IA_ cwiczenie 1_LEQi..
Transkrypt
IA_ cwiczenie 1_LEQi..
1/5 MW Ćwiczenie Nr 1 Dr inż.Tadeusz Wszołek [email protected], \\galaxy.uci.agh.edu.pl\~twszolek [email protected] – adres do wysyłania sprawozdań! Inżynieria akustyczna, Miernictwo wibroakustyczne Ćwiczenie nr 1. Badanie własności sygnałów akustycznych w dziedzinie czasu – zastosowanie poziomów LEQ i SEL w badaniach hałasu drogowego. 1. Wprowadzenie Podstawowe wielkości mierzalne hałasu zostały znormalizowane i zamieszczone w normie PN ISO 1996-1,2,3. Wielkości te zostały przyjęte jako obowiązujące w większości (jeśli nie we wszystkich) krajach świata. Poziom ciśnienia akustycznego: 2 ⎛ p ⎞ p L p = 10 log10 ⎜⎜ ⎟⎟ = 20 log10 p0 ⎝ p0 ⎠ (1) 1.1. Parametryzacja sygnału akustycznego w dziedzinie częstotliwości Poziom dźwięku A. Odpowiada krzywej jednakowej słyszalności 40 fonów. Fon jest miarą głośności i równa się liczbowo poziomowi ciśnienia akustycznego tylko dla tonu prostego o częstotliwości 1000 Hz. Rys.1. Przebiegi podstawowych filtrów częstotliwościowych stosowanych przy pomiarach sygnału akustycznego Filtra A – Stosuje się do zdecydowanej większości pomiarów wskaźnika hałasu w środowisku i na stanowiskach pracy, zaimplementowany we wszystkich miernikach poziomu dźwięku. Odpowiada krzywej głośności 40 fonów. Filtry B i C odpowiadają odpowiednio krzywym 70 i 100 fonów. Filtr C stosowany jest w pomiarach hałasów impulsowych ( wartości szczytowej) na stanowiskach pracy oraz w impulsów wysokoenergetycznych w środowisku. Filtr B obecnie nie jest stosowany. dr inż.Tadeusz Wszołek, KMiW AGH Kraków 2/5 MW Ćwiczenie Nr 1 Filtry D i E ( przez Stevensa) zostały utworzone do estymacji hałasów „widzialnych” i używany do pojedynczych zdarzeń akustycznych - hałasu lotniczego. Obecnie nie są stosowane. Filtr SI zalecany jest do pomiaru zakłóceń mowy ( zaproponowany przez Webster’a) We współczesnych przyrządach pomiarowych obligatoryjnie stosuje się filtr A oraz filtr C. Charakterystyki powyższych filtrów pokazano na rys.1. Poziom dźwięku A (LA)możemy wyznaczyć także z widma 1/1 lub 1/3 oktawowego wg poniższej zależności: n L A = 10 log ∑10 L f i + K Ai 10 i =1 (2) gdzie Lfi – poziom ciśnienia akustycznego w paśmie częstotliwości fi, dB n – liczba pasm częstotliwości, KAi – poprawka wg krzywej A dla częstotliwości fi, dB Do celów modelowania oraz analiz własności akustycznych ośrodków w których dźwięk się rozprzestrzenia, strukturę widmową sygnału przedstawia się w pasmach 1/1 lub 1/3 oktawowych. W pasmach tych stosowane są też wszelkie poprawki i korekcje wielkości źródłowych jak i na drodze propagacji dźwięku w środowisku. Poniżej podano podstawowe zasady konstrukcji filtrów 1/3 i 1/1 oktawowych: Filtry o stałej względnej szerokości pasma 1/1 i 1/3 oktawowe: f śr = fd f g fg , fd = 2 =2 n 1 n (3) gdzie: fśr – częstotliwość środkowa filtra, n – część oktawy filtra, np. n=3 – filtr 1/3 oktawowy, n=12, filtr 1/12 oktawowy, fd, fg – częstotliwości odpowiednio dolna i górna filtra Filtr oktawowy, n=1: f g = 2 fd , f śr = 2 f d f d = 2 f d (4) Filtr 1/3 oktawowy ( tercjowy), n=3: fg = 2 fd , 3 1 3 f śr = 2 f d f d = 6 2 f d (5) Względna szerokość pasma przenoszenia wyrażona w % Zależność ogólna Δf w = fg − fd f śr 100% (6) Filtr oktawowy: Δf w = f g − fd f śr 100% = 1 2 fd − fd 100% = 70.7% (7) 100% = 2 2 fd Filtr tercjowy: dr inż.Tadeusz Wszołek, KMiW AGH Kraków 3/5 MW Ćwiczenie Nr 1 Δf w = f g − fd f śr 1 100% = 2 3 fd − fd 1 6 100% = 23.1% (8) 2 fd 1.2. Parametryzacja sygnału akustycznego w dziedzinie czasu Podstawowym parametrem sygnału akustycznego w dziedzinie czasu jest jego wartość średnia wyrażona poziomem pierwiastka wartości średniokwadratowej (RMS) – wartości skutecznej. W akustyce nazywa się poziomem równoważnym ( ekwiwalentnym). Innym, powszechnie stosowanym parametrem w dziedzinie czasu jest poziom ekspozycyjny, szczególnie wygodny do charakteryzowania własności przejściowych zdarzeń akustycznych., jak np. pojedynczy przejazd samochodu. Poziom równoważny (LEQ) Poziom uśredniony za czas pomiaru T. Może być rozważany jako wartość mająca ten sam skutek energetyczny, co poziom stały o tej samej wartości ( w tym samym czasie). Matematycznie jest to poziom wartości skutecznej sygnału: L Aeq ,T ⎡ 1 T ⎛ p (t ) ⎞ 2 ⎤ = 10 log⎢ ∫ ⎜⎜ A ⎟⎟ dt ⎥ (9) ⎢⎣ T 0 ⎝ p0 ⎠ ⎥⎦ gdzie T – całkowity czas pomiaru, h pA(t) – ciśnie akustyczne filtrowane wg filtru A, Pa p0 – ciśnienie odniesienia ( 20 μPa) W praktyce, dysponując wyznaczonymi ( zmierzonymi) wartościami poziomów równoważnych w i-tych odcinkach czasu, można skorzystać z poniższej zależności: LAeq ,T ⎡1 = 10 log ⎢ ⎣T ∑ (t 10 n i =1 i 0.1 L Ai )⎤⎥ ⎦ (10) Dodatkowo w celu określenia granic zmian sygnału poziomów czasu wyznacza się jego wartości maksymalną (LAMAX) oraz minimalną ( LAMIN). Są to wartości odpowiednio maksymalna i minimalna z 1-sekundowych poziomów równoważnych zmierzonych w czasie obserwacji T. Poziom ekspozycyjny (SEL) Poziom ekspozycyjny pojedynczego zdarzenia akustycznego definiowany jest jako taki sam poziom, który trwałby 1 s i dostarczyłby do odbiorcy tę samą ilość energii. Jest to poziom równoważny normalizowany do czasu trwania 1 s. ⎡ 1 t2 ⎛ p (t ) ⎞ 2 ⎤ SEL = L ASE = 10 log ⎢ ∫ ⎜⎜ A ⎟⎟ dt ⎥ (13) ⎢⎣ t 0 t1 ⎝ p 0 ⎠ ⎥⎦ gdzie: pA(t) – ciśnienia akustyczne, filtrowane wg filtru A; p0 – ciśnienie odniesienia, 20 μPa t0- czas odniesienia, t0=1s t2-t1 – czas trwania zdarzenia, s Praktyczne zależności: dr inż.Tadeusz Wszołek, KMiW AGH Kraków 4/5 MW Ćwiczenie Nr 1 ( LASE = 10 log t10 0.1LAeq ) (14) gdzie t – czas trwania zdarzenia, s LAeq – poziom równoważny, ważony wg filtru A, dB Zależność pomiędzy poziomem równoważnym , a poziomem ekspozycyjnym. Poziom średni z n poziomów. − dla pojedynczego zdarzenia ⎛t ⎞ L Aeq ,T = L ASE + 10 log⎜ 0 ⎟ (15) ⎝T ⎠ − dla n zdarzeń: ⎡t L Aeq ,T = 10 log ⎢ 0 ⎣T n ∑ 10 i =1 0.1L AE i ⎤ ⎥ ⎦ (16) − Poziom średni, Lśr n 1 Lśr = 10 log ∑ 10 0,1Li (17) i =1 n Poziom ekspozycyjny jest wygodny do ocen hałasów przejściowych i krótkotrwałych pojedynczych zdarzeń, np. przejazd samochodu, pociągu, przelot samolotu itp., ujmuje bowiem poziom hałasu i czas trwania danego zdarzenia 2. Przebieg ćwiczenia – Badanie własności sygnałów w dziedzinie czasu i amplitud – zastosowanie poziomów LEQ i SEL w badaniach hałasu drogowego. Ćwiczenia prowadzone jest za pomocą przyrządów – co najmniej 2 zintegrowanych analizatorów dźwięku – przystosowanych do rejestracji automatycznej wyników z zadaną częstotliwością: Pomiary wykonywane będą przy ul. 1-Maja na wysokości Błoń Krakowskich. Przyrządy pomiarowe: SVAN 945 A, 912AE, Nor 116 ( lub inne dostępne w dniu ćwiczeń) Program ćwiczenia: 1. Rejestracja ciągła ( poziomu LEQ) sygnału z ( opcjonalnym) automatycznym zapisem z zadaną częstotliwością 1s i 1 min w czasie 15 min. Niezależnie wykonywane będą pomiary natężenia ruchu z podziałem na pojazdy ciężkie ( autobusy, samochody ciężarowe i motocykle) oraz lekkie ( pozostałe) i tramwaje. 2. Pomiar poziomu ekspozycyjnego (SEL) pojedynczych przejazdów dla wyróżnionych kategorii pojazdów, dla co najmniej 20 pojazdów lekkich oraz pozostałych stosowanie do możliwości ( liczby zdarzeń w czasie ćwiczeń). Możliwe jest grupowanie pojazdów – maksymalnie do trzech. Wówczas poziom ekspozycyjny LASEi pojedynczego (i-tego) pojazdu ( tej samej klasy) można wyznaczyć z poniższej zależności: dr inż.Tadeusz Wszołek, KMiW AGH Kraków 5/5 MW Ćwiczenie Nr 1 ⎡1 ⎤ LASE i = 10 log ⎢ 10 0,1LASEn ⎥ ⎣n ⎦ (18) Dalej, znając liczbę pojazdów ( ciężkich, lekkich i tramwajów) jakie przejechały w czasie pomiaru poziomu LEQ ( punkt 1) i korzystając z zależności (15, 16), należy obliczyć poziom równoważny (LEQ) dla tego odcinka czasowego przyjmując wartość średnią SEL ( wg zależności 17) z wartości zmierzonych dla poszczególnych klas pojazdów. W przypadku pomiarów pojedynczych zdarzeń akustycznych należy wyznaczyć odchylenie standardowe, jako podstawową miarę jakości ( rozrzutu) danych – niepewność standardową. Otrzymane rezultaty ( LEQ pomiarowe i obliczeniowe) należy porównać i ocenić przyczyny ew. ich niezgodności. Raport ( sprawozdanie) z pomiarów powinien zawierać: 1. Szkic sytuacyjny 2. Wyniki pomiarowe 3. Wyniki obliczeń wraz z ich interpretacją graficzną. 4. Wnioski Sprawozdania powinny być wykonane w formie elektronicznej przez każdego studenta oddzielnie i przesłane w formacie PDF na adres [email protected]. Termin przesłania sprawozdania – 2 tygodnie od wykonania ćwiczenia. Deadline godz. 24:00, dzień przed następnym ćwiczeniem. Brak terminowego oddania sprawozdania spowoduje obniżenie końcowej oceny, ponadto uniemożliwia uczestnictwo w kolejnych ćwiczeniach. Nazwa pliku Nazwisko_Imie_Nr grupy_NumerCwiczenia, np. „Kowalski_Jan_gr2_cw1.pdf”. Nieprawidłowa nazwa pliku może być równoważna z brakiem ( lub nieterminowym oddaniem) sprawozdania. dr inż.Tadeusz Wszołek, KMiW AGH Kraków