7/25/2019 8Sunetul

1/40

05.01.2016

CONTROLUL I REDUCEREAPOLURII

- poluarea sonor-CURS II/1

7/25/2019 8Sunetul

2/40

Peste 20% (mai mult de 80 mil. locuitori din mediul urban), din

populaia Europei sufer de afeciuni cauzate de zgomotul emis, multpeste limitele suportabilitii.

Ali peste 170 mil. locuitori din Europa, locuiesc n zone urbane cuemisii de zgomot care depesc limita de suportabilitate, provocndstress, tulburri psihice i auditive.

Prin efectele directe i indirecte produse asupra mediului i activitilor

sociale, poluarea sonorimpliccosturi din produsul intern brut al riloreuropene, estimat n limitele: 0,2% pnla 2 %.

7/25/2019 8Sunetul

3/40

1 Acustica fizici fiziologic

Domeniului acustic este caracterizat prin existena simultan a trei condiiiasociate:

EnergiaMediul depropagare

Receptorul

Orice prezenenergeticn naturare o formde manifestare sau este nsoiti deo componenta acustic (procesele mecanice, termodinamice, deplasarea unui fluid,transportul de energie electric, procesele chimice, etc.).

7/25/2019 8Sunetul

4/40

Mediul de propagare:

Practic, la scoaterea din echilibru a unui mediu elastic prin aport energetic extern,particulele acestuia vor ncepe soscileze.

Propagarea energiei acustice are loc numai n medii elastice

Aceste oscilaii iau forma unor rarefieri i comprimri succesive care se transmitn ntreg mediul sub formde unde

7/25/2019 8Sunetul

5/40

Fononul ?

Energia potentiala inmagazinata in atomi este de forma:

( )jiitot rrEpEp =

Cuanta oscilatorului armonic este redata prin relatia:

( ) += i jiii xxmm

pH 22

21

2

m masa atomica

p - moment cuantic Z(momentul clasic scalat cu factorul Lorentz)

x - pozitia relativa a atomului

7/25/2019 8Sunetul

6/40

g1Frecvena de dispersie [s-1x104]

Probabilita

teadedispersie[Px10]

Conturul de probabilitate al domeniului de

dispersie fonon acustic.

Variaa impedanei fononului acustic (2

grade de libertate).

7/25/2019 8Sunetul

7/40

Dacconsiderm canalizm o undsonorplan, putem calculadensitatea de energie folosind relaia

n care : w densitatea de energie acustic[J/m3]

I intensitatea acustic[W/m2]c viteza de propagare a undei sonore [m/s].

p presiunea acustic[N/m2]v viteza de propagare a particulei acustice [m/s]

densitatea mediului de propagare [kg/m3]

De asemenea, cunoscnd definiia impedanei acustice

Zc impedana caracteristica mediului de propagare [Ns/m3].

7/25/2019 8Sunetul

8/40

wc densitatea de energie acusticcineticwp densitatea de energie acusticpotenial

Nivelul densitii de energie acustic

7/25/2019 8Sunetul

9/40

t [s]

Fenomenul propagrii semnalului acustic pe suport ondulator, este caracterizat prin:

frontul de und: locul geometric alpunctelor atinse de perturbaie la unmoment dat;

suprafaa de und: loculgeometric al tuturor punctelor pe

direcia de propagare, careoscileazsimfazic;

lungimea de und: distana dintre doupunctesuccesive, care oscileazsimfazic

T

perioada T: timpul n care unda efectueazooscilaie complet

7/25/2019 8Sunetul

10/40

frecvena f- numrul de oscilaii complete efectuate n decurs de o secund.

numrul de undk numrul de oscilaii complete efectuate ntr-o secund

k

[m]

f

[Hz]

T

[s]

k

[m]

f

[Hz]

T

[s]

f1

c

2

T1

c

2k

Tc fc k2

T

2

f2

k

2

7/25/2019 8Sunetul

11/40

Ecuaiile propagrii undelor acustice

modelul trigonometric ),/(cos dctXx +=

d punctul atins de perturbaie la momentul t

modelul complex ,)sincos( jXx +=

- unghiul de fazal vectorului deplasare

,+t= - faza iniiala micrii

modelul unidimensional complex ,eB+eA=xd)+t(ckjd)t(ckj +

A - amplitudinea complex a undei de frecven f care se propag n direcia axei Oxpozitiv;B- amplitudinea complexa undei se propagn direciax-ilor negativi, cu aceeai vitez.

x

+

y

+

x=

t

c

12

2

2

2

2

2

2

2

2

7/25/2019 8Sunetul

12/40

Viteza de propagare a undei acustice

0

0kpc =

k- coeficientul adiabatic al mediului de propagare;

p0- presiunea mediului neperturbat

0- densitatea mediului neperturbat

0

Ec= E- modulul de elasticitate longitudinal

Legea a II-a a lui Newton pentru gaze i lichide

Pentru medii solide:

,t+1c=)t(c 0 c0este viteza sunetului la temperatura de 0

0C,

fiind coeficient de temperatur1/273,15.

7/25/2019 8Sunetul

13/40

Viteze aproximative n diferite medii de propagare.

3 353Lemn (esenmoale)

4 267Lemn (esentare)

5 182Oel

1 219Plumb

5 182Fier

3 658Sticl

3 048Beton

1 372Ap

344Aer

Viteza de propagare(m/s)

Materialul

7/25/2019 8Sunetul

14/40

Percepia emisiilor acustice, funcie de frecvena oscilaiei, difereniaztrei domenii:

Infrasunete cu frecvena sub 16 Hz

x

t [s]10

Sunete frecvena cuprinsn intervalul 16 Hz 16 kHz

Ultrasunete frecvena peste 16 kHz

Acustica fiziologic

7/25/2019 8Sunetul

15/40

Fiziologie acustic

Nervul

auditiv

Urechea extern Urechea internUrechea

medie

Pavilionul

Canale

semicirculare

Timpanul

Tubul lui EustachioFereastra oval

ciocan,nicoval,

scri

Anatomia organului auditiv uman.

7/25/2019 8Sunetul

16/40

Scoara cerebral;

zona auditivuluiFibre

nervoase

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Zona de receptare

a semnalului sonor.

Urechea extern Urechea medie Urechea intern

p0

ps

Sistem elastic:

amortizor-amplificator

Modelul mecanico-acustic ataat al mecanismului producerii senzaiei auditive, 1 plnieacustic, 2 tub acustic, 3 membran vibrant I, 4 sistem complex mecanic vibrant, 5 membran vibrant II, 6 camera de rezonan, 7 tub de rezonan, 8 receptorii semnaluluiauditiv, 9 bloc analizor spectral al sunetului complex, 10 transmiterea lanului de semnalesonore sub forma de impulsuri nervoase, 11 decodare semnal nervos i reconstituireasunetului.

7/25/2019 8Sunetul

17/40

Legea Weber Fechner: stabilete raportul existent ntre energia semnaluluiacustic i gradul de percepie

Unei variaii a intensitii semnalului I n progresie geometric

i corespunde o variaie a senzaiei auditive S recepionate

n progresie logaritmic

I;k=S

I

;S-S=S;I-I=I

0

0

.ln1

0I

I

kS=

7/25/2019 8Sunetul

18/40

nivelul de intensitate sonorNi: ,lg I

I

10=N 0i

nivelul de presiune sonorNp,lg

p

p20=

N 0p

Semnificativ

Evident

Notabil

Perceptibil la limit

7/25/2019 8Sunetul

19/40

Valori ale principalelor mrimi de referin, pentru determinarea niveluriloracustice

10-12JE0Energia

10-12J/m3W0Densitate de

energie

10-12 W/m2I0

Intensitate

10-12 WP0Putere

10-6 NF0For

10-6 m /s2a0Acceleraie

10-9 m /sv0Vitez

10-12 md0Deplasare

Toate mediile

10-6 Pap0PresiuneAlte medii dect aer( solid, lichid, etc.)

10-5 Pap0PresiuneAer

ValoriSimbolDenumire

Mrimea de referinMediul considerat

7/25/2019 8Sunetul

20/40

Nivele acustice i relaii de calcul.

10 lg ( E/E0)LENivel de energie9.

10 lg ( W/W0)LWNivel densitii de

energie8.

10 lg ( I/I0)LiNivelul intensitii7.

10 lg ( P/P0)LPNivel de putere6.

20 lg ( F/F0)LFNivel de for5.20 lg ( a/a0)LaNivel de acceleraie4.

20 lg ( v/v0)LvNivel de vitez3.

20 lg ( d/d0)LdNivel de deplasare2.

dB

20 lg ( p / p0)LpNivel de presiune1.

Unitate demsur

Relaia de referinSimbolSpecificaieNrcrt

7/25/2019 8Sunetul

21/40

nlimea sunetuluiReprezintnsuirea senzaiei auditive dupcare semnalele receptate pot fi grupatepe o scarcare cuprinde sunete joase pnla sunete nalte.

Tria sunetului Neste nsuirea senzaiei auditive legatde intensitatea acustica curbei de vibraiiexcitatoare, care permite ordonarea sunetelor pe o scar , de la "slabe" , la"puternice".

Este definitca fiind: numrul ce aratde cte ori sunetul sau zgomotul carese propag n faa unui asculttor audiologic normal, sub forma unei unde

plan progresive libere, este mai intens dect un sunet pur de 1000 Hz, avndun nivel de trie de 40 foni cruia i corespunde un nivel de presiune acusticde 40 dB

Nivelul de trie,

reprezintnivelul presiunii sonore al unei vibraii acustice de 1000 Hz, apreciat deun auditor otologic normal, ca avnd aceeai trie ca a sunetului considerat.

;)

p

p(lg20=

m

N102=p1000Hz;=f

0

25-

7/25/2019 8Sunetul

22/40

Tipuri de sunete

Sunetul pur

x

[m]

T

t[s] f0 f [Hz]

7/25/2019 8Sunetul

23/40

Sunetul muzical

Frecvena fundamental

armonica a 2-a

armonica a 3-a

armonica a 4-a

armonica a 6-a

f0 f [Hz]f2 f3 f4 f6

7/25/2019 8Sunetul

24/40

Zgomotul

este de asemenea un sunet complex n componena cruia ns prezenaarmonicilor este dens fiind poziionate foarte apropiate astfel nct se creeazsenzaia unui spectru continuu.

7/25/2019 8Sunetul

25/40

Rapid

Lent

7/25/2019 8Sunetul

26/40

Evaluarea unui sunet complex:

Evaluare globalprin o singurvaloare rspuns;

Evaluarea n benzi de frecven

Evaluare prin analiza spectrului oscilaiilor elementare care compun

semnalul sonor

7/25/2019 8Sunetul

27/40

Evaluare prin analiza spectrului oscilaiilor elementare care compun semnalul sonor

t [s]

x

?

Pentru a analiza un sunet complex sau un zgomot, este necesar evideniereacomponentelor din spectru. O caracteristicparticulara zgomotelor este densitatea

ridicati de cele mai multe ori neuniform distribuita armonicilor (componentelor),fapt ce limiteazposibilitile de analiz.Rezolvarea tehnica acestor impedimente, s-a concretizat prin introducerea analizei

n benzi de frecven, care acoperntreg domeniul sonor.

7/25/2019 8Sunetul

28/40

Frecvena [Hz]

Niveld

eamplitudine

[dB]

fcfti fts

b

,2 tits ff =

.titits fffb ==

.2 titstic ffff ==

.2

1=

=

c

titsr

f

ffb

7/25/2019 8Sunetul

29/40

1/1 octave

1/3 octave

fk

fk

fk+1

fk+3fk+1 fk+2

Spectrul de 1/1 octave i 1/3 octave.

Niveldepresiunesonor[d

B]

7/25/2019 8Sunetul

30/40

,12 Ttt +=

,)(sin)(cos)( 0= +==n

iii tiBtiAtfy

,

1

0

0

=

T

dtTA

.

2

=T

Cunoscndu-se modul de generare a semnalului (funcia f(t)caracteristic), se apeleazde regulla descompunerea n serie Fourie.

Semnalul complex descris de o funcie continu

n intervalul: [t1, t2], caracterizat prin:

Pornind de la seria trigonometricde forma:

Termenul constantA0se determincu relaia:

T este perioada, egalcu:

C fi i ii i i i i A i B d i l iil

7/25/2019 8Sunetul

31/40

=T

i dttitfT

A

0

,)(cos)(2

..)(sin)(2

0=T

i dttitfT

B

Coeficienii seriei trigonometriceAii Bise determincu relaiile:

Dezvoltarea n serie Fourie este frecvent aplicat la analiza zgomotelor, fiindagreat i pentru analiza unor semnale complexe localizate, dar i pentrurecompunerea unui sunet specific din componentele sale caracteristice.

E l l b l it iil d t i b l d t

7/25/2019 8Sunetul

32/40

Prag deaudibilitate pt.

zgomot continuu

Frecvena centraln banda

de octav [Hz]

Niveld

epresiuneso

nora

[dB]

Curbele caracteristice evalurii prin

criteriul de zgomot N.C.

Evaluarea global criteriile de zgomot i curbele de zgomot

7/25/2019 8Sunetul

33/40

Evaluarea global criteriile de zgomot i curbele de zgomot

Pragul in ferior de

percepie al unu i zgomot

continuu

Niveldepresiunesonor

[dB]

Frecvene centrale n banda de octav [Hz]

Curbele

caracteristice

criteriului de zgomotpreferenial P.N.C

7/25/2019 8Sunetul

34/40

Frecvena central [Hz]

Curbele de egal nivel de trie sonor Cz.

Nive

l de

presi

une

sonor n

band

a de

frecv

en

de

1/1

octave

[dB]

Niveldepres

iunesonor

nbenzidefrecven

7/25/2019 8Sunetul

35/40

C

A

B

D

B+C

A

D

Frecvena central n banda de 1/1 octave [Hz]

Deviaie

relati

v

fa

de

curb

a de

ponderare

[dB]

Deviaiedepresiunesonorf

ad

ecur

badeponderare[dB]

Curba de ponderare Aeste utilizatpentru evaluareazgomotelor care nregistreazi valori mai mici de 55dB., n benzi de frecven, avnd un domeniu deutilizare foarte larg. Este agreatprin norme naionalei internaionale la evaluare zgomotului industrial,urban i n transporturi terestre.

Curba de ponderare B caracterizeaz zgomotele a crordetaliere n banda de octav nregistreaz valori de nivel depresiune sonorcuprinse n domeniul 55 85 dB.

Curba de ponderare Ceste specificunor zgomote a cror componenten banda de frecvene de octavnregistreazvalori de nivel de presiunesonorde peste 85 dB.

Curba de ponderare D este destinat evalurii zgomotelor la care senregistreaz valori ale componentelor foarte nalte, fiind specific evaluriizgomotului aerian i a celui din perimetrul aeroporturilor.

7/25/2019 8Sunetul

36/40

7/25/2019 8Sunetul

37/40

Pentru conversia unui zgomot nregistrat n benzi de frecvenla valoarea rspunsdatde curbele de ponderare, se utilizeazrelaia:

+= 10/lglg10 1 FLL pixLxeste nivelul sonor raportat la curba de ponderare x;

Lpi

reprezintnivelul de presiune sonorcorespunztor frecvenei centrale i din banda de1/1 octave;

Ffiind factor de corecie, ale crui valori de referinpentru curbele de ponderare A, B i C

Valorile factorului de corecie F

-8,5-8,4-6,616000

-3,0-2,9-1,18000

-0,8-0,7+1,04000

-0,2-0,1+1,22000

00010000-0,3-3,2500

0-1,3-8,6250

-0,2-4,2-16,1125

-0,8-9,3-26,263

-3,0-17,1-39,431,5-8,5-28,5- 56,716

C[dB]

B[dB]

A[dB]

Curba de ponderare:

Frecvena[Hz]

7/25/2019 8Sunetul

38/40

Operaii cu decibeliAdunarea

+++= 101010 101010lg10

21 pnpp LLL

prL L

7/25/2019 8Sunetul

39/40

Exemplu:

7/25/2019 8Sunetul

40/40

Scderea

= 1010 1010lg10

fondtotLL

prL

Exemplu