Gyakorlati épületfizika építészeti akusztika a gyakorlatban

Gyakorlati épületfizika – építészeti akusztika a gyakorlatban előadó: Fürjes Andor Tamás, aQrate Kft.

„Gyakorlati Épületfizika – építészeti akusztika a gyakorlatban” – Széchenyi István Egyetem, 2010.11.08.

1

tartalom akusztika zaj- és rezgésvédelem teremakusztika összefoglalás


2

az akusztika… … minden, ami rezgés

I. akusztika

az akusztika helye

a rezgés… … egyfajta zavar: kilengés egy nyugalmi állapot körül

a hullám… … a zavar terjedése: adott késéssel és csillapítással a rezgés rezgést kelt a környezetében … a zavarterjedés módját a közeg minősége határozza meg

mi számít akusztikának?…


3

elektromosságtan és kémia

Föld-tudományok

mérnöki tudományok

oceanográfia

I. akusztika

az akusztikai tudományok áttekintése

mechanika vízalatti hangterjedés Föld és atmoszféra fizika

ultrahang

szeizmikus hullámok

zaj- és rezgés építészet alapvető fizikai akusztika

atmoszférikus hang orvoslás

elektroakusztika

bioakusztika

vizuális művészetek

zenei skálák és hangszerek

hallás fiziológia

terem- és színházakusztika

mechanikai sugárzás minden anyagban/ közegben

pszichoakusztika

kommunikáci ó

zene

pszichológia beszéd élettudományok

művészetek

R. Bruce Lindsey: „Wheel of Acoustics” (1964) „Gyakorlati Épületfizika – építészeti akusztika a gyakorlatban” – Széchenyi István Egyetem, 2010.11.08.

4

I. akusztika

az akusztikai jel a(b)

a jel általában… … egy fizikai mennyiség időbeli változása

b

az akusztikai fizikai mennyiségek… … az idő és a tér függvényei … x(t,r), y(t,r), z(t,r): kitérés … v(t,r): kitérés sebessége (pl. részecskesebesség) … a(t,r): kitérés gyorsulása … stb.

z x

a közeg minőségétől függő mennyiségek… =105Pa

=1,2kg/m3

… pl. gáz („fluid”) esetében p0 ρ0 … a változó (zavar) mennyiségek: p’(t,r) és ρ’(t,r)

y

az összefüggéseket a hullámegyenlet(-rendszer) adja meg … ahol ez a gázok linearizált homogén hullámegyenlete a nyomásváltozásra

1 ∂ 2 p′ ∇ p′ − 2 2 = 0 c ∂t 2


5

I. akusztika

az akusztika hatása a rezgések érzékelése fontos… … mert információt hordoz a környezetről (túlélés)

mi számít információnak?… …minden, ami a létfenntartás szempontjából számít

barlangrajz

vonalkód

…minden más „zavaró jel”, másként: ZAJ „Gyakorlati Épületfizika – építészeti akusztika a gyakorlatban” – Széchenyi István Egyetem, 2010.11.08.

6

I. akusztika

az akusztika hatása az érzékelés módja… … a rezgést hordozó közeg minőségétől függ.

a levegőben terjedő zavar… … a hang vagy „léghang”, érzékszerve a halló szervrendszer

az egyéb mechanikai zavarok… … és nagyszintű léghangok érzékszerve az egész testünk

az érzékelés mechanizmusa… … az ingerré alakult fizikai hatások párhuzamos feldolgozása

rezgés fizikai hatás

inger érzékszerv hangulat, tanulás, stb.


7

I. akusztika

az emberi hallószerv felépítése

az emberi hallószerv „Gyakorlati Épületfizika – építészeti akusztika a gyakorlatban” – Széchenyi István Egyetem, 2010.11.08.

8

I. akusztika

az emberi hallószerv működése mechanikai csatolások… dobhártya (kb. 80mm2)

100Hz

10kHz

hallócsontocskák, változó mechanikai áttétellel

basilar membrán, rajta a hallószőrökkel

ovális ablak (kb. 3mm2) kiterített fülcsiga

középfül és belső fül mechanizmusa „Gyakorlati Épületfizika – építészeti akusztika a gyakorlatban” – Széchenyi István Egyetem, 2010.11.08.

9

I. akusztika

az emberi hallószerv korlátai - szintek a fizikai paraméterek értéktartománya… … pref 20µPa (N/m²): hallásküszöb (általában) 10µPa@4kHz … pmax 200Pa: fájdalomküszöb (elég nagy bizonyossággal) … túl nagy a tartomány (7 nagyságrend) … az érzékelés arányokban (p1/p2) gondolkodik … használjuk a logaritmikus skálát (Bell) és tizedét (dB) dB

Bell

rock koncert: 120

12

porszívó: 80

8

halk beszéd: 40

4

hallásküszöb: 0

0 20μPa

2μPa 0,2Pa

p(t) 20Pa

a hangnyomásszint (sound pressure level – SPL) Lp= 10 · log10 p(t)/pref „Gyakorlati Épületfizika – építészeti akusztika a gyakorlatban” – Széchenyi István Egyetem, 2010.11.08.

10

a fizikai paraméter értékváltozásának érzékelése… … az ismétlődő változás gyorsasága, gyakorisága a frekvencia … az összetett jelek többféle frekvenciájú jel összegével írhatók le … az érzékelés arányokban (f1/f2) gondolkodik, … az 2/1 arány az oktáv szint … a hallással érzékelhető tartomány MAGAS szinuszos jelre kb. 20Hz…20kHz KÖZEPES (10 oktáv!) … nem szinuszos jelre nagyobb frekvencia (Hz) MÉLY

I. akusztika

az emberi hallószerv korlátai - frekvencia

a hullámhossz (λ)… … 20Hz levegőben kb. 17m … 20kHz levegőben kb. 1,7cm


11

az emberi hallószerv… … műszernek pocsék, … de a szükséges információ kinyerésére megfelel, … attól különleges, ahogyan feldolgozza az ingereket.

I. akusztika

az emberi hallószerv minősége

Fletcher-Munson (1933), Robinson-Dadson „Gyakorlati Épületfizika – építészeti akusztika a gyakorlatban” – Széchenyi István Egyetem, 2010.11.08.

12

mintázatok felismerése… … többszörös rövid időbeli ismétlődés: hangmagasság,

I. akusztika

az érzet kialakulását befolyásoló tényezők

… egyszeres időbeli ismétlődés: visszaverődés

tanulás… … saját hallószerv jellegzetességeinek korrekciója: pl. térhallás … környezeti hatások korrekciója: távolság, visszaverő felületek … hangszín-burkoló („formáns”): hangforrás azonosítása

egyéb hatások… … hangulat, közérzet, fáradtság … rezgések testfelületen … látvány, szag ... (és minden más is) „Gyakorlati Épületfizika – építészeti akusztika a gyakorlatban” – Széchenyi István Egyetem, 2010.11.08.

13

I. akusztika

az építészeti akusztika köre épített környezetben… ajánlások, szabványok, hatósági előírások ÉPÜLETAKUSZTIKA

TEREMAKUSZTIKA

Zajkomfort

Hangzáskomfort

Környezeti zaj

Hangtisztaság

Használati zaj

Térérzet

Gépészeti zaj

Beszédérthetőség

GÉPÉSZETI AKUSZTIKA

ELEKTROAKUSZTIKA


14

zaj- és rezgésvédelem… … megfelelő határolások a kölcsönös zavartalanság érdekében

I. akusztika

az építészeti akusztika köre

teremakusztika… … megfelelő visszaverődések a megfelelő hangzás érdekében


15

a méretezés célja… … ismert/becsült zajforrás esetén … ismert/becsült zavarterjedési módokkal („hangút”) számolva … a szükséges csillapítások beépítése … a megengedett zajszint elérése érdekében. A ZAVARÓ HANGTÉR

A VÉDENDŐ HANGTÉR

TESTHANG

TESTHANG

TAPINTÁS

LÉGHANG

LÉGHANG

HALLÁS

II. zaj- és rezgésvédelem

zaj- és rezgésvédelemről

ZAJ


16

A ZAVARÓ HANGTÉR

A VÉDENDŐ HANGTÉR

TESTHANG

TESTHANG

TAPINTÁS

LÉGHANG

LÉGHANG

HALLÁS


a méretezés elemei

ZAJ


17

szabályozás… … egészségvédelem, munkavédelem, környezetvédelem … vannak rendeletek és szabványok … a rendeletek betartásáról tervdokumentációban kell nyilatkozni … a „civilek” tudatosak

ha probléma van… … általában nyilvánvaló (annak akit zavar) … általában már késő … utólagos javítás csak 30-40%-ban teljesen sikeres … javítás aránytalanul drága vagy kompromisszum szükséges


általánosságban

tapasztalatok… … kényszerből és nem igényességből keresik a megoldást … a rendeleti határérték betartása nem jelent mindig elégedettséget … a szabványok többféleképpen értelmezhetők … hasonló a vízszigeteléshez (kivitelezés, hibakeresés) „Gyakorlati Épületfizika – építészeti akusztika a gyakorlatban” – Széchenyi István Egyetem, 2010.11.08.

18

a hangforrás határoló szerkezetei… … átveszik a hangenergiát, … részben elnyelik a hangenergiát … részben továbbadják a hangenergiát (zaj- és rezgésvédelem!) … részben visszaadják a hangenergiát (teremakusztika!)

III. teremakusztika

a hangtér jellemzése

a hangforrás hangterének alkotói… … zajforrás közvetlen hatása (rezgés és hang) … zajforrás környezetének visszahatása (visszaverődések)


19

III. teremakusztika

a jelenség alapja a visszaverődések… … a határolt térrészre jellemző hangteret építenek fel

szabad hangtér

félszabad hangtér

zárt hangtér

a visszaverődés … irányát a határolások és a hangforrás relatív pozíciója … szintjét a határolások elnyelő képessége határozza meg.


20

geometriai visszaverődés Evisszavert=Ebeeső·(1-α)

részben diffúz („valós”) visszaverődés

III. teremakusztika

a visszaverődés leírása

Evisszavert=Egeometriai +Ediffúz Evisszavert=Ebeeső·(1-α) ·(1-δ)+Ebeeső·(1-α) ·δ

ezek frekvenciafüggő jellemzők elnyelés/diffuzitás jellemzően nagyobb frekvenciák felé nő az elnyelés, szóródás mértéke frekvencia


21

III. teremakusztika

a visszaverődések energiája a visszaverődések energiája a hangtérben… … egy részük diffúz módon van jelen … egy részük geometriai módon van jelen … egy részük elnyelődik sum

Einput Eabsorbed Ediffuse Especular

Ereverberating

Especular

a diffúz hangtér…

time

… nincs iránya … nem függ a geometriától … nem függ a pozíciótól „Gyakorlati Épületfizika – építészeti akusztika a gyakorlatban” – Széchenyi István Egyetem, 2010.11.08.

22

III. teremakusztika

visszaverődések és közvetlen hang folytonos hangforrás esetén… … közvetlen hangtér … elsősorban diffúz hangtér („zengő energia”) hangteljesítmény eredő hang

távolság zengő hang

közvetlen hang

4 4  Q  Q Lp = LW + 10 ⋅ log 10  2 +  = LW + 10 ⋅ log 10  22 +   4r π R   2r π R 


23

III. teremakusztika

a jelenség érzékelése a visszaverődések eloszlása… … irányok szerinti („térbeli”), … idősorrend szerinti és … szintek szerinti eloszlása határozza meg az érzetet … egy füllel és két füllel. A visszaverődések térbeli (irányok szerinti) eloszlása (felülnézet).

közvetlen hang

szint

A visszaverődések időbeli eloszlása, zengés "visszhang"

0

idő 0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

közvetlen hang


24

ami hasznos… … a korai visszaverődések energiája („hangtisztaság”) … a korai visszaverődések iránya („térszélesség”) … a késői visszaverődések diffúz jellege (egyenletes „zengés”)

ami káros…

III. teremakusztika

a jelenség minősége

… túl sok késői energia … erős különálló visszaverődés („visszhang”) … szabályosan ismétlődő visszaverődések („csörgés”) … egyenetlen lecsengés

a jó mértékek és arányok… … a helyiség funkciójától függenek! … a tervezés feladata mindezt meghatározni … a frekvencia függvényében is akár.


25

a tervezés teljes folyamata… specifikáció

TERVEZÉS

ÉRZET

minősítés

optimalizálás

III. teremakusztika

a teremakusztikai tervezés

MODELLEZÉS

MÉRÉS

ellenőrzés


26

a lecsengési idő… T60 ,Sabine =

24 ⋅ ln10 V V ≈ 0,161 c AS S1 ⋅ α 1 + S2 ⋅ α 2 + ....Sn ⋅ α n

III. teremakusztika

a teremakusztikai paraméterek

Wallace Clement Sabine (1868-1919)

… ahol az elnyelés (As illetve αátlag) a felületek minősége és mérete alapján számolható

energiaarányok (E0…t/E0…∞) … hangtisztaság: C („clarity”), D („deutlichkeit”)

összetett paraméterek … beszédérthetőség: STI, RaSTI, Alcons … térérzettel összefüggő paraméterek: LEF, IACC


27

III. teremakusztika

… és mégis csak a lecsengési idő 3.0

a közepes érték (Tm) funkció és térfogat alapján

2.8 2.6 2.4 2.2

1 Churches 2 Concert Halls 3 Music Studios 4 Conference Rooms 5 Small Lecture Theatres 6 Chamber Music 7 Talks Studio 8 Cinemas 9 Theatres

1

Reverberation Time (s)

2.0 2 1.8 1.6 3 1.4

1.2 9 1.0 4 0.8

6

8 5

0.6 7 0.4 0.2 0.0 0.05

0.1

0.5

1.0

5.0

10.0

Room Volume (x 1000) (m3)


28

frekvenciafüggés közepes értékhez (Tm) képest… T60 felső toleranciahatár

III. teremakusztika

… még mindig a lecsengési idő

alsó toleranciahatár

Tm

f 63

125

250

500

1k

2k

4k

8k

… általában, de ettől el lehet térni


29

III. teremakusztika

teremakusztikai tervezés gyakorlata meghatározandó… … a terem funkciója (vagy fő funkciója) … a terem mérete (A) … a terem alakja és elrendezése színpad

színpad

színpad

színpad

nézőtér nézőtér

… a burkolatok minősége (elnyelés és felület) … a berendezések minősége (elnyelés és felület). „Gyakorlati Épületfizika – építészeti akusztika a gyakorlatban” – Széchenyi István Egyetem, 2010.11.08.

30

alapelvek (geometriai modellezés)… … a terem síkokkal határolt 3D modellel van leírva … a hangforrásból a lehetséges vevőpontokba számol hangutakat a háromszöges nyalábok a gömbfelületet átlapolás nélkül lefedik

III. teremakusztika

teremakusztikai modellezés

a hullámfront egy darabja: a nyaláb

a háromszöges nyalábot három sík határolja

… a vevőpontokban a detektált visszaverődésekből számolja a teremakusztikai paramétereket … csak annyira pontos, amennyire a bemenő adatok … kisfrekvencián korlátozott érvényesség „Gyakorlati Épületfizika – építészeti akusztika a gyakorlatban” – Széchenyi István Egyetem, 2010.11.08.

31

a módus… … állandósult forrásjel esetén állandósult rezonáns viselkedés … frekvenciája másként „sajátfrekvencia” … frekvenciája lényegében/általában csak a teremalaktól és mérettől függ … alakja lényegében/általában csak a teremalaktól függ … hatása elsősorban a terem méretével összemérhető hullámhosszaknál … az egyenletes sajátfrekvencia-eloszlás preferált

III. teremakusztika

amit ritkán számolunk…

ahol számít például… … kisméretű stúdiók, házimozi helyiségek, lehallgató helyiségek

számításuk alapja… … hullámegyenlet analitikus megoldása egyszerű esetben (pl. téglatest) … hullámegyenlet numerikus megoldása tetszőleges geometriára „Gyakorlati Épületfizika – építészeti akusztika a gyakorlatban” – Széchenyi István Egyetem, 2010.11.08.

32

szabályozás… … szabvány van, rendelet nincs … méretezés külföldi és nemzetközi ajánlások szerinti követelményekhez … hiányzik!

ha probléma van…

III. teremakusztika

általánosságban

… általában nyilvánvaló (annak akit zavar) … általában már késő (a teremalak mindent meghatároz) … utólagos javítás általában csak egy-egy jellemzőben sikeres … javítás aránytalanul drága vagy kompromisszum szükséges (műemlék)

tapasztalatok… … kényszerből és nem igényességből keresik a megoldást … nincs olyan objektív jellemző, ami szerint „ez jól szól” … marketing jelentősége: bármit el lehet hitetni a laikussal … észrevétlenül sokat javít a komfortérzeten


33

alkalmazás ahol kell… … rendelet alapján, de jelenleg csak zaj- és rezgésvédelem

alkalmazás ahol kellene… … minden tartózkodási területen … nem csak zaj- és rezgésvédelem, hanem teremakusztika is

IV. összefoglalás

az építészeti akusztika helyzete

mikor kell hívni akusztikust… … ha rendelet vagy határozat előírja … ha a geometria bonyolult vagy a funkciók igényszintje magas … ha az ügyfél igényszintje magas

mennyibe kerül?… … a díj feladat léptékétől és a felelősség mértékétől függ … az anyagköltség nem feltétlenül magasabb csak mert akusztikus is beleszólt

az akusztika nem varázslat, nem feng-shui! „Gyakorlati Épületfizika – építészeti akusztika a gyakorlatban” – Széchenyi István Egyetem, 2010.11.08.

34

Gyakorlati épületfizika építészeti akusztika a gyakorlatban

Recommend Documents