Meluntorjunta ELEC-E5640 1 Perusteet 7.9.2015 Valtteri Hongisto

Esitys aiheesta: "Meluntorjunta ELEC-E5640 1 Perusteet 7.9.2015 Valtteri Hongisto"— Esityksen transkriptio:

1 Meluntorjunta ELEC-E5640 1 Perusteet 7.9.2015 Valtteri Hongisto valtteri.hongisto@aalto.fi

2 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.2 Ääniaallon tunnusluvut tehollinen arvo ~ amplitudi eli huippuarvo ^ Aikariippuva signaali kulmataajuudella 2f Aikakeskiarvo Tehollinen arvo

3 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.3 Tasosuureet Tasosuureet lasketaan tehollisista arvoista Äänenpainetasop 0 =20 Pa sound pressure level, SPL ÄänitehotasoW 0 =1 pW sound power level IntensiteettitasoI 0 =1 pW/m 2 sound intensity level Värähtelysiirtymätasod 0 =1 pm Värähtelynopeustasov 0 =1 nm/s Värähtelykiihtyvyystasoa 0 =1 m/s 2

4 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.4 Hiukkasnopeus u hiukkasten edestakaisen värähtelyn nopeus eri asia, kuin aallon etenemisnopeus c eli vaihenopeus

5 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.5 Aallon eteneminen 1 dimensiossa heijastukseton äänikenttä: aallon etenemisnopeus=vaihenopeus, merkintä c –huoneen lämpötilassa 20 C ilmassa c 0 =343 m/s –c=(331.4 + 0.6T) m/s –T=lämpötila celsiusasteina Väliaineen akustinen ominaisimpedanssi Z (aaltovastus) Ilmassa Z 0 = 0 c 0 443 kg/m 2 s –ilman tiheys  0 =1.293 kg/m 3

6 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.6 Taajuus f [Hz] ja aallonpituus [m] Kuuloalue 20-20000 Hz Korva aistii myös voimakkaita infraääniä Puhe –100-10000 Hz Aallonpituus: missä –c = äänen nopeus, 343 m/s –f = äänen taajuus [Hz]

7 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.7 Äänten voimakkuuksien ja taajuusalueiden sijoittuminen kuuloalueeseen

8 Kuulokynnys Hongisto, Työterveyslaitos, 2014 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.8

9 9 Taajuusanalyysin teko Fast Fourier Transform FFT –kaistanleveys vakio Hz lukumäärä aina sama –meluntorjunnassa tarvitaan paljon harvemmin kuin prosenttikaistoja Prosenttikaistat –logaritminen kaistanleveys –käytetään meluntorjunnassa –terssit, 20, 25,..., 20000 Hz audioalue 32 kpl –oktaavit: 31, 63... 16000 Hz audioalue 10 kpl –f m keskitaajuus 100 Hz: terssikaista f l =89 Hz f u =112 Hz B=23 Hz

10 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.10 ISO 226 vakioäänekkyyskäyrät (loudness) Käyrät on määritetty yhtä äänekkäiksi koettujen siniäänesten perusteella A-painotus seuraa 40 phonin muotoa –IEC 61672:2003 C-painotusta käytetään jossain suurilla tasoilla

11 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.11 Nimelliskaistat, oktaavit ja terssit

12 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.12 A- ja C-taajuuspainotukset

13 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.13 Esimerkki: A-painotus liikennemelulle

14 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.14 Kahden äänilähteen interferenssi Meluntorjunnassa kiinnostavinta on aina tehollinen äänenpaine, koska äänenpainetaso lasketaan sen avulla. Interferenssissä tehollinen äänenpaine saadaan summaamalla äänenpaineet:

15 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.15 Interferenssin 3 tapausta 1.Ei-korreloivat äänilähteet: yleisin tilanne meluntorjunnassa 2.Korreloivat äänilähteet, identtinen vaihe: 1.esim. 2 pistelähdettä alle 0.25 päässä toisistaan 3.Korreloivat äänilähteet, vastakkainen vaihe: aktiivinen äänenhallinta

16 Kokonaisäänitasojen laskenta Ei-korreloivien äänilähteiden summakaavalla lasketaan myös kokonaisäänitasot, esim. L A tai L Z terssi- tai oktaavikaistojen arvoista Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.16

17 Ei korreloivat äänilähteet: dB-yhteenlasku Muistisäännöt: (0 + 0) dB = 3 dB (15 + 15) dB = 18 dB (0 + 20) dB = 20 dB (0 + 10) dB = 10.5 dB (0 + 6) dB = 7 dB (0 + 2) dB = 4 dB Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.17

18 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.18 Ei-korreloivat äänilähteet: taustamelukorjaus Melumittauksia häiritsee yleensä taustamelutaso Asia pitää huomioida myös melumallinnuksissa. Tarve: määrittää äänilähteen 1 taso L p,1 kun samalla kuuluu taustaääntä tasolla L p,2. Lähteet 1 ja 2 eivät korreloi. Yhteistaso L p,tot : Äänilähteen 1 taso:

19 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.19 Taustamelukorjauskäyrä

20 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.20 Keskiäänitaso eli ekvivalenttiäänitaso Meluntorjunnan raja-arvot koskevat yleensä ekvivalenttitasoa aikajaksolla T eli L Aeq,T Aikakeskiarvo Summamuoto:

21 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.21

22 Melumittauksen aikavakiot Fast-aikavakio juontaa juurensa 50- luvun viisarinäytön maksiminopeuteen Slow oli viisarin liikkeen seuraamista helpottava aikavakio Imp-aikavakion arveltiin ennustavan paremmin lyhyiden meluimpulssien kuulovaurioriskiä. Integrointi on epäsymmetrinen –nousuaikavakio 35 ms –laskuaikavakio 1500 ms 35 ms havaittiin liian hitaaksi. Nykyisin kuulovaurioriskin arvioinnissa peak-aikavakio; ilmaisee absoluuttisen huippuarvon: T1<50 s Fast vastaa hyvin myös äänekkyysaistimusta, jolle T1=100 ms Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.22

23 Melumittauksen aikavakiot Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.23 Lähde: S89-3430

24 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.24 Absorptio Absorptiosuhde Vaimennus heijastuksessa: Taajuusriippuvuus

25 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.25 Huoneen absorptioala Huoneessa useita eri materiaalipintoja i, jolla on pinta- ala S i ja absorptiosuhde  i Huoneen absorptioala on Absorptiosuhde on taajuusriippuva Yksikkönä m 2 -Sab tai pelkkä m 2 Yleisiä arvoja:

26 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.26 Huoneen jälkikaiunta-aika riippuu taajuudesta

27 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.27 Jälkikaiunta-aikoja, 500-1000 Hz Lontoon viemäriverkostossa paikka, jossa T=40 s

28 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.28

29 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.29 Ääniteho ja intensiteetti Ääniteho W [W] on äänilähteen tuottama kokonaisäänienergia aikayksikköä kohti [J/s]. W saadaan integroimalla p ja u yli pinnan S, jonka sisäpuolella äänilähde on Intensiteetti I [W/m 2 ] on ääniteho pinta-alayksikölle

30 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.30 Äänitehotaso Äänitehotaso L W : Vapaa kenttä: Mittauspinta-ala S [m 2 ] Kaiuntainen kenttä: W 0 =1 pW

31 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.31 Äänitehotason ja äänenpainetason yhteys Huoneen lämpötila riippuu –lämmitystehosta –huoneen häviöistä (huonekoko, eristys) –etäisyydestä –suunnasta Huoneen äänenpainetaso riippuu –äänitehotasosta –huoneen häviöistä (absorptioala) –etäisyydestä –suunnasta

32 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.32 Geometrinen leviämisvaimennus D pistelähde, vapaa kenttä Tunnettava äänitehotaso L W [dB] suuntakerroin k avaruuskulma  etäisyys äänilähteestä kuuntelupisteeseen r [m] Palloaalto kun k=1 ja =4

33 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.33 Avaruuskulma 

34 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.34 Suuntakerroin k Suuntakerroin k kulmassa  –intensiteetti kulmassa  –intensiteettikeskiarvo avaruuteen I k Suuntaindeksi L k [dB]

35 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.35 Savupiipun suuntaindeksejä L k [dB] Lähde: Halme&Seppänen, 2002

36 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.36

37 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.37 Geometrinen leviämisvaimennus viivalähde, vapaa kenttä Sylinteriaalto, kun k=1 Leviämisvaimennustermi on: Sylinteri- ja palloaallon vertailu kun sama äänitehotaso

38 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.38 Geometrinen leviämisvaimennus diffuusi äänikenttä Suora ääniKaiuntainen ääni

39 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.39

40 Absorptiovaimennus ilmassa Ympäristömelua mallinnettaessa geometrisen leviämisvaimennuksen lisäksi huomioidaan ilmakehässa tapahtuva absorptiovaimennus D atm Termillä on merkitystä –kaukana äänilähteestä –Suurilla taajuuksilla Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.40

41 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Huoneakustiikka.41 Diffraktio Este<< –Ääniaalto reiässä samassa vaiheessa –Reikä toimii pistelähteenä –Energiaa siirtyy esteen taakse tehokkaasti –Voimakas diffraktio Este>> –Vaihe vaihtelee reiän alueella –Osa äänestä läpi ilman vaikutuksia –Laidalle muodostuva pistelähde siirtää energiaa esteen taakse –Heikko diffraktio

42 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Huoneakustiikka.42 Este suurempi kuin aallonpituus

43 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Huoneakustiikka.43 Seinäkkeen äänenvaimennus vapaassa kentässä Lisäysvaimennus D [dB]: –L p1 äänenpainetaso ilman seinäkettä –L p2 seinäkkeen kanssa Vapaassa kentässä D –z on matkaero [m]

44 Aalto-yliopisto, Meluntorjunta ELEC-E5640. Perusteet.44 Käyrissä: h 1 =h 2 =x 1 =x 2 =1.2 m

45 Aalto-yliopisto. Meluntorjunta ELEC-E5640. Huoneakustiikka.45 Seinäkkeen lisäysvaimennus kaikuvassa huoneessa Tuotantotila 70x27x25 m 25x9 m kokoinen pesupaikka eristettiin 6 m seinäkkeellä Mittaus kaiuttimella ennen ja jälkeen seinäkkeen asennuksen: seinäkkeen vaimennus suurimmassa osassa tilaa vain 1-2 dB! Jos kuuntelu- pisteeseen muo- dostuva ääni koostuu pääosin huonekaiusta, ei sermillä saavuteta äänen- vaimennusta