Zaj,- rezgés és sugárzásvédelem NGB_KM015_1 2011 – 2012 tanév tavasz 1-2. előadás

1. Zaj,- rezgés és sugárzásvédelemNGB_KM015_12011 – 2012 tanév tavasz1-2. előadás Győrfi András demonstrátor SZE, MTK, BGÉKI, Környezetmérnöki tanszék

2. ELÉRHETŐSÉG • Szoba: D 512 • /Telefonszám: 70/977-49-55 • E-mail: gyorfia@sze.hu, gyorfi.andras.sze@gmail.com • Weblap: www.sze.hu/~gyorfia • Konzultációs időpont: • hétfő: 1500-1700

3. KÖVETELMÉNYEK • Félévközi beszámoló • 2 db zh (7. és 12. héten): 25 pont/zh • Minimum követelmény 40 % • Pót zh: 14. héten (mindkét alkalomból) • zajmérés + jegyzőkönyv:10 pont • mindkettő kötelező, aláírás feltétele • Megajánlott jegy kapható • Zh-ból 50 %-ot elérte • Vizsga (írásbeli) • Féléves anyagból rövid és hosszú gyakorlati kérdések (50 pont)

4. ÉRTÉKELÉS • Értékelés: 0-50 1 51-62 2 63-75 3 76-85 4 86-100 5

5. AJÁNLOTT IRODALOM • Zaj és rezgésvédelem Hefopjegyzet a honlapomon találjátok • Walz Géza: Zaj- és rezgésvédelem, Complex Kiadó, Bp. 2008. • Dr. Kurutz Imre: Műszaki akusztika, Műegyetemi Kiadó, Bp. 2001. • Dr. Kováts Attila: Zaj- és rezgésvédelem, Veszprémi Kiadó, Veszprém, 1995.

6. ELŐADÁS ANYAGA • Bevezetés • Hang • Hullám • Fizikai alapfogalmak • Szintértékek • Példák

7. IDÉZET „A zajjal száz esztendő múlvatöbb gondunk lesz, mint a fertőző betegségekkel…”Robert Koch (német bakteriológus)

8. BEVEZETÉS • A zaj egyidős az emberrel (ipai forradalom, közlekedés, építkezés, ipar) • A zaj- és rezgésvédelem a környezetvédelemnek a legkevésbé hangsúlyozott része. Oka kettős: • A károsodás többnyire jelentős időveszteséggel jelentkezik. • A zajprobléma megoldása nem okoz közvetlenül gazdasági hasznot.

9. BEVEZETÉS • Pedig egyre súlyosabb probléma: a legelső zavaró hatás, amely az infrastruktúra és az ipar fejlődésével együtt jár. • Becslések szerint kb. az emberek fele él olyan övezetekben, ahol nem biztosított a lakosság „akusztikai komfortja“. • Nehéz védekezni ellene, elsősorban a közlekedési zajra van panasz.

10. BEVEZETÉS • A közlekedés fejlődése miatt már nem csak a városokban probléma, hanem az agglomerációs övezetekben is. • Újabb zajforrások jelennek meg (légkondi, ventillátor, liftek, számítógép stb.)

11. HANG • A hang az emberi élet alapvető velejárója, nélküle az emberek közötti kapcsolat nehezen képzelhető el. • Kifejező eszköz (verbális kommunikáció) • Élvezeti cikk (zenerajongóknak) • Sok esetben a veszélyre is a hangok figyelmeztetnek bennünket. • Hang/zaj: Méreg az aludni vágyóknak

12. HANG Hang: Három jelentéstartalom • 1. Fizikai jelenség – Hangjelenség (XX. sz. elejétől): • Valamely rugalmas közegben hullámszerűen tovaterjedő mechanikai zavarási állapot • Mechanikai zavarás: adott helyen adott részecskével energiát közlünk - többletenergia - rezgés – tovaterjed

13. HANG • 2. Élettani (biológiai) jelenség – Hangérzet (XX. sz. 30-as éveitől) • A mechanikai hullám az élőlényekben hangérzetet kelt • Tehát a hang füllel érzékelhető külső inger – hallás folyamatáról később

14. HANG • 3. Értelmi, esztétikai (lélektani) jelenség – Hangélmény (XX. sz. végétől) • A hallott hang, a hanghullámok információt hordozhatnak (beszéd), jelenthetnek élményt. • Megfejtése : az érzékszervi felfogás és idegi továbbítás útján az agyban • A hangélmény a hang legfontosabb jelentéstartalma az ember szempontjából.

15. HANG-ZAJ • Ezért: minden olyan hang zaj, ami nem hangélmény, hanem kellemetlen hang. • Tehát: a zaj fogalma emberi értékelés függvénye, erősen szubjektív. • Egy motorkerékpáros számára a motorjának erős hangja a sebesség, a száguldás örömét jelenti, míg az utcán közlekedő vagy az oda néző lakásban élő embereket zavarja, számukra a motor egyértelműen zajforrást jelent. • Sok fiatal örömmel teszi ki magát rendszeresen halláskárosodást okozó hangerőnek, amikor bulizni megy, a környezetben élők számára azonban ez a zene zajpanaszra ad okot.

16. HANG • A hang mechanikai hullám, azaz rugalmas közegben tovaterjedő rezgés. Az emberi fül bizonyos rezgéseket képes felfogni és hangérzetté alakítani, ezek a rezgések a hallható hangok. • A hangforrás által keltett rezgési energia a rugalmas közegben nyomásváltozást okozva hullámformában terjed. Levegőben ez a nyomásváltozás a hallható hang. • Hordozó közegben (levegő, folyadék, szilárd) tovaterjedő nyomásváltozás, nyomásingadozás.

17. HANG • Terjedése:a részecskéről részecskére történik az elemi állapotváltozás terjedése, ami tehát a részecskék rezgésének a rugalmas közegben, hullámmozgás formájában történő terjedését jelenti Tehát csak a rezgési energia terjed, nem a részecske halad! közeg hogyan neve gáz nyomásingadozással léghang folyadék nyomásingadozással folyadékhang szilárd rugalmas alakváltozás testhang

18. HULLÁM JELLEMZŐI Transzverzális hullám: a rezgőmozgás iránya merőleges a terjedés irányára (testhangok)

19. HULLÁM JELLEMZŐI Longitudinális hullám: a rezgés és a hullám-terjedés iránya meg-egyezik (test-, folyadék- és léghangok) sűrűsödések - ritkulások

20. HULLÁMOK ÖSSZETÉTELE • egyszerű harmonikus rezgés (tiszta hang): a rezgő részecskék egyensúlyi helyzetből való kitérése az idő függvényében szinuszosan változik • több hullám eredője:

21. HULLÁM JELLEMZŐI • periódusidő (T) • frekvenciája (f ) • hullámhossz () • amplitúdó (A) • terjedési sebesség (c) Jellemzők közötti összefüggés:  = c/f , c =  f

22. PERIÓDUSIDŐ • Az a legrövidebb idő, amely alatt a rezgés periodikusan ismétlődik • Jele: T • Mértékegysége: s (idő)

23. FREKVENCIA • rezgések másodpercenkénti száma (1/T) • Jele: f • Mértékegysége: [Hz], [1/sec] • Frekvencia a hangforrásra jellemző mennyiség, a hangforrás elsődleges fizikai adata. • A normál hang frekvenciája 440 Hz.

24. FREKVENCIA • A hang terjedése közben más - más közegbe lépve a rezgés frekvenciája állandó, ezért akárhol észleljük, a kiinduló pontra, a zajforrásra utal. • Ha egyszer egy adott frekvenciával sugároz a hangforrás, az meg fog maradni más közeg ill. anyag esetén is, és csak a c és a  fog változni.

25. FREKVENCIA 70 Hz 440 Hz 5000 Hz 14.000 Hz 16.000 Hz 18.000 Hz

26. INFRAHANG, ULTRAHANG

27. INFRAHANG, ULTRAHANG • Infrahang: Az ilyen hangokat az emberi fül nem hallja, a test azonban érzékeli. Robbanások és a testek körüli lökésszerű légáramlások keltik. • A nagyon nagy frekvenciájú hangokat a különféle anyagok (pl. az emberi test különféle szövetei) más-más mértékben verik vissza. (gyógyászatilag előnyös módon, mert viszonylag kicsi a sérülés, az ártalom valószínűsége). Az ultrahangot ezért általánosan használják orvosi átvilágításra (pl. ultrahang diagnosztika a magzat vizsgálatára. Használják műszaki célokra (pl. vasúti sínek repedéseinek felderítésére). • Állati kommunikáció (nagyméretű állatok kis frekvenciákat, kisméretű állatok nagyobb frekvenciákat használnak)

28. FREKVENCIA • A keltett hang magasságát mindig a frekvenciája határozza meg • a hang annál magasabb, minél nagyobb a rezgés frekvenciája • a fül a hangmagasságot a frekvencia logaritmusával arányosnak érzékeli

29. HULLÁMHOSSZ • az a távolság,amit a hullám egy periódus alatt megtesz, szinusos hullámok esetén a két egymást követő csúcs közötti távolság • Jele: λ • Mértékegysége: [m]

30. HULLÁMHOSSZ • Példa

31. AMPLITUDÓ • Az egyensúlyi vagy a nyugalmi helyzettől számított legnagyobb kitérés.  hangerősség • Mindig pozitív szám. • Jele: A

32. HULLÁM JELLEMZŐI

33. TERJEDÉS SEBESSÉGE • A hanghullám terjedésének sebessége. • Jele: c • Mértékegysége: [m/s] c = √E /  • E - rugalmassági modulus, [Pa] •  - sűrűség [kg/m3] • Sebesség függ: • , E • hőmérséklet, páratartalom, nyomás

34. TERJEDÉS SEBESSÉGE • A levegő hőmérséklete befolyásolja a terjedési sebességet. • Melegben a gázmolekuláknak nagyobb mozgási (kinetikus) energiája van • Közelebb kerülve egymáshoz, gyorsabban adják át az energiát

35. TERJEDÉS SEBESSÉGE • Levegőben: • + 40 °C = 355 m/s • + 20 °C = 340 m/s • - 40 °C = 306 m/s • Édes vízben: • + 15 °C = 1437 m/s • Meleg levegőben ugyanazon hang hullámhossza is nagyobb, ugyanis meleg levegőben gyorsabban terjed a hang, tehát változatlan f mellett, ha c nagyobb, akkor  is nagyobb.

36. TERJEDÉS SEBESSÉGE • Minden 1°C emelkedés esetén 0,6 m/s sebességnövekedés várható. Száraz időben, tengerszint nyomáson, 0°C-on c= 331m/s • Más körülmények között: cp=co+0,6xTp m/s cp= adott Tp hőmérsékleten a sebesség co= 0°C esetén a sebesség

37. TERJEDÉS SEBESSÉGE Példa: Egy 20°C -os szobában mekkora a hang terjedési sebessége? Co=331m/s Tp=20°C cp= co+0,6x20=331+12=342m/s cp~ 340m/s

38. TERJEDÉS SEBESSÉGE • Ha a levegő sűrűsége kicsi, tehát a részecskék távolsága nagyobb, mint az a távolság, ami a hangnyomás által keltett részecske elmozdulás mértéke, akkor nincs hangterjedés. Ezért légüres térben nem terjed a hang, mert nincs ami közvetítse a zavarást. • Ez az érték: l = 10-5 – 10-11 m • A terjedés sebessége a közeg tulajdonságaitól függ, nem a hang tulajdonságaitól. • A hangterjedés sebessége egy adott közegben állandó T esetén állandó.

39. TERJEDÉS SEBESSÉGE

40. TERJEDÉS SEBESSÉGE • A cseppfolyós anyagokban, szilárd testekben a molekulák szorosabb kapcsolata miatt a részecskék könnyen át tudják adni egymásnak a rezgést. Tehát a hang a folyékony és szilárd közegben gyorsabban terjed, mint levegőben! • Hidrogén: kicsi molekula c= 1284 m/s • Hélium: nagyobb tehetetlenségű c= 965 m/s • Acél: szoros kötésű molekulák c= 5940 m/s

41. HULLÁM JELLEMZŐI • A hang terjedése közben a részecskék mozgása súrlódással jár, ennek legyőzése pedig munkavégzést kívánt. Mennél távolabb jut el a hang, egyre gyengül, végül teljesen megszűnik, energiája pedig hővé, hőenergiává alakul. • A magas hangok rezgésszáma nagy, a mélyeké kevesebb. Amikor a magas hangok terjednek, akkor azokat a levegőben lévő részecskéket igen sokszor kell ide-oda mozgatni. A mély hangok terjedésük közben kevesebb munkát végeznek. Tehát: • A magas hangok nem terjednek olyan messzire, mint a mély hangok.

42. HULLÁM JELLEMZŐI Csillapított rezgés Szinuszos hang Lecsengő zenei hang Állandósult zenei hang Öngerjesztett rezgés Keverékhang Zörej

43. „TISZTA HANG”„ÖSSZETETT HANG” • Tiszta hangnak nevezzük a tiszta szinuszos hangrezgést, azaz azt a hangot, amelynek spektrumában egyetlen vonal van • A gyakorlatban azonban (szinte kizárólag) összetett hangokkal van dolgunk • Tiszta hangot keltő mechanikai eszköz a hangvilla.

44. „TISZTA HANG”„ÖSSZETETT HANG” • Azokat a hangrezgéseket, amelyeknek frekvenciaspektrumában nemcsak egy, hanem több, egymástól különböző frekvenciájú komponensek is találhatók, összetett hangoknak nevezzük. • Az összetett hangok két nagy csoportra oszthatók: periodikusak és nemperiodikusak.

45. NEM SZINUSOK HANGOK • négyszöghullám: (pl. gitártorzító) • háromszöghullám: 300 Hz 300 Hz

46. HANGOK CSOPORTOSÍTÁSA • Frekvencia szerint • Infrahang f > 20 Hz • Hallható hang 20 Hz < f < 16 kHz • Ultrahang f < 16 kHz • A hang időbeli lefolyása • állandó hang: jellege (frekvenciája, erőssége) nem változik: ventilátor, szivattyú • változó hang: jellege időben változik • A hang lefutása szerint • folytonos: időbeli megszakítások nélküli zaj • szakaszos (időszakos): időbeli megszakításokkal, csak időszakosan lép fel • egyszeri: egyetlen alkalommal jelentkező zaj

47. HANGOK CSOPORTOSÍTÁSA • Forma (fizikai hullám alakja) • tiszta hang (szinuszos hullám) • zenei hang (periodikus) • zörej (statikus jellegű) • összetett (kevert) • A hang időtartama • hanglökés (t< 10 ms) • rövididejű hang (10 ms t 1 s) • tartós hang (t> 1 s) • hosszú (t >60s)

48. MITŐL „ZAJ” A HANG? • Természetes hang: forrása valamilyen természeti jelenség, anyagi mozgás vagy élőlény, és megszólalását nem mesterséges beavatkozás váltja ki. PI. természetes hang a szél, a patakcsobogás, a madárcsicsergés, az állatok hangja, a mennydörgés, az emberi beszéd stb.

49. MITŐL „ZAJ” A HANG? természetes hangok:

50. MITŐL „ZAJ” A HANG? • Mesterséges hang: valamilyen ember alkotta készülék vagy berendezés működése közben keletkezik, vagy ezek működtetésével, megszólaltatásával kelthető. PI. a gépek zaja, a munka­végzés zaja, a hangszóró hangja, s nem utolsósorban a hangszerek hangja, a zene is mesterséges hang stb.