AKUSTICKÁ MĚŘENÍ
Přednáší a cvičí: Kontakt:
Ing. Michal WEISZ,Ph.D. CPiT – pracoviště 9332 Experimentální hluková a klimatizační laboratoř.
Druhé poschodí na nové menze kl.: E-mail:
597 324 303
[email protected]
Problematika lidské fyziologie Člověk je vybaven celkem pěti smysly: 1, Zrak
Pouze zrak je schopen lineárního vjemu reality.
2, Sluch
Ostatní smyslové podněty jsou vnímány podle nelineárních charakteristik, které lze s poměrně vysokou mírou spolehlivosti aproximovat logaritmickou křivkou.
3, Hmat 4, Čich 5, Chuť
Toto na první pohled nerozumné „řešení“ má ve skutečnosti řadu výhod. • Rozlišovací schopnost a citlivost jsou vysoké i při slabých smyslových podnětech. • Velký rozsah vnímavosti.
Problematika lidské fyziologie
00 10
0 10
1
1
10
prá práh bolesti
0,
10 00
90 0
80 0
70 0
60 0
50 0
40 0
30 0
20 0
0
10 0
prá práh vní vnímání
[j]
Prů Průběh v logaritmických souř souřadnicí adnicích na ose x:
[Ú ro v e ň v je m u ]
[Úroveň vjemu]
Skuteč Skutečný prů průběh citlivosti na smyslové smyslové podně podněty:
[j]
Velký rozsah vnímavosti a nelineární charakter vnímání podnětů nás vedou zejména v akustice k následujícím opatřením: 1, Sledovanou veličinu dáváme do poměru s referenční hodnotou, která zpravidla odpovídá prahu jejího vnímání. 2, Takto vzniklou bezrozměrnou hodnotu dále logaritmujeme a násobíme konstantou. Výsledkem je hladina sledované veličiny v jednotkách [dB].
Akustika – základní pojmy Zvuk –
Je mechanické mechanické kmitá kmitání pruž pružného prostř prostředí edí (vlně (vlnění), které které se šíř šíří tímto prostř prostředí edím koneč konečnou rychlostí rychlostí a jeho frekvence je z intervalu 20 Hz ÷ 20 000 Hz.
Pásmo slyšitelnosti – Frekvenč Frekvenční rozsah kterým jsou vymezeny hranice zvuku není není zvolen náhodně hodně. Jsou to frekvence dolní dolní a horní horní hranice slyš slyšitelnosti u zdravé zdravého mladé mladého člově lověka. Pásmo slyš slyšitelnosti je tedy v tomto rozsahu.
Infrazvuk
(Subsonický zvuk)
– Je zvuk pod hranicí hranicí slyš slyšitelnosti (pod 20 Hz). Na lidské lidské zdraví zdraví působí sobí nepř nepříznivě znivě. Způ Způsobuje pocit podrá podráždění a př přecitlivě ecitlivělosti.
Ultrazvuk (Supersonický zvuk) – Je zvuk nad hranicí hranicí slyš slyšitelnosti (nad 20 kHz). kHz).
Hluk –
Hlukem nazývá nazýváme kaž každý zvuk, který shledá shledáme než nežádoucí doucím, či nepř nepříjemným a to jak intenzitou, tak projevem. Toto posouzení posouzení je však velmi subjektivní subjektivní.
Akustika – základní pojmy Cílem lidského sluchového aparátu, je podávat mozku prostřednictvím sluchového nervu informace o veličině která se nazývá akustický tlak.
Akustický tlak – Je efektivní hodnota střídavé složky tlaku v pružném prostředí, která se superponuje na tlak barometrický.
Práh slyšitelnosti – Je minimální hodnota akustického tlaku, kterou člověk začíná vnímat. Normou je stanovena na hodnotu 0,00002 Pa, tedy 20 µPa a je-li proveden zápis akustického tlaku v hladinovém vyjádření, pak je tato hodnota hodnotou referenční. Práh slyšitelnosti je stanoven pro zvuk o kmitočtu 1000 Hz.
Práh bolesti – Dosáhne-li akustický tlak určité hodnoty, začne se zvukový vjem projevovat bolestivě a hrozí trvalé poškození sluchu. Prahovou hodnotou je přibližně 100 Pa (140 dB).
Akustika – základní pojmy Akustický tlak v hladinovém vyjádření – hladina akustického tlaku Lp. 632 Pa - Start tryskové tryskového letadla ve vzdá vzdálenosti 25 m. 200 Pa - Start tryskové tryskového letadla ve vzdá vzdálenosti 50 m. 62,3 Pa - Start tryskové tryskového letadla ve vzdá vzdálenosti 100 m. 20 Pa - Hudební Hudební festival – živá ivá rocková rocková muzika. 6,23 Pa - Cirkulač Cirkulační kotouč kotoučová ová pila. 2 Pa - Sekač Sekačka na trá trávu.
p2 L p = 10 ⋅ log 2 p0
0,62 Pa - Kuchyň Kuchyňský robot. 0,2 Pa - Popelá Popelářský vů vůz na ulici. 0,062 Pa - Vyzvá Vyzváněcí tón ve sluchá sluchátku telefonu. 0,02 Pa - Běžný ěžný hovor. 0,006 Pa - Tichý hovor.
p Lp = 20 ⋅ log p0
0,002 Pa - Hluk v knihovně knihovně. 0,0006 Pa - Tichý obývací obývací pokoj.
p
0,0002 Pa - Šepot.
p0 –
0,00006 Pa - Dýchá Dýchání. 0,00002 Pa - Prá Práh slyš slyšitelnosti
– akustický tlak zjiš eníím [ Pa ] zjištěný měř měřen referenč referenční hodnota akustické akustického tlaku (0,00002 Pa = 20 µPa) Pa)
Akustika – základní pojmy Křivky konstantní hlasitosti – Kromě frekvenčního rozsahu, prahu slyšitelnosti a bolestivosti má lidské ucho ještě další specifické vlastnosti. Jednou z nich je odlišná vnímavost různých frekvencí. Tuto vlastnost která je navíc závislá i na hladině akustického tlaku popisují tzv. křivky konstantní hlasitosti. Na základě těchto křivek je možno vymezit oblast sluchového pole.
Akustika – základní pojmy Křivky konstantní hlasitosti – Kromě frekvenčního rozsahu, prahu slyšitelnosti a bolestivosti má lidské ucho ještě další specifické vlastnosti. Jednou z nich je odlišná vnímavost různých frekvencí. Tuto vlastnost která je navíc závislá i na hladině akustického tlaku popisují tzv. křivky konstantní hlasitosti.
Názvosloví Akustický výkon W [W]: [W] Je akustická energie šířená vzduchem, která byla vyzářena zdrojem za jednotku času. Hladina akustického výkonu LW [dB]: Je desetinásobek dekadického logaritmu podílu akustického výkonu vyzařovaného zkoušeným zdrojem a referenčního akustického výkonu.
W LW = 10 ⋅ log WO −12
WO = 10 W (1 pW )
Názvosloví Akustická intenzita I [W/m2]: Je vektorová veličina a je definovaná jako tok akustické energie v daném směru a smyslu plochou, která je kolmá k tomuto směru, vztažený na jednotku plochy. Hladina akustické intenzity LI [dB]: Je desetinásobek dekadického logaritmu podílu akustické intenzity vyzařované zkoušeným zdrojem a její referenční hodnoty.
I LI = 10 ⋅ log IO I O = 10 −12 W / m 2 (1 pW / m 2 )
p2 W = I ⋅S = p ⋅v ⋅S = ⋅S zO zO - Vlnová impedance (vlnový
odpor) prostředí.
zO = c ⋅ ρ [Pa ⋅ m ⋅ s -1 ]
Názvosloví
Akustická rychlost v [m/s]:
Je rychlost se kterou kmitají jednotlivé částečky prostředí, jímž se šíří akustická vlna. Vlnová délka λ [m]: Určuje vzdálenost dvou nejbližších bodů vlny, v nichž je stejná amplituda a fáze.
λ = c/ f
Kmitočet [Hz]
Vlnová délka [m]
Kmitočet [Hz]
Vlnová délka [m]
16
21,5
1000
0,340
32
10,7
2000
0,170
64
5,40
4000
0,086
125
2,70
8000
0,042
250
1,37
16000
0,021
500
0,69
32000
0,010
c - Rychlost šíření vlny prostorem [m/s]. f - Frekvence vlnění [Hz]
Názvosloví
Rychlost šíření vlny c [m/s]:
Je rychlost se kterou putuje prostředím čelo zvukové vlny a pochopitelně i ostatní vlnoplochy. Je závislá na vlastnostech prostředí, kterým se vlna šíří. V hrubých výpočtech je možno pro konkrétní prostředí považovat rychlost šíření vlny za konstantní. Prostředí
Rychlost šíření vlny
Prostředí
Rychlost šíření vlny
Vzduch 20°C
343 m/s
Dřevo – podél
4300 m/s
Ocel
5200 m/s
Dřevo – napříč
1500 m/s
Hliník
4900 m/s
Papír
2000 m/s
Sklo
5300 m/s
Cihly, beton
2200 m/s
Mosaz
3500 m/s
Voda
1450 m/s
Olovo
1500 m/s
PVC
850 m/s
Rychlost šíření vlny ve vzduchu je ovlivněna i teplotou. Pro přesné výpočty je možné tuto rychlost stanovit takto:
t c = 331 ,6 ⋅ 1 + 273 ,13
