Épületakusztika ÉPÜLETFIZIKA. Horváth Tamás. építész, egyetemi tanársegéd Széchenyi István Egyetem, Győr Építészeti és Épületszerkezettani Tanszék

ÉPÜLETFIZIKA

Épületakusztika Horváth Tamás építész, egyetemi tanársegéd Széchenyi István Egyetem, Győr Építészeti és Épületszerkezettani Tanszék

2016.03.30.

1

Épületakusztika

ÉPÜLETFIZIKA

Akusztika: • A hang, és általában a rezgések tudománya. • Görögből: akuein – hallani. • Igen széles tudományterületet ölel fel, néhány szokásos szakterületi elnevezés: • • • • • • • • • • • •

épületakusztika, teremakusztika, városépítési akusztika, numerikus akusztika, fizikai akusztika, zenei akusztika, pszichológiai akusztika, elektroakusztika, nemlineáris akusztika, áramlástani akusztika, gépészeti akusztikai stb.

• Épületakusztika: Építészeti-, épületszerkezeti megoldásokkal akadályozni az épületen belül keletkező zaj terjedését más helyiségekbe vagy kisugárzását a környezetbe, illetve a külső környezeti zaj behatolását az épületbe.

2016.03.30.

2

Csott Róbert: Épületakusztika (Épületfizika II.) Debrecen 2010.

Az akusztikai tervezés céljai

ÉPÜLETFIZIKA

• Az épületek rendeltetésszerű használatának egyik feltétele • OTÉK IV. fejezet Az építmények létesítési előírásai – Általános előírások • 50.§ (3) Az építménynek meg kell felelnie a rendeltetési célja szerint … e) a zaj és rezgés elleni védelem, … alapvető követelményeinek, és a tervezési programban részletezett elvárásoknak.

• Akusztikai terhelés • Emberi tevékenységek hangjai • Gépek működésének hangjai • Közlekedés zaja • Épületgépészeti rendszerek zaja • Technológia zaja

• Különböző szintű funkcionális igényszintek • Lakóépület, irodaépület, iskolaépület, ipari épület stb.

• Akusztikai tervezés céljai, • hogy a külső és a belső forrásból származó hangjelenségek erőssége egy bizonyos, még elfogadható mérték alatt maradjon • teremakusztika: előadó-, színház- és hangversenytermek tervezése

2016.03.30.

3

http://net.jogtar.hu/jr/gen/hjegy_doc.cgi?docid=99700253.KOR Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

Az akusztikai tervezés céljai

ÉPÜLETFIZIKA

Zajforrások: Közúti közlekedés zaja Vasúti közlekedés zaja Légi közlekedés zaja Gépészeti berendezések (külső és saját) Belső funkciók zajai (üzletközpont, mozi, parkolóház, iroda, szálloda stb.)

2016.03.30.

4

Dr. habil. Reis Frigyes: Épületakusztika építészeknek, előadás

Akusztikai feladatok megoldása

ÉPÜLETFIZIKA

Cél: A rendeltetésszerű épület-, helyiségés környezethasználat akusztikai feltételeinek létrehozása. Ehhez:

• Azonosítani kell a zajforrásokat és zaj ellen védendő területeket. • Számszerűsíteni kell a környezet akusztikai minőségét.

• Számszerűsíteni kell az épületszerkezetek akusztikai tulajdonságait. • Meg kell határozni, hogy mi a megfelelő. • Tervezési módszereket kell bevezetni. • Biztosan jó megoldásokat kell kidolgozni.

2016.03.30.

5

Reis Frigyes: Az épületakusztika alapjai – Épületek akusztikai tervezésének gyakorlata. TERC Kiadó, Bp. 2003. Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

Akusztikai döntések az építészeti tervezésben

ÉPÜLETFIZIKA

Tudatosan vagy ösztönösen, de az építész dönt: • Az épület környezetbe illesztésekor meghatározzuk, hogy a homlokzati szerkezeteket milyen mértékű és jellegű zajterhelés fogja érni.

• Az alaprajz kidolgozásával az épületen belüli zajforrások és a zajtól védendő területek helyét. • A szerkezetválasztás során meghatározzuk az épületszerkezetek hangszigetelési paramétereit.

2016.03.30.

6

Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

Akusztikai döntések az építészeti tervezésben

ÉPÜLETFIZIKA 2016.03.30.

7

Beépítési variációk, Richard Strauss Straße, München Eckard Mommertz, Müller-BBM: Akustik und Schallschutz. Detail Edition, 2008.

Hangok

ÉPÜLETFIZIKA

• Hang: A rugalmas közegnek az akusztika tárgyába tartozó mechanikai rezgése, illetve hulláma, amelyet a részecske és a hangtér adatai jellemeznek. Értelmezhetjük, mint • fizikai, • élettani és • információs jelenséget.

• Hallható hang: Olyan hang, amelynek frekvenciája 20 Hz és 16000 Hz közötti, intenzitása pedig 10-12 W/m2 és 1 W/m2 közötti. • Zaj: Fizikailag a hanggal azonos fogalom, de fiziológiailag különbözik tőle: minden olyan hangot zajnak hívunk, ami szubjektíve zavaró, hallgatása kellemetlen kényszer és/vagy káros hatású.

• Tisztahang (harmonikus hang): Szinuszosan változó hallható hang. Színképe egyetlen vonal. • Zenei hang: Harmonikus felhangokból álló, periodikusan változó hang. 2016.03.30.

8

Csott Róbert: Épületakusztika (Épületfizika II.) Debrecen 2010.

Rezgés, harmonikus rezgés

ÉPÜLETFIZIKA

• Rezgés: • Valamilyen fizikai mennyiség változása egy nyugalmi helyzet körül • Az akusztikai jelenségek a rezgések térben és időben lezajló terjedésével összefüggő folyamatok.

• Harmonikus rezgés: • A fizikai mennyiség időbeli változása állandó gyakorisággal történik • Szinuszos függvénnyel írható le

𝑦 𝑡 = 𝑦 sin 𝑓𝑡2𝜋 Hely és időfüggvény: t: az idő, mint független változó T: a rezgés periódusideje f: a frekvencia [Hz], a periódusidő reciproka (f=1/T) ymax: a rezgés amplitúdója yeff : a rezgés un. effektív értéke

2016.03.30.

9


Oktávsáv, tercsáv

ÉPÜLETFIZIKA

• Mérések: • frekvenciasávok alkalmazásával, melyek: • oktávsáv / tercsáv

• a teljes frekvencia tartományt lefedik, • állandó relatív sávszélességűek, • a frekvenciasávok felső és alsó határának hányadosa állandó

• szabványosított középfrekvenciájúak. • 50, 63, 80; 100, 125, 160; 200, 250, 315; 400, 500, 630; 800, 1000, 1250; … • 50, 63, 80; 100, 125, 160; 200, 250, 315; 400, 500, 630; 800, 1000, 1250; …

• Logaritmus alapú skálán szemléltetve: • fa: sáv alsó határa • ff : sáv felső határa • fb: sávszélesség • foi: oktávsáv középfrekvenciája • f ti: tercsáv középfrekvenciái

2016.03.30.

10


Zenei hangok

ÉPÜLETFIZIKA

Fafúvósok

Rézfúvósok

Ütősök

fagott kürt trombita tuba üstdob xilofon

Húrosok

hárfa zongora

Vonósok

hegedű brácsa cselló nagybőgő

Énekhangok

szoprán alt tenor basszus

2016.03.30.

11

pikoló furulya oboa klarinét basszusklarinét

Eckard Mommertz, Müller-BBM: Akustik und Schallschutz. Detail Edition, 2008.

Hang és épület

ÉPÜLETFIZIKA

Léghang (Folyadékhang) Testhang Léghang sugárzás zajforrásból Hangsugárzás, testhang gerjesztés után

Hangsugárzás léghang gerjesztés után Hangsugárzás erő impulzus gerjesztés után Testhang terjedés szerkezetben

2016.03.30.

12

Dr. habil. Reis Frigyes: Épületakusztika építészeknek, előadás

Hangnyomás, -teljesítmény, -intenzitás

ÉPÜLETFIZIKA

• A levegőben terjedő hang a levegő részecskéit megmozgatja, közöttük sűrűsödéseket és ritkulásokat hoz létre. • Hangnyomás: a normál légnyomás [105 Pa] hang hatására történő változásának mértéke [2*10-5-2*102 Pa]

• Hangteljesítmény: mivel a hang mozgásra készteti a levegő részecskéit, azokon munkát végeznek, ennek időegységre vetített része a hangteljesítmény W[W] • Hangintenzitás: egységnyi felületen áthaladó hangteljesítmény I=W/A[W/m2] 2016.03.30.

13


Hullámterjedés


14

The First Book of Sound: A Basic Guide to the Science of Acoustics by David C. Knight, Franklin Watts, Inc. New York (1960). p. 80 https://www.youtube.com/watch?v=GkNJvZINSEY

Hullámterjedés

ÉPÜLETFIZIKA

• Hangforrás a levegőben megváltoztatja • A részecskék sebességét • A levegő nyomását

• A hullám • Egyenes vonalban terjed • Longitudinális hullámformában • A levegő részecskéinek mozgása párhuzamos a hullámterjedés irányával

• A hullám terjedése során • A hang frekvenciája nem változik • A jel erőssége viszont csökken

• A hang terjedéséhez időre van szükség • A hang terjedési sebessége függ a közegtől • Levegőben: c=344 m/s • Hullámhossz: λ=cT=c/f [m] 2016.03.30.

15

Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007. http://www.physicsclassroom.com/class/sound/u11l1c.cfm

Hullámellenállás

ÉPÜLETFIZIKA

• Síkhullámú terjedés esetén: • 𝑧0 =

𝑝𝑒𝑓𝑓 𝑣𝑒𝑓𝑓

= 𝜌0 𝑐

• peff : hangnyomás effektív értéke [Pa] • veff : a rezgés sebesség effektív értéke [m/s]

• ρ: a közeg sűrűsége [kg/m3] • c: a hang terjedési sebessége a közegben [m/s] • z0: (karakterisztikus) hullámellenállás [Pas/m; Ns/m3] anyag-, közegjellemző

• Hangintenzitás: I[W/m2] • 𝐼=

𝑊 𝐴

• 𝐼 = 𝑝𝑒𝑓𝑓 𝑣𝑒𝑓𝑓

• 𝐼=

2 𝑝𝑒𝑓𝑓

𝑧0

2016.03.30.

16


Teljesítmény-, intenzitás- és nyomásszint

ÉPÜLETFIZIKA

Mivel a hangokkal kapcsolatos fizikai mérőszámok jelentős (15) nagyságrendi különbségeket vehetnek fel, célszerű az értékeket logaritmikus szintekben kifejezni.

• Hangteljesítményszint • 𝐿𝑊 = 10 log

𝑊 𝑊0

𝑑𝐵

• 𝑊0 = 10−12 𝑊

• Hangintenzitásszint 𝐼 𝐼0 𝑊 10−12 2 𝑚

• 𝐿𝐼 = 10 log • 𝐼0 =

𝑑𝐵

• Hangnyomásszint • 𝐿𝑝 = 10 log

2 𝑝𝑒𝑓𝑓

𝑝02

𝑑𝐵

• 𝑝0 = 2 ∙ 10−5 𝑃𝑎

2016.03.30.

17


Az emberi hallás

ÉPÜLETFIZIKA

• Longitudinális hullám a hallójáratban • A hang rezgésbe hozza a dobhártyát • A rezgéseket a hallócsontok (kalapács, üllő és kengyel) továbbítják • A kengyel rezgésbe hozza a csigában lévő folyadékot

• A csigában lévő idegvégződések érzékelik a rezgés tulajdonságait • Idegpályákon ingerek indulnak meg az agy felé • Az agy feldolgozza és értelmezi az ingereket

2016.03.30.

18

http://www.answersingenesis.org/assets/images/articles/am/v2/n4/figure-3.jpg

Az emberi hallás

ÉPÜLETFIZIKA

• Összetett folyamat szubjektív tényezőkkel • Fizikai folyamatok: levegőben, szilárd testben, folyadékban terjedő rezgés • Biológiai folyamatok: több szintű idegrendszeri feldolgozás • Egyénenként változó érzékelés: hangosság, zavaró hatás

• Sajátosságok • Az impulzusos zajok és a tisztahangú zajösszetevők fokozott zavaró hatást keltenek • Az emberi hallás érzékenysége frekvenciafüggő

2016.03.30.

19

P. Nagy József: A hangszigetelés elmélete és gyakorlata Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

Az emberi hallás

ÉPÜLETFIZIKA

A hallás jellegzetes területei és határai a) Egészséges fiatalok hallásküszöb görbéje tiszta hangokra

b) Hangként érzékelhető felső határ (120 phon hangosságszintű görbe) c) A hangszeres zene területe

d) A beszédhangok területe e) Elviselhetetlen érzet, vagy fájdalmat okozó hangok területe

2016.03.30.

20

P.Nagy József: A hangszigetelés elmélete és gyakorlata

A hallás frekvenciafüggő érzékenysége

ÉPÜLETFIZIKA

• Tiszta hanggal, szabad térben meghatározott érzékenységi görbesor (kísérletek alapján) • Azonos hangosságú görbesereg

• Azonos hangnyomásszintű, de eltérő frekvenciájú hangokat eltérő hangosnak érzékelünk

• Hangosság • 1000 Hz frekvencián mért hangnyomásszint • Lp,1000Hz [dB] = LN [Phon] • Hallásküszöb • Fájdalomküszöb

5 Phon 120 Phon

• Robnson-Dadson görbe, 1956. • ISO 226 szabvány, 1987, 2003.

2016.03.30.

21

P. Nagy József: A hangszigetelés elmélete és gyakorlata Dr. habil. Reis Frigyes: Épületakusztika építészeknek, előadás Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

„A” hangnyomásszint

ÉPÜLETFIZIKA

• Szükség van egy súlyozott hangnyomásszint meghatározására • Mivel az azonos hangnyomásszintű [dB] de különböző frekvenciájú [Hz] hangokat különböző hangosságúnak [Phon] érzékeljük • Az azonos hangosságú [Phon], de különböző frekvenciájú [Hz], tehát hangnyomásszintű [dB] hangok hangnyomásait úgy módosítjuk, • hogy az 1000 Hz frekvenciához tartozó hangnyomásszintet vesszük alapnak, • a többi értéknél pedig az azonos hangossági szinthez tartozó hangnyomás-szint értékekből kivonjuk az adott hangnyomásszintek és az 1000 Hz-hez tartozó hangnyomásszint előjeles különbségét. • Súlyozó szűrő alkalmazásával.

• Vagyis minden frekvenciához kiszámítjuk azt a hangnyomásszintet, amit olyan hangosnak hallunk, mintha az 1000 Hz frekvenciájú lenne. • [közelítő magyarázat]

• Az „A” hangnyomásszint • A teljes frekvencia tartományra vonatkozó hangnyomásszintek összegzése • L A [dBA]

2016.03.30.

22


„A” hangnyomásszint


23

40 phonos isophongörbe és az A súlyozószűrő csillapítása F [Hz] 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000

Dr. habil. Reis Frigyes: Épületakusztika építészeknek, előadás Reis Frigyes: Az épületakusztika alapjai – Épületek akusztikai tervezésének gyakorlata. TERC Kiadó, Bp. 2003. Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

Ai[dB] -39,4 -26,2 -16,1 -8,6 -3,2 0 +1,2 +1,0 -1,1 -6,6

Egyenértékű „A” hangnyomásszint

ÉPÜLETFIZIKA

Az egyenértékű A hangnyomásszint szemléltetése Az ábra vízszintes tengelyén az idő, függőleges tengelyén az A hangnyomásszint látható. A folytonos görbe időfüggvény – minőségileg közlekedési zaj lámpával szabályozott kereszteződés közelében –, amelyből 5 s tartalmú szakaszokra bontottak, amely szakaszokon belül a tényleges A hangnyomásszintet állandónak tekintettek. Az egyenértékű A hangnyomásszintet részben a teljes mintára, részben annak az akadálytalan járműforgalmat mutató szakaszára határozták meg. A vastag pontvonalak a két egyenértékű A hangnyomásszintértéket grafikusan is mutatják.

2016.03.30.

24

Reis Frigyes: Az épületakusztika alapjai – Épületek akusztikai tervezésének gyakorlata. TERC Kiadó, Bp. 2003.

Hangszigetelési problémák épületekben


25

http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/2011_0001_529_03_Mernoki_faszerkezetek_I/images/kep155.jpg

Léghang-, lépéshang terhelés, hangszigetelés

ÉPÜLETFIZIKA

• Léghang terhelés • A levegőben longitudinális hullámként szállított hangteljesítmény • Jellemző hely • Homlokzati szerkezetek • Belső határoló szerkezetek

terhelés külső, elsősorban közlekedési zaj helyiséghasználattal összefüggő zajok

• Lépéshang terhelés • A szerkezetekre ható közvetlen erőhatások keltette belső rezgések • Jellemző hely • Födémszerkezetek, lépcsők, burkolataikkal

terhelés épületen belüli közlekedés járkálás, anyagmozgatás

• Hangszigetelés • A szerkezetek azon tulajdonsága, miszerint az egyik oldalukon felvett hangteljesítménynek csak egy részét sugározzák ki a másik oldalon • A terhelés formájától függően minősíthető

2016.03.30.

26


Hangszigetelési képesség vizsgálata

ÉPÜLETFIZIKA

Hangforrás működik zárt térben (helyiségben) Léghang terhelés Széles sávú hang sugárzása Helyiség falát vizsgáljuk

Lépéshang terhelés Kopogógéppel keltett zaj Helyiség födémét vizsgáljuk

2016.03.30.

27

Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007. Eckard Mommertz, Müller-BBM: Akustik und Schallschutz. Detail Edition, 2008.


ÉPÜLETFIZIKA

A védett helyiség felé többféle hangterjedési út is kialakul Közvetlenül a falon át

Közvetlenül a födémen át

Kerülő úton a födémen át

Léghanggátlási szám: 𝑊𝑏𝑒1 𝑠1 + 𝑊𝑠𝑖

𝑅′ = 10 log 𝑊

Kerülő úton a falon át

Korrigált lépéshangnyomásszint: 𝑑𝐵

2016.03.30.

28

𝐴

𝐿′𝑛 = 𝐿′1 + 10 log 𝐴


0

𝑑𝐵


ÉPÜLETFIZIKA

Ha csak a felületszerkezet hanggátlására vagyunk kíváncsiak akkor azt dilatálni kell a csatlakozó szerkezetektől

2016.03.30.

29



ÉPÜLETFIZIKA

A védett helyiség felé csak a vizsgált szerkezeten át terjed a hang

Léghanggátlási szám: 𝑅 = 10 log

𝑊𝑏𝑒1 𝑊𝑠1

𝑑𝐵

Korrigált lépéshangnyomásszint: 𝐴

𝐿𝑛 = 𝐿1 + 10 log 𝐴

0

𝑑𝐵

A0 korrekciós tényező a védett helyiség felületei által elnyelt hangteljesítmény miatt. 10 m2, ha a helyiség lakószoba méretű, 25 m2, ha a helyiség ennél nagyobb

2016.03.30.

30

• Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.


ÉPÜLETFIZIKA

𝑅 = 10 log

𝑊𝑏𝑒1 𝑊𝑠1

𝑑𝐵

A léghanggátlási szám jellemzői

𝐴

𝐿𝑛 = 𝐿1 + 10 log 𝐴

0

𝑑𝐵

A korrigált lépéshangnyomás-szint jellemzői

• Relatív mennyiség

• Abszolút mennyiség

• Jobb minőséget, nagyobb számérték jelez

• Jobb minőséget, kisebb számérték jelez

• Helyszíni körülmények között a szerkezet hanggátlása mindig kisebb

• Helyszíni körülmények között a szerkezet hangnyomásszintje mindig nagyobb

• Frekvenciafüggő érték!

• Frekvenciafüggő érték!

2016.03.30.

31



ÉPÜLETFIZIKA

A teljes frekvencia spektrumra vonatkozó hangszigetelési jellemző szükséges Súlyozott léghanggátlási szám

Súlyozott lépéshangnyomásszint

Szerkezettípusra jellemző minősítő értékek (a szerkezetek így rangsorolhatók). Tervezési kiinduló értékek. Segítségükkel szerkezetekre vonatkozó követelményértékek adhatók meg. Rw: min

Lnw: max A súlyozás vonatkoztatási görbe segítségével történik, ami figyelembe veszi a zajterhelés frekvenciális eloszlását, az emberi hallás érzékenységét, az épületszerkezetekkel elérhető reális hanggátlás lehetőségeit.

2016.03.30.

32



ÉPÜLETFIZIKA

A súlyozott léghanggátlási szám értelmezése

A súlyozott lépéshangnyomás-szint értelmezése I: vonatkoztatási görbe II: eltolt helyzetű vonatkoztatási görbe III: mérési eredmény Rw és Lnw: a súlyozott értékek, az eltolt helyzetű vonatkoztatási görbék értéke 500 Hz-en

2016.03.30.

33



ÉPÜLETFIZIKA

Kiegészítő szerkezetek vizsgálata Falburkolatok Előtétfalak

A súlyozott léghanggátlási szám változása így: ∆𝑅𝑤 = ∆𝑅𝑤2 − ∆𝑅𝑤1 𝑑𝐵

Padlószerkezetek Álmennyezetek

A súlyozott lépéshangnyomás-szint változása így: ∆𝐿𝑛𝑤 = ∆𝐿𝑛𝑤1 − ∆𝐿𝑛𝑤2 𝑑𝐵

2016.03.30.

34




35

P. Nagy József: A hangszigetelés elmélete és gyakorlata



36




37


Épületszerkezetek akusztikai jellemzői

ÉPÜLETFIZIKA

Szerkezet

R

léghanggátlá si szám

Ln

szabványos lépéshangnyomásszint

α

hangelnyelési tényező

ΔR

léghanggátlásiszám javulás

Falak Födémek Ablakok

Ajtók Álmennyezet

Falburkolat Padló 2016.03.30.

38


ΔLn

szabványos lépéshangnyomásszint csökkenés

Épületakusztika ÉPÜLETFIZIKA. Horváth Tamás. építész, egyetemi tanársegéd Széchenyi István Egyetem, Győr Építészeti és Épületszerkezettani Tanszék

Recommend Documents