FIZIKI IZVORI TETNOSTI BUKA I VIBRACIJE 1 MERENJE

FIZIČKI IZVORI ŠTETNOSTI BUKA I VIBRACIJE 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: 2

• Blok šema sonometra: 1. 2. 3. 4. 5. mikrofon; pojačavač; standardizovani filter; ispravljač (detektor); indikator (pokazivač); 3

• Mikrofon: promenljivi zvučni pritisak pretvara u odgovarajući električni napon • 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 d. B. 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 40 fona - ekvivalentno 40 d. B - karakteristika “B” ekvifonska linija 70 fona -70 d. B - karakteristika “C” ekvifonska linija 100 fona -100 d. B 6

• Izbor mernog područja zavisi od nivoa zvučnog pritiska: - do 55 d. B karakteristika “A”; - od 55 d. B do 85 d. B karakteristika “B”; - preko 85 d. B 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, 25 m 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: gde je 1/n širina propusnog opsega filtera na širini jedne oktave. • Srednja frekvencija propusnog opsega (srednja geometrijska vrednost) : 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 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 10

• • • MERENJE, ANALIZA I NORMIRANj. E 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 -8000 Hz) • Oktavni nivo srednje frekvence - 1 k. Hz brojno je jednak faktoru N. • Na primer za N-90, dozvoljeni nivo na 1 k. Hz je 90 d. B. • Za ostale oktavne pojaseve, koji odgovaraju datom kriterujumu N(0 -130), a [d. B] b [ d. B] novoe računamo prema 63 35, 5 0, 790 125 22, 0 0, 870 obrazcu: 250 12, 0 0, 930 500 4, 8 0, 974 1000 0 1, 000 2000 -3, 5 1, 015 koeficijenti a i b su dati 4000 -6, 1 1, 025 u tabeli: 8000 -8, 0 1, 030 13

• L=? • f = 250 Hz • N-95 a =12, 0, b =0, 930 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 f 0 mehaničkog sistema čije se vibarcije mere. m 1 - 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 : gde je koeficijent zvučne apsorpcije: koeficijent refleksije: , i koeficijent transmisije: 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: • Gde je E - gustina zvučne enerije, c - brzina zvuka, a A-ukupna ili totalna apsorpcija: • Od trenutka uključenja izvora, Pα raste do trenutka t 1 kada nastupa stacionarno stanje – sva emitovana snaga zvučnog izvora biće jednaka apsorbovonaj snazi u jedinici vremena: 24

• Iz - gustina zvučne energije odnosno intenziteta, nakon uspostavljanja stacionarnog stanja. • Priraštaj energije u jedinici vremena u periodu uspostavljanja stacionarnog stanja jednak je: • Odnosno, jednak je snazi zvučnog izvora Pa umanjenoj za iznos energije koju u jedinici vremena apsorbuju zidovi P : 25

• Odnosno: • Akustička energija raste po eksponencijalnom zakonu, i u trenutku t 1 dostiže vrednost: • t 1 – zavisi od ukupne apsorpcije prostorije i njene zapremine. • Posle isključenja zvučnog izvora energija i intenzitet opadaju po eksponencijalnom zakonu tokom nekog vremena t 2 : - 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 60 d. B; Sabinov obrazac - koristi se za koeficijent apsorpcije 0 < < 0, 4; 27

• Eringov obrazac – za izračunavanje vremena reverbacije za bilo koju vrednost koeficijenta apsorpcije (0 < < 1); • E 0 – gustina energije koju proizvodi zvučni izvor; • Posle prve refleksije energija talasa iznosi: a posle n refleksija : gde je t – vreme od prve do n - te refleksije , a lsr – srednji put izmedju dve susedne refleksije 28

ZVUČNA APSORPCIJA U REŠAVANJU PROBLEMA BUKE • Pojačanje ili slabljenje nivoa zvuka u jednoj prostoriji određuje se preko logaritma koeficijenata apsorpcije ili vremena reverberacije; • Ako je energija pre oblaganja prostorije, a energija nakon oblaganja apsorpcionim materijalom , negativan broj usled smanjenja buke. gde je: - ukupna apsorpcija površina pre oblaganja, - apsorpcija površina posle oblaganja; 29

• • • S 1 površina koja je ostala neobložena (koeficijenta 1) S 2 površina koja je obložena apsorpcionim materijalom koeficijenta apsorpcije 2. Opšti izraz : • Za egzaktno izračunavanje ukupne površine apsorpcije u prostoriji treba uzeti u obzir i apsorpciju lica i predmeta koji se nalaze u prostoriji: • gde je : - zvučna apsorpcija osnovnih površina u prostoriji; - ekvivalentna apsororpcija ljudi i predmeta u prostoriji. 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; P 1 – količina zvučne energije koja u jedinici vremena padne na površinu pregradnog zida; P 2 – količina zvučne energije koja u jedinici prođe kroz pregradni zid (P 2 = P 1); 31

• Umesto koeficijenta prenošenja ćešće se koristi izolaciona moć materijala: karakteriše zvučnu izolovanost materijala. • Takođe se definiše i veličina - akustična izolacija: • Korišćenjem: P 2 = P 1 d. B • Koja zavisi osim od izolacione moći materijala pregradnog zida, i od apsorpcije prijemne prostorije A 2 = α 2 S 2 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 (23 cm) daje smanjenje 50 d. B; • Oblaganjem prijemne prostorije apsorpcionim materijalom smanjuje se nivo zvuka još za 10 d. B; • Ovih 10 d. B 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: srednja vrednost koeficijenta prenošenja i srednja vrednost izolacione moći. - akustična izolacija gde su ukupna apsorpcija prijemne prostorije - površina pregradnog zida. a, 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