_c1

Zgomot si vibratii - curs si aplicatii-

Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA

Profesor:

Dr. ing. Tiberiu Catalina

[email protected]

Facultatea de Inginerie a Instalatiilor


Calitatea mediului interior

Confort acustic Termic Vizual Calitatea aerului

Problematica

Confortul acustic si protectia ocupantilor contra

zgomotelor


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.


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


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


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)


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.


Acustica fizica Neuro-fiziologic

Zgomot?

Sunet?

Propagare

Sursa Receptor

Bazele acusticii


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


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


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


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


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


Bazele acusticii

Infra sunete 20 kHz


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.


Bazele acusticii

Afisaj sonometru


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


Bazele acusticii

Analogie intre acustica si termica


Bazele acusticii

Intensitatea acustica intr-o directie data este media energiei sonore transmise in

aceea directie pe unitate de suprafata

Putere Intensitate


Bazele acusticii

Nivel de presiune acustica

Exemple


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


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


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?


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?


Bazele acusticii

Zgomot alb Energia dintr-o banda de octava de marime:

devine:

Nivelul de intensitate creste cu 3dB/oct.


Bazele acusticii

Zgomot roz Energie frecventiala invers proportionala cu frecventa:

Nivelul energetic este independent de

cctava:


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


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


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


Bazele acusticii Sustragerea a doua niveluri de zgomot

SURSA -1- ON SURSA -2- ON

SURSA -1- ON SURSA -2- OFF


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


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


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)


Bazele acusticii

Perceptia sonora


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.


Bazele acusticii

Exercitiu in sala


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 ...


Bazele acusticii

Lp1o DLp Lp1o Lp

dB dB dBA dBA

Rezolvare ...


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.

_c1

Documents

Transcript of _c1