W2-Akustyka-2012-po-3, Budownictwo, Akustyka budowlana
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
2.4. Propagacja d ź wi ę ku 2.4.1. Rozpraszanie, ugi ę cie i dyfrakcja Rozpraszanie fali d ź wi ę kowej nast ę puje na mikroniejednorodno ś ciach o ś rodka oraz na mikro- i makrowtr ą ceniach, jak równie ż skokach g ę sto ś ci. Polega ono na ró ż nokierunkowym odbiciu fal od tych elementów. „Przeszkody” powoduj ą ce rozproszenie fali d ź wi ę kowej: • w ciałach stałych – mikro/makroszczeliny, na granicach ziaren, mikro/makrowtr ą cenia • w cieczach – p ę cherzyki gazu, zawiesiny, • w gazach – cz ą steczki wody, zanieczyszczenia (pyły). -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 2 – ”Akustyka Budowlana”, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, prowadzący: dr hab. inż. Henryk Nowak, prof. PWr. 1 Ugi ę cie fali mo ż na tłumaczy ć wg zasady Huygensa, która mówi, ż e ka ż dy punkt czoła fali mo ż e by ć traktowany jako ź ródło nowej fali elementarnej. Ugi ę cie fali nabiera istotnego znaczenia w obecno ś ci przeszkód współmiernych z długo ś ci ą fali (a ≈ l ) i zachodzi tym silniej, im wi ę ksza jest przeszkoda w porównaniu z długo ś ci ą fali ( im wi ę ksza jest długo ść fali tym w wi ę kszym stopniu nast ę puje jej ugi ę cie na granicy przeszkody , co wpływa na barw ę d ź wi ę ku za przeszkod ą ). Uginanie si ę fali d ź wi ę kowej: 1 – przeszkoda, 2 – czoło fali przed przeszkod ą , 3 – czoło fali za przeszkod ą (fala uginaj ą ca si ę ),A – ź ródło fali elementarnej Promienie dwu ró ż nych fal przy ugi ę ciu si ę na przeszkodzie a – wymiar przeszkody -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 2 – ”Akustyka Budowlana”, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, prowadzący: dr hab. inż. Henryk Nowak, prof. PWr. 2 Zjawisko ugi ę cia fali akustycznej staje si ę bardziej zauwa ż alne przy przechodzeniu fali przez w ą sk ą szczelin ę , zwłaszcza gdy rozmiar szczeliny jest współmierny z długo ś ci ą fali. Ugi ę cie na dwóch stronach przeszkody i wynikaj ą ca st ą d interakcja fal ugi ę tych nosi nazw ę dyfrakcji . Przechodzenie fali d ź wi ę kowej przez szczeliny a) dla przypadku d < ¼ l , b) dla przypadku d ³ ¼ l , c) schemat do wzoru -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 2 – ”Akustyka Budowlana”, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, prowadzący: dr hab. inż. Henryk Nowak, prof. PWr. 3 Oznaczaj ą c przez g k ą t, jaki tworzy dwusieczna k ą ta z prost ą ł ą cz ą c ą kraw ę dzie szczeliny, mo ż na okre ś li ć k ą t ugi ę cia si ę fali z zale ż no ś ci: l sin g= d Ze wzoru wynika, ż e im w ęż sza jest szczelina tym wi ę kszy k ą t g ugi ę cia. Gdy szeroko ść szczeliny równa si ę długo ś ci fali, k ą t ugi ę cia wynosi p /2, co oznacza, ż e fale za szczelin ą rozchodz ą si ę we wszystkich kierunkach . Jest to warunek ekstremalny. Dalsze zmniejszenie szeroko ś ci szczeliny nie wpływa ju ż na k ą t ugi ę cia. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 2 – ”Akustyka Budowlana”, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, prowadzący: dr hab. inż. Henryk Nowak, prof. PWr. 4 2.4.2 Odbicie, załamanie i pochłanianie Fala d ź wi ę kowa przechodz ą c z jednego o ś rodka do drugiego, zgodnie z zasad ą Huygensa, podlega zjawiskom odbicia, pochłaniania oraz załamania. Odbicie i załamanie fali d ź wi ę kowej Uproszczony mechanizm przechodzenia fali d ź wi ę kowej przez przegrod ę I pad = I odb + I poch + I przen a 1 – k ą t padania wzgl ę dem normalnej do powierzchni granicznej a 2 - k ą t załamania wzgl ę dem normalnej do pow. granicznej j - k ą t padania równy k ą towi odbicia gdzie: a 1 , a 2 – k ą t fali padaj ą cej i załamanej c 1 , c 2 – pr ę dko ść fali padaj ą cej i załamanej -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 2 – ”Akustyka Budowlana”, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, prowadzący: dr hab. inż. Henryk Nowak, prof. PWr. 5 Odbicie fali d ź wi ę kowej - k ą t odbicia jest równy k ą towi padania. Kształt przeszkody wpływa na kształt czoła fali odbitej. Przeszkoda wkl ę sła skupia fale, wypukła je rozprasza, a płaska odbija fal ę bez zmiany kształtu jej czoła. Odbicie fali d ź wi ę kowej od powierzchni: a) płaskiej, b) wkl ę słej, c) wypukłej. Z – ź ródło d ź wi ę ku Zjawisko pokazane wy ż ej odgrywa du żą rol ę przy kształtowaniu akustyki wn ę trz urbanistycznych (muszli koncertowych, teatrów, amfiteatrów), jak te ż zwykłych hal przemysłowych. Zastosowanie, np. powierzchni wkl ę słych, mo ż e spowodowa ć nierównomierno ść pola akustycznego w danym pomieszczeniu poprzez skupianie fal odbitych na małej powierzchni, co prowadzi do lokalnego wzrostu nat ęż enia d ź wi ę ku. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 2 – ”Akustyka Budowlana”, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, prowadzący: dr hab. inż. Henryk Nowak, prof. PWr. 6 b – stosunek energii fali akustycznej odbitej od danej powierzchni do energii fali akustyczne padaj ą cej na t ę powierzchni ę . Współczynnik odbicia wyra ż ony jest nast ę puj ą co: Współczynnik odbicia d ź wi ę ku I E odb odb b = = I E pad pad gdzie: I – nat ęż enie d ź wi ę ku E – energia fali d ź wi ę kowej a – stosunek energii fali akustycznej pochłoni ę tej przez dana powierzchni ę do energii fali akustyczne padaj ą cej na t ę powierzchni ę . Współczynnik pochłaniania d ź wi ę ku Współczynnik pochłaniania wyra ż ony jest nast ę puj ą co: I E poch poch a = I E pad pad -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 2 – ”Akustyka Budowlana”, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, prowadzący: dr hab. inż. Henryk Nowak, prof. PWr. 7 Pochłanianie (absorpcja) zale ż y m. in. od: k ą ta padania (maksimum przy padaniu prostopadłym), chropowato ś ci, elastyczno ś ci i własno ś ci rezonansowych spr ęż ystej powierzchni. Współczynnik pochłaniania nale ż y do przedziału od 0 (powierzchnia doskonale płaska i twarda) do 1 (powierzchnia otwartego okna). Współczynnik przenikania d ź wi ę ku t – stosunek energii fali akustycznej przenikaj ą cej przez dana powierzchni ę do energii fali akustycznej padaj ą cej na t ę powierzchni ę . Współczynnik przenikania d ź wi ę ku wyra ż ony jest nast ę puj ą co: I E przen przen t = = I E pad pad -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 2 – ”Akustyka Budowlana”, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, prowadzący: dr hab. inż. Henryk Nowak, prof. PWr. 8 Dziel ą c wyra ż enie I pad = I odb + I poch + I przen przez nat ęż enie fali padaj ą cej otrzymamy: I I I poch przen odb 1 = + + b + a + t = 1 I I I pad pad pad W przypadku przegród budowlanych masywnych najcz ęś ciej cała intensywno ść d ź wi ę ku jest pochłoni ę ta ( t =0), czyli a + b =1. Współczynnik odbicia b jest zawsze uzupełnieniem a do jedno ś ci. t u ż ywa si ę wielko ś ci pochodnej zwanej izolacyjno ś ci ą d ź wi ę kow ą przegrody . W akustyce zamiast współczynnika przenikania d ź wi ę ku -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 2 – ”Akustyka Budowlana”, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, prowadzący: dr hab. inż. Henryk Nowak, prof. PWr. 9 2.5. Ilustracja graficzna wybranych poj ęć akustyki próg bólu, uszkodzenie słuchu 140 maszyny górnicze 134 hałas impulsowy (wybuch petardy) 130 prz ę dzarki, krosna 125 start odrzutowca (z odl. 100m) 120 walkman, młot pneumatyczny 120 dyskoteka, koncert 110 przejazd poci ą gu (100m) 105 stukanie młotkiem w metal 100 szkolny korytarz podczas przerwy 95 intensywny ruch uliczny 90 rozmowa podniesionym głosem 85 samochów osobowy (wewn ą trz) 75 biuro, rozmowa 65 tzw. biały szum (morze, drzewa) 50 biblioteka, szept 40 30 sypialnia tło "mocne" 20 16 na spadochronie oddech człowieka 10 0 granica słyszalno ś ci [dB] 0 50 100 150 Poziomy d ź wi ę ku od poszczególnych ź ródeł hałasu -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 2 – ”Akustyka Budowlana”, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, prowadzący: dr hab. inż. Henryk Nowak, prof. PWr. 10 - hałasy powoduj ą ce trwałe uszkodzenia - hałasy bezwarunkowo szkodliwe - hałasy szkodliwe - hałasy uci ąż liwe - hałasy denerwuj ą ce Krzywe równego poziomu gło ś no ś ci (jednakowej gło ś no ś ci) - izofony -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 2 – ”Akustyka Budowlana”, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, prowadzący: dr hab. inż. Henryk Nowak, prof. PWr. 11 Krzywe jednakowej gło ś no ś ci (izofony) ucha normalnego. Liczby przy krzywych oznaczaj ą poziom gło ś no ś ci w fonach (dB). -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 2 – ”Akustyka Budowlana”, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, prowadzący: dr hab. inż. Henryk Nowak, prof. PWr. 12 Zakresy cz ę stotliwo ś ci, poziomów nat ęż enia d ź wi ę ku i ci ś nie ń akustycznych d ź wi ę ków mowy i muzyki -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 2 – ”Akustyka Budowlana”, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, prowadzący: dr hab. inż. Henryk Nowak, prof. PWr. 13 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 2 – ”Akustyka Budowlana”, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, prowadzący: dr hab. inż. Henryk Nowak, prof. PWr. 14 3. Zasady rozprzestrzeniania si ę d ź wi ę ku 3.1. Rozchodzenia si ę d ź wi ę ku w przestrzeni otwartej Na otwartej przestrzeni fale d ź wi ę kowe rozchodz ą si ę jednakowo we wszystkich kierunkach , przy czym w miar ę oddalania si ę od ź ródła d ź wi ę ku intensywno ść tych fal ulega zmniejszeniu. Pole akustyczne to obszar przestrzeni, w której rozprzestrzeniaj ą si ę fale d ź wi ę kowe. Na wielko ść poziomu d ź wi ę ku w pewnej odległo ś ci od ź ródła (zało ż enie - ź ródło kuliste) maj ą wpływ nast ę puj ą ce czynniki: • odległo ść od punktu obserwacji • tłumienie d ź wi ę ku w powietrzu • zmiany temperatury w poszczególnych warstwach atmosfery • zmiany wilgotno ś ci powietrza, mgła, dym • wiatr • przedmioty stałe (przegrody urbanistyczne, np. ziele ń , budynki) • ukształtowanie terenu -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Wykład 2 – ”Akustyka Budowlana”, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej, prowadzący: dr hab. inż. Henryk Nowak, prof. PWr. 15 [ Pobierz całość w formacie PDF ] |