Lydutbredelse og støy Grunnbegreper

Transkript

1 ydutbredelse og støy Grunnbegreer Byggforskserien Byggdetaljer Sending Generelt 01 Innhold Dette bladet gir kortfattede defi nisjoner og forklaringer å de mest grunnleggende begreene innenfor emnet lydutbredelse og støy. En del av begreene er forklart nærmere ved bruk av illustrasjoner og formler. 0 Henvisninger Standarder. NS 484 Akustikk Fysikalske og subjektive størrelser for beskrivelse av lyd eller støy i luft rns 817 ydforhold i bygninger Målinger av lydnivå fra tekniske installasjoner NS 8175 ydforhold i bygninger ydklasser for ulike bygningstyer NS-ISO 53 Akustikk Metode for beregning av hørestyrkenivå NS-EN ISO 66 Akustikk Prefererte frekvenser NS-EN ISO 38-1 Akustikk aboratorierøving av støyemisjon fra armatur og utstyr brukt i vannfor syningsanlegg Del 1: Målemetode ANSI S1. Criteria for evaluating room noise IEC Electroacoustics Sound level meters Part1: Secifi cations Byggdetaljer: Romakustikk og lydisolering. Grunnbegreer 1 yd og lydutbredelse 11 yd yd er hørbare svingninger som brer seg i et elastisk stoff (gass, væske eller fast stoff) når artikler i stoffet, å grunn av en kraftåvirkning, begynner å svinge om sin likevektstilstand. Svingningene brer seg i form av bølger, se kt. 1. Øret ofatter lyd ved at trommehinnen blir satt i bevegelse å grunn av lydbølger i lufta, som stammer fra en lydkilde. De hørbare endringene av lufttrykket omkring atmosfæretrykket kalles luftlyd, se fi g. 11. Svingninger i faste stoffer innenfor hørbart område kalles strukturlyd. Se også kt.. 1 ydutbredelse bølgeformer 11 Generelt. ydbølger brer seg i elastiske stoffer. Det ostår ulike bølgeformer avhengig av utbredelsesstoff og måten utbredelsesstoffet blir satt i svingninger å. ydbølger i luft forlantes som trykkbølger, se kt. 1, mens lydbølger i faste stoffer forlantes som bøyningsbølger, se kt. 13. Fig. 11 Plan lydbølge Energiforlantningen over avstander er uten ermanent forfl ytting av stoff, det vil si at stoffets artikler svinger om sine likevektsosisjoner. Bølgefronten er en fl ate eller en linje gjennom de unktene i et bølgefelt hvor svingningene alltid er i samme fase (svinger likt). 1 Trykkbølger ostår i gasser og væsker ved at artiklene i stoffene forandrer volum uten å rotere. En trykkbølge er en longitudinalbølge, det vil si at utsvingningsretningen i ethvert unkt er lik forlantningsretningen, se fi g. 11. En trykkbølge hvor bølgefrontene overalt er arallelle lan, kalles en lan bølge. I en lan bølge varierer feltet i bare én retning (langs én koordinat), se fi g. 1 a. En trykkbølge hvor bølgefrontene er konsentriske kuleflater, kalles en sfærisk bølge, se fi g. 1 b. I udemede sfæriske bølger vil utsvinget variere omvendt roorsjonalt med avstand fra kilden. I stor avstand fra kilden vil sfæriske bølger være tilnærmet lane. 13 Bøyningsbølger er bølger hvor utsvingningsretningen er loddrett å forlantningsretningen, og hvor stoffet utsettes for bøyningskrefter, se fig. 13. Et sesialtilfelle av bøyningsbølger er transversale bølger. Transversale bølger omfatter dessuten skjærbølger og torsjonsbølger. En bøyningsbølge i for eksemel en late kan forårsake trykkbølger i lufta omkring. Ettertrykk forbudt Norges byggforskningsinstitutt Postboks 13 Blindern, 0314 Oslo Tlf

2 Frekvens, f Svingningens frekvens, f (Hz = 1/s), angir antall svingninger er sekund. 1 f = T (Hz) Det hørbare frekvensområdet ligger mellom 0 og Hz. Infralyd er lyd i frekvensområdet under 0 Hz. UItralyd er lyd i frekvensområdet over Hz. 3 Amlitude Amlitude er maksimumsverdien ved en sinusformet svingning eller bølge, se fi g. 3. Fig. 1 a og b Snittene viser bølgefrontene for longitudinalbølger a. Plan longitudinalbølge b. Sfærisk longitudinalbølge Fig. 3 Eksemel å amlitude Amlituder angis oftest med en hatt (^) over funksjonssymbolet. 4 Bølgelengde, λ Bølgelengden, λ (m), er avstanden i forlantningsretningen mellom to unkter som svinger likt (i fase), se fi g. 4. Fig. 13 Plan bøyningsbølge i late Enheter for lydbølgebeskrivelse 1 Periodetid, T Bølgene forlantes ved at artiklene i stoffet svinger om sin likevektstilstand. Periodetiden, T (s), er tidsintervallet mellom hver gang et svingebilde gjentar seg selv, se fig. 1. Ved lydbølger vil det si tidsintervallet mellom hver fortynning (fortetting), se fi g. 11. Fig. 4 Eksemel å bølgelengde 5 ydhastighet, c ydhastigheten, c (m/s), er forlantningshastigheten for lydbølger. Forlantningshastigheten er den hastigheten som energien i en bølge forlanter seg med. I luft er lydhastigheten lik for alle frekvenser: ca. 340 m/s ved 0 C. Formelen for lydhastighet i luft er: c 1,4 P ρ 331,4 + 0,6 t (m/s) hvor P er barometertrykket, ρ er luftens tetthet og t er teme raturen i C. Sammenhengen mellom lydhastighet, c, bølgelengde, λ, og frekvens, f, er: Fig. 1 Eksemel å eriodetid, T, for en eriode c = λ f (m/s)

3 Fasehastighet, c B Fasehastigheten, c B, er hastigheten i en sinusformet bølge. Når fasehastigheten er uavhengig av frekvensen, er den i bølgens retning lik forlantningshastigheten (for eksemel lydbølge i luft). Formelen for fasehastighet i en lan, tynn, homogen late (bøyningsbølge, se fi g. 13) er: 3 Filter og båndbredder 31 Filter Et fi lter overfører energi i aktuelt frekvensbånd (mellom f 1 og f, se kt. 3), og har sterkt redusert overføring ved de øvrige frekvensene, se fi g. 31. c = πf 4 B B m (m/s) hvor: f er frekvens (Hz) B er stivhet er enhetsbredde (Nm) m er masse er fl ateenhet (kg/m ) 7 Toner Toner er sammensatt av mange frekvenser. ydtrykkvariasjonene for en tone er eriodiske funksjoner av tiden, se fi g. 7 a. Et slikt eriodisk tidsforlø kan saltes i en rekke harmoniske svingninger hvor overtonens frekvens er hele multila av grunntonens frekvens. En rentone består av en enkelt frekvens. ydtrykket er en sinusformet funksjon av tiden, se fi g. 7 b. En rentone betegnes også harmonisk svingning. Fig. 31 Filter i rinsi 3 Frekvensbånd 31 Grensefrekvenser, f 1 og f. Et frekvensbånd er området mel lom to angitte frekvenser i fi ltret; øvre, f, og nedre, f 1, grensefrekvens (Hz). 3 Senterfrekvens, f s. Filtrets lassering i frekvensskalaen angis ved senterfrekvens, som er et geometrisk middel av grensefrekvensene. f s = f1f1f f (Hz) 33 Båndbredde, f, er differansen i frekvens mellom øvre og nedre grensefrekvens for et fi lter. f = f - f 1 (Hz) Fig. 7 a Eksemel å tone 34 Relativ båndbredde er forholdet mellom båndbredden og senterfrekvensen til et fi lter. 35 Oktav(-bånd) er frekvensbånd hvor forholdet mellom øvre og nedre grensefrekvens er : 1. Figur 35 viser en del standardiserte oktaver med tilhørende senterfrekvenser som skal brukes ved akustiske målinger. Med oktav i forbindelse med fi ltrert lyd menes oktavbånd. Relativ båndbredde for en oktav er f / f s 0,71 Hz. Fig. 35 Standardiserte grensefrekvenser, 1/3-oktaver og oktaver med senterfrekvenser. Fig. 7 b Eksemel å ren tone 36 1/3-oktav(-bånd) er frekvensbånd hvor forholdet mellom øvre og nedre grensefrekvens er 3 : 1. 1/3-oktavene deler oktavene i tre. Figur 35 viser standardiserte 1/3- oktaver med tilhørende senterfrekvenser som skal brukes ved akustiske målinger.

4 /3-oktav i forbindelse med fi ltrert lyd betyr 1/3-oktavbånd. Ved akustiske målinger brukes vanligvis de 16 første 1/3- oktavene ( Hz). Det er vanlig å inkludere 63 Hz oktavbåndet ved mange bygningsakustiske målinger med 1/3-oktavbåndene 50, 63 og 80 Hz. Relativ båndbredde for 1/3-oktav f / f s 0,3 Hz. 4 ydtrykk og lydtrykknivå 41 ydtrykket er momentanavviket fra barometertrykket, fram- brakt av en lydbølge. Figur 41 viser eksemel å hvordan lydtrykket,, varierer omkring barometertrykket, P. 33 Frekvenssektrum Et frekvenssektrum angir lydens frekvenssammensetning. Frekvenssekteret framstilles som lydtrykknivå innen et antall frekvensbånd som dekker aktuelt frekvensområde, se fi g. 33 a, eller som en kontinuerlig funksjon av frekvensen, for eksemel målt med et «glidende» fi lter med enten konstant båndbredde i Hz eller konstant relativ båndbredde, se fi g. 33 b. Fig. 41 Variasjon av lydtrykket omkring barometertrykket Fig. 33 a Frekvenssektrum ydtrykknivået innen frekvensbånd angis ved senterfrekvensene 4 ydtrykknivået, (db), er 0 ganger logaritmen til forholdet mellom effektivverdien av lydtrykket, eff, og et referanselydtrykk, 0. eff 0 = 0 log eff 0 (db re 10-5 Pa) Referanselydtrykk i luft er: 0 = 10-5 Pa = 10-5 N/m = 10-4 mikrobar Fig. 33 b Frekvenssektrum ydtrykknivået angis som en kontinuerlig kurve. Effektivverdien, eff, er roten av middelverdien av kvadrerte momentanamlituder over et gitt tidsintervall, se fi g. 4. Effektivverdien brukes blant annet ved lydtrykkmålinger fordi lydtrykket veksler mellom luss- og minusverdier. Et oktavnivå er lydtrykknivået innen et frekvensbånd å 1 oktav, og tilsvarende er et 1/3-oktavnivå lydtrykknivået innen et frekvensbånd å 1/3-oktav. 4 ydtrykk, lydenergi og lydeffekt 41 Desibel En desibel (db) er lik en tiendedels bel. Bel er enheten for logaritmen (grunntall 10) til forholdet mellom to effektverdier (eller energiverdier). log 1 gir antall bel og10 log 1 gir antall desibel I akustikken brukes db å to måter: angivelse av forholdet mellom to størrelser angivelse av absoluttstørrelse ved at man angir forholdet til en referanseverdi. Betegnelsen blir da nivå. Fig. 4 Illustrering av effektivverdibegreet 43 Midlere lydtrykknivå, (db), er romlig midlet effektivverdi av lydtrykket. Ved små variasjoner over rommet kan lydtrykknivået midles direkte (aritmetisk middel).

5 n i i= 1 n 0 (db re 10-5 Pa) hvor: i er effektivverdien av lydtrykket i et unkt i rommet (Pa) 0 er referanselydtrykk 10-5 Pa n er antall måleunkter 44 ydtrykknivådifferansen, D (db), er differansen mellom midlere lydtrykknivå i sender- og mottakerrom, se fi g. 44, og angis ved de aktuelle senterfrekvensene. ydtrykknivådifferansen benyttes også utendørs og mellom ute og inne. D = S - M der S og M er midlere lydtrykknivå i henholdsvis senderog mottakerrom. ydintensitetsnivået, I (db), er ti ganger logaritmen til forholdet mellom lydintensiteten, I, og referanse intensiteten, I 0. I en enkel, lan lydbølge i luft er lyd intensitetsnivået tilnærmet lik lydtrykknivået. I I I der I 0 = 10-1 /m 0 (db re 10-1 /m ) 46 Direktivitet Direktivitet er retningsavhengighet overfor innstrålt eller utstrålt lyd, og angis ved: direktivitetsfaktoren, Q (ubenevnt), som er kvadratet av effektivt lydtrykk i hovedretningen i forhold til kvadratet av midlere effektivt lydtrykk. Eventuelt brukes forholdet mellom intensitetene. Midlere effektivt lydtrykk (ev. midlere intensitet) beregnes ut fra utstrålt lydeffekt. direktivitetsindeksen, Q (db), som er direktivitetsfaktoren i db-skalaen. retningsdiagram som angir lydtrykknivået i en retning i forhold til hovedretningen, se fig. 46. Retnings diagrammet resenteres oftest grafi sk for gitte frekvenser. Fig. 44 Måling av lydtrykknivådifferansen mellom sender- og mottakerrom 43 ydenergi og lydenergitetthet, E ydenergi er lydens samlede kinetiske og otensielle energi (joule) i et gitt volum. ydenergitettheten, E (joule/m 3 ), er energi er volumenhet i et område i et lydfelt. Fig. 46 Retningsdiagram (olardiagram) for kilde med utstrålt akustisk effekt,. engden av vektoren θ angir lydtrykknivået i retning θ. 44 ydeffekt,, og lydeffektnivå, ydeffekt, (watt, ), eller akustisk effekt er lydenergi er tidsenhet gjennom en gitt fl ate. ydeffekt fra en kilde er samlet lydenergiutstråling er tidsenhet fra kilden. ydeffekten er roorsjonal med kvadratet av effektivverdien av lydtrykket, se kt. 4. ydeffektnivået, (db), er ti ganger logaritmen til forholdet mellom lydeffekten,, og referanseffekten, 0. 0 der 0 = 10-1 (db re ydintensitet, I, og lydintensitetsnivå, I ydintensiteten, I (/m ), er den energien som er tidsenhet asserer en fl ateenhet normalt å lydbølgens retning, det vil si effekt er fl ateenhet. -1 ) 5 Støy og lydnivåer 51 ydofatning 511 Hørestyrkenivå, eventuelt hørenivå (hon). Ettersom ørets følsomhet varierer med frekvensen, er det lagd en honskala som tar hensyn til dette. Når et øre bedømmer lyder med ulike frekvenser til å være like sterke, får de samme honverdi (det vil si hørestyrkenivå). Hørestyrkenivå kan beregnes etter metoder i NS-ISO Hørestyrke (son) er et mål for subjektiv lydstyrke. 40 hon er valgt lik 1 son. Fordobling av sontallet betyr at lyden bedømmes som dobbelt så sterk. En økning å 10 hon gir omtrent fordoblet sontall. 513 Frekvensveiekurve er hørselbetinget veiing av et frekvenssektrum slik at de frekvensområdene hvor hørselen har høy følsomhet tillegges forholdsmessig høyere vekt enn områder hvor følsomheten er lav. Frekvensveiekurve A

6 brukes i stor utstrekning ved bedømmelse av sjenerende og hørselskadelig støy og innebærer en hørselsbetinget veiing av et frekvenssektrum, slik at de frekvensområdene hvor hørselen har høy følsomhet tillegges forholdsmessig høyere vekt enn områder hvor følsomheten er lav. Frekvenskurve Z er fl at og vektlegger alle frekvenser likt. Se fi g Bakgrunnsstøy er den resterende støyen når alle kontrollerbare lydkilder er fjernet. Betraktes støy eller lyd fra en enkelt kilde sesielt, vil bakgrunnsstøyen være bidraget fra alle andre kilder. 54 Støytall, NR (db). NR-kurvene er blitt videreført og erstattet av RC- og NCB-kurver, men er fremdeles i bruk. Oktavnivåene sammenliknes med standardiserte støytallkurver. Støytallet settes lik verdien av den høyeste støytallkurven som sekteret tangerer, se fi g. 54. RC-kurver (Room Criterion) reresenterer en forenkling av NR-kurvene, men metoden gir retningslinjer for vurdering av balansen mellom lav-, mellom- og høyfrekvente komonenter i støyen fra tekniske installasjoner. Metoden er i sin helhet beskrevet i ANSI S1.. NCB-kurver (Balanced noise criteria) er en videreføring av NR-kurvene. På basis av NCB-kurvene kan man foreta en vurdering av støyen med hensyn til taleforståelighet i rommet og av eventuelle sesielt forstyrrende lavfrekvente (< 500 Hz) og høyfrekvente (> Hz) komonenter. Metoden er i sin helhet beskrevet i ANSI S1.. Fig. 513 IEC-standardiserte veiekurver A, C og Z 5 Støy 51 Begre. Støy brukes synonymt med larm, altså lyd som forstyrrer stillhet eller ønsket lydofattelse og er en belastning eller er helsefarlig. Støy kan defineres som uønsket lyd. Det er umulig å skille måleteknisk mellom ønsket og uønsket lyd. Betegnelsen støy brukes derfor helst ikke i samband med fysiske størrelser. 5 ydisolasjonsmålinger. Ved lydisolasjonsmålinger brukes lydsignaler av statistisk natur som bare kan angis ved et kontinuerlig frekvenssektrum, se fig. 5 a. I Norge brukes fi ltrert rosa støy ved lydisolasjonsmålinger, se fi g. 5 b. Fig. 5 a yd av statistisk natur Fig. 54 Støytallkurver Eksemel å frekvenssektrum med støytall NR = 45 db NR-kurvene var standardisert i ISO/R 1996 Acoustics Assessment of noise with resect to community resons (utgått) 55 Støydose er et mål for samlet støy over tid. Dose dividert med tid gir en ekvivalent verdi; i db-skala et ekvivalentnivå. Fig. 5 b Rosa støy Nivåene er konstante innen oktavbånd og 1/3-oktavbånd fordi bredden å frekvensbåndene øker tilsvarende fallet i effekten. Effekten er omvendt roorsjonal med frekvensen, sektret faller 3 db er oktav. 53 ydnivåer 531 Definisjon. ydnivåer, A (db(a)), C (db(c)) osv., er lydtrykknivåer målt med frekvensveiekurver, se kt Benevnelsen db(a) vil si et A-veid lydtrykknivå (lydnivå A). 53 Maksimalt lydnivå, A,maks. (db(a)), er det høyeste lydnivået i en registreringseriode. Ved angivelse av maksimalt lydnivå må også instrumentdemingen alltid angis.

7 Instrumentdemingen er et mål for hvor hurtig viseren å instrumentet følger med fl uktasjonene. 533 Ekvivalent (kontinuerlig) lydnivå, Aeq,T (db(a)), er et tidsmiddel for varierende lydnivåer, se fig Hvis effektivverdien måles over lang tid, kan man beregne energiekvivalent lydnivå. T i Aeq,T er tiden det er midlet over. A-veid 4 timers ekvivalent lydtrykknivå angis som Aeq,4h. Utregning av Aeq,T i db(a) er: Aeq,T T 1 10 T 0 A 10 dt (db(a)) der T er registreringseriode og A er A-veid lydtrykknivå. For en støy som er konstant over hele døgnet, får vi for eksemel forholdet den Aeq,4h + 6,4 db. Forholdet komliseres imidlertid ved at lydnivået fra aktuelle utendørs kilder har ulik døgnfordeling. Ytterligere komlikasjon er at den og natt defi neres som årsmiddelnivå under reelle meteorologiske forhold. 535 Maksimalt imulslydnivå, A(l) (db(a,i)), er maksimalt lydnivå med instrumentdeming «imuls». ydnivået brukes i forbindelse med beregninger og målinger av støy fra skytebaner. 536 Normert lydnivå fra taearmatur, a (db(a)), er en karakteristisk verdi for støyemisjonen fra en gitt armatur. Den gir muligheter for direkte sammenlikning av armaturer. A-veid lydtrykknivå fra taearmatur er målt etter NS-EN ISO Se fi g Fig. 538 Måling av lydnivå fra taearmatur Fig. 533 Ekvivalent lydnivå i tiden T basert å virkelig lydnivå i henholdsvis tiden T og T/ 534 ydnivå fra utendørs støy. De nye måle størrelsene for utendørs støy som benyttes i EUs rammedirektiv om støy i miljø [61], er den («day-evening-night level», det vil si dagkveld-natt nivå) og natt (db(a)). Sannsynligvis vil enhetene etter hvert bli brukt generelt for beskrivelse av utendørs lydforhold fra transortkilder som vei-, jernbane og flytrafikk, men også fra andre utendørs lydkilder. I rinsiet er dette også såkalte A-veide ekvivalente lydtrykknivåer, men den gir et 5 db tillegg å lydnivået dersom støyen forekommer å kveldstid og et 10 db tillegg dersom støyen forekommer om natta. Dersom det defi neres en 1 timers lengde å dagen (07 19), 4 timers lengde å kvelden (19 3) og en 8 timers natt (3 07), er den (db(a)) gitt ved uttrykket: den 1 = 10 log 10 4 dag kveld natt Referanser 61 Utarbeidelse Dette bladet er revidert av Sigurd Hveem. Bladet erstatter deler av blad med samme nummer og deler av Byggdetaljer og utgitt i Fagredaktør har vært Britt Galaasen Brevik. Faglig redigering ble avsluttet i november itteratur 61 Directive 00/49/EC of the Euroean Parliament and of the Council of 5 June 00 relating to the assessment and management of environmental noise Declaration by the Commission in the Conciliation Committee on the Directive relating to the assessment and management of environmental noise Størrelsen natt er lik det A-veide ekvivalente lydtrykknivået om natta, men uten tillegg. Kveldserioden kan forkortes med 1 timer og natten eller dagen forlenges tilsvarende. Døgnfordelingen er lik for alle støykilder.

8