbicia to wektory o różnych kierunkach i sonda ich nie uwzględnia.

Sondę należy, więc trzymać odpowiednio skierowaną do badanego źródła. Widać, że inne wektory mają inne kierunki i nie są mierzone. Stąd możemy zmierzyć hałas danej maszyny eliminując zakłócenia z otoczenia. Możemy też, mierząc intensywność w różnych punktach wokół maszyny, powiedzieć, który element maszyny hałasuje najbardziej. Podobnie możemy zmierzyć ile energii przypada na jednostkę powierzchni i dobrać optymalny kształt pomieszczenia dla danej maszyny.

Sonda jest nieczuła na dźwięki z zewnątrz:

Zalety: szybka i łatwa metoda, badany całkowity hałas, możemy zmierzyć, w których miejscach jest największa intensywność i przez szereg badań dowiemy się czy głośniej hałasują łożyska czy komutator wiertarki (możemy wyrysować siatkę intensywności). Wtedy znając najgłośniejsze źródło poprzez modyfikację konstrukcji możemy wyciszyć urządzenie.

Ponieważ sondy są b. drogie i trudne do wykonania, polskie normy podają metodę szacunkowego określania mocy akustycznej przez odpowiedni pomiar

ciśnienia akustycznego w odpowiednich miejscach wokół maszyny. Inna metoda: jednoczesny pomiar ciśnienia akustycznego przez zespół mikrofonów. Otrzymujemy tzw. Pole hałasu, możemy dowiedzieć się, które elementy są źródłem hałasu. Metoda wymaga posiadania kilku bardzo drogich mikrofonów.

Walka z hałasem: tłumiki - tłumik może wpaść w drgania i emitować hałas.

Tłumik absorpcyjny - składa się z materiału absorpcyjnego. Część gazu przepływa przez ten materiał, gdzie hałas zostaje tłumiony. Powstaje problem gdyż gaz jest zanieczyszczony: zapchanie tłumika, możliwość wybuchu.

Zatem tłumik powinien być wyposażony w cienką błonkę, przez którą energia hałasu jest przenoszona, ale hałas do tłumika (wraz z zanieczyszczeniami)nie wnika. Nie należy dopuszczać, aby drgania z tworzywa tłumiącego przechodziły na płaszcz zewnętrzny tłumika. Stąd tłumiki absorpcyjne są wielowarstwowe z przegrodami tłumiącymi. Tłumiki takie montuje się na przewody hydrauliczne, pneumatyczne, itp. Im niższe częstotliwości (dudnienie) tym tłumienie trudniejsze i tłumiki większe.

Wielodrogowy (większa powierzchnia czynna) są to tzw. Splity

Tłumiki absorpcyjne zapewniają największą intensywność dla hałasu 1000-2000Hz. Wszystko to zależy od powierzchni czynnej materiału tłumiącego.

Innym rozwiązaniem są tłumiki tzw. wylotowe (lub wlotowe). Przed wlotem (wylotem) wstawia się płytę absorpcyjną, która zmusza gaz do przepływu stycznego po płycie, co zmienia charakter hałasu na korzystniejszy.

Efektywność tłumika absorpcyjnego jest tym większa im więcej jest materiału absorpcyjnego. Najlepiej tłumi się środkowe częstotliwości(500- 4000Hz). Działanie ich - tłumienie w masie porowatej (wełna mineralna, szklana).

Tłumiki relaksacyjne - działa na zasadzie rezonansu. Składają się z kilku komór o różnych częstotliwościach rezonansowych połączonych rurkami. Nie zakrywają przepływu gazu, a komory rezonansowe działają tylko na nadwyżkę ciśnienia. Aby było dobre tłumienie należy ustawić tłumik możliwie blisko wylotu lub wlotu. Długie rury mogą drgać - źródło hałasu.

Wyciszenie cementu-wypłukiwanie kwasem. Uzyskujemy coś w rodzaju asfaltu cichszego o ~4dB (beton ma większą nośność). Po wypłukiwaniu w cemencie pozostaną nie wypłukane kamienie - są one nieregularne i tłumią dźwięki. Kiedyś cement nacinano rowkami - nie dawało to efektów. Hałasy trakcyjne wycisza się przegrodami

Najlepszy byłby tunel, ale trudna technologia. Ekrany pokrywa się mat. dźwiękochłonnym, sadzi się roślinność.

Hałas samochodów: źródła: układów napędowy, opony. Dawniej hałasował silnik, obecnie wyciszony jest bardzo dobrze. Teraz hałasują głównie koła, niezależnie od tego czy przyspieszamy czy jedziemy ze stałą prędkością, poziom hałasy jest stały. Obecnie koła hałasują bardziej od układu napędowego, chyba, że piłujemy silnik na wysokich obrotach przy przyspieszaniu. Sytuacja jest podobna dla ciężarówek, są one głośne przez układ napędowy do 50km/h, potem hałas całkowity maleje do poziomu takiego, że głównym źródłem hałasu są opony.

Hałas całkowity: A)hałas oporów jazdy: opływ powietrza, opony B)hałas od jednostki napędowej: wentylator, silnik(rura wydechowa, drgania, ssanie), skrzynia biegów. Hałas opon - przyczyny: drgania ścianek bocznych

Opona tocząc się, ciągle się odkształca w miejscu styku z nawierzchnią), drgania promieniowe i styczne klocków, drgania (rezonans) powietrza w rowkach, turbulencje powietrza wokół opony, drgania opasania, cmokanie - gwałtowny wlot powietrza do zamkniętych rowków (jak do butelki), rezonans, Helmholtza - gdy rowek wychodzi (wchodzi) ze styku, wpływa (wypływa) z niego powietrze, pobudza ono do drgań powietrza w sąsiedztwie. Metody pomiaru hałasu samochodowego są określone szczegółowo w normach: odpowiednie rozmieszczenie czynników, odpowiednie parametry pracy pojazdu, odpowiednie pomieszczenie, odp. czułość przyrządów.

Pomiar hałasu pojazdów w/g standardu: w promieniu 50m żadnych barier, drzew itp.; powierzchnia, po której jedzie samochód znormalizowana - musi ona być b. cicha; rozmieszczenie mikrofonów w znormalizowanej odległości. Na drodze jezdnia - mikrofon musi być, co najmniej 7m powierzchni odbijającej; szerokość jezdni znormalizowana; prędkość jazdy znormalizowana (obliczona z algorytmem) ~50km/h; znormalizowany bieg; od pewnej linii kierowca ma na odcinku 20m maksymalnie przyspieszać.

Badanie opon: standardy jak, powyżej, ale wjeżdżając w rejon pomiarowy z prędkością trochę wyższą wyłączamy silnik. Norma precyzuje rodzaj i jakość nawierzchni. Można wykonywać pomiar hałasu na poboczu drogi, w ten sposób można porównywać hałas na różnych nawierzchniach. Notuje się prędkości pojazdów - można porównywać wyniki. Aby ułatwić pomiary, zmniejsza się odległość od kół. Instaluje się mikrofony blisko opon, umocowane na pojeździe (specjalne przyczepy do badań opon)

Układ dźwiękochłonny zabezpiecza przed zakłóceniami z zewnątrz

Inny sposób: laboratoryjnie na maszynach stacjonarnych

Hałas opony zależy od nawierzchni. Stąd badania przeprowadza się na ściśle określonych nawierzchniach: gładkiej, chropowatej. Randomizacja bieżnika - zróżnicowanie szerokości klocków

Rozkład klocków: stała podziałka- głośne, klocki wpadają w rezonans obecnie nie stosowane; rozkład synchroniczny- lewa połowa opony jest podobna do prawej, (choć klocki różne); rozkład asynchroniczny: połówki opony są różne, wszystko jest bardzo przypadkowe

Jedyna w świeci opona - dziurkowana obręcz sprężysta: b. cicha, przyczepna, brak odkształceń na zakrętach, dobrze odprowadza wodę i powietrze, brak dętki

Koło specjalnie głośne: jest to koło zapasowe. Wydzielony hałas (dość charakterystyczny) przypomina kierowcy o tym, że na nim jedzie i żeby pojechać do warsztatu.

---