22. MELU JA SEN TORJUNTA

Transkriptio

1 22. MELU JA SEN TORJUNTA Fysikaalisia käsitteitä ja kaavoja Ääni on kuuloelimen avulla tajuttu aistimus, joka aiheutuu aineen muutoksista kaasussa, nesteessä tai kiinteässä aineessa. Korva ottaa nämä aineen muutokset vastaan tärykalvon avulla. Ihmiskorva kuulee ääniä, joiden taajuus on välillä. Ääni etenee väliaineessa noeudella, joka riiuu väliaineen laadusta, aineesta ja lämötilasta. Äänen etenemisnoeus ilmassa on noin 3 m / s, vedessä noin 1 m / s ja teräksessä noin m / s. Äänivärähtelyt koostuvat usein monista osavärähtelyistä. Erimerkiksi musikaalinen ääni sisältää äänenkorkeuden määräävän erusaallon ja joukon yliaaltoja, joiden taajuudet ovat erustaajuuden monikertoja antaen äänelle sen värin. Melu määritellään ääneksi, joka on jotenkin haitallista. Äänen aallonituus on laskettavissa yhtälöstä: λ c, f (1) jossa = äänen aallonituus, c = äänen etenemisnoeus, f = äänen taajuus. Kun ääni etenee, se merkitsee samalla tietyn tehon P siirtymistä. Kun tämä teho siirtyy oikkiinnan A kautta, sanotaan suuretta P / A äänen intensiteetiksi I. Koska I, kuten muutkin äänisuureet, vaihtelee useiden kymmenen otenssien alueella, samoin kuin korvan kuulokykykin, käytetään yleensä logaritmista asteikkoa. Ilmaäänen intensiteetti- ja ainetasot ( L 1 ja L ) voidaan laskea seuraavan kaavan avulla: I L 1 1 lg L 2 lg (2) I Yhtälö ( 2 ) itää likimäärin aikkansa, kun referenssitasot ovat seuraavat: I o = 1 12 W/m 2 ja o = N/m 2 (= Pa) L:n yksikkö on db ( desibeli ). Äänen ainetasoa käytetään yleensä, siksi, että vain se on mitattavissa. Koska akustisiin laskelmiin tarvitaan äänilähteen aiheuttamaa äänen tehotasoa, on tunnettava yhteys tietyllä etäisyydellä äänilähteestä vallitsevan äänen ainetason ja tehotason välillä. Kun äänen tehotaso ysyy vakiona, äänen ainetaso vähenee etäännyttäessä äänilähteestä. Tavallisesti äänen tehotaso ( L W ) on lukuarvoltaan suuremi kuin äänen ainetaso ( L ). Tämä nähdään seuraavista kaavoista: L W 1 lg P P L 1 lg A A L r 8 2 lg m Yhtälön viimeinen osa ätee r -säteisen uoliallon innalla ja L w L +18 db, jos r = 3 m. Yhtälössä ( 3 ) ovat referenssisuureet: P o = 1-12 W sekä A o = 1m 2. Useiden äänilähteiden vaikuttaessa samanaikaisesti ne aiheuttavat äänen kokonaisainetason: L 1 lg i L i / 1 1 db (3) (4) ABB:n TTT-käsikirja 2-7 1

2 Jos siis jonkin isteen ymäristössä on kaksi yhtä voimakasta äänilähdettä samalla etäisyydellä, niiden yhdessä synnyttämä äänen ainetaso on 3 db korkeami kuin toisen yksinään ja vastaavasti 1 db korkeami, jos äänilähteitä on 1. Kaavasta ( 4 ) voidaan myös laskea, että äänen ainetaso nousee vain noin 1 db, jos voimakkaan äänilähteen rinnalle asetetaan toinen db heikomi äänilähde Äänen mittauksia Yleistä Mittauksien avulla saadaan selville äänen ainetaso mittausaikalla. Mittaukset suoritetaan yleensä kuvan 22.2a esittämän laitteiston avulla. Mikrofoni muuntaa aineen vaihtelut sähköjännitteiksi, jotka vahvistetaan. Vahvistettu jännite vaikuttaa suodattimen kautta mittariin, joka voi olla joko osoittava tai iirtävä. Mittarin asteikko laaditaan osoittamaan äänen ainetasoa. Mikrofoni vahvistin suodatin mittari KUVA 22.2a. Äänitasomittarin lohkokaavio. Jos suodatin taajuudesta riiuen vahvistaa tai heikentää mittarin osoitusta kuuloalueella, sitä kutsutaan ainotussuodattimeksi. Painotussuodattimen tarkoituksena on saada mittaustulos vastaamaan ihmiskorvan kuuloherkkyyttä. Kansainvälinen standardointijärjestö (ISO) on määritellyt kolme erilaista ainotussuodatinta A, B ja C. Nykyisin käytetään yleensä suodattimella A mitattuja db (A)-arvoja ilmoitettaessa ainotettuja äänen ainetasoja eli äänitasoja. A-suodattimen vaimennuksen luonteen ilmaisee kuva 22.2b. Suodattimen vaimennuskyky db , KUVA 22.2b. Painotussuodattimen A vaimennuskäyrä. Tarkemi kuva mitattavan äänen laadusta saadaan taajuusanalyysin avulla. Tällöin ainotussuodatin korvataan kaistasuodattimella. Tavallisimmat suodattimet ovat oktaavi- ja terssisuodatin. Edellisen kaistanleveys on oktaavi ja jälkimmäisen 1 / 3 oktaavia. Oktaavi on alue, jossa suurimman ja ienimmän taajuuden suhde on 2. Erikoistutkimuksissa käytetään myös ns. kaeakaistasuodattimia. ABB:n TTT-käsikirja 2-7 2

3 Koneiden äänenmittaus Akustiikkakomitea ISO / TC 43 on laatinut yörivien sähkökoneiden ilmaäänen mittausstandardit ISO 16 / ja ISO 16 / Näistä edellinen määrittelee melko tarkan teknisen menetelmän ( engineering method ) ja jälkimmäinen vähemmän tarkan kartoitusmenetelmän ( survey method ), jota käytetään mm. silloin, kun mittausolosuhteet eivät täytä standardin ISO 16 / 1 vaatimuksia. Koneen äänitaso mitataan useassa kohdassa vakioetäisyydellä koneen innasta, 1 metrin mittausetäisyyttä suositellaan. Mittauksessa käytetään A- suodatinta. Tuloksista lasketaan taustamelukorjauksen jälkeen keskimääräinen äänenaineen taso mittausinnalla, tehdään tähän arvoon huonetilakorjaus ja lasketaan äänen tehotaso L WA. Mitattaessa kone yörii tyhjäkäynnissä. Kummassakin standardissa esitetään myös likimääräinen menetelmä kuormitetussa tilassa ja tyhjäkäyntitilassa olevan koneen äänitasojen eron määrittämiseksi. IEC-standardissa 34-9 ( 19 ) on esitetty koneiden sallitut A- ainotetut äänen tehotasot mitattuna tyhjäkäynnissä ISO-standardin 16 / mukaisesti. Elleivät mittausolosuhteet täytä ISO 16 / 1 vaatimuksia, sallitaan mittaus ISO 16 / 2 mukaisesti. Jos ISO 16 / 2 mukaisesti mitattuihin tuloksiin ei ole tehty mittauseätarkkuudesta johtuvaa korjausta, on standardin IEC 34-9 taulukossa 1 annettuja äänen tehotason raja-arvoja alennettava 3 db. Vaikka on tärkeää tietää koneen äänitaso kuormitustilassa, lähes kaikki nykyiset kansallisetkin standardit määrittelevät koneen mittaustilaksi tyhjäkäynnin ja mahdolliset melurajat koskemaan sitä. Syynä tähän ovat mittausvaikeudet Melun haittavaikutuksia Melun ollessa riittävän voimakas ja sen kestoajan ollessa riittävän itkä, se aiheuttaa ihmiselle tilaäisen tai ysyvän kuulokyvyn heikkenemisen. Melu vaikeuttaa uheen kuulumista huonetilassa tai esim. uhelimessa. Meluisa ymäristö vaikeuttaa keskittymistä työhön, tarkkuus ja tehokkuus kärsivät, myös taaturmien vaara lisääntyy. Meluisa ymäristö vähintään koetaan eäviihtyisäksi, hermostollinen rasitus lisääntyy. Tällaisista syistä johtuen viranomaiset ovat määränneet rajoja sal li t tavalle melulle työaikoilla, asunnoissa ja asuinymäristöissä. Tutkimusten mukaan melun vaikutus riiuu tilastollisesti melutasosta, altistusajasta ja -olosuhteista. On tarkoituksenmukaista ilmaista melutaso N- luvun ( Noise Rating ) avulla. Melutason antaa suurin N- käyrä, jota oktaavianalyysikäyrä sivuaa ( kuvassa 22.3a, N ). Meluluku ja äänen ainetaso ovat yhtä suuret, kun f =. ABB:n TTT-käsikirja 2-7 3

4 Äänen ainetaso db verrattuna erustasoon 2x1-5 N/m Oktaavialue Meluluku 6,3 12,5 25, 2 Luku 22: Melu ja sen torjunta xf/ KUVA 22.3a. N- käyrästöön iirretty mitattu äänikäyrä. Taulukko 22.3a. Melurajat, joiden yläuolella tarvitaan meluntorjuntatoimeniteitä. Taulukko erustuu ISO- suositukseen R Meluluku N 85 N N 95 N 15 N 12 Suurin sallittu alttiusaika vuorokaudessa yli 5 tuntia 2-5 tuntia 1-2 tuntia alle 2 min. alle 5 min. Kuulovaurion vaara Mikäli suojaamaton korva altistetaan usean vuoden aikana melulle, joka ylittää taulukossa 22.3a annetut ohjearvot, voi seurauksena olla ysyvä kuulovaurio. Tämä riiuu melun luonteesta ja yksilöllisistä taiumuksista. Taulukon 22.3a meluluvut tarkoittavat altistusarvoa korvan kohdalla. Näitä lukuja ei idä sekoittaa niihin äänitasoihin, jotka mitataan ja lasketaan tavallisesti koneen läheisestä äänikentästä. Taulukon 22.a arvot ätevät vain, mikäli melu ei sisällä monotonisia ääniä, jolloin ko. N- arvoja on vähennettävä noin 5 db. Kuten taulukko 22.3a ilmaisee, on altistusajan merkitys sangen suuri. Suomessa valtioneuvoston äätös työssä vallitsevan melun torjunnasta määrää työnantajan ryhtymään suojatoimeniteisiin, jos melutaso työaikalla nousee yli 85 db ( A ). ABB:n TTT-käsikirja 2-7 4

5 Äänen eittovaikutus Kuva 22.3b havainnollistaa, miten melu vaikuttaa uheen ymmärrettävyyteen. Luku 22: Melu ja sen torjunta Meluluku N db Huuto Voimistettu uhe Normaali uhe,1 1 1 Etäisyys/m KUVA 22.3b. Puheen ymmärrettävyys melussa Akustisia tietoja Huoneen äänen ainetason laskemiseksi eri isteissä tarvitaan vähintään seuraavat tiedot: - äänilähteiden sijoitus huoneessa ( työkoneet ja käyttävät koneet ), - äänilähteiden äänen tehotasot sekä - huoneen mitat ja akustiset ominaisuudet (heijastavat ja absorboivat innat). Uusissa kansainvälisissä suosituksissa kehotetaan ilmoittamaan äänilähteen aiheuttama äänen tehotaso L WA ( A- suodatin ). Jos vain äänen ainetaso tietyllä etäisyydellä äänilähteen innasta on tunnettu, tarvitaan äänen ainetason laskemiseksi työaikalla lisäksi äänilähteen mittaiirustus. Äänen ainetaso db (A) 11 Äänilähde 1 Äänilähde 2 Äänitaso ilman vaimennusta Äänitaso vaimennettuna Etäisyys äänilähteestä m KUVA 22.4a. Esimerkki äänikentästä huoneessa, jossa on kaksi äänilähdettä 4 m etäisyydellä toisistaan. ABB:n TTT-käsikirja 2-7 5

6 22.5. Melun torjunta Luku 22: Melu ja sen torjunta Kaikki melun torjuntatoimeniteet edellyttävät huolellista ennakkosuunnittelua niin aikaisessa vaiheessa kuin mahdollista. Huomio tulee erityisesti kiinnittää niihin tiloihin, joissa ihmiset todella oleskelevat. Joissakin taauksissa olisi arasta siirtää työaikat ois meluavien koneiden lähettyviltä. Melun torjuntatoimeniteitä on kahdenlaisia: Melulähteen rakenteelliset, melua vähentävät muutokset, jotka ovat tehokkaimmat, mutta usein vaikeita toteuttaa. Melun ymäristöön siirtymisen estäminen eristämällä ja / tai vaimentamalla melun lähde. Toinen taa on arantaa huoneakustiikkaa lisäämällä seinien absortiokykyä. Seuraavat kuvat 22.5a h esittävät erilaisten äänen eristys- ja vaimennustoimeniteiden vaikutusta. Katkoviiva osoittaa äänen ainetasoa ennen toimeniteitä ja jatkuva viiva niiden jälkeen. Näissä käyrissä on taajuusjana iirretty ko. oktaavialueen uolivälin kohdalle KUVA 22.5a. Eristämätön koneisto KUVA 22.5b. Runkoäänen eristys. ABB:n TTT-käsikirja 2-7 6

7 KUVA 22.5c. Eristävä ja vaimentava seinä KUVA 22.5d. Huokoinen, kevyt vaimennuskotelo KUVA 22.5e. Painava eristyskotelo KUVA 22.5f. Äänen eristys, joka esittää kuvien b, d ja e summavaikutuksen. ABB:n TTT-käsikirja 2-7 7

8 jäähdytydaukko Eristetty kanava jäähdytydaukko KUVA 22.5g. Aukko seinämässä lähes mitätöi eristyksen vaikutuksen ( kuvat d ja e ) KUVA 22.5h. Aukkovaimennin komensoi jokseenkin täydellisesti aukon vaikutuksen. ABB:n TTT-käsikirja 2-7 8