az ipari akusztika alapjai -...

1

Az ipari akusztika alapjai

Akusztikai alapismeretek

Hang: akusztikus energia, az egymáshoz csapódó molekulák ütközéseinek

sorozata. Kis amplitúdójú fizikai rezgés (A levegőben nyomásingadozás)

A hang jellemzői:

Frekvencia (f) [Hz]:

a nyomásnövekedések /

csökkenések száma

másodpercenként

Hullámhossz (λ) [m]:

amekkora távolságonként a

hullám megismétlődik

f = c / λ

A hang terjedési sebessége:

c = f x λ

Hang létrejöttéhez szükséges:

- Hangforrás

- Közvetítő közeg

- Érzékelő (hallgató)

Korbuly Sándor2

Az ipari akusztika alapjai

Akusztikai alapismeretek

Terjedési sebesség különböző anyagokban

c [m/s]

levegő 331 (0C°)

alumínium 6.300

acél 5.800

üveg 5.300

polisztirol 2.400

víz 1.500

ISO szerinti frekvenciasávok a

légtechnikában

Korbuly Sándor3

Megjegyzés

A hang terjedési sebessége a

levegőben a hőmérséklettől függ:

1 K emelkedés esetén

0,6 m/s-mal nő (és viszont)

Az ipari akusztika alapjai

Szubjektív akusztika

Korrigált hangnyomásszint (Lp) [dB(A); dB(B); dB(C)]

Frekvenciaszűrők az emberi hallás szerint korrigálnak: A szűrő < 55 dB

B szűrő 55…85 dB

C szűrő > 85 dB

Korbuly Sándor4

A zaj emberre gyakorolt hatásának

jellemzésére szabványosan az

A-hangnyomásszintet alkalmazzuk.

• Zajszint (NC) meghatározása frekvencia megoszlás alapján

Az ipari akusztika alapjai

5

Szubjektív akusztika

Az ipari akusztika alapjai

Hallásszint – Phon görbék (azonos hangnyomásszint érzet)

Kísérletek alapján

állapították meg – nincs

közvetlen összefüggés a

dB(A), NC és phon

görbékkel

Az emberi fül hangosság-

érzése frekvenciafüggő

A phon/NC/dB(A) görbék

a fül átviteli karakterisztika

függvényei.

Korbuly Sándor6

Szubjektív akusztika

Az ipari akusztika alapjai

Akusztikai alapismeretek

Hangosság

A hangosság a hangnyomás-, illetve a hangosságszinttel szemben lineáris

kapcsolatot biztosít az egyes összetevő k között és a hangosságérzetet

jellemző mennyiség. Jele N [son].

A hangosságszint rendszerhez kötött azonosítási pontja (egységnyi hangosság):

1 son = 40 phon

Hangosságszint [phon]

LN=40 + 10log2N

A hangosság a valóság érzetnek felel meg, lineáris mérték.

(1 son + 1 son = 2 son)

Korbuly Sándor7

Az ipari akusztika alapjai

Akusztikai alapismeretek

Hangteljesítmény : A zajforrás okozta energia kisugárzás a levegőben [W]

Hangnyomás

A hanghullámok okozta nyomásváltozás (a légköri nyomáshoz viszonyítva) [Pa]

Hallásküszöb: ~ 2x10 -5 Pa

Fájdalomhatár: ~ 20 Pa

A hangtér jellemzői nagy értéktartományt fognak át.

A hangnyomás gyakorlatban előforduló értékei Pa-ban 106 nagyságrend különbségűek.

A hangteljesítmény [W], a hangnyomással való négyzetes összefüggés miatt 12

nagyságrendet fog át.

A gyakorlatban ezért ezeket a mennyiségeket nem természetes egységben adjuk meg,

hanem szintekkel számolunk, decibelben, dB.Az érzékelés, az emberi hallásunk logaritmikus érzékenységű, az ún. szubjektív hangosság érzet a mennyiségek logaritmusával arányos. A szintek számolásakor használt mennyiségek mindig effektív értékek.

Korbuly Sándor8

Az ipari akusztika alapjai

Akusztikai alapismeretek

Hangteljesítményszint (Lw) : viszonyszám [dB]

Lw = 10log W/W0

W: aktuális hangteljesítmény [W]

W0: referencia hangteljesítmény 10 -12 [W]

Hangnyomásszint (Lp): viszonyszám [dB] :

Lp = 10 log(p/p0)2 = 20 log(p/p0)

p: aktuális nyomás [Pa]

p0: referencia nyomás 2x10 -5 Pa]

Hallásküszöb: ~ 2x10 -5 Pa ( 0 dB)

Fájdalomhatár: ~ 20 Pa (120 dB)

Korbuly Sándor9

Az ipari akusztika alapjai

Korbuly Sándor

Gyakorlati hangnyomásszintek

fájdalomküszöb

10

Az ipari akusztika alapjai

Korbuly Sándor

Összefüggés a hangnyomásszint és a

hangteljesítményszint között:

A: az a felület ahol a hangteljesítmény áthalad (m2)

A0: 1 m2

Intenzitás (I):

időegység alatt a felületen áthaladó energia

Intenzitásszint:

I0= 10-12 W/m211

Az ipari akusztika alapjai

Korbuly Sándor

Hangterjedés szabad térben

Pontsugárzók

Minden irányban azonos teljesítményt ad le, ha nincs

akadályoztatás: koncentrikus gömbfelületű

hullámfrontok

gömbfelület

r : a hangforrástól való távolság [m]

r0 = 1

dBr

rLL wp 11lg20

0

12

A = r2 4π

A0 = 1 m2 10 lg4π = 11

Az ipari akusztika alapjai

Korbuly Sándor

Irányítási tényezővel módosított intenzitás:

4/: térszögviszony – irányítási tényező (D)

A valós hangnyomásszint :

irányítási tag

ahol r a vizsgált pont távolsága a zajforrástól

D: irányítási tényező

Lw: a zajforrás hangteljesítményszintje

D=1-nél az irányítási tag 0dB

D=2-nél 3 dB

D=4-nél 6 dB

D=8-nál 9 dB

13

Az ipari akusztika alapjai

Korbuly Sándor 14

Akusztikai mérések

Zengőszoba

Süketszoba

• Hangnyomásszint változása a távolság függvényében

Az ipari akusztika alapjai

Ha a hangnyomásszint

r1 távolságban Lp (r1), akkor

r2 távolságban az Lp (r2)

hangnyomásszint:

Azonos hangteljesítmény a

távolság duplázásával 6 dB-

lel csökkenő hangnyomást

jelent

HangteljesítményHangnyomás

15

Az ipari akusztika alapjaiTermészetes csillapítás

Korbuly Sándor16

A levegő csillapító

hatása - ΔL

a hangforrástól való

távolság

és a frekvencia

függvényében

Az ipari akusztika alapjaiAkusztikai alapismeretek

Korbuly Sándor17

Az ipari akusztika

Korbuly Sándor

Légzaj

• ventilátorzaj (légcsatornába + ventilátorházon keresztül a

környezetbe)

- aerodinamika = f( nyomás, légmennyiség) => forgási, örvényzaj

- üzemi zaj => motor + meghajtás

• légcsatorna zaj: a légsebességből fakadó áramlási zaj (idomok)

• fojtócsappantyú okozta zaj

• befúvó- és elszívó elemek okozta zaj

Testzaj

Rezgő berendezés okozta zaj (kompresszor, szivattyú, ventilátor)

18

Zajforrások a klíma- és légtechnikában

19

1. Primer zajforrások:

ott keletkeznek, ahol a rendszerbe külső energia bevitel

történik (ventilátor, kompresszor, gázégő)

Terjedésük a légcsatorna hálózatban: - léghangként

- testhangként

A léghang a zajforrásból kilépve az áramló levegőben terjed tovább.

Terjedési sebessége a közeg sűrűségétől függ (clev < clégcsat.),

(a levegő áramlási irányától nem).

Léghang csillapítás: - légcsat. természetes csillapítása

- hangtompító (anyagok, szerkezetek)

beépítésével

Természetes csillapítás: - a légcsatorna falán keresztül távozó energia

- a hangenergia hővé alakul (súrlódás)

Hosszirányú csillapító hatás: a légcsatorna rezgésbe jön a léghang

hatására → hosszanti csillapítás (vékony lemeznél lesugárzás miatt kicsi, épített

csatornáknál magas).

A csillapítás kör keresztmetszetű csatornáknál < négyszög keresztmetszetűnél

Az ipari akusztika

Zajforrások a klíma- és légtechnikában

Az ipari akusztika

Korbuly Sándor

Léghang csillapítás

• Légcsatorna – szigeteletlen ~0

- belső szigetelés kialakítástól függő

• Elágazások

ΔL0 = -10 lg A0/A1

• Befúvó / elszívó elemek

(zajszigeteléssel ellátva)

20

Zajforrások a klíma- és légtechnikában

Az ipari akusztika

Korbuly Sándor

Kulisszás hangtompítóAnyaga: fém burkolat

Kulisszák: kasírozott szálas anyag (üveg- v. ásványgyapot)

Levegő áramlási irány

21

Zajforrások a klíma- és légtechnikában

Hangtompítók – rezgéstompítók

Hang elnyelési kritériumElnyelési mechanizmus (kinetikus energia – hőenergia)

-Porózus elnyelés (nyílt pórusú anyagok)

Az ipari akusztika

Hangtompítók - rezgéstompítók

Kiválasztás diagramból

1.) Csillapítandó dB és

frekvencia érték alapján kiválaszt

a táblázatból egy méretet

(ld. előbb)

2.) A diagramban ellenőrzi a

nyomásesést

3.) Ventilátornyomást korrigál

4.) Szükség esetén új méretet

választ - iteráció

Kivitel:- négyszög

- kör

keresztmetszetű

- egyenes

- sarok

- tisztítható

22

Zajforrások a klíma- és légtechnikában

Az ipari akusztika

Hangtompítás kültéri egységeknél

23

Zajforrások a klíma- és légtechnikában

Védőfal (visszaverés) Hangelnyelő felület (elnyelés)

Az ipari akusztika

Korbuly Sándor

Hangcsillapítás

Hangtompítók - rezgéstompítók

Hang elnyelési kritérium

Rezonáns elnyelés

Helmholtz rezonátor – rezonancia frekvenciához kötődik

aholc: hangsebességs: a nyílás felületel: a nyak hosszaV: a kamra térfogata

24

Az ipari akusztikaHangtompítók – rezgéstompítók – Helmholz rezonátor – Gabion szerkezet

25

26

Testhang kialakulása: rezgő tömeg (kompresszor, ventilátor,

szivattyú)

A fém(lemez) légcsatornák, csővezetékek

a rezgéseket továbbítják.

Csökkentése: rezgéscsillapítók a primer forrás és

légcsatorna/csővezeték közé.

Testhang érkezhet a függesztések révén is → testhang

szigetelés!

2. Szekunder zajforrások:

ott keletkeznek, ahol a levegő áramlása nyomásingadozást okoz.

(a kinetikus energia alakul át hangenergiává)

A légcsatorna hálózat minden elemén, ahol levegő halad át, zaj

keletkezik – sebességingadozás, örvényképződés, magas

légsebesség miatt.

Tervezéskor kerülni kell a leválásokat, örvényképződést okozó idomok,

nyomvonal kialakítását.

Az ipari akusztika

Zajforrások a klíma- és légtechnikában

Rezgéscsillapítási lehetőségek

Rezgés: alacsony frekvencia

Rezgéscsökkentés:

- rezgés szigetelés: két test közé helyezett

szigetelő réteg

- rezgés csillapítás: a rezgő rendszer tömegét fékezzük

(a rezgési energia felemésztése valamilyen módszerrel)

Csillapítás: - deformációval (belső súrlódás)

- csúszási súrlódással

•

Az ipari akusztika

Az ipari akusztika

Korbuly Sándor

Légtechnikai berendezések részegységei

Rezgéstompítók

28

Testzaj csillapítás: rezgéstompítók

Rezgéscsillapítási lehetőségek

Az ipari akusztika

Hűtőkörbe

építhető

rezgéstompító

(Anaconda)

Légcsatorna hálózatba építhető

vitorlavászon rezgéstompító

Csővezetékbe szerelt

rezgéstompító

Korbuly Sándor

Köszönöm megtisztelő figyelmüket

30

és további sok sikert!

Az ipari akusztika

Korbuly Sándor

Doppler effektus

Az észlelt hang magassága változik, ha a hangforrás és a megfigyelő egymáshoz képest mozog. Az észlelt hangmagasságváltozás annál nagyobb, minél nagyobb a relatív mozgás sebessége, minél gyorsabban változik a hangforrás és az észlelő közötti távolság.

v sebességgel mozgó hangforrásesetén az észlelt frekvencia:

v sebességgel mozgó megfigyelő esetén az észlelt frekvencia:

31