W2-Akustyka-2012-po-3.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.

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

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.

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.

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:

sin

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.

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.

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.

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

odb

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:

poch

pad

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Wykład 2 – ”Akustyka Budowlana”, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej,

prowadzący: dr hab. inż. Henryk Nowak, prof. PWr.

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

przedziału

0 (powierzchnia

doskonale

płaska

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:

przen

pad

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Wykład 2 – ”Akustyka Budowlana”, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej,

prowadzący: dr hab. inż. Henryk Nowak, prof. PWr.

Dziel ą c wyra ż enie

I pad = I odb + I poch + I przen

przez nat ęż enie fali padaj ą cej otrzymamy:

poch

przen

odb

pad

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.

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

intensywny ruch uliczny

rozmowa podniesionym głosem

samochów osobowy (wewn ą trz)

biuro, rozmowa

tzw. biały szum (morze, drzewa)

biblioteka, szept

sypialnia

tło "mocne"

na spadochronie

oddech człowieka

granica słyszalno ś ci

[dB]

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.

- 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.

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.

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.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Wykład 2 – ”Akustyka Budowlana”, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej,

prowadzący: dr hab. inż. Henryk Nowak, prof. PWr.

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.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: