Akustyka - podstawy

Hałas

Hałasem nazywamy wszystkie niepożądane, nieprzyjemne i dokuczliwe dźwięki oddziaływujące na człowieka. Jako szkodliwy dla życia i zdrowia hałas jest uznawany za ważny czynnik decydujący o jakości środowiska.

Dźwięk

Fala akustyczna rozchodząca się w ośrodku sprężystym lub wrażenie słuchowe wywołane tą falą. Przyjmuje się, że człowiek słyszy dźwięki o częstotliwościach od 16 Hz do 20 kHz. Drgania o mniejszej częstotliwości to infradźwięki, a o wyższej ultradźwięki. Najłatwiej słyszalne są dźwięki o częstotliwości od 3 do 4 kHz. Fizycznymi aspektami dźwięku są: jego widmo, poziom, długość trwania dźwięku i zmiany w czasie.

Charakterystyki na rysunku poniżej przedstawiają krzywe czułości ludzkiego ucha w zależności od częstotliwości i poziomu głośności.

Poziom L(dB)
Termin oznaczający 10 logarytmów dziesiętnych ze stosunku kwadratu ciśnienia akustycznego do kwadratu ciśnienia odniesienia równego 2*10-5 Pa. Poziom odniesienia w przybliżeniu odpowiada najcichszemu dźwiękowi możliwemu do wykrycia przez ucho ludzkie. Im wyższy jest poziom dźwięku wyrażony w dB, tym głośniejszy jest sam dźwięk. Można przyjąć, że zmiana o 2 dB jest ledwo zauważalna, zmianę o 6 dB słychać wyraźnie, oznacza dźwięk dwukrotnie głośniejszy.

Częstotliwość f(Hz):
Odnosi się do zjawisk okresowych lub występujących cyklicznie, takich jak fala dźwiękowa. Częstotliwość takiego zjawiska określa ile razy powtarza się ono w ciągu jednej sekundy. Jednostką częstotliwości jest Hertz (Hz) odpowiadający 1 cyklowi na sekundę.

Charakterystyka częstotliwościowa ( krzywa korekcyjna ) A
Krzywa korekcyjna A jest odwróconą krzywą izofoniczną dla 40 fonów i stosuje się ją w pomiarach akustycznych, aby uwzględnić właściwości ucha ludzkiego (człowiek najlepiej słyszy w zakresie średnich częstotliwości, natomiast najgorzej dla niskich i wysokich). Wygląd krzywej korekcyjnej jest przedstawiony poniżej.

Miernik konwencjonalny:  miernik, w którym wielkością mierzoną jest poziom dźwięku wyznaczany metodą uśredniania wykładniczego;

Miernik całkująco-uśredniający:  miernik, w którym wielkością mierzoną jest równoważny poziom dźwięku;

Miernik całkujący: miernik, w którym wielkością mierzoną jest poziom ekspozycji na dźwięk;


Wyjaśnienie niektórych wielkości mierzonych w akustyce w sposób opisowy.

LAS   wartość skuteczna poziomu dźwięku w dB skorygowana wg charakterystyki częstotliwościowej A ze stałą czasową Slow.

LAmx  maksymalna wartość skuteczna poziomu dźwięku w dB skorygowana wg charakterystyki częstotliwościowej A.
LASmx   maksymalna wartość skuteczna poziomu dźwięku w dB skorygowana wg charakterystyki częstotliwościowej A ze stałą czasową Slow.
LAmn   minimalna wartość skuteczna poziomu dźwięku w dB skorygowana wg charakterystyki częstotliwościowej A.
LAFmn  minimalna wartość skuteczna poziomu dźwięku w dB skorygowana wg charakterystyki częstotliwościowej A ze stałą czasową Fast.
Lcpk  maksymalna wartość chwilowa (ang. peak) poziomu dźwięku, skorygowana wg charakterystyki częstotliwościowej C (bez uśredniania).
LeqT  równoważny poziom dźwięku. Jest to taki zastępczy stały poziom dźwięku w czasie T, który powoduje taki sam skutek energetyczny, co mierzony dowolnie zmienny dźwięk w tym samym czasie.
Leq1s  równoważny jednosekundowy poziom dźwięku.
Leq1smx   maksymalny równoważny jednosekundowy poziom dźwięku występujący w czasie pomiaru.
LAeq  równoważny poziom dźwięku odpowiadający czasowi narażenia Te skorygowany wg charakterystyki częstotliwościowej A.
LEX,8h   poziom expozycji na hałas odniesiony do 8 - godzinnego dnia pracy.
LAE  jest to taki zastępczy stały poziom dźwięku, który w czasie 1s spowodowałby skutek energetyczny równy temu, jaki powoduje dźwięk mierzony w czasie T, przy użyciu charakterystyki A.

Matematyczne przedstawienie wielkości akustycznych

Poziom ciśnienia akustycznego L:  wielkość wyrażona w decybelach, wyznaczana według wzoru:

L = 10 log ( p / p0 )2

gdzie:
p - zmierzona wartość skuteczna ciśnienia akustycznego wyrażona w paskalach,
p0 - wartość odniesienia ciśnienia akustycznego równa 2 × 10-5Pa;


Poziom dźwięku LAF:  poziom ciśnienia akustycznego skorygowany według jednej z trzech charakterystyk częstotliwościowych: A, C lub Z (nazywana również LIN) i uśredniony według jednej z dwóch wykładniczych charakterystyk czasowych: F (Fast = szybka = 125 ms) lub S (Slow = wolna = 1 s). Do oznaczania poziomu dźwięku stosuje się odpowiednio następujące symbole:  LAF, LCF, LZF, LAS, LCS, LZS;

Pierwsza litera w indeksie dolnym oznacza rodzaj charakterystyki częstotliwościowej, a druga charakterystyki czasowej.


Maksymalny poziom dźwięku LAFmx:  największa wartość poziomu dźwięku występująca w czasie obserwacji; do oznaczania maksymalnego poziomu dźwięku stosuje się odpowiednio następujące symbole:  LAFmx, LCFmx, LZFmx, LASmx, LCSmx, LZSmx;


Maksymalny poziom dźwięku C w czasie obserwacji LCpeak :  wielkość wyrażona w decybelach, wyznaczana według wzoru:

LCpeak   = 10 log [max |pc(t)| /p0]2

gdzie:
pc(t) - chwilowe ciśnienie akustyczne skorygowane według charakterystyki częstotliwościowej C, wyrażone w paskalach;


Równoważny poziom dźwięku A LAeq,T:    wielkość wyrażona w decybelach, wyznaczana według wzoru:

L   = 10 log {1/T ∫0T [pa(t) /p0]2 dt}

gdzie:
T - czas pomiaru wyrażony w sekundach;
t - zmienna całkowania reprezentująca czas;
pa(t) - chwilowe ciśnienie akustyczne skorygowane według charakterystyki częstotliwościowej A, wyrażone w paskalach;


Ekspozycja na dźwięk skorygowana wg charakterystyki częstotliwościowej A  EA:  wielkość wyrażona w paskalach do kwadratu razy sekunda, wyznaczana według wzoru:

EA  =   ∫0 [ pa ( t) ]2 dt


Poziom ekspozycji na dźwięk LAE wielkość wyrażona w decybelach, wyznaczana według wzoru:

LAE  = 10 log (  EA  / p02 T0 )

gdzie:
T0 - czas odniesienia równy 1s;