Post on 01-Mar-2016
description
Zgomot si vibratii - curs si aplicatii-
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Profesor:
Dr. ing. Tiberiu Catalina
tiberiu.catalina@gmail.com
Facultatea de Inginerie a Instalatiilor
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Calitatea mediului interior
Confort acustic Termic Vizual Calitatea aerului
Problematica
Confortul acustic si protectia ocupantilor contra
zgomotelor
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Acustica - definitie
Domeniu interdisciplinar (fizica, fiziologie, psihologie,
stiinta materialelor)
Acustica este stiinta sunetului
Acustica se ocupa cu toate aspectele legate de sunet:
producerea, propagarea, influenarea i analiza.
Acustica se ocupa si de interaciunea sunetului cu materiale, propagarea n spaii precum i percepia sunetului i efectele asupra oamenilor i animalelor.
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Acustica - definitie
Aeroacustica trateaz producerea i raspndirea aerodinamic a sunetelor i suprimarea lor
Hidroacustica trateaz rspndirea sunetelor n lichide, n special ap.
Electroacustica trateaz nregistrarea, prelucrarea i reproducerea sunteului
Acustica spaiului i acustica arhitectural
Acustica tehnic tratez sunete produse de maini i utilaje
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Istoric
Pythagoras studiu pe doua corzi de lungimi diferite notiuni de octava
Galileo Galilei studiu pe vibratia unor corzi - a stabilit legaturile dintre frecventa, tensiunea corzii si lungimea ei.
Brook Taylor (1733) solutia matematica a formei unei coarde vibrante
Sir Isaac Newton (1687) - analiza asupra transmisiei sunetului in apa
John William Strutt Rayleigh (1877) - Teoria sunetului
Wallace Clement Sabine (1900) notiunea de reverberatie a sunetului intr-o sala
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Sunetul este definit ca o perturbare a presiunii care se misca printr-un
material la o viteza dependenta de material
Sunetul face parte din viata noastra:
Placute de Avertizare (telefon, sirena)
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Sunetele neplacute se numesc zgomote.
Notiunea de zgomot poate fi subiectiva:
Exemplu: daca pentru unii muzica la un concert de rock
e placuta pentru altii este zgomot pur
Daca un anumit nivel de sunet il putem accepta fara probleme in timpul
zilei, pe timpul noptii acesta, chiar daca este la fel ca intensitate se
poate transforma in zgomot.
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Acustica fizica Neuro-fiziologic
Zgomot?
Sunet?
Propagare
Sursa Receptor
Bazele acusticii
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Presiune atmosferica Dilatare
Compresie
Directie de propagare
Sunetul se propaga din aproape in aproape prin perturbari ale presiunii
atmosferice.
Sunetul se propaga cu o viteza care se numeste celeritate (c) si are ca
unitate de masura : m/s.
Miscarea particulelor
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
ge-factor de conversie a unitatilor ge=1 kg-m/N-s2
raportul de calduri specifice =1.4 R-constanta specifica a gazelor R=287 J/kg-K (aer)
T- temperatura absoluta (K) 1oC=273.15 K
Valori ale lui vitezei pentru diferite materiale :
- Caramida plina 4270 m/s - Aer 346 m/s
- Sticla 6000 m/s - Apa 1426 m/s
- Gheata 3400 m/s - Amoniac 434 m/s
- Lemn 4300 m/s
Viteza sunetului
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
pCo
pCo
2
VITEZA SUNETULUI viteza
de propagare a undei
sonore
smCo
mkg
Pap
o
o
/331 Rezulta
/293.1
10013.1
402.1
3
5
p presiunea in aer r densitatea aerului g coeficient adiabatic
Exemplu numeric de calcul a celeritatii
Calculam viteza de propagare a undei
sonore n aer la 0oC i la presiunea atmosferic
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Presiune acustica
- Marime caracteristica a unui sunet care este cel mai accesibil de masurat
Bazele acusticii
p(t) = P(t) - Patm
- Presiune acustica instantanee (Pa)
- Presiunea atmosferica Patm=105Pa
- Diferente de presiune pozitive sau
negative
Lungimea de unda (m) a unei unde acustica este distanta pe care o parcurge
intr-o anumita perioada T
Lungime de unda
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
p ( t )
t e m p s
T
0
Oscilatia cea mai elementara este o armonica
,,sunet pur,,
Frecventa (f) este definita ca fiind numarul de cicluri
de vibratii care se produc pe secunda (Hz/s)
Viteza, lungimea de unda si frecventa sunt legate intre ele !
fT
Hz1
( ) = cT (m)
T
p(t)
t e m p s - numarul de unda
Bazele acusticii
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Infra sunete 20 kHz
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
O banda de o octava este intervalul de frecventa (f1-f2) astfel ca:
Bazele acusticii
f
f
2
1
=2
[22,5 - 45] , [45 - 90] , [90 - 180 ] , [180 - 350] , [350 - 700] , [ 700 - 1400] , [1400 - 2800] , [2800 - 5600] , [ 5600- 11200] , [11200 - 22400].
In domeniul de frecvente care pot fi auzite
de oameni avem 10 bande de octave:
31,5 - 63 - 125 - 250 - 500 - 1000 - 2000 - 4000 - 8000- 16000
O banda de o treime de octava este intervalul de frecventa (f1-f2) astfel ca:
10 - 12,5 - 16 - 20 - 31,5 - 40 - 50 - 63 - 80 - 100 - 125 - 157 - 200 - 250 - 315 - 400 - 500 - 630 - 800 - 1000 - 1250 - 1600 - 2000 - 2500 - 3150 - 4000 - 5000 - 6300 - 8000 - 10000 - 12500 - 16000 - 20000.
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Afisaj sonometru
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Presiunea acustica este presiunea instantanee masurata in
interiorul undei, diferenta cu presiunea atmosferica in acel punct
Puterea acustica este egala cu produsul dintre intensitatea sonora
si suprafata.
Exemplu: Conversatie 10-5 W
Avion: 104 W
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Analogie intre acustica si termica
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Intensitatea acustica intr-o directie data este media energiei sonore transmise in
aceea directie pe unitate de suprafata
Putere Intensitate
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Nivel de presiune acustica
Exemple
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Sunetul pe care urechea umana il poate detecta are o presiune minina de 210-5 Pa dar putem auzi sunete si de 200 Pa.
Pentru a nu folosi o scara cu multe decimale folosim o alta scara: DECIBEL (dB)
Nivel exprimat in decibel = 10 log (valoare/valoare de referinta)
Nivel de intensitate acustica LI(db)
Nivel de putere acustica
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Co
pI
o
ef
2
Legtura dintre nivelurile de intensitate i cel de presiune acustic
o
ef
p
pdBLp 10log20
dBIoCo
pLpL
o
oI
2
10log10
Exemplu numeric
legtura dintre LI i Lp n cazul propagrii undei sonore n aer la 20oC
LpL
LpL
m
W
s
m
m
kg
PaLpL
I
I
I
Deci
96.0log10
1034321.1
10400log10
10
2
12
3
212
10
Io
IdBLI 10log10
Legtura dintre nivelurile de intensitate i cel de putere acustic
24 r
WI
Io
IdBSILdBLI 10log10
Wo
WdBLW 10log10
dBrLL WI 11log102
10
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Exercitiu
O sursa de sunet intr-un camp liber produce un nivel de presiune
acustica la 1m de 110 dB. Care este nivelul de presiune acustica
la 10 m?
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Exercitiu
O sursa mica sferica de sunet radiaza 1 W pe o singura
frecventa (1000 Hz) in spatiul lober. Calculati la distanta de 0.3
m care este:
- Presiunea acustica ?
- Nivelul de presiune acustia ?
- Nivelul de intensitate acustica?
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Zgomot alb Energia dintr-o banda de octava de marime:
devine:
Nivelul de intensitate creste cu 3dB/oct.
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Zgomot roz Energie frecventiala invers proportionala cu frecventa:
Nivelul energetic este independent de
cctava:
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Adunarea a doua surse de zgomot
)10log(10log101
102
0
2
n
i
L
ei
p
pi
p
pL
SURSA -1- SURSA -2-
p1, Lp1 p2, Lp2
* Cele doua surse de zgomot
functioneaza independent una de
cealalta (Lp1 independent de Lp2)
* Independenta a doua variabile se
traduce prin perpendicularitate in
spatiul Euclead-ian al variabilelor
(Lp1 Lp2 unghi 90o)
Spatiul geometric
directia propagare
Spatiul Euclead-ian compunerea vectorilor
2
2
2
1
2 ppp Compunerea a 2 vectori :
2
2
2
2
1102
2
10 log10log10oo p
pp
p
pLp
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
composition de 2 niveaux
0
1
2
3
4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
diffrence entre les niveaux (dB) Diferenta intre nivele
Val
oar
e d
e ad
auga
t la
niv
elu
l d
e p
resi
un
e c
el m
ai m
are
Adunarea a doua surse
Adunarea a doua surse de zgomot
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Adunarea a doua surse de zgomot- Nivel global
Exemplu:
Avem o formatie de muzica si
fiecare membru canta la un
instrument. Care este nivelul
de presiune acustica dat de
formatie?
80 dB + 82dB +84 dB + 93 dB
+ 72 dB
Suma lor=?
Rezultat: 94 dB
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii Sustragerea a doua niveluri de zgomot
SURSA -1- ON SURSA -2- ON
SURSA -1- ON SURSA -2- OFF
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii Sustragerea a doua niveluri de zgomot
SURSA -1- ON SURSA -2- ON
SURSA -1- ON SURSA -2- OFF
1
2
Suprapunerea celor doua surse
de zgomot (fond + chiller) => Lp
Doar prima sursa de zgomot (fond)
=> Lp0
2 experimente
10
)0(
10 101log101
LpLp
LpLp
Nivelul de zgomot generat de chiller
atunci cand functioneaza =>Lp1
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Exemplu numeric : Considerm ca msurarea nivelului de zgomot ambiental este de 35[dB], iar msurarea nivelului de zgomot n timpul funcionrii unei imprimante este de 43[dB]. Care este
nivelul de produs de ctre imprimanta ?
Lp = 43[dB]
Lp0 = 35[dB]
Lp-Lp0 = 8[dB]
DLp = din diagram = -0.7[dB]
Deci
Lp1=43+(-0.7)=42.3[dB]
Sustragerea a doua niveluri de zgomot
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Urechea umana
Urechea are 3 parti:
a) Urechea externa
(capteaza undele
sonore)
b) Urechea medie
(legatura cu mediul
intern lichid) c) Urechea interna
(transforma
vibratiile in mesaje
neuronale)
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Perceptia sonora
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Exercitiu
Un zgomot produs de traficul rutier a fost masurat si are nivelurile
de presiune acustica in tabelul de mai jos. Calculati nivelul global
ponderat cu filtrul A.
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Exercitiu in sala
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Exercitiu in sala
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Exercitiu in sala
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Exercitiu in sala
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Exemplu numeric Se cunoaste zgomotul din figur msurat n banda de 1/3o (vezi tabel). S se calculeze : (1) nivelul sonor n band 1 octav (2) valorile senzaiilor sonore n dBA pentru fiecare
frecven si (3) nivelul de presiune global ponderat.
Spor la lucru ...
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Lp1o DLp Lp1o Lp
dB dB dBA dBA
Rezolvare ...
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
Bazele acusticii
Exercitiu in sala
Pentru a masura izolarea ca zgomotul aerian a l unui
perete generam intr-o incapere un zgomot roz de 80
dB/octava si masuram nivelul de presiune in camera
de receptie cu un sonometru.