Department of Fluid Mechanics Budapest University of Technology and Economics
Környezetvédelem műszaki alapjai, akusztika
Nagy László
[email protected]
2010. Március 31.
Környezetvédelem műszaki alapjai
2009/2010. II.
Az előadás vázlata
Akusztika, hangtan Alapdefinicók, szintek Az emberi hallás Az emberi hallószerv felépítése, működése, fizikai jellemzők Zaj fogalma A zaj élettani hatása Szakirodalom
Az akusztika Akusztika, hangtan: A hang keletkezésével, terjedésével és elhalásával illetve az (élő) emberi szervezetre kifejtett hatásávala foglalkozó fejezete a mechanikának. Matematika Építészet
Zeneművészet •Zenei hangskálák •Hangszerépítés
•Teremakusztika •Építészeti zaj- és rezgéscsökkentés
Épület ak.
Zenei ak.
Fizikai akusztika Bioakusztika
Műszaki ak.
Orvostudomány
Műszaki tudomány
•Elektroakusztika •Gépészeti zaj- és rezgésvédelem •Méréstechnika •Szórakoztató elektronika
•Az emberi beszéd és hallás •Ultrahangdiagnosztika •Pszichoakusztika (A hangok az ember lelkületére való hatását vizsgálja)
Mechanika
Hőtan Mechanika
A hang kettős természete A hang fogalma lehet fizikai és élettani és lélektani jellegű. Fizikai meghatározás szerint a hang valamely rugalmas közeg állapotának egyensúlyi helyzete körüli ingadozása, amely egy rugalmas hordozó közegben tovaterjed. Élettani meghatározás szerint a hang az az érzet, amit a nyomingadozás a hallószervben kelt. A hang kettős természete: Áramlástani természet: instacionárius, összenyomható, nagy mennyiségek apró megváltozásai; Hullámtermészet: Zavarási állapot továbbterjedése, interferencia képesség, képes visszaverődni, képes eltörni, képes elhajolni, szóródni. Hanghullámok alapvető tulajdonsága: Longitudinális hullámok a kialakuló részecske sebesség iránya megegyezik a hang terjedési sebesség irányával (rugó: sűrűsödik, ritkul) Transzverzális hullámok a kialakuló részecske sebesség iránya merőleges a hang terjedési sebesség irányára. Animáció
A hangok osztályozása
2.103
Hiperhangok (gázdinamikai LH)
peff[Pa]
Ultrahang
Infrahang
Hallható hangok (emberi)
Hangok, a vivő közeg alapján •Léghangok (általában ezzel foglalkozunk) •Folyadékhangok •Testhangok
Szuperhangok 20 Hallható hangok 2.10-5 Hallásküszöbi alatti hangok 0
20
2.104
108 f [Hz] Másodpercenkénti periódikusok száma
Szintek és alapdefinicók A hangtanban a szint valamely jellemzőnek és egy adott összehasonlító érték arányának logaritmusa. Mértékegysége [bel, dB]. Hangteljesítmény:
(P0=10-12W)
P LW = 10 log [dB ] P0
Minden hangforrást jellemez. Hangintenzitás: (I0=10-12W/m2)
I LI = 10 log [dB ] I0
A hangérzet arányos a felfogott hangenergiával. A hangszint kifejezésénél ezért célszerűbb a hangintenzitásból kiindulni. (Weber törvény, Fechner törvény)
Hangnyomásszint:
(p0=2.10-5Pa)
Minden hangteret jellemez.
peff2 Lp = 10 log 2 [dB ] p0
Lp = 20 log
peff [dB ] p0
Fechner és Weber törvény (Stevens törvény) Az érzékelhető ingerintenzitásról ∆I Weber törvény (1834): k =
I
∆I: Relativ ingerküszöb (∆Φ) (éppen észrevehető ingerintenzitás változás) I: Ingerváltozás (Φ) k: Konstans, értékei különböző inger modalitásokra látás 0,079 hallás 0,029 nyomás 0,022 ízlelés 0,083 Fechner törvény (1860):
Erns Henrik Weber
É = k * log(I ) É: Érzet intenzitás (Ψ) k: Konstans I: Ingerintenzitás (Φ)
Stevens törvény (1953):
É = k *In
Gustav Theodor Fechner
Izofoniás görbék •Azonos hangosságú ingerek (1000Hz-en a dB és a phon skála azonos) •Az emberi fül hangosságérzése frekvenciafüggő. •Az átviteli függvény teremt kapcsolatot a mérés és a valóság között. •A phon görbék a fül átviteli karakteresztika függvénye.
Szintek és alapdefinicók
A hallószerve felépítése (Nobel díj) •fülkagyló •külső fülcsatorna (3 kHz rezonencia frekvencia) •dobhártya •halócsontok (kalapács, üllő, kengyel) •belső fül
Békésy György (1961)
A hallószerve felépítése (Nobel díj) •fülkagyló •külső fülcsatorna (3 kHz rezonencia frekvencia) •dobhártya •halócsontok (kalapács, üllő, kengyel) •belső fül
Békésy György (1961)
A csontocskák szerepe, mechanikai analógiával Az erőkar hatása és a különböző felületek különbsége okozta erősítés összesen: 22,3 (pvíz/plevegő)
A fül működésének egyszerűsített vázlata
A hallószerv érzéksejtjei, a zaj hatása
Felül egy emberi érzéksejt. Alul egy tengerimalac ép és a 24 órás 120dB-lel terhelt sérült szőrsejt szekciója.
A hallás jellemzői A hang receptora: Érzéksejtei: Abszolút ingerküszöb:
Corti szerv (emberben: 33m) belső és külső szőrsejtek 10-12W/m2 (1kHz), fájdalom 1010W/m2
A magas hangok a csiga bázisán, mély hangok a csiga csúcsán okoznak ingerelütet. Érzékelési tartomány:
ember kutya patkány egér delfin
16 Hz - 20kHz 35kHz 40kHz 98kHz 100kHz
Az egyensúly érzékelése (Nobel díj)
Bárány Róbert (1914)
Az egyensúly érzékelése az állatokban
Akusztikai kutatások (mérés) Békésy György Akusztikai Laboratórium http://www.akusztikalabor.hu BME Áramlástan & BME Távközlési és Médiainformatikai Tanszék Budaörsi út 45.
Süketszoba, zengőtér
Akusztikai kutatások (szimuláció) SoundPlan, Sysnoise (VirtuaLab), Ansys Fluent
www.soundplan.com www.lmsintl.com www.fluent.com
Elérhetőségek BME Áramlástan Tanszék AE épület 1. emelet 12. szoba 463 3465 Majd: www.ara.bme.hu/~nagy (teachnig, akusztika)
[email protected]
Szakirodalom [1] Tarnóczy Tamás: Akusztika. Akadémiai Kiadó, 1963 [2] Pap János: Hang-Ember-hang. Vince Kiadó, 2002 [3] Tarnóczy Tamás: Hangnyomás, hangosság, zajosság. Akadémiai Kiadó, 1984 [4] C. Smetana: Zaj- és rezgésmérés. Műszaki Könyvkiadó, 1975 [5] Bauer Miklós, Czigner Jenő, Lampé István: Fül-, orr-, gégegyógyászat. Medicina 1990
