Transcript Slide 1

1
MERENJE, ANALIZA I NORMIRANJE
BUKE I VIBRACIJA
INSTRUMENTI I METODE MERENJA BUKE
• Sve akustične veličine kao što su pritisak, brzina, intenzitet
itd., mogu da se mere i preračunavaju u granicama tačnosti
mernog istrumenta.
• Osnovni merni instrument u akustici – sonometar – merač
zvučnog pritiska ili intenziteta;
• Konstruisan i baždaren je na bazi jednačine:
L  10 log
I
I0
 20 log
p
p0
dB 
2
• Blok šema sonometra:
1. mikrofon;
2. pojačavač;
3. standardizovani filter;
4. ispravljač (detektor);
5. indikator (pokazivač);
3
• Mikrofon: promenljivi zvučni pritisak p  f t  pretvara u
odgovarajući električni napon u  f t 
• Kondenzatorski mikrofon – pločasti kondenzator čija jedna
ploča predstavlja membranu mikrofona- koja pod vibrira
pod dejstvom promenljivog zvučnog pritiska.
• Promenljivi električni napon se od mikrofona preko
pojačavača, filtera i ispravljača odvodi na indikator gde se
očitava nivo akustičke veličine koju merimo (npr. intenzitet
zvuka);
• Sonometar je baždaren u dB.
4
• Merenje subjektivhih veličina, npr. jačina zvuka, može se
•
•
•
•
takođe vršiti sonometrom, tako što se izmeri nivo
akustičke veličine – recimo pritisak i njegove frekvence, a
zatim se iz dijagrama ekvifonskih linija određuje jačina u
fonima;
Da se ne bi vršilo preračunavanje nivo intenziteta u nivo
jačine, trebalo bi izbaždariti instrument u fonima.
Takav postupak je vrlo komplikovan, jer su granice čujnosti
različite na različitim frekvencama.
Takav instrument bi bio vrlo složen jer bi morao da sadrži
frekvencijske karakteristike svih ekvifonskih linija.
Kompromis je postignut tako što se u standardima većine
zemalja koriste tri frekevencijske karakteristike, i svaka od
njih za šire dinamičko područije.
5
• Standardizovane frekventne karakteristike: “A”, “B” i “C” –
pri kojima merač meri nivo pritiska odnosno intenziteta
približno onako kako ih percipira naše uho, odnosno:
- karakteristika “A”  ekvifonska linija 40fona - ekvivalentno
40dB
- karakteristika “B”  ekvifonska linija 70fona -70dB
- karakteristika “C”  ekvifonska linija 100fona -100dB
6
• Izbor mernog područja zavisi od nivoa zvučnog pritiska:
- do 55dB karakteristika “A”;
- od 55dB do 85dB karakteristika “B”;
- preko 85dB karakteristika “C”;
• Pre početka svakog merenja potrebno je izvršiti kontrolu i
baždarenje mernog instrumenta na sledeći način:
- kontrola baterijskog ili mrežnog električnog napona;
- kontrola pojačavača i mikrofona;
- akustička kontrola i baždarenje sonometra obavlja se
normiranim izvorom nivoa zvuka – tako što se izvor definisanog
nivoa postavi na određeno rastojanje i sonometar treba da
pokaže nivoa zvuka normiranog zvučnog izvora. Ukoliko se ne
očita odgovarajuća vrednost – instrument se podešava
potenciometrom.
• Pri merenju u zatvorenim prostorijama mikrofon se postavlja
najamanje na 1,25m od poda i zidova, uz otvaranje prozora i
vrata zbog smanjena refleksije.
7
FREKVENCIJSKA ANALIZA BUKE I
FREKVENCIJSKI ANALIZATORI
• Kod merenja nivoa buke često je potrebno odrediti i
•
•
•
•
frekvenciju tj. frekvencijski spektar buke;
Najznačajnije metode:
- oktavna analiza
- trećinsko-oktavna analiza
Frekvencijski analizator – sprega sonometra i pojasnih
električnih filtara;
Pojasni električni filter – propušta samo napone iz
određenog intervala (fn, fv) frekvencija, a ostale prigušuje;
Izrađuju se u oktavnim, poluoktavnim, trećinsko-oktavnim
itd. pojasevima;
8
•
Frekvencije su povezane na sledeći način: f  2  f gde je
1/n širina propusnog opsega filtera na širini jedne oktave.
•
Srednja frekvencija propusnog opsega (srednja
geometrijska vrednost) :
1

fs 
n
n
f  f n
9
• Oktavni analizator – sačinjavaju ga sonometar i oktavni
filter – najpodesniji u cilju normiranja dozvoljenog nivoa.
• Oktavni filter – grupa pojasnih filtara kod kojih je n=1
1
fs 
f  2 f n
f  2 n  f n
fs 
f  f n
2 fn
fn
45
90
180
355
710
1400
2800
5600
fv
90
180
355
710
1400
2800
5600
11200
fs
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
• Trećinsko oktavni analizator – koristi se kada je potrebna
detaljnija analiza frekvencije – najpodesniji u cilju
iznalaženja metode za rešavanje problema buke.
• Kod ovog analizatora je n=3
f  3 2 f n
fs 
6
2 fn
10
•
•
•
•
•
•
MERENJE, ANALIZA I NORMIRANjE BUKE U SKLADU
SA PREPORUKAMA MEĐUNARODNE ORGANIZACIJE
ZA STANDARDIZACIJU
(ISO PREPORUKE)
Usvojene norme za buku su uglavnom privremenog karaktera;
Usavršavanje metoda utiče na promene normi u smislu
pooštravanja kriterujuma za izloženost buci.
Po definiciji buka je zvuk koji smeta, umara, uznemirava,
razdražuje, vrši štetne uticaje na na funkcije i rad pojedinih
organa.
Zbog celokupnog psiho-fiziološkog dejstva buke vrlo teško je
proceniti da li je buka u dozvoljenim granicama;
Najvažnije činjenice koje određuju norme za buku su oštećenja
slušnog organa i to pre svega oštećenja delova unutrašnjeg uha
koji odgovaraju percepciji govornih frekvencija (100-8000)Hz;
Norme za buku moraju biti takve da omoguće nesmetano primanje
korisnih zvučnih signala;
11
• Faktor N za procenu dozvoljenog nivoa buke
• U našoj zemlji usvojene su norme za buku na osnovu
preporuka Međunarodne
organizacije za
standardizaciju (ISO).
• Dozvoljeni nivo buke
određuje se na osnovu
dijagrama krivih N;
• Svaka od krivih
predstavlja normativnu
krivu dozvoljenog
nivoa buke – za odgovarajuće
uslove izloženosti buci.
12
• Dijagram obuhvata 8 oktava tj. celo dinamičko područje
uha (63-8000Hz)
• Oktavni nivo srednje frekvence - 1kHz brojno je jednak
faktoru N.
• Na primer za N-90, dozvoljeni nivo na 1kHz je 90dB.
• Za ostale oktavne pojaseve, koji odgovaraju datom
kriterujumu N(0-130),
a [dB]
b [ dB]
novoe računamo prema
63
35,5
0,790
125
22,0
0,870
obrazcu:
L  a  bN
koeficijenti a i b su dati
u tabeli:
250
500
1000
2000
4000
8000
12,0
4,8
0
-3,5
-6,1
-8,0
0,930
0,974
1,000
1,015
1,025
1,030
13
• L=?
• f = 250Hz
• N-95
L  a  bN
a =12,0, b =0,930
L  12  0 ,930 N
L  12  0 ,930  95
L  12  0 ,930  95
L  100 ,35  100 , 4
14
• ISO preporuke se koriste za procenu dovoljenog nivoa
buke;
• Na osnovu tih procena preduzimaju se odgovarajuće mere
zaštite:
• zaštita profesionalnog oštećenja uha - podrazumeva zaštitu za
spektar govornih frekvencija, promena slušnog praga zbog
delovanja buke treba da bude praćeno samo slušnim
zamorom;
• obezbeđivanje razumljivosti govora i drugih korisnih zvučnih
informacija - u zavisnosti od radnog mesta primenjuju se
preporučeni ISO kriterijumi;
• zaštita od psihofiziološkog dejstva buke - u ovom slučaju
normiranje buke je složeno zbog individualne reakcije na
određeni nivo buke – procenjuje se u odnosu osećaj
neprijatnog delovanja buke, psihički zamor i celokupno
psihološko dejstvo na ljudski organizam.
15
INSTRUMENTI I METODE MERENJA VIBRACIJA
• Vibracije i veličine koje ih karakterišu mere se
vibrometrima;
• Kao vibrometar može da se koristi sonometar koji umesto
mikrofona ima davač ubrzanja vibracija;
• Blok šema vibrometra:
1.
2.
3.
4.
mehanički sistem;
davač ubrzanja;
integrator;
pojačavač;
5. filter;
6. ispravljač;
7. indikator;
16
• Davač ubrzanja vrši transformaciju promenljivih mehaničkih
veličina u odgovarajuće električne - na bazi piezoleektričnog
efekta - kristal koji je u njemu ugradjen vrši transformaciju
mehaničkih veličina u električne.
• Davač ubrzanja je povezan sa integratorom što omogućava
da se istovremeno mere pomeranje, brzina i ubrzanje;
• Davač ubrzanja treba da ima što manje dimenzije i malu
masu da ne bi uticao na frekvenciju mehaničkog sistema,
odnosno njegova masa ne sme da utiče na promenu
rezonantne frekvencije f0 mehaničkog sistema čije se
vibarcije mere.
f0 
1
k
2
m
f 0  f1 
1
k
2
m  m1
m1 - masa davača ubrzanja, a m - masa mehaničkog
sistema.
17
• Pre početka svakog merenja treba izvršiti kontrolu i
•
•
•
•
baždarenje vibrometra:
- kontrola napajanja električnog napona;
- kontrola pojačivača;
- kontrola i baždarenje vibrometra normiranim izvorom;
Za merenje nivoa pomerenja, brzine, ubrzanja vrlo je bitno
pravilno povezivanje i orijentacija davača ubrzanja;
Za postizanje velike tačnosti merenja davač se mora
pričvrstiti direktno i kruto.
Ako je ubrzanje mehaničkog sistema manje od g i ako su
prisutne samo niske frekvencije, za povezivanje davača
ubrzanja može da se koristi lepljiva traka, silikonska
maziva, magnetni držač, zubni cement...;
U slučaju velikih ubrzanja koriste se zavrtnji ili klin koji je
preko poluge povezan sa davačem ubrzanja;
18
• Električni napon koji se javlja na izlazu davača, nije
dovoljno jak da bi ga registrovao indikator.
• Pojačanje signala na izlazu davača postiže se
predpojačavačem.
• Nakon toga signala ide u pojačavag a odatle u indikator.
• Očitavaju vrednosti nivoa brzina, pomaka i ubrzanja, ili
direktno pomak, brzina i ubrzanje u odgovarajućim
jedinicama.
19
NORMIRANJE VIBRACIJA (ISO PREPORUKE)
• Vrši se normiranje vibracija u opsegu (1-100)Hz;
• Normoraju se vibracije koje deluju na celo telo ili delove tela (npr.
ruke čoveka);
• Normativne krive definišu nivo vibracija (ubrzanje) kome može
biti izložen čovek a da ne nastupe fiziološke i psihološke promene
u organizmu;
20
PROSTORNA AKUSTIKA
• Zvučna izolacija i apsorpcija – vrlo bitna oblast prostorne
akustike (bitna za izgradnju industrijskih hala i pogona,
bioskopskih sala, pozorišnih i koncertnih dvorana itd.);
• Treba obezbediti objektima potrebno prostorno i akustično
oblikovanje: razumljivost govora, dobru instrumentalnu i
vokalnu interpretaciju, smanjenje buke...
• Ovo poglavlje akustike bavi se proučavanjem akustičkih
nedostataka prostorije koje možemo svrstati u dve grupe:
1. Obradjuje problematiku poboljšanja kvaliteta zvučnih
signala;
2. Smanjenje štetnih zvukova i buke u cilju zaštite
zdravstenog stanja čoveka.
21
• U prostoriji u kojoj se nalazi zvučni izvor može doći do apsorpcije
(upijanje), refleksije (odbijanje) i transmisije (prenošenje) zvučnih
talasa;
• Intenzitet direktnog zvuka Id je jednak zbiru apsorbovanog I,
reflektovanog Ir i prenetog zvuka I: I d  I   I r  I 
1
I
Id

Ir

Id
I
1    r 
Id
I
gde je koeficijent zvučne apsorpcije:    ,
Id
koeficijent refleksije:
r 
Ir
Id
i koeficijent transmisije:
 
I
Id
22
ZVUČNA APSORPCIJA
• Razmatramo zvučni izvor u prostoriji sa relativno malim
koeficijentom apsorpcije - α (α<0,4) → zvučni talas se
dugo zadržava u prostoriji zbog višestruke refleksije;
• Uz konstantni izvor zvuka → zvučna energija u prostoriji
raste ( sabira se sa reflektovanim zvukom) dok se ne
uspostavi stacionarno stanje;
23
• Sa porastom ukupne zvučne energije u prostoriji raste i ukupna
energija koju u jedinici vremena apsorbuju zidovi prostorije:
P 
EcA
4
• Gde je E - gustina zvučne enerije, c - brzina zvuka, a A-ukupna
ili totalna apsorpcija:
n
A

i
Si
i 1
• Od trenutka uključenja izvora, Pα
raste do trenutka t1 kada nastupa
stacionarno stanje – sva emitovana
snaga zvučnog izvora biće jednaka
apsorbovonaj snazi u jedinici vremena:
Pa  P
24
• Iz
Pa  P
Pa 
E 0 cA
E0 
4
4 Pa
cA
I0 
4 Pa
A
- gustina zvučne energije odnosno intenziteta, nakon
uspostavljanja stacionarnog stanja.
• Priraštaj energije u jedinici vremena
u periodu uspostavljanja stacionarnog
stanja jednak je:
dW  VdE
• Odnosno, jednak je snazi zvučnog
izvora Pa umanjenoj za iznos energije
koju u jedinici vremena apsorbuju
zidovi P: dW
dE
V
dt
dt
dE
dt
 Pa  P

Pa
V

P
V

Pa
V

EcA
4V
25
dE

dt
• Odnosno:
EcA
4V

Ac

t

4 Pa
4
V
1  e
E 
Ac 
Pa
V
Ac

t

4
V
I  I 0 1  e


Ac

t


4
V
  E 0 1  e












• Akustička energija raste po
eksponencijalnom zakonu, i u
trenutku t1 dostiže vrednost: E 
• t1 – zavisi od ukupne apsorpcije
prostorije i njene zapremine.
• Posle isključenja zvučnog izvora
energija i intenzitet opadaju po
eksponencijalnom zakonu tokom
nekog vremena t2 :
0
E  E0e

Ac
4V
t
4 Pa
cA
- Sabin – prvi postavio osnove akustičih
svojstava prostorija
26
• Vreme reverbacije
• Prijatnost slušanja zvuka u jednoj prostoriji zavisi od brzine
slabljenja zvuka – ako je slabljenje malo traje duže – razgovor
postaje nerazumljiv, prebrzo slabljenje stvara utisak “gluve sobe”.
• Sabin - uvodi kriterijum za merenje brzine slabljenja zvuka vreme reverberacije (T) – to je vreme za koje se zvučna energija u
prostoriji, posle isključenja izvora, smanji na milioniti deo
prvobitne vrednosto ili za 60dB;
E0
E
Ac
 10  e
6
4V
t
Ac
ln 10 
6
4V
T
T  0 ,162
V
A
s 
Sabinov obrazac - koristi se
za koeficijent apsorpcije
0 <  < 0,4;
27
• Eringov obrazac
• Eringov obrazac – za izračunavanje vremena reverbacije
za bilo koju vrednost koeficijenta apsorpcije (0 <  < 1);
• E0 – gustina energije koju proizvodi zvučni izvor;
• Posle prve refleksije energija talasa iznosi: E 01  E 0 1    a
posle n refleksija :
E 0 n  E 0 1  
n
t
n

t sr
tc

l sr
tcS
4V
gde je t – vreme od prve do n - te refleksije , a lsr – srednji put
izmedju dve susedne refleksije
cS
E 0 n  E 0 1   e 4 V
1   e
cS
4V
T
 10
6
E0
t
E 0 1   e
cS
S ln
6
t
4V
V
T  0 ,162
 10
1
s 
1
28
ZVUČNA APSORPCIJA U REŠAVANJU PROBLEMA
BUKE
• Pojačanje ili slabljenje nivoa zvuka u jednoj prostoriji
određuje se preko logaritma koeficijenata apsorpcije ili
vremena reverberacije;
4P
4P
• Ako je E  cA energija pre oblaganja prostorije, a E  cA
energija nakon oblaganja apsorpcionim materijalom
a
a
01
02
2
1
 L  10 log
E 02
E 01
 L  10 log
A1
A2
gde je:
A1   1 S
A2   1 S 1   2 S 2
, negativan broj usled smanjenja buke.
 10 log
T1
T2
dB 
- ukupna apsorpcija površina pre oblaganja,
- apsorpcija površina posle oblaganja;
29
•
•
•
S1 površina koja je ostala neobložena (koeficijenta 1)
S2 površina koja je obložena apsorpcionim materijalom
koeficijenta apsorpcije 2 .
Opšti izraz :
A
n
1i
 L  10 log
i 1
n

A2 i
i 1
•
Za egzaktno izračunavanje ukupne površine apsorpcije u
prostoriji treba uzeti u obzir i apsorpciju lica i predmeta
n
m
koji se nalaze u prostoriji:
A    iSi   A j
i 1
n
•
j 1
gde je :   S - zvučna apsorpcija osnovnih površina u
prostoriji;
m
- ekvivalentna apsororpcija ljudi i predmeta u
 A j prostoriji.
j 1
i
i
i 1
30
ZVUČNA IZOLACIJA
• Posebno poglavlje akustike koje proučava kako da se
pregradnim elementima, oklopima, paravanima, zidovima
spreči širenje zvuka;
1 – predajna
prostorija;
•
•
•
2 – prijemna
prostorija;
Pa – snaga zvučnog izvora;
P1 – količina zvučne energije koja u jedinici vremena
padne na površinu pregradnog zida;
P2 – količina zvučne energije koja u jedinici prođe kroz
pregradni zid (P2 =  P1);
31
• Umesto koeficijenta prenošenja ćešće se koristi izolaciona moć
materijala:
D  10 log
1

dB 
karakteriše zvučnu izolovanost materijala.
I1
R  10 log
I2
• Takođe se definiše i veličina - akustična izolacija:
P1 
P2 
E 1 cS

4
I1 
4
E 2 cA 2
4
I1S

I 2 A2
I2 
4
E 1 cS

4
E 1 cS
S

4
R  10 log
•

 10 log
4 P1
R  10 log
4 P2
A2
• Korišćenjem: P2 =  P1
1
4 P1
R  10 log
A2
S
S  10 log P1 A 2
4 P2
P2 S
A2
P1 A 2
 P1 S
 D  10 log
A2
S
dB
Koja zavisi osim od izolacione moći materijala pregradnog
zida, i od apsorpcije prijemne prostorije A2 = α2 S2 i površine
pregradnog zida S.
32
ZVUČNA IZOLACIJA U REŠAVANJU PROBLEMA
BUKE
• Zvučna izolacija podrazumeva:
• izolaciju između prostorija;
• zvučno-izolacione kabine;
• oklapanje mašina i uređaja;
33
• Izolacija između prostorija
• Zastupljena bilo kom
•
•
•
•
građevinskom objektu –
i poslovnim i stambenim .
Odstupanje u praksi od
teorijskih proračuna potiče od indirektnog prodiranja
zvuka u prostoriju → umanjuje zvučnu izolaciju.
Pregradni zid od opeke (23cm) daje smanjenje 50dB;
Oblaganjem prijemne prostorije apsorpcionim
materijalom smanjuje se nivo zvuka još za 10dB;
Ovih 10dB ekvivalentno je četvorostukom povećanju
pregradnog zida.
34
• Osnovne veličine u računanju zvučne izolacije su :
• Izolaciona moć materijala pregradnog zida – D;
• Koeficijent prenošenja - .
• Za homogene zidove proračun je jedostavan.
• Za zidove od različitih pregrada i materijala računa se:
 1 S 1   2 S 2  ...   n S n
 sr 
S
D sr  10 log
dB 
1
 sr
dB 
srednja vrednost koeficijenta prenošenja i srednja vrednost
izolacione moći.
A
R  D  10 log
- akustična izolacija
S
n
2i
sr
i 1
m

j 1
j
n
gde su ukupna apsorpcija prijemne prostorije 
- površina pregradnog zida.
S
A2 i
a,
i 1
m
j
j 1
35
•
•
•
•
•
•
•
•
Zvučno-izolacione kabine
Izrađuju se u različitim veličinama, oblicima, mogu biti
prenosive i neprenosive - izrađuju se od materijala velike
izolacione moći;
Imaju veliku primenu u zaštiti od industrijske buke.
Prozori i vrata treba da dobro dihtuju i da imaju takođe
veliku izolacionu moć;
Oklapanje mašina i uređaja
Stavljanje mašine u izolacioni oklop (od metala, drveta,
plastičnih masa, stakla itd.)
Oklop ne sme da remeti tehnološki proces.
Unutrašnjost se oblaže visoko-apsorpcionim materijalom, a
spoljašnost vibroapsorpcionim materijalom u cilju
smanjenja zvučne energije s metalnih površina oklopa.
36