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.

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

L_ASmx  maksymalna wartość skuteczna poziomu dźwięku w dB skorygowana wg charakterystyki częstotliwościowej A ze stałą czasową Slow.
L_AF wartość skuteczna poziomu dźwięku w dB skorygowana wg charakterystyki częstotliwościowej A ze stałą czasową Fast.
L_AFmn minimalna wartość skuteczna poziomu dźwięku w dB skorygowana wg charakterystyki częstotliwościowej A ze stałą czasową Fast.
L_CPk wartość szczytowa (ang. peak) poziomu dźwięku, skorygowana wg charakterystyki częstotliwościowej C.
L_Aeq 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.
L_Aeq1s poziom dźwięku skorygowany wg charakterystyki częstotliwościowej A zmierzony w ciągu 1 sekundy.
L_AE 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.
L_AEX,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:

L_CMPk   = 10 log [max |p_C(t)| /p₀]²

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

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

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

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

Ekspozycja na dźwięk E_A:  wielkość wyrażona w paskalach do kwadratu razy sekunda, wyznaczana według wzoru:

E_A  =   ∫₀^T  [ p_A ( t) ]² dt

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

L_AE  = 10 log (  E_A  / p₀² T₀ )

gdzie:
T₀ - czas odniesienia równy 1s;