MÛSZAKI AKUSZTIKA
(Elõadás vázlat)
Tartalom
1. Bevezetés 1.1. Az akusztika tárgya: 1.2. Az akusztika szakterületi felosztása, kapcsolódása más tudomány és mûvészeti területekhez: 2. Akusztikai alapfogalmak 2.1. Hang fogalma: 2.2. A hang kettõs természete: 2.3. Mechanikai hullámok a részecskesebesség és a hullámterjedés irányának viszonya szerint: 2.4. Hang a vivõközeg függvényében: 2.5. Léghangok a frekvencia és effektív nyomás függvényében: 3. A homogén lineáris akusztikai hullámegyenlet és általános megoldásai 3.1. A matematikai modell felépítésének bevezetéseÉ 3.2. A hullámegyenlet levezetése: 3.3. A homogén, lineáris, akusztikai hullámegyenlet általános megoldásai 3.3.1. A hullámegyenlet megoldása szabad térben 3.3.2. A homogén hullámegyenlet megoldása határolt térben 4. Hangterek hasonlósága 5. Jellegzetes összetett harmonikus hullámok 6. Akusztikai rezonátorok 7. Harmonikus analízis, hangszínkép 8. Energetikai viszonyok az akusztikában 9. Hangforrások 9.1. Hangforrások csoportosítása 9.2. Monopólus: 9.3. Pontszerû monopólus távoltéri közelítése: 9.4. Egyszerû multipólus sugárzók távoltéri közelítése 10. Hangterjedés közeghatáron keresztül 10.1. Merõlegesen beesõ síkhullámok terjedése eltérõ minõségû közegek határán keresztül 10.2. Ferdén beesõ síkhullámok terjedése eltérõ minõségû közegek határán keresztül 11. Zajvédelem (összefoglaló áttekintés) 11.1. A zaj fogalma: 11.2 A hang élettani hatásai: 11.3. A zajvédelem feladata: 11.4. A szubjektív akusztika mérõszámai 11.5. A zajvédelem módszertani alapelve
1. Bevezetés
1.1. Az akusztika tárgya: Akusztika, más néven hangtan, a hang keletkezésének, terjedésének, elhalásának és ennek az élõ szervezetre kifejtett hatásával foglalkozó tudomány. Szigorú szakterületi felosztás szerint a fizikán belül az akusztika a klasszikus mechanika fejezete. Más szakterületekkel alkotott szoros kapcsolata miatt azonban az akusztika a fizika külön fejezetének tekinthetõ.
1.2. Az akusztika szakterületi felosztása, kapcsolódása más tudomány és mûvészeti területekhez:
1.1. ábra
2. Akusztikai alapfogalmak
2.1. Hang fogalma: A hang egy mechanikai hullám, azaz valamely folytonos, rugalmas közegben kialakuló mechanikai zavarási állapot továbbterjedés.
2.2. A hang kettõs természete: Megfigyelések szerint a hang kettõs, nevezetesen áramlás és hullám természettel rendelkezik.
Közeg áramlás természet, melynek jellemzõi: - Instacioner, - Összenyomható, - Kis amplitúdójú, (A hangteret leíró változó megzavart és nyugalmi értékének különbsége a nyugalmihoz képest nagyon kicsi.)
Hullám természet: - Állapot továbbterjedés ( Megváltozott mechanikai állapotok a tér egyik pontjáról egy másikba jutnak el makroszkopikus mozgás nélkül.) - Interferencia (Két vagy több azonos frekvenciájú hanghullám találkozásakor kialakuló sajátos, térben állandósult gyengítési és erõsödési helyekkel rendelkezõ hullámmódosulat.) - Elhajlás (A hang behatolása az amúgy számára átjárhatatlan objektum geometriai árnyékterébe.) - Szóródás (A hang terjedésében a hullámhosszával összemérhetõ nagyságú objektumon vagy objektumokon az addigi terjedési viszonyokhoz képest bekövetkezett változások összessége.) - Törés (A közeghatáron áthaladó hang terjedési irányának ugrásszerû megváltozása.)
2.3. Mechanikai hullámok a részecskesebesség és a hullámterjedés irányának viszonya szerint:
Longitudinális hullám esetén a részecske mozgás és a hullámterjedés iránya megegyezik.
Transzverzális hullám esetén a részecske mozgás és a hullámterjedés iránya egymásra merõleges.
2.4. Hang a vivõközeg függvényében:
Attól függõen, hogy a keletkezõ, terjedõ és elhaló mechanikai zavarási állapot levegõben, vagy más gázban, vízben vagy ettõl eltérõ folyadékban illetve szilárd halmazállapotú, de rugalmas közegben hat, a mechanikai hullám neve, léghang, folyadékhang illetve testhang. (A késõbbiekben elsõsorban léghangokkal foglalkozunk.)
2.5. Léghangok a frekvencia és effektív nyomás függvényében:
2.1. ábra
3. A homogén lineáris akusztikai hullámegyenlet és általános megoldásai
3.1. A matematikai modell felépítésének bevezetéseÉ
A hangteret leíró változók: - A folyadékrész sebessége, v [m/s] - A zavarási állapot terjedési sebessége, a [m/s] - Nyomás, p [Pa] - Sûrûség, * - Hõmérséklet, T [K]
A változók között kapcsolatot teremtõ fizikai elvek: Megfigyelések alapján megállapítható, hogy a levegõben, hangterjedés során, sajátos közeg mozgás alakul ki. Így, mint általában áramlási jelenségekre érvényes az:
- anyagmegmaradás törvénye - impulzus-megmaradás törvénye - energia-megmaradás törvénye
Illetve a hangterjedés vivõközegére, a levegõre az
- ideális gázokra vonatkozó állapotegyenlet
A változók felbontása egyensúlyi és idõben változó részre:
(3.1)
- Index nélküli változó: A teljes mennyiség. - "0" index: A mennyiség idõben nem változó, egyensúlyi része. - " ' " index: A mennyiség idõben változó, ingadozó része.
Akusztikában: - p' hangnyomás - v' részecskesebesség
A modell megalkotásánál felhasznált egyszerûsítõ feltételek:
- A hangterjedésnek teret adó közeg homogén, súrlódásmentes, kontinuum.
- A hangterjedés során a közegben létrejövõ termodinamikai állapotváltozás adiabatikusnak tekinthetõ.
- A hangterjedés nyugvó közegben jön létre, .
- A hangterjedés során az egyensúlyi értékhez képest igen kis amplitúdójú zavarások keltõdnek:
(3.2)
3.2. A hullámegyenlet levezetése: Az egyszerûség kedvért a levezetést az x irányba terjedõ sík hanghullámra végezzük el.
* A tömegmegmaradás elvét kifejezõ kontinuitás egyenlet az x irányban:
(v [m/s] a közeg x irányú áramlási sebessége.)
A kontinuitás egyenlet a változók felbontása és esetén:
Megfelelõ átalakítások után a lineáris akusztikai kontinuitás egyenlethez jutunk:
(3.3)
* Az impulzus-megmaradás elvét kifejezõ mozgásegyenlet súrlódásmentes folyadékokra vonatkozó alakja, az Euler-egyenlet x irányban:
(Ahol: [N/kg] a folyadékrészecske tömegegységére ható térerõ x irányú összetevõje.)
A kontinuitásegyenletnél elvégzett átalakításokhoz hasonló mûveletek elvégzése után a lineáris akusztikai mozgásegyenlet:
(3.4)
* Az energia-megmaradás elvét kifejezõ energiaegyenlet és a levegõre vonatkozó ideális gáz állapotegyenlet felhasználásával:
(3.5)
A fenti összefüggés segítségével fejezzük ki *'-t a hangnyomás függvényében és helyettesítsük be a (3.3) egyenletbe. Ezt követõen deriváljuk a kapott egyenlet mindkét oldalát idõ szerint:
Ezután szorozzuk meg a linearizált akusztikai mozgásegyenlet Rendezzük a (3.4) egyenlet tagjait bal oldalra, és szorozzuk az egyenlet mindkét oldalát az egyensúlyi sûrûség mínusz egyszeresével, és deriváljuk x szerint:
Használjuk ki, hogy a hely- és idõ szerinti deriválás sorrendje felcserélhetõ, és vonjuk ki egymásból a két egyenletet. Átalakítás után a hangnyomásra vonatkozó homogén, lineáris, akusztikai hullámegyenletet kapjuk:
(3.6)
Megjegyzések:
* A (3.6) egyenletet d'Alembert-egyenletnek is nevezik.
* A (3.6) egyenlettel megegyezõ alakú egyenlet vezethetõ le a többi hangtéri változóra (v', T', *') is. Ez azt jelenti, hogy a hangterjedés során a jellemzõk szimultán változnak.
* A homogén hullámegyenlet az egyszerûsítõ feltételek következtében csak a hang terjedés leírására alkalmas.
3.3. A homogén, lineáris, akusztikai hullámegyenlet általános megoldásai
A hullámegyenlet megoldását hullámfüggvénynek nevezzük. A homogén hullámegyenlet általános megoldásait szabad és határolt terekre vonatkozó esetekre bonthatjuk.
3.3.1. A hullámegyenlet megoldása szabad térben (szabadon terjedõ síkhullámok)
A végtelen kiterjedésû folytonos közegben az x tengely mentén szabadon terjedõ síkhullám esetében a (3.6) homogén hullámegyenlet általános megoldását az alábbi hullámfüggvénnyel írhatjuk le:
(3.7)
Megjegyzések:
* Az f és g tetszõleges függvények. Szabadon, csillapítás nélkül terjedõ síkhullámok esetén az f és g függvényeket kizárólag a gerjesztés határozza meg.
* A hullámfüggvény egyetlen kötöttsége az f és g függvény-argumentumok alakjában keresendõk. Ez adja meg egyben a hullámegyenlet fizikai tartalmát is, azaz a zavarási állapotok hangsebességgel terjednek.
* Tetszõleges irányban terjedõ sík hanghullámot ír le az alábbi hullámfüggvény:
Ahol "a" az irányban haladó hang terjedési sebessége.
Harmonikus hullámok:
Harmonikus gerjesztés hatására harmonikus hullám keletkezik. A harmonikus, más néven monokromatikus hullám szinusz illetve koszinusz függvénnyel írható le.
A hullámegyenlet megoldásai közül a harmonikus hullámok kiemelt jelentõségének oka: - A harmonikus hullám a spektrális elemzés alapeleme. - A véges méretû testek (például légoszlop, membrán,...) szabad rezgései harmonikus rezgések, vagy legalábbis ezek kombinációjából összeálló mozgások, így az általuk létrehozott zavarás harmonikus hullám lesz.
A harmonikus mozgások leírására alkalmas szinusz és koszinusz függvény bevezetése miatt az idõ mértékegységû argumentumról célszerû áttérni a szög mértékegységû argumentumra. A (3.7) megoldás függvény argumentuma tetszõleges szorzó tényezõvel bõvíthetõ, így például egy, a pozitív x tengely irányába haladó harmonikus hanghullám hangnyomását leíró függvény:
(3.8)
Ahol: p'(x,t) [Pa] hangnyomás [Pa] a hangnyomás amplitúdója. [rad] a hullám fázisszöge. [1/sec] a szögsebesség, vagyis az idõegység alatt megtett fázisszög nagysága radiánban. T [sec] periódusidõ, a hullámtér egy rögzített pontjában az ahhoz szükséges idõ, hogy a hullámtéri változó az eredeti állapotába kerüljön vissza. f = 1/T [Hz] frekvencia [1/m] a hullámszám, vagyis a hosszegységre jutó fázisszög nagysága radiánban. * [m] a hang hullámhossza. Egy idõpontban a hangterjedés iránya mentén annak a távolságnak a hossza, amelynél a hullám azonos fázisba kerül vissza. [rad] A hullámmozgás kezdõ, t=0 sec idõponthoz és x=0 m helyzethez tartozó fázisszöge.
Harmonikus hullámoknál az azonos zavarási állapotot elszenvedõ részecskéket tartalmazó felületet a hozzájuk tartozó forgóvektor helyzet azonos fázisszöge miatt fázisfelületnek hívjuk.
A szinusz és koszinusz függvények a harmonikus hullámokat tökéletesen leírják, bizonyos algebrai és analitikus mûveletek azonban csak nehézkesen végezhetõ el velük. Ezért a komplex számok trigonometrikus alakjának felhasználásával célszerûnek látszik a harmonikus hullámoknál bevezetett hangtéri változókat a komplex számok exponenciális alakjával leírni. A komplex hangnyomás:
Ahol: [Pa] a komplex hangnyomás. [Pa] a komplex amplitúdó. i [-] a képzetes egység.
A térben tetszõleges irányban terjedõ, * szögfrekvenciájú, harmonikus,sík hanghullám az alábbi (3.28) függvénnyel írható le:
Ahol: [1/m] A hullámterjedés irányát megadó hullámszám-vektor. illetve
Valós fizikai tartalommal a komplex hangnyomásnak csak a valós része bír. Úgy is fogalmazhatunk, hogy a tényleges hangnyomás a komplex számsíkra helyezett forgóvektor valós tengelyre leképzett vetületének felel meg.
3.3.2. A homogén hullámegyenlet megoldása határolt térben (Véges méretû testek szabad- vagy sajátrezgései)
A határolt térre vonatkozó megoldás keresése során az egydimenziós hullámegyenletet oldjuk meg adott peremfeltételek mellett. A vizsgált esetben az x tengely mentén pozitív és negatív irányokban haladó síkhullámok terjedését az x = 0 m-nél és x = L m-nél az x tengelyre merõleges, tökéletesen merev falak akadályozzák:
v'(0, t) = 0 m/s és v'(L, t) = 0 m/s
A peremfeltételeket a szemléletesség kedvéért a részecskesebességre fogalmazzuk meg. Emiatt a megoldás megkeresésénél induljunk ki a részecskesebességre vonatkozó hullámegyenletbõl:
Az egyenlet általános megoldása:
Az elsõ peremfeltétel szerint: x= 0 m-nél v= 0 m/s, ezért ezen a helyen:
f(at) = - g(at)
Vagyis az x= 0 m/s-nál érvényes peremfeltétel alapján az f függvény ugyanaz mint g, de ellentett elõjelû.
A második peremfeltétel szerint: x= L m-nél v= 0 m/s, ezért:
vagy,
Vagyis (3.33) szerint a g függvény 2L szakaszonként periodikus és így Fourier-sorba fejthetõ. A 2L periódusú g függvény Fourier-sorának felhasználásával:
Némi átalakítás után:
(3.9)
Ahol: és illetve n = 1, 2, 3, ... (pozitív egész)
4. Hangterek hasonlósága
Egy hangtér fizikai modelljének elkészítésére akkor kerül sor, ha a matematikai modellezéssel szemben a "kismintán" végzett mérések várhatóan pontosabbak, gyorsabbak illetve gazdaságosabbak. Modellezésre az akusztikában elsõsorban az építészeti akusztikában kerül sor, ahol ezt a jó hangzású elõadóterek terveinek ellenõrzésére használják.
Két hangtér hasonlóságának a feltétele az, hogy az õket leíró dimenziótlan differenciálegyenletek és a hozzájuk tartozó dimenziótlan perem és kezdetiérték feltételek alakjuk és együtthatóik tekintetében egyaránt megegyeznek. A hangteret leíró hullámegyenelet:
A dimenziótlan egyenlet elõállításához szorozzuk meg a fenti homogén, lineáris akusztikai hullámegyenlet mindkét oldalát az adott hangtérre jellemzõ geometriai méret négyzetével, -el és osszuk el vonatkoztatási nyomással. Ezt követõen az egyenlet bal oldalán az elsõ tag számlálóját és nevezõjét is bõvítsük a hangtérre jellemzõ periódusidõ négyzetével, -el:
A homológ modellezésnek köszönhetõen a dimenziótlan leíró egyenlet alakra szükségszerûen megegyezik. Hasonlósága esetén a két hangteret leíró dimenziótlan egyenlet dimenziótlan együtthatóinak is meg kell egyezniük. Ez utóbbi feltételt nekünk kell teljesíteni a kisminta elkészítése során. Legyen a hangtérre jellemzõ hullámhossz , így:
A fenti kifejezés jobb oldalának négyzetgyöke a Helmholtz-szám, amelynek azonossága két hangtér hasonlóságának feltétele.
Helmholtz-szám származtatása az áramlástan hasonlósági számaiból:
A hangterjedés során kialakuló sajátos áramlási jelenség idõben változó (gyakran periódikus) és összenyomható. Ezért egy hangtér áramlástani alapon történõ modellezésénél a hasonlóság feltételéül a Strouhal-szám és Mach-szám szorzatának állandóságát kell megkötni:
5. Jellegzetes összetett harmonikus hullámok
Állóhullám:
Két azonos frekvenciájú, amplitúdójú, de ellentett irányban haladó harmonikus hullám összetételébõl állóhullám alakul ki. Az állóhullám egy jellegzetes 1D interferencia jelenség.
A hangnyomás hosszmenti változása állóhullámban (A különbözõ görbék a más-más idõponthoz tartozó eloszlásokat mutatják.)
5.1. ábra
Két azonos * szögfrekvenciájú és amplitúdójú, ellentett irányban haladó hullám hangnyomását leíró függvények összegébõl a szögek összegére vonatkozó trigonometrikus azonosság felhasználásával meghatározható a hangnyomás tér- és idõfüggése egy állóhullámban:
Lebegés:
Két egymással közel megegyezõ frekvenciájú, azonos amplitúdójú harmonikus hullám összetételekor lebegés alakul ki.
A hangnyomás változása idõben lebegés estén a tér egy adott pontjában
5.2. ábra
Lebegés esetén a tér tetszõleges pontjában a hangforrások együttes hatására létrejövõ eredõ hang periodikus felerõsödése és elhalkulása tapasztalható.
, de
A lebegés hullámfüggvénye trigonometrikus azonosságok felhasználásával:
Egy rögzített pontban, például az x= 0 m-nél:
6. Akusztikai rezonátorok
Rezonátoroknak a sajátfrekvenciáinak valamelyikén gerjesztett rezgõrendszereket nevezzük. Rezgõmozgás végzésére olyan tehetetlen tömeggel rendelkezõ rendszer képes, amelyben az egyensúlyi állapotból való kitérítéssel szemben rugalmas visszatérítõ erõ lép fel. A rendszer szabadrezgésének frekvenciáit a rendszer sajátfrekvenciáinak nevezzük. Rezonancia esetén a rezonátort a sajátfrekvenciáinak egyikével megegyezõ frekvenciájú gerjesztés éri. Ebben az esetben a rezonátor kis amplitúdójú gerjesztõ jelre igen nagy amplitúdójú mozgással válaszol. Az általános mûszaki gyakorlattal szemben, ahol a rezonancia az esetek többségében káros hatású, elkerülendõ jelenség, az akusztikában a rezonátoroknak számos hasznos alkalmazását találhatjuk meg. Így például a legtöbb hangszer valamilyen a hang keltésére szolgáló gerjesztõ elemre, és a hozzákapcsolódó elõnyös hangsugárzási tulajdonságokkal rendelkezõ rezonátorra bontható.
Helmholtz-rezonátor
Az akusztikai rezonátorok egyik legegyszerûbb típusa a Helmholtz-rezonátor. Az alábbiakban meghatározzuk a Helmholtz-rezonátor szájánál fellépõ adott frekvenciájú nyomásgerjesztés hatására a rezonátor nyakában kialakuló folyadékmozgás sebességét és a rezonátor sajátfrekvenciáját.
A levezetés során felhasznált egyszerûsítõ feltételek:
- A közeg homogén, súrlódásmentes, kontinuum. - A rezonátorban létrejövõ termodinamikai állapotváltozás adiabatikus. - A rezonátorban az egyensúlyi értékhez képest kis amplitúdójú mozgás jön létre (A rezonátorban kialakuló mozgás amplitúdója jóval nagyobb mint az átlagos hangtéri mozgásé, de még mindig jóval kisebb mint az egyensúlyi értékek.): ,
Helmholtz-rezonátor vázlata
6.1. ábra
* Az anyagmegmaradás törvénye a rezonátor üregében:
(6.1)
* Az impulzus-megmaradás törvényét kifejezõ mozgásegyenlet linearizált alakjának x-irányú összetevõje:
(6.2)
* Az energia-megmaradás törvényét kifejezõ hõtan I. fõtétel és az ideális gázokra vonatkozó állapotegyenlet összevonásából:
(6.3)
* A külsõ hangtér nyomásának ingadozása, a gerjesztés:
(6.4)
Megfelelõ átalakítások elvégzése után:
(6.5)
A kapott közönséges differenciálegyenlet megoldás függvénye, azaz a levegõ sebességének ingadozása a rezonátor nyakában:
Ahol: (6.6)
7. Harmonikus analízis, hangszínkép
A hangtér tetszõleges pontjában a p'(t), v'(t), *'(t) és T'(t) függvények a hangról, az adott pontra vonatkozó összes információt tartalmazzák. Azonban idõfüggvényeik alapján a különbözõ hangok sokszor alig különböztethetõek meg. Úgy is fogalmazhatunk, hogy az idõfüggvények közvetlen elemzése a mûszaki gyakorlat szempontjából korlátozott jelentõséggel bír. Emiatt szükség van egy olyan módszerre, ami az idõfüggvényben rejtõzködõ információt áttekinthetõbb formában mutatja meg. Felismerve azt, hogy a hang keletkezésében és érzékelésében a harmonikus rezgések milyen fontos szerepet töltenek be, elõnyösnek tûnik az idõfüggvény harmonikus komponenseire történõ bontása. Ennek során megvizsgáljuk, hogy az adott idõfüggvény milyen frekvenciájú és amplitúdójú harmonikus idõfüggésû komponensekbõl állítható elõ. Ilyenkor az információt nem az összeget alkotó szinuszos összetevõk idõfüggvényei tartalmazzák, lévén periodikus függvények, hanem a különbözõ komponensek frekvencia és amplitúdó adatpárjai. Egy adott hang idõfüggvényéhez ezeket az adatpárokat összefoglaló diagramot a hang frekvencia-amplitúdó spektrumának nevezzük.
Harmonikus analízis tetszõleges alakú periodikus idõfüggés esetén:
Tetszõleges alakú, periodikus idõfüggés esetén a harmonikus analízist a függvény Fourier-sorának elõállításával végezhetjük el. Legyen a vizsgált hangtéri a hangnyomás, így a T idõközönként periodikus p'(t) függvény Fourier-sora:
Ahol az *, * és * Fourier-együtthatók:
, (A hang miatti nyomásingadozás idõátlaga nulla.)
és
Az és Fourier-együtthatók az n-edik harmonikus összetevõ pár amplitúdói.
Illetve,
(7.1)
A periodikus függvények vonalas spektrummal rendelkeznek, amelyben a spektrumot képezõ vonalsereg elemei a T periódusidõhöz tartozó alapfrekvencián és ennek egész számú többszöröseinél jelennek meg.
Harmonikus analízis a méréstechnikai gyakorlatban:
A mai méréstechnikai gyakorlatban a hangtéri jellemzõk mérésekor a frekvencia spektrum meghatározásához speciális gyors algoritmust alkalmazó számítógépet, úgynevezett FFT analizátort (Fast Fourier Transformation) használnak. Az idõfüggvények frekvencia analízisét olyan szûrõsorozat közbeiktatásával is elvégezhetjük, amely mindig csak egy adott frekvencia sávban engedi át a vizsgált jelet. A teljes frekvencia tartománynak azt a felbontását, ahol az adott sáv felsõ határértéke éppen az alsó kétszerese, oktávsávos felbontásnak nevezzük. Az adott oktávsáv középfrekvenciáját az alsó és felsõ határfrekvenciájának a mértani átlagából határozhatjuk meg.
(7.2)
(7.3)
Az akusztikai méréstechnikában alkalmazott szabványos oktávsáv-középfrekvenciák: 31.5, 63, 125, 250, 500... Hz.
Részletesebb vizsgálatokhoz az oktávsávos felosztás nem nyújt elégendõen finom felbontást. Ezért vezették be az oktávsávot a mértani haladvány szerint három egyenlõ részre osztó tercsávot. Tercsávnak nevezzük tehát azt a frekvencia tartományt, amelynek a felsõ határérték nagysága éppen az alsó határérték -szöröse.
(7.4)
(7.5)
Az akusztikai méréstechnikában alkalmazott szabványos tercsáv-középfrekvenciák: 31.5, 40, 50, 63, 80, 100, 125... Hz.
Hangok csoportosítása színképük alapján
Tisztahang: Tisztahangnak az egyetlen harmonikus összetevõbõl álló hanghullámot nevezzük. A tisztahang színképe egyetlen függõleges vonal.
Zenei hang: Tisztahangok kellemes együtthangzást, konszonanciát létesítõ összegét zenei hangnak nevezzük. Konszonancia akkor jön létre, ha az összetevõ tiszta hangok frekvenciáinak aránya meghatározott értékekkel egyenlõek.
Zörej hang: Tisztahangok nem kellemes együtthangzást, disszonanciát létesítõ összegét illetve általában a folytonos megoszlású spektrummal jellemezhetõ hangokat zörejeknek nevezzük
8. Energetikai viszonyok az akusztikában
A zavarási állapottal továbbterjedõ alapmennyiségek révén a belõlük származtatott mennyiségek is továbbterjednek. Tehát a hangterjedés során a közegben igen kis mértékû energia, azaz munkavégzõ képesség is továbbterjed.
Az energia-csomag terjedése térben
8.1. ábra
A hangterjedés során lezajló energetikai viszonyok jellemzéséhez írjuk fel a linearizált akusztikai mozgásegyenletet, és szorozzuk meg az egyenlet mindkét oldalát a részecskesebességgel. Vizsgálatainkat az x irányban terjedõ síkhullámok esetére végezzük el.
További átalakítások után:
(8.1)
Megjegyzések:
* A (8.1) egyenlet bal oldalán a zárójelen belüli elsõ tag a v' részecskesebességgel jellemzett sebességi zavarás által a sûrûségû közegben szállított mozgási energia térfogategységre jutó nagysága.
* A (8.1) egyenlet bal oldalán a zárójelen belüli második tag a sûrûségû közeg p' hangnyomásra komprimálódáskor felhalmozott potenciális energia térfogategységenként.
* A (8.1) egyenlet jobb oldalán a zárójelen belüli tag, a hangnyomás és a részecskesebesség szorzata az pillanatnyi akusztikai intenzitás, amely a hangterjedés irányára merõleges keresztmetszeten idõegység alatt átáramló pillanatnyi akusztikai teljesítménnyel egyenlõ.
* Általános, térbeli hangterjedés esetén az intenzitás vektor mennyiség, amelynek irányát részecskesebesség iránya, míg az irányítottságot a részecskesebesség irányítottsága és a hangnyomás elõjele együtt határozza meg.
Pillanatnyi akusztikai intenzitás:
Pillanatnyi akusztikai intenzitás alatt a p' hangnyomás és a v' részecskesebesség pillanatnyi értékének szorzatát értjük:
I' = p'v' (8.2)
A pillanatnyi hangteljesítmény a pillanatnyi akusztikai intenzitás és az A hangterjedésre merõleges keresztmetszet szorzata:
P' = I'A (8.3)
Átlagos akusztikai intenzitás:
Átlagos akusztikai intenzitáson a p'v' szorzat pillanatnyi akusztikai intenzitás T idõtartamra vonatkozó átlagát értjük. Periódikus hang estén a T átlagolási idõ a periódusidõvel egyezik meg, nem-periodikus esetben az átlagolási idõ olyan hosszú, amelynél T nagyságától az átlag gyakorlatilag független.
(8.4)
Mennyiségek szintes írásmódja az akusztikában
Akusztikában a vizsgált jellemzõk nagy átfogott numerikus tartománya, illetve a hangérzékletünk logaritmikushoz közelebb álló jellege miatt széles körben használnak szinteket a hangnyomás, intenzitás és teljesítmény mennyiségek leírására. Általános meghatározás szerint minden teljesítmény, teljesítménnyel arányos vagy hatványkitevõs alakban avval arányossá tehetõ fizikai mennyiség kifejezhetõ szintekben. Egy adott * mennyiség szintben kifejezett értékét az alábbi módon határozzuk meg:
[dB] (8.5)
Ahol: [dB] a * mennyiség szintben kifejezett értéke. 0 [~W] a * mennyiséghez tartozó viszonyítási érték.
Az említett mennyiségek szintjeinek kifejezését a nemzetközileg elfogadott viszonyítási értékekkel az alábbiakban adjuk meg:
Hangnyomásszint: ahol: (8.6)
Hangintenzitásszint: ahol: (8.7)
Hangteljesítményszint: ahol: (8.8)
A hangteljesítményszint elsõsorban a hangforrást, a hangnyomásszint a hangteret jellemzi.
9. Hangforrások
9.1. Hangforrások csoportosítása
Hangforrások a hangkeltés mechanizmusa szerint: * Szilárd test rezgése által lesugárzott hang. (Rezgõ húr, vagy a hangszóró membránja által lesugárzott hang.) * Áramlás eredetû hang. (Fütyülõ távíróvezeték, szabadsugár zaja.) * Termikus eredetû hang. (Turbulens láng zaja.) * Idõben ingadozó erõterek által keltett hang. (Elektrosztatikus töltéskisülés zaja)
Hangforrások a geometriai kiterjedtség szerint: * Pontszerû. Egy hangforrás akkor tekinthetõ pontszerûnek ha a geometriai mérete jóval kisebb, mint az általa kisugárzott hang hullámhossza a megfigyelõ és a hangforrás közti távolság. Elegendõen nagy távolságból a hangforrások többsége jó közelítéssel pontszerû. (Toronyház tetejére szerelt légoltalmi sziréna.) * Vonal mentén megoszló. Egyik méret jóval nagyobb, mint a másik kettõ. (Rezgõ húr, vonatszerelvény, vagy csõvezeték.) * Felület mentén megoszló. Egyik méret jóval kisebb, mint a másik kettõ. (Rezgõ membrán, csobogó víz felület.) * Térben megoszló. Például a szabadsugár.
Hangforrások a modellezhetõség szerint: * Monopólus: A monopólus hangforrás a különbözõ zavarási állapotokat idõben ingadozó tömegáram bevezetésével hozza létre. * Dipólus: Két egyenlõ erõsségû, szorosan egymás mellé helyezett, de ellentett fázisban mûködõ monopólus dipólust létesít. Az ellentett fázisban üzemelõ monopólusoknak köszönhetõen a dipólustól távolabb tömegáram ingadozást nem tapasztalunk, de a forrás és nyelõ között ide-oda áramló folyadék a folyadékra ható erõ periodikus ingadozását vonja maga után. * Kvadrupólus: Két egymás mellett elhelyezett, azonos erõsségû de ellentett dipólus laterális-, míg két ellentett dipólus egy egyenes mentén a longitudinális-kvadrupólust hoz léte. A longitudinális kvadrupólus a húzófeszültségek, a laterális kvadrupólus a nyírófeszültségek ingadozásával hozhatók összefüggésbe.
9.2. Monopólus:
Legyen a gömbszimmetrikus hangtér középpontjában egy * sugarú gömb, amelynek héja radiális irányban harmonikus rezgéseket végez. A "lélegzõ" gömb által keltett zavarási állapotok a térben hangsebességgel tovaterjednek, létrehozva a monopólus hangforrás gömbszimmetrikus hangterét.
Radiális irányú rezgéseket végzõ gömbfelület
9.1. ábra
A gömbfelület mozgását leíró függvény:
A tapadás törvénye értelmében a gömbhéj és a vele szomszédos levegõrészek sebessége megegyezik:
A peremfeltétel segítségével a , sebességipotenciál amplitúdó sebesség amplitúdó függvényében meghatározható:
Ahol a monopólus forrás térfogatáram amplitúdója, más néven a monopólus erõssége.
Helyettesítsük vissza a kapott amplitúdót a hangnyomás kifejezésébe:
Illetve a részecskesebesség kifejezésébe:
A monopólus sugárzó által létesített hangtérben az átlagos intenzitás:
A monopólus által kisugárzott teljesítmény:
Ha a monopólus által kisugárzott hang hullámhossza jóval nagyobb, mint a monopólus geometriai mérete, , akkor a kisugárzott teljesítmény az alábbiak szerint módosul:
A mûszaki gyakorlatban számos hangforrás tekinthetõ jó közelítéssel monopólusnak. Így például a hangfalba beépített hangszóró, a belsõégésû motorok kipufogás zaja, puskalövés hangja, a kazánban kialakuló lüktetõ égés zaja, a lyuksziréna, lüktetõ szabadsugár hangja szintén jól modellezhetõ monopólusként.
Tételezzük fel, hogy a hangkeltési mechanizmus áramlási folyamat során alakul ki, így a kisugárzott hangteljesítményre az alábbi modell-törvény írható fel:
A monopólus térfogatáram ingadozás amplitúdója az áramlás térfogatáramával arányos:
Az áramlási instabilitás frekvenciája, amely a tömegáram ingadozását okozza a Strouhal-számból határozható meg:
Így az áramlási jelenség során a monopólus hangforrás által kisugárzott teljesítmény:
Amelybõl az áramlási eredetû monopólus sugárzó akusztikai hatásfoka:
Hasonló levezetéssel határozható meg a dipólus és a kétféle kvadrupólus akusztikai jellemzõi. A különbözõ típusú hangforrások legfontosabb adatait az alábbi táblázat foglalja össze.
Monopólus Dipólus Laterális kvadrupólus Longitudinális kvadrupólus A hangkeltõ mech. jelenség Intenzitás Irányítási görbe Teljesítmény Áramlás eredetû forrás modelltörvénye Hatásfok Példa Hangdoboz, kipufogás zaj Rezgõ húr, eolhárfa Szabadsugár Szabadsugár
9.3. Pontszerû monopólus távoltéri közelítése:
Az alábbiakban a pontszerû, minden irányban egyenletesen sugárzó hangforrás által kibocsátott hangteljesítményszint és az ennek hatására szabad térben kialakuló hangnyomásszint közötti kapcsolatot határozzuk meg. A pontszerû hangforrás gömbszimmetrikus hangterében a forrástól elegendõen nagy távolságban a hangnyomás és részecskesebesség közötti fáziskülönbség eltûnik. Így a hangforrástól r távolságban elhelyezkedõ pontban az átlagos intenzitás:
Tételezzük fel, hogy a teljesen szabad teret egy részrõl tökéletes hangvisszaverõ felület határolja. Ugyanolyan sugár esetén minél kisebb térrészre szûkül be a szabad hangterjedés, annál nagyobb intenzitás tapasztalható, lévén ugyanaz a teljesítmény kisebb felületen oszlik meg. Egy adott sugárnál az , teljes gömbfelület és az , valóságos, a hangterjedés számára szabad gömbfelület rész hányadosának jellemzésére vezessük be a "D" irányítási tényezõ fogalmát:
Feltételezésünk szerint a terjedés során veszteségi folyamatok nem lépnek fel, ezért a hangtérben tetszõleges sugárhoz tartozó felületen áthaladó akusztikai teljesítmény értéke nem változik. A szabad térbe kisugárzott hangteljesítmény az átlagos intenzitás és a gömbfelület kifejezésének behelyettesítése után:
A fenti kifejezés átrendezése után, osszuk el mindkét oldalt -el, majd mindkét oldalának logaritmusát véve és tízzel megszorozva a vizsgált hangtéri jellemzõk szintekben felírt értékeihez jutunk:
Így levegõben, ahol , a szabadban elhelyezett, hangteljesítményszintû, pontszerû hangforrástól r távolságban kialakuló L, hangnyomásszint értéke:
9.4. Egyszerû multipólus sugárzók távoltéri közelítése
Koherens vonalsugárzó: Az egyenes mentén felfûzött, azonos fázisban sugárzó monopólus sort koherens vonalsugárzónak nevezzük. A pontszerû hangforráséhoz hasonló levezetés segítségével, szabadban légtérben elhelyezett, hosszegységre jutó hangteljesítményszintû, vonalszerû hangforrástól r távolságban kialakuló L, hangnyomásszint értéke:
Inkoherens vonalsugárzó:
Azt a vonalsugárzót, amelynek az egyes elemei egymástól teljesen független pontszerû forrásoknak tekinthetõk, és így a sugárzás fázis azonossága nem biztosított inkoherens vonalsugárzónak nevezzük. A gyakorlatban elõforduló vonalsugárzók többségénél az egyenes mentén megoszló elemi hangforrások mûködése során nincs fázis azonosság. Így a valóságos vonalsugárzók döntõ többsége, például általános rezgési állapotot végzõ húr, zsúfolt autópálya, zajos csõvezeték, vagy egy vonatszerelvény inkoherens vonalsugárzónak tekinthetõ.
Az inkoherens vonalsugárzó körül kialakuló hangtér
9.2. ábra
Az alábbiakban a végtelen hosszú inkoherens vonalsugárzó által kibocsátott hosszegységre jutó hangteljesítményszint és az ennek hatására szabad térben kialakuló hangnyomásszint közötti kapcsolatot határozzuk meg. A vonalsugárzó egy tetszõleges elemi szakasz a által lesugárzott elemi hangteljesítmény:
A pontszerû hangforrástól elegendõen nagy távolságban a hangnyomás és részecskesebesség közötti fáziskülönbség eltûnik, így az inkoherens vonalsugárzó egy pontszerûnek tekinthetõ elemi szakasza által az R távolságban lévõ megfigyelési pontban létesített elemi hangintenzitás.
Az inkoherens vonalsugárzó hosszegységre jutó teljesítménye ismeretében illetve a szabad gömbfelület nagyságát behelyettesítve:
A leíráshoz szükséges változók csökkentése érdekében fejezzük ki R-t l és r változók függvényében illetve átrendezve az egyenletet:
A megfigyelési pont és az inkoherens vonalsugárzó egy elemi darabja
9.3. ábra
A megfigyelési pontban a vonalsugárzó teljes hossza mentén megoszló források eredõ hatást egy végtelen határok között felírt improprius integrál segítségével határozhatjuk meg.
Tételezzük fel, hogy a vonalsugárzó hossza mentén az irányítási tényezõ és a hosszegységre jutó kisugárzott hangteljesítmény állandó.
Az inkoherens vonalsugárzótól r távolságban elhelyezkedõ megfigyelési pontban az átlagos intenzitás:
Tételezzük fel, hogy a hangterjedés során veszteségi folyamatok nem lépnek fel, így a szabad térben az inkoherens vonalsugárzótól r távolságban, a kisugárzott hangteljesítmény hatására felépülõ hangtérben a hangnyomás effektív értékének a négyzete:
Illetve szintes írásmódra áttérve szabadban légtérben elhelyezett, hosszegységre jutó hangteljesítményszintû, vonalszerû hangforrástól r távolságban kialakuló , hangnyomásszint értéke:
10. Hangterjedés közeghatáron keresztül
A közeghatáron bekövetkezõ hangterjedési jelenségeket a felületi merõleges és a beesõ hang terjedési iránya által bezárt szög nagysága alapján merõleges és ferde esetekre bonthatjuk.
10.1. Merõlegesen beesõ síkhullámok terjedése eltérõ minõségû közegek határán keresztül
A hang hullámtermészetének köszönhetõen a határfelületre beesõ hang visszavert és továbbhaladó részekre válik szét.
Közeghatár felületére beesõ hanghullám
10.1. ábra
A felületi részecskesebességek egyenlõsége a beesõ, visszavert és továbbhaladó hanghullámok esetén:
Így
(10.1)
Hasonlóan a hangnyomások egyenlõsége:
Így
(10.2)
A linearizált akusztikai mozgásegyenlet a három hullámösszetevõre:
Fejezzük ki a fenti összefüggésekbõl a részecskesebességeket és helyettesítsük vissza a a (10.1) egyenletbe:
Szorozzuk be az egyenlet mindkét oldalát -vel. A kapott egyenletet adjuk össze a (10.2) egyenlet -szeresével.
A kapott egyenletbõl a beesõ hanghullám hangnyomásának függvényében kifejezhetõ a továbbhaladó hullám hangnyomása.
Ha ez a viszony igaz a pillanatnyi értékekre, teljesülnie kell az effektív értékekre is.
A határfelületen áthaladó hangteljesítmény jellemzésére szolgáló *, hangátvezetési tényezõ:
(10.3)
A két közeget elválasztó határfelelületen veszteségi folyamatok nem jönnek létre, *=0, így a beesõ hangteljesítmény továbbhaladó részén túl maradó mennyiség teljes egészében visszaverõdik.
de *=0, így
Ennek alapján a hangvisszaverõdési tényezõ:
(10.4)
10.2. Ferdén beesõ síkhullámok terjedése eltérõ minõségû közegek határán keresztül
Közeghatár felületére ferdén beesõ hanghullám
10.2. ábra
Az * szögfrekvenciájú beesõ hanghullám:
Ahol:
Hasonlóan a visszavert és továbbhaladó hanghullámok:
Az x=0 m helyen tetszõleges pillanatban és "P" pontban a beesõ, visszavert és továbbhaladó hullámok között fázis azonosság van. Azaz a határfelület tetszõleges pontjában a beesõ hullám által létrehozott visszavert és továbbhaladó hullámok egy adott pillanatban mindhárman azonos fázisban vannak. Így az egyes hullámösszetevõk kifejezésében az exponenciális kifejezések argumentumai megegyeznek. Ennek következtében, ha :
Megjegyzések:
* A fenti összefüggés szerin a beesési szög megegyezik a visszaverõdési szöggel:
* A hármas egyenlõség két szélsõ tagjának a reciprokát véve a beesõ és továbbhaladó hullám komponensek felületi sebességeinek egyenlõségéhez, a Snell-törvényhez jutunk.
11. Zajvédelem (összefoglaló áttekintés)
11.1. A zaj fogalma:
Környezetvédelmi szempontból az embert zavaró hangot zajnak nevezzük. Annak ellenére, hogy a zaj hatására általában ritkán alakul ki maradandó, utólag is kimutatható elváltozás az élettelen környezetben, a zaj hasonló környezetszennyezési forma, mint például a levegõ porral, a víz hõvel vagy a talaj vegyi anyaggal történõ szennyezése. Hatósugarát tekintve a zaj többnyire lokális probléma. Ez alatt azt értjük, hogy egy adott hangforrás hatása határolt térben többnyire egy vagy néhány szomszédos helyiségre, esetleg egy épületre korlátozódik. Illetve szabad térben igen nagy teljesítményû hangforrásnak esetén is csak néhányszor száz méter távolságra terjed ki az akusztikai hatása.
11.2 A hang élettani hatásai:
Széles körben ismert, hogy a nem megfelelõ akusztikai környezet nem csak a hallószerv igénybevételét növeli meg, hanem általánosan kedvezõtlenül hat az élõ szervezetre. Evvel szemben a jó akusztikai környezet nem csak kellemes közérzetet biztosít, hanem bizonyos betegségek gyógyítására is sikeresen alkalmazható. Ezt az orvosi-pszichológiai gyógymódot zeneterápiának nevezik. A hang frekvencia megoszlásától és energiatartalmától függõen különbözõ hatásmechanizmusokon keresztül igen összetett hatást fejt ki az élõ szervezetre.
11.3. A zajvédelem feladata:
A zajvédelem feladata az élõ környezetet, kiemelten az embert zavaró zaj megszüntetése, vagy elkerülhetetlen esetben hatásának elfogadható szintre csökkentése. Ahhoz, hogy zajvédelmi kérdésekben pontos ítéletet alkothassunk, egyrészt a hangkeletkezésének, terjedésének és elhalásának természetét, másfelõl a zaj emberi szervezetre kifejtett hatását, illetve az erre vonatkozó elviselhetõségi határértékeket kell ismerni.
11.4. A szubjektív akusztika mérõszámai
A szubjektív akusztikai mérõszámok feladata, hogy hallószervünk terhelését számszerû adatokkal fejezze ki. Ennek megfelelõen egy adott helyzet minõsítését úgy végezhetjük el, hogy a zaj szubjektív akusztikai mérõszámát, (amelynek nagysága a zaj hangnyomásszintjétõl, frekvencia megoszlásától, és annak idõbeli lezajlásától függ) hasonlítjuk össze a megfigyelést végzõ személyek élethelyzetét és más adatait tömörítõ határértékekkel. A jól megállapított zajvédelmi határértékek betartása esetén a zajos környezet ellenére sem alakul ki egészség károsodás.
A hallószerv igénybevételét befolyásoló tényezõk: (Az emberi hallószerv igénybevételét befolyásoló tényezõk a hallható hangok tartományában, a hallás mechanizmusán keresztül.)
* Hallásunk igénybevételét elsõsorban a besugárzó hang által a fülön elvégzett munka határozza meg.
* A fülön elvégzett munka a hallójáratba bejutó akusztikai teljesítménytõl és a besugárzási idõtõl függ. A hallójáratba bejutó teljesítmény nagyságát a fület környezõ hangtér intenzitása és a hallójárat keresztmetszete határozza meg. A hangintenzitás közvetlen mérése számos nehézségbe ütközik. Ezért a besugárzó hang munkavégzõ képességének jellemzésére a könnyen mérhetõ hangnyomásból egyszerûen számítható effektív hangnyomás négyzetet, illetve az ebbõl meghatározott hangnyomásszintet használjuk.
* A besugárzott hangnak fülünkre, a hallás mechanizmusán keresztül kifejtett fárasztó hatásánál figyelembe kell venni, hogy hallásunk nem egyformán érzékeny a különbözõ frekvenciájú hangokra. Az átlagos emberi hallás a ~20 Hz alatti és ~20kHz feletti hangokat már nem érzékeli. Az 500-5kHz közötti középmagas frekvencia tartomány irányából, ahol egyébként hallásunk a legérzékenyebb, a megjelölt szélsõ határfrekvenciák irányába hallásunk fokozatosan veszti el érzékenységét.
* A két elõbb említett jellemzõ mellett a harmadik legfontosabb igénybevételi tényezõ a hangbesugárzás idõtartama.
A hangbesugárzás hatására a fülben létrejött változások osztályozása egészségügyi szempontból:
* A hangbesugárzás hatására nem alakul ki károsodás. (A hangtér hasonló változása esetén fellépõ adaptációs idõtartamok a besugárzási idõ elõrehaladtával sem változik.)
* A besugárzás hatására halláskárosodás alakult ki, de a fül megfelelõ ideig tartó pihentetésével a hallóképesség az eredeti, sértetlen állapotába kerül vissza. (A hangtér hasonló változása esetén fellépõ adaptációs idõtartamok a besugárzási idõ elõrehaladtával meghosszabbodnak, ennek megfelelõen bizonyos küszöbértékek idõszakosan feljebb kerülnek.)
* A besugárzás hatására halláskárosodás alakult ki, amely pihenéssel már nem regenerálható, azaz a hallóképességben maradandó károsodás jön létre.
* A besugárzás hatására azonnali, teljes hallásvesztés alakul ki.
Azonos hangosságszint- vagy "phon" görbék
Adott hangnyomásszintû és frekvenciájú hangok hatására kialakuló hangosság érzet elsõ alapos vizsgálatát Fletcher és Munson végezték el.
A különbözõ frekvenciájú, azonos hangosságú tisztahangok meghatározására szolgáló mérési kialakítás vázlata
4.1. ábra
A vizsgálatok során adott hangnyomásszintû, 1000Hz frekvenciájú, tiszta hanggal megegyezõ hangossági érzetet keltõ, az 1000Hz-tõl eltérõ frekvenciájú hangok hangnyomásszintjeit mérték meg. Az azonos hangossághoz tartózó érték párokat egy frekvenciájú-hangnyomásszint diagramba tüntették fel. A különbözõ hangnyomásszintû 1000Hz-es alaphangokra meghatározott mérési pontok összekötésével kirajzolódó azonos hangosságszint görbéket az alábbi diagram foglalja össze. A vizsgálatok tették lehetõvé a hangosságszint (mértékegysége a phon) fogalmának bevezetését, amely szerint egy hang hangosságszintje a vele azonos hangosságú, 1000Hz frekvenciájú tiszta hang hangnyomásszintjével egyenlõ.
Az azonos hangosságszint-görbék
4.2. ábra
Az "A" (illetve B, C és D) szûrõvel súlyozott hangnyomásszint fogalma
Az emberi hallás érzékenységének Fletcher és Munson által kimutatott frekvenciafüggése alapján határozták meg az "A" (illetve B, C és D) súlyozó függvényeket, amely az emberi hallás frekvenciamenetéhez igazodva a mély hangokat levágja, a közepesen magas (1000-5000 Hz) frekvencia tartományt enyhén kiemeli, majd a viszonylag magas hangokat ismét levágja. Ezért a hangtér adott pontjában mért minden frekvencia összetevõt változtatás nélkül magában egyesítõ összhangnyomásszint jórészt a hangteret jellemzi, míg az "A" (illetve B, C és D) súlyozott összhangnyomásszint az emberi hallással megegyezõ súlyozása révén az adott hang által keltett hangerõsség érzetet adja meg. Így az "A" (illetve B, C és D) súlyozott összhangnyomásszint értékkel az emberi hallás szempontjából lehet zajokat minõsíteni. (Az "A" mellett a B, C és D szûrõk bevezetését a hallásérzékenység frekvencia menetének hangnyomásszint függõsége tette szükségessé.)
Az A, B, C és D szûrõk súlyozó értékei a frekvencia függvényében
4.3. ábra
11.5. A zajvédelem módszertani alapelvei
A zajszennyezés kialakulásának általános vázlata
5.1. ábra
A zajforrás csendesítésére adódó lehetõségek:
* A zaj az esetek többségében valamilyen szükséges tevékenység káros mellékterméke. A hangforrás teljesítményének csökkentése zajt okozó alaptevékenység teljesítményének csökkentésével. * A hangforrások számának csökkentése, gépcsoportok üzemidejének beosztásával. * Mechanikai zajoknál: - A rezgések okának megszüntetése. - Ütések, ütközések elkerülése, impulzus csökkentése, energia elnyelõk alkalmazása. - Forgó alkatrészek egyenetlen járása miatt kialakuló rezgés-gerjesztés megszüntetése a forgórész statikus és dinamikus kiegyensúlyozásával. - Egyenletes gördülõ felületek biztosítása. - Az egybefüggõ, akusztikailag jól sugárzó felületek nagy méretû felületek alkalmazásának elkerülése, rezgésszigetelése, kilyukasztása, merevítése, rezonáns viselkedés esetén elhangolása.. * Áramlás eredetû zajoknál: - A jellemzõ sebesség csökkentése. - Lüktetõ tömegáram bevezetés elkerülése. - Egyenletes áramlási feltételek biztosítása a szilárd testek felülete mentén, egyenletes megfúvás biztosítása, leválási buborékok kialakulásának elkerülése. - Nyírórétegek, keveredési zónák kialakulásának elkerülése. *Termikus eredetû zajoknál: - Egyenletes hõfelszabadulással járó feltételek biztosítása. - Láng instabilitások elkerülése. - Egyenletes üzemanyag és levegõ hozzávezetés biztosítása.
A zaj terjedésének megakadályozása:
Szabad térben: * Hangforrástól mért távolság növelése. * A hangforrás védett tér szempontjából legkedvezõbb sugárzási irányának kiválasztása. * Hangárnyékolás (nagyobb méretû hangforrások estén, például gyártelep, autópálya). * Tokozás (kisebb méretû hangforrások esetén).
Falakkal határolt térben belsõ hangforrás esetén: * Tokozás. * A hangforrást tartalmazó tér leválasztása elválasztó fallal. * A belsõ felület hangelnyelési tényezõjének növelése, a visszavert hangtér intenzitásának csökkentése érdekében.
Falakkal határolt térben külsõ hangforrás esetén: * A helyiséget határoló fal hanggátlásának növelése.
Csatornában: * A hangforrástól mért távolság növelése. * Keresztmetszet-változás és iránytörés beiktatása. * Lemezes hangelnyelõvel. * Reaktív tompítóval (például expanziós dob, üregrezonátor). * Megkerülõ-csõvel.
* A zajterjedés megakadályozásának általános eszköze az aktív zajcsökkentés.
Egyéni zajvédelem:
*Munkaszervezés révén a védett személy a lehetõ legkevesebb idõt töltse a zajos helyen. * Füldugó, fülvédõ használatával. * Kezelõfülke építésével.
---------