Kirpuk M -Podstawy akustyki.pdf

Podstawy akustyki

mgr Mikołaj Kirpluk

Warszawa, marzec 2011

(I edycja: wrzesień 2004)

nazwa firmy: NTL-M.Kirpluk

adres korespondencyjny: ul.Belwederska 3 m.6

00-761 Warszawa

tel.kom.: 0-502 216620

e-mail: mkirpluk@ntlmk.com

strona internetowa: www.ntlmk.com

Podstawy akustyki - Mikołaj Kirpluk - edycja 2010-12

Spis treści:

1. FALA DŹWIĘKOWA ............................................................................................................................... 3

1.1. Cechy fizyczne .................................................................................................................................... 3

1.2. Zjawiska fizyczne ................................................................................................................................ 5

1.2.1. Superpozycja fal ........................................................................................................................ 5

Odbicie, ugięcie i przenikanie .................................................................................................................. 6

1.2.3. Refrakcja, interferencja i fala stojąca .......................................................................................... 6

1.3. Klasyfikacja pól i sygnałów akustycznych ............................................................................................ 7

2. ZMYSŁ SŁUCHU .................................................................................................................................... 8

2.1. Budowa ucha ...................................................................................................................................... 8

2.2. Słyszenie i postrzeganie dźwięku ......................................................................................................... 8

3. PARAMETRY AKUSTYCZNE - DEFINICJE ............................................................................................ 9

3.1. Wartość skuteczna (RMS) i szczytowa (PEAK).................................................................................... 9

3.2. Poziom dźwięku i decybel ..................................................................................................................10

3.3. Ekspozycja względna .........................................................................................................................12

3.4. Korekcja częstotliwościowa (LIN lub Z, A, C) ......................................................................................13

3.5. Poziomy: ciśnienia akustycznego, dźwięku, mocy akustycznej............................................................14

3.5.1. Poziom ciśnienia akustycznego .................................................................................................14

3.5.2. Poziom dźwięku A .....................................................................................................................14

3.5.3. Poziom mocy akustycznej .........................................................................................................15

3.6. Poziom równoważny, ekspozycyjny, długotrwały średni ......................................................................17

3.6.1. Poziom równoważny (L eq lub LEQ) - definicja ............................................................................17

3.6.2. Poziom ekspozycyjny (L AE lub SEL) - definicja ..........................................................................18

3.6.3. Obliczanie poziomu równoważnego...........................................................................................19

3.6.4. Obliczanie poziomu długotrwałego średniego ............................................................................20

3.6.5. Poziom dzienno-wieczorno-nocny L DWN ( LDEN ) ........................................................................20

3.7. Sumowanie logarytmiczne poziomów akustycznych ...........................................................................21

4. POMIAR POZIOMU DŹWIĘKU ..............................................................................................................22

4.1. Schemat ideowy miernika ..................................................................................................................22

4.2. Stałe czasowe SLOW, FAST, IMPULS ...............................................................................................23

4.3. Mierzone parametry ...........................................................................................................................24

4.4. Pomiary hałasu - używane pojęcia .....................................................................................................25

4.5. Protokół pomiarowy ...........................................................................................................................26

5. OCHRONA PRZED HAŁASEM ..............................................................................................................27

5.1. Przepisy prawa ..................................................................................................................................27

5.1.1. Ochrona środowiska .................................................................................................................27

5.1.2. Pomieszczenia w budynkach.....................................................................................................27

5.1.3. Stanowiska pracy......................................................................................................................27

5.2. Pomiary hałasu w środowisku zewnętrznym - informacyjnie ...............................................................28

5.2.1. Wybór punktów pomiarowych ...................................................................................................28

5.2.2. Sposób prowadzenia pomiarów.................................................................................................28

5.2.3. Uwzględnienie tła akustycznego ................................................................................................28

5.3. Pomiary hałasu w pomieszczeniach - informacyjnie ...........................................................................29

5.4. Pomiary hałasu na stanowiskach pracy - informacyjnie ......................................................................30

6. ZAŁĄCZNIKI ..........................................................................................................................................31

6.1. Dopuszczalne poziomy hałasu w środowisku ......................................................................................31

6.2. Dopuszczalne wartości poziomu dźwięku w pomieszczeniach.............................................................33

6.3. Dopuszczalne wartości hałasu w środowisku pracy ...........................................................................34

6.4. Uproszczone tablice wykładnicze i logarytmiczne ...............................................................................35

6.5. Adresy internetowe stron poświęconych akustyce (wybrane) ..............................................................36

Podstawy akustyki - Mikołaj Kirpluk - edycja 2010-12

1. Fala dźwiękowa

1.1. Cechy fizyczne

Fala dźwiękowa to forma transmisji energii przez ośrodek sprężysty.

W powietrzu falę dźwiękową stanowi fala podłużna (tzn. zaburzenia stanu występują wzdłuż kierunku

propagacji) zmian ciśnienia atmosferycznego.

Definicje:

· Drgania akustyczne - drgania mechaniczne, polegające na ruchu cząstek środowiska

sprężystego względem położenia równowagi .

· Dźwięk - wrażenie słuchowe wywołane drganiami akustycznymi lub drgania akustyczne zdolne

wytworzyć wrażenie słuchowe .

· Hałas - dźwięk niepożądany - w danym miejscu i czasie, przez daną osobę .

· Ciśnienie akustyczne

- chwilowe zmiany ciśnienia względem średniego cisnienia atmosferycznego:

cisza

dźwięk

zmiany w zakresie

0,001÷10 Pa

ok. 1000 hPa

ciśnienie

atmosferyczne

Ciekawostka (definicje będą dalej...): minimalny poziom dźwięku to - Ą [dB], ale maksymalny poziom

(fala sinusoidalna, w powietrzu, dla warunków normalnych t=0 ° C, p atm. =101325 Pa) - to tylko

194,1 dB ...

Podstawy akustyki - Mikołaj Kirpluk - edycja 2010-12

Fala jest opisana następującymi wielkościami (na przykładzie fali sinusoidalnej):

· prędkość rozchodzenia się fali (prędkość dźwięku) c - prędkość rozchodzenia się zaburzenia

ośrodka (sygnału):

- w powietrzu (ok. 20 ° C) 340 m/s (ok. 1220 km/h = 1 Mach)

- w wodzie (ok.10 ° C) 1450 m/s

- w betonie 3800 m/s

- w stali ok. 6000 m/s

· faza drgania f - wielkość wyznaczająca odchylenie w danym punkcie i w danym czasie

od średniego położenia, albo: różnica w czasie lub w przestrzeni pomiędzy takim samym

odchyleniem od średniego położenia,

· okres drgań T - jest to najmniejszy przedział czasu, po którym powtarza się ten sam stan

obserwowanego zjawiska (drgania lub zaburzenia),

· długość fali l - odległość pomiędzy dwoma kolejnymi punktami wzdłuż kierunku propagacji

zaburzenia, w których drgania mają tą samą fazę.

Długość fali można wyznaczyć z zależności:

c ×

· częstotliwość f - liczba okresów drgań w jednostce czasu - dla 1s wyrażana w Hz ,

= c

f =

częstotliwość f

długość l (w powietrzu)

6,8

100

3,4

340

1,0

500

0,68

1000

0,34

8000

0,04

16000

0,02

· amplituda A - maksymalne odchylenie od położenia równowagi.

Podstawy akustyki - Mikołaj Kirpluk - edycja 2010-12

1.2. Zjawiska fizyczne

1.2.1. Superpozycja fal

Dowolną falę akustyczną można przedstawić w postaci superpozycji składowych sinusoidalnych

(-> analiza Fouriera lub FFT).

Takie przedstawienia nosi nazwę widma fali akustycznej .

Przypadki szczególne - definicje:

· Ton prosty - fala dźwiękowa o przebiegu sinusoidalnym ze stałą częstotliwością , w analizie FFT

reprezentowany przez pojedynczy „prążek”,

· Częstotliwości harmoniczne - częstotliwości stanowiące wielokrotność częstotliwości

podstawowej:

- dla struny i pręta drgania: zwiększenie o czynnik będący kolejnymi liczbami naturalnymi,

- dla sygnału o przebiegu prostokątnym: zwiększenie o czynnik będący kolejnymi liczbami

nieparzystymi (rozkład FFT fali prostokątnej na składowe sinusoidalne),

· Oktawa - pasmo częstotliwości pomiędzy częstotliwościami, których stosunek równa się 2 .

Oktawy są charakteryzowane przez tzw. częstotliwości środkowe - 31,5 Hz, 63 Hz, 125 Hz,

250 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz, 4 kHz, 8 kHz, 16 kHz.

Granice pasm oktawy są określone jako ± 2 względem częstotliwości środkowej,

· Tercja - pasmo częstotliwości pomiędzy częstotliwościami, których stosunek równa się 3 2 .

Trzy kolejne tercje stanowią oktawę .

Częstotliwości środkowe tercji w Hz (zakres słuszalny - AUDIO):

25, 31,5 , 40, 50, 63 , 80, 100, 125 , 160, 200, 250 , 315, 400, 500 , 630, 800, 1000 , 1250, 1600,

2000 , 2500, 3150, 4000 , 5000, 6300, 8000 , 10 000, 12 500, 16 000 , 20 000.

· Szum biały - szum szerokopasmowy o takiej charakterystyce widmowej, że poziom ciśnienia

akustycznego dla każdej częstotliwości jest taki sam , konsekwencją tego jest wzrost poziomu

dźwięku dla coraz wyższych oktaw.

· Szum różowy - szum szerokopasmowy o takiej charakterystyce widmowej, że poziom dźwięku

dla każdego pasma oktawowego (lub tercjowego) jest taki sam.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: