iii. a zaj - elte.pene.huelte.pene.hu/!foldtud/speckoll/kornytudomany_alapjai/zaj.pdf · iii. a zaj...
TRANSCRIPT
III. A ZAJ
A hang szerepe óriási az emberré
válásban → tagolt, hanggal közvetített
beszéd nélkül nincs emberi társadalom.
Hang és a környezeti zaj különböző
Hang: környezetünk természetes része
Környezeti zaj: akaratlan, vagy káros olyan
hang, amelyet emberi tevékenység kelt
Káros: ártalmas az ember egészségére
Zavaró zaj:
közösséget általában érintő jelenség,
több ember közel hasonlóan értékeli,
a jellemzőit meg lehet mérni,
egyszeri, sokszor nem reprodukálható,
→ nehézségek a mérték
meghatározásánál, a tárgyilagos
értékelésnél
társadalmilag fontos mozzanattá az
ipari forradalom óta vált,
Zajjellemző (zajindikátor): a környezeti
zajt leíró fizikai mennyiség, amely
kapcsolatban van a káros hatással
→ Zaj: fizikai alapok, emberek →
fiziológiai, pszichológiai válaszok
→ A zaj hatása: minden emberre más,
nagy a variabilitás
Mindenkit zavar → (növekvő hangerővel):
– zavarja az alvást,
– korlátozza pihenést, zavarja a munkát
– gátolja a beszéd megértését
– előbb átmeneti, majd maradandó
hallássérülés (diszkók)
– megbetegedések, pl. magas vérnyomás,
fejlődési rendellenesség, szexuális
zavar, szívinfarktusnál rizikótényező
Zajos környezet: zavaró, romlanak az
emberi kapcsolatok, társadalmi,
egészségügyi károk, pl. költözési indok
Korunk egyre nagyobb problémája,
életminőségben, gazdaságban károk.
Az Európai Unióban:
~ 100 millió embert zavar (20%)
~ 200 millió embert érint napközben
környezeti zaj (munkakiesés,
betegségek, balesetek, stb.) miatti
GDP kára ~ 0.2–2% (20-200 mrd
Є/év)
1. A hang fizikája
Fizikusoknál: ismert, vizsgán visszakérem
Hang: gázban (pl. levegőben), folyadékban
csak longitudinális hullámok alakulhat-
nak ki, mert itt nincsenek nyíró erők
Szilárd testben (longitudinális mellett)
fontos a transzverzális hullámterjedés
2. Az ember és a hang
A fül az ember legérzékenyebb szerve →
frekvenciában 3 nagyságrendet,
intenzitásban 14 nagyságrendet fog át
A fül egyik világhírű kutatója:
Békésy György (1899-1972)
Nobel-díj 1961-ben: a díjat a
Magyarországon elkezdett és jelentős
részben itt is elvégzett munkáért kapta
A fül felépítése:
→ hallójárat: rezonátor 2-5 kHz
frekvenciára (~15-szörös faktor)
→ középfül: hallócsontocskák, további
erősítés (~20 dB is lehet)
→ belső fül: itt alakul ingerületjellé a hang
csigatestben: hártyáscsiga, csontoscsiga
hártyáscsiga → 3 csatorna folyadékkal
elválasztó membránon ül a Corti-szerv
→ szőrsejtek → 50 ezer idegsejthez
kapcsolódik → jel az agynak
Lényeg: kis nyomásváltozásra → hallóideg
jele
A fül válasza az intenzitásra logaritmikus
A hallott frekvenciák: 20 Hz – 20 kHz
Korral csökken a felső határ
20 Hz alatt: infrahang
20 kHz felett: ultrahang
Élővilág: széles frekvenciatartomány,
jelentős variabilitás
kutya: ~ 30 kHz-ig hall
denevér: ~ 100 kHz-ig hall, így tájékozódik
Hangsebesség
levegő (20 oC, 1 atm.): v ≈ 343 m/s
folyadék, szilárd test: lényegesen nagyobb
sebességek, v ~ T ; (ρ a sűrűség)
levegő (0o) 331m/s
lev. (20o) 343
CO2 (0o) 259
O2 (0o) 316
He (0o) 965
réz 5010m/s
üveg 5640
kloroform (20o)
1004 m/s
alk. (20o) 1162
Hg (20o) 1450
víz (20o) 1482
A hang intenzitása:
2:;m
Wegysége
A
PI
Teljes térbe való izotróp sugárzásnál:
22
1~
4 rI
r
PI
Visszavert hangok esetén nem igaz
– pl. zárt teremben → I nem ~ 1/R2
Az emberi hallás vizsgálata:
Hallásküszöb: 1kHz-nél I0 = 10–12
W/m2
Fájdalomküszöb (halláskárosodás):
~ 100 W/m2
A hang intenzitásszintje:
mérőszám: decibel (dB) → a fül
tulajdonságai miatt használjuk ezt
D(dB) = 10 . 10
log (I/I0) [dimenzió nélküli]
dB → Viszonyszámra ad felvilágosítást ― a
fizika, a gazdasági és a műszaki élet
máshol is alkalmazza
Ember hangérzete: fül logaritmikus → 14
nagyságrend → legérzékenyebb szervünk!
Emberi tapasztalatok:
– ΔdB ~ 1 dB a legkisebb észrevehető,
– ΔdB ~ 3 → ~ kétszeres intenzitás
ΔdB = 3 = 10 . lg (I2/I0) – 10
. lg (I1/I0) =
1
2
01
02 lg10lg10I
I
II
II
→ I2/I1 = 100.3
≈ 2 → kétszeres
intenzitás
– ΔdB ~ 10 dB → hangintenzitás 10-szeres
→ a hangosságérzet növekedése más
arányú, mint az intenzitásnövekedés
Példák:
hallásküszöb
suttogó falevél
suttogás
beszélgetés (1 m)
autó belseje
autó kifogó nélkül
diszkó
vészsziréna
(W/m2)
10–12
10–11
10–10
3.10–6
10–4
10–2
1
100
dB
0
10
20
65
80
100
120
140
─ Hallható hang: 20 Hz – 20 kHz →
hangosságérzet szintje → frekvencia-
függő kifejezője: fon
Harvey Fletcher (1884-1981) és Wilden A.
Munson (1902-1982) → 1933-ban
→ Fletcher–Munson diagram
A hangosság frekvenciafüggését széleskörű,
sok emberen végrehajtott kísérletekben
határozták meg
Fon: a hang hangossága → 1 kHz-es hang
intenzitásszintjével egyezik a fon
számértéke
Frekvenciafüggés: fontos jellemző
Zenei hangok → időben változnak
A hang nyomása
Az intenzitás jó közelítésben:
I~p2 →
2
00
~
p
p
I
I
Hallásküszöb: 20μPa → fájdalomküszöb
~100 Pa
Hangnyomás-szint (sound pressure
level): SPL
0
lg20)(p
pdBSPL
0
lg20)(p
pdB
hangnyomásszint:
A hallásküszöb 1 kHz-nél → nem ’0’
Ok: vizsgálatok szerint a hallásküszöb:
1 kHz-nél nem pontosan 10-12
W/m2 →
nem változtatták meg
3. A zajvédelem elemei és eszközei
→ A zaj hatása: minden emberre más,
nagy az egyéni variabilitás:
→ 20-30 dB különbségek is vannak
Átlagosan:
– 55-60 dB: korlátozza pihenést, zavarja
a munkát
– 60-70 dB: gátolja a beszéd megértését
– 80-90 dB: átmeneti, majd maradandó
hallássérülés (diszkók: 95-100 dB)
– > 65 dB: szívinfarktus rizikótényező
Zajos környezet: zavaró, romlik az
emberi kapcsolat, társadalmi,
egészségügyi károk → emberek kerülik
3.1. A zavaró zaj különböző típusai
folyamatos (pl. ventil., hűtő, légkondi.),
indikátora: átlagos hangosság
időszakos (pl. repülőgép, porszívó),
indikátora: hangkitettségi szint (sound
explosure level – SEL) → kifejezi a
hangosságátlagot és a zaj időbeni
lefutását egyben; max. nyomásszint
zajimpulzusok: rövid, hirtelen
hangszintváltozás (pl. robbantás,
kalapálás), indikátor: max. nyomásszint,
SEL
Alapzajon kiemelkedő egyetlen hang:
egy frekvencia körül lényegesen erősebb
zaj (pl. vibrációk, fütyülés), indikátor:
átlagos hangosság + „büntetőjárulék”
Alacsony frekvenciájú zaj: 8-100 Hz
(Diesel-mozdony, hajók); sok km-re is →
jobban zavarnak, mint a fizikai
átlagokból adódnék; nincs nemzetközi
standard
3.2. Zajszintek meghatározása
Zaj: egyszeri jelenség → általában sok
frekvencia vesz részt benne
Átlagolási módszerek
Átlagolásnál probléma, hogy az emberi
fül az azonos intenzitás-szintű hango-
kat nem azonos hangosságúnak érzi
→ különböző átlagolások (A, B, C, D)
Átlagolási módok: gyakorlati feladatok-
ban eljárások → nem elemezzük
Csak C-t és A-t említjük:
C → 1 kHz alatt nagyobb súly, ~ követi a
tényleges hangintenzitást
A → hangosság szerint átlagol (1 kHz, 40
dB) → általában ezt alkalmazzák
A szerinti → az emberi fül válaszait követi
Zaj számmal történő jellemzője: átlagolás
dt
p
tp
TTL
T
eq
2
0 0
1lg10 , dB-ben adják meg
A szerint → egyenértékű (ekvivalens) zaj-
szint (hangosságátlag) → LAeq(T) (dB)
Lényeg: az idő szerinti integrálás előtt
frekvencia szerinti súlyozás A görbének
megfelelően → legtöbbször ezt adják
meg
A forgalomban lévő zajmérőkön mindig
van ilyen mód
Időlefutás szerint: időtartam, felfutás,
lefutás (idősúlyozás)
Gyors (F), lassú (S), impulzus (I) mód
A legtöbb hangmérőn vannak ilyen módok
Hang kitettségi szint (sound exposure
level – SEL)
Legtöbbször valamelyik meghatározása:
LAFMax, LASMax, LAIMax,
LAFMin, LASMin, LAIMin,
Sokszor frekvencia-kivágásban mért
érték
pl.: 1/3 oktávban (f körüli f/3 fr. tart.)
Ugyanannyi
akusztikus
energia 1 s
alatt
3.3. Zajjellemzők (zajindikátorok)
Olyan mennyiség, amely jellemzi a zaj
emberre való hatását
Mindig ’A’ szerint súlyozott átlagok
Ilyenek (EU): LAeq, Lday, Levening, Lnight
(a 24 óra felosztása: 7-19, 19-23, 23-7 helyi
idő)
Legfontosabb átlagos indikátor: Lden
10
10
10
5
10 108104101224
1lg10
nighteveningday LLL
denL
Néhány esetben járulékos szempontok:
– időszakos zajok
– alacsony zajimpulzus-szám (pl.
óránként egyszer)
– erős az alacsony frekvenciarész
– magas a hangkitettségi szint (SEL)
éjszaka
– erős hangkomponensek, zaj, zajim-
pulzusok
– hétvégék, év bizonyos részei
– külön védelem nappalra, estékre (pl.
diszkók közelsége)
– különböző forrású zajok együttese
– külön védelem nyílt, nyugodt (üdülő)
területekre
3.4. Zajszint-szabályozás
Zajjellemzőkben meghatározott határok:
olyan, hogy ne okozzon károkat
Nemzetközi ajánlások, országonként
eltérő szabályozások
EU direktíva (2002. június); intézkedési
terv, új zajpolitika
Példa ilyenre:
Zóna Nappali Éjszakai Nappali.
max
Éjszakai
max.
Pihenő 50 dB 40 dB 65 60
Lakó 55 dB 45 dB 70 65
Vegyes 60 dB 50 dB 70 65
Ipari 65 dB 55 dB 75 70
Lényeg: szintekben, zajjellemzőkkel →
zajtérképek: zajszintek térképen
EU → most van kidolgozás alatt az egységes
zajpolitika
– zajtérképek, amelyeket (EU direktíva
szerint) 2008-ig mindenütt el kellett
készíteni
– minden agglomerációról (>250 kfő)
– fő utakra (>3 mill. jármű/év), fő
vasútra (>30 kvasút/év), reptér
(>50000/év)
Megadandó mindenütt: Lden 55 – 75 dB 5
dB-enként és 75 dB felett
Szint:
L = LAeq + KImp + KHang + Knaprész + Kspec
Meghatározásra előírások, javaslatok
A Lágymányosi Campus környékének
zajtérképe (2007)
→ A közlekedés (városokban az autók) a
legnagyobb gond
Zajtérképek → időben változnak → állandó
monitorozást, megfigyelést és
karbantartást igényelnek
Védekezés:
– jogi szabályozás: országok jogrendje,
betartatása
Magyar jogszabály 1995. évi LIII
törvény 89. §-a felhatalmazása
alapján: 8/2002. (III. 22.) KöM-EüM
együttes rendelete
Nemzetközi standardok (ISO 1996
(környezeti zaj), ISO 3891 (repülés),
ISO 9613 (becslések)
– technikai zajvédelem:
forrásnál
terjedésben
megfigyelőnél
4. A zajvédelem főbb technikai elemei
4.1. Forrás zajkibocsátásának csökkentése
Számos lehetőség, minden tényleges esetben
erőfeszítés → sokszor gazdasági
szempontoknak ellentmond → hatósági és
társadalmi kontroll
– együttműködés a zajkibocsátóval
Eszközök: zajforrás átalakítása, forrásnál
árnyékolás, jó felfügg., rezgéscsillapítók
Általában motorok: 0.001% – 0.02% az
akusztikus teljesítmény (pl. 55MW
repülőgépmotor ~ kW akusztikus zaj)
Példa:
közlekedés (az egyik legnagyobb
probléma)
Azonos zajkibocsátásnál az emberek
megítélése: repülőgép – autó – vonat)
Autók zajkibocsátása 20 év alatt
~ 8 dBA-val csökkent → zaj azonos, mert
sokkal több autó
motorok zajcsökkentése: számos
lehetőség
→ 10-15 dBA nyereség elérhető
4.2. A zajterjedés befolyásolása
Akadály: legfontosabb lehetőség
→ áthaladást akadályozza, de általában
nem abszorbeál → visszaver a forrás felé
Legfontosabb paraméterek
a tömeg → nehéz sűrű anyagok jó
akadályok, könnyű, rugalmas, porózus
anyagok rossz hangszigetelők
rugalmas tulajdonság (puhaság):
abszorbeálja az akusztikus energiát,
nem jól rezeg
Falak, elválasztók:
– Sima, kemény felület (simított beton,
fém, csempe) → jó hangvisszaverők
– Porózus, lágy anyagok: elnyelők
– Merev, könnyű anyagok: rossz
hangszigetelők
– tervezett hangszigetelő falak,
hatékonyságuk frekvenciafüggő és
magasságuktól függ
– épületegyüttesek helyzetének tervezés,
visszaverődés csökkentése
– hangelnyelő felületek
– felszín (járószint) tervezése
– uralkodó széljárások figyelembe vétele
stb.
Mindig a tényleges feladathoz illeszkedő
megoldás
Gyakorlatra példa: magas, alaktervezett fal
Minden anyagra más, tervezni kell
Tervezés elengedhetetlenül fontos része a
zajvédelemnek
4.3. A zajcsökkentés a fogadónál
Eszközök: számos lehetőség van
– nyílászárók (20-40 dB-t csökkenthet)
→ kis rések, lyukak jelentősen
megváltoztatják a tulajdonságokat
– füldugók
– aktív fülvédelem → hangkioltás fülre
alkalmazott interferenciával
Minden tényleges esetre → megoldást
keresni
4.4. A zajvédelem jövője
A környezetvédelem egyik legfontosabb
problémája → modern világ velejárója
A világ országai, így az EU is a műszaki
kutatás eredményeinek alkalmazásában
és az együttműködésben keresik a
megoldást:
– zajmonitorozás, módszertani
egységesítés
– zajforrások felkutatása