ELTE IV. Környezettudomány 2010/2011 II.félév AKUSZTIKA és ZAJSZENNYEZÉS

1. ELTEIV. Környezettudomány2010/2011 II.félévAKUSZTIKA és ZAJSZENNYEZÉS A hang2.(II. 25-III.4) Klasszikus hangtan Hang fajtái, jellemzői, alapfogalmak, definíciók (infrahang, emberi hang, ultrahang), (térbeli, időbeli, energetikai, frekvenciás jellemzők). Hullámhossz, frekvencia, sebesség. Hangjelenség (fizikai), hangérzet (fiziológiai), hangélmény (pszichikai). Energia, intenzitás, amplitúdó, nyomás. Sebesség, gyorsulás. Hangintenzitás, hangintenzitás szint, dB-skálák.

2. Hang(definició): -diszkrét frekvenciájú, a hallástartományon belüli rezgésvagy harmonikus sorú rezgések eredője. -fizikai értelemben: hangjelenség: valamely rugalmas közegben hullámszerűen tovaterjedő mechanikai zavarásiállapot. zavarás: a közeg állapotának térben és időben történő ingadozása az egyensúlyi állapot körül. élettani szempontból: hangérzet () lélektani szempontból: hangélmény () • Zaj: különböző erősségű (intenzitású) és frekvenciájú hangok zavaró keveréke.

3. A hang nyomáshullám / <<1; p/p<<1 Csillapított rezgés Szinuszos hang Lecsengő zenei hang Állandósult zenei hang Öngerjesztett rezgés Keverékhang Zörej

4. A hangok jellemzői: • Intenzitás: - küszöbalatti hangok (I<1 pW/m2) - szuperhangok (I>1 W/m2) Teljesítmény - küszöbalatti hangok (P<1 pW) I = P/A ; I = p2/Zaku. • Időtartam: - hanglökés - rövid idejű hang - tartós hang • Időbeli lefolyás: - állandó hang - változó hang • Frekvencia: - infrahangok (f <16 Hz) - hallható hangok (20 Hz< f <16 kHz) - ultrahangok (f>20 kHz) Hullámhossz: - f = c(20 m > > 20 mm) • Sebesség: changlevegő 340 m/s

5. Hangjelenségek hangerősség– frekvencia (Intenzitás)

6. Hangjelenségek Érzékelhető intenzitásszint– frekvencia (Lineáris frekvencia skála!) Az emberi hallás tartománya 20 Hz-16 kHz között van. A legnagyobb érzékenysége: 3 kHz körül van.

7. Teljesítmény (W) Széles tartományban (12-15 nagyságrend) Abszolút adat (1 pW) Teljesítmény - teljesítményszint (W - dB) Teljesítményszint Követi a szervezet ingerelemzését (log), Alaphoz való viszonyítás relatív adat: dB. Pl: Viszonyítási alap: Po = 1 pW Pl: Az Io hallásküszöbnek megfelelő hangintenzitás, ez 1 kHz-nél 10-12 W/m2, azaz az Lo hallásküszöb a 0 dB : az ennek megfelelő hangnyomás pedig:

9. AdB ! Az alábbi értékeket célszerű megjegyezni: +1 dB 25% teljesítménykülönbséget, 12% nyomás különbséget jelent. +3 dB a kétszeres teljesítményhez tartozik. +6 dBnégyszeres teljesítményt, kétszeres nyomást jelent. Az azonos hangnyomásszintű hangok összegzésekor az eredő +3 dB-el nő mindig, bármi is legyen a kiindulási hangnyomásszint: 1 dB + 1 dB = 4 dB, vagy 10 dB + 10 dB = 13 dB, avagy 100 dB + 100 dB = 103 dB.

10. Az ábra azt mutatja, miként kell két logaritmikus egységet helyesen összegezni. Ha egy 55dB-es és egy 51 dB-es hang eredőjét akarjuk megkapni, akkor a különbségből kell kiindulni, ami 4dB. Ha ez a két hang egyszerre szól, akkor annak nem106 dB lesz az eredménye, hanem lényegesen kevesebb! A vízszintes tengelyen megkeressük a 4 dB-es pontot és kivetítjük a függőleges tengelyre, ahol 1,4 dB-t kapunk. Ezt végül a nagyobb hangnyomásszintű hanghoz adjuk hozzá, a végeredmény tehát : 55 dB + 51 dB = 56,4 dB! Mint láttuk, s az ábráról is leolvasható, hogy 0 dB eltéréshez 3 dB-es növekedés tartozik. Lp

11. Távolságfüggés

14. HangkeltésHangforrások Áramlások Seebeck félesziréna Rezgetések hegedű

15. HangterjedésHangtér Hangteljesítmény (P)

16. Az akusztikai teljesítmény (P) és a zajforrást létrehozó teljesítmény (N) viszonya Akusztikai hatásfok, akusztikai áttétel Értéke: ppm(10-6) – 10%(10-1) Kis asztali ventilátor : 10-6 (10W/ 10 W) Kiabálás : 10-3 (1mW/ 1 W) Szgk (80 km/h): 10-6(0.1 W/ 100 kW) Légkalapács: 10-3 (1 W/ 1 kW) Repülőgép: 10-3(10 kW/ 10 MW) HiFi: 3-5 % (5W/ 100 W) Sziréna10%(1kW/ 10 kW)

17. HangterjedésHangtér Hangnyomás (p’), hangsebesség(c),akusztikai Ohm törvény, akusztikai ellenállás (keménység) (Z). Részecske sebesség: v’részecske kitérés: 

19. HangterjedésHangtér Hangsebesség (c) changlevegő 340 m/s changvíz 1500 m/s

21. Hangteljesítmény (P), hangintenzitás (I). Energia(időátlaga) energiaáram-sűrűség energiasűrűség(időátlaga)

23. Hangintenzitás (I) W= - p dV

24. Hangintenzitás (I) és Impedancia (Z) Z =o c normál levegőre: 430 Ns/m3vízre : 1 500 000Ns/m3 Egy állandó teljesítményű hanforrástól adott távolságban észlelhető I hangintenzitás nagyobb impedanciájú közegben nagyobb (gyökösen) nyomást kelt.(Vízben jóval nagyobb a hangérzet, mint a levegőben ).

25. Hang felfogás Hangosságszint (phon) Eltérő frekvenciájú hangok összevetése • Élettani mennyiség (hang ekvivalens). • Jele: LN • Mértékegysége: phon • Értelmezése: annak az 1 kHzfrekvenciájú, szabad hangtérben szemközt érkező tisztahangnak a hangnyomásszintje, amely azonos hangérzetet kelt a kérdéses hanggal.

26. Hang felfogás Hangosság(son) Eltérő intenzitású hangok összevetése A hangosságérzetet jellemző mennyiség, a valóságos érzetnek felel meg. • Mértékegysége a son, jele N. • A hangosságszint rendszerhez kötött azonosítási pontja: 1 son = 40 phon. • A hangosság és a hangosságszint közötti kapcsolat:

27. Az ember hallásgörbéje A son skála lineáris! Az egyenlő hangosságszintek (, LN )frekvencia görbéi (phon-görbék) Két hang közül az egyiket akkor értékeljük szubjektívenkétszer olyan hangosnak, ha ahangosságszintek különbsége 10 phon. Az így megállapított hangosságskálason-ban, arányos a hangosságérzettel (N). (1 sonaz 40 phonnakfelel meg,). Az N hangosság (son) és az LN (dB) hangosságszint összefüggése:

28. Phon-son átszámítás