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.

LASmx  maksymalna wartość skuteczna poziomu dźwięku w dB skorygowana wg charakterystyki częstotliwościowej A ze stałą czasową Slow.
LAF wartość skuteczna poziomu dźwięku w dB skorygowana wg charakterystyki częstotliwościowej A ze stałą czasową Fast.
LAFmn minimalna wartość skuteczna poziomu dźwięku w dB skorygowana wg charakterystyki częstotliwościowej A ze stałą czasową Fast.
LCPk wartość szczytowa (ang. peak) poziomu dźwięku, skorygowana wg charakterystyki częstotliwościowej C.
LAeq równoważny poziom dźwięku skorygowany wg charakterystyki częstotliwościowej A. Jest to taki zastępczy stały poziom dźwięku, który powoduje taki sam skutek energetyczny, co mierzony dowolnie zmienny dźwięk w tym samym czasie.
LAeq1s poziom dźwięku skorygowany wg charakterystyki częstotliwościowej A zmierzony w ciągu 1 sekundy.
LAE poziom ekspozycji na dźwięk skorygowany według charakterystyki częstotliwościowej A. Jest to taki zastępczy stały poziom dźwięku, który w czasie 1s spowodowałby skutek energetyczny równy temu, jaki powoduje w zmierzonym czasie.
LAEX,8h poziom ekspozycji na dźwięk odniesiony do 8 - godzinnego dnia pracy.

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;


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

LCMPk   = 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:    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;
pA(t) - chwilowe ciśnienie akustyczne skorygowane według charakterystyki częstotliwościowej A, wyrażone w paskalach;


Ekspozycja na dźwięk 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;