Μέτρηση ήχου χαμηλών συχνοτήτων κατά DIN 45680

 Ήχος χαμηλών συχνοτήτων και ακοή

Το ανθρώπινο αυτί έχει την δυνατότητα να αντιλαμβάνεται ηχητικά σήματα με συχνότητες περίπου από 15 Hz ως 20000 Hz, όπου [Hz] είναι η φασματική μονάδα μέτρησης και όπου 1 Hz αντιστοιχεί σε μία ταλάντωση ανά 1 s (δευτερόλεπτο). Χαμηλές συχνότητες αντιστοιχούν σε βαθείς τόνους (μπάσσα) και υψηλές συχνότητες αντιστοιχούν σε υψηλούς τόνους (πρίμα).

Αν η περισσότερη ενέργεια του ηχητικού σήματος βρίσκεται κάτω από τα 90 Hz, τότε ο συγκεκριμένος ήχος χαρακτηρίζεται σαν ήχος χαμηλών συχνοτήτων.

Τα ηχητικά κύματα είναι μικροσκοπικές περιοδικές αναταράξεις της ατμοσφαιρικής πίεσης, που μεταδίδονται μέσω του αέρα. Ταλαντώσεις χαμηλών συχνοτήτων έχουν ένα μεγάλο μήκος κύματος και ταλαντώσεις υψηλών συχνοτήτων έχουν ένα μικρό μήκος κύματος.

Παράδειγμα:

• Ήχος με συχνότητα 20 Hz αντιστοιχεί σε ταλάντωση με μήκος κύματος 17 m
• Ήχος με συχνότητα 100 Hz αντιστοιχεί σε ταλάντωση με μήκος κύματος 3.4 m
• Ήχος με συχνότητα 20000 Hz αντιστοιχεί σε ταλάντωση με μήκος κύματος 0.017 m

Κατά την διάδοση του ήχου σε ελεύθερο πεδίο παρουσιάζεται το φαινόμενο της μείωσης της έντασης των υψηλών συχνοτήτων, λόγω απορρόφησης μέσω εδάφους και αέρα. Αντιθέτως, ήχοι χαμηλών συχνοτήτων μπορούν να μεταδοθούν σε μεγάλες αποστάσεις, χωρίς να μειωθεί η ένταση τους σημαντικά. Φυσικά εμπόδια, που θα μπορούσαν να λειτουργήσουν σαν πέτασμα, είναι αποτελεσματικά μόνο αν το μέγεθος του εμποδίου είναι μεγαλύτερο από το μήκος κύματος του ηχητικού σήματος. Η αποδοτικότητα ενός πετάσματος εξαρτάται από το μέγεθος του πετάσματος σε σχέση με το περιεχόμενο σε συχνότητες του ηχητικού σήματος.

Αντίληψη χαμηλών συχνοτήτων και επιδράσεις στον άνθρωπο

Πολλές φορές δημιουργούνται παράπονα ενόχλησης από χαμηλές συχνότητες, ακόμα και αν έχουν τηρηθεί τα όρια θορύβου, που ισχύουν κατά την κείμενη νομοθεσία.

Διεθνείς έρευνες έχουν δείξει ότι η αντίληψη και οι επιδράσεις ήχων χαμηλών συχνοτήτων έχουν σημαντικές διαφορές σε σχέση με ήχους μεσαίων και υψηλών συχνοτήτων.

Συχνότητες < 20 Hz (υποηχητικές συχνότητες)

• Οι ήχοι δεν γίνονται αντιληπτοί μέσω της ακοής. Γίνονται αντιληπτοί όμως ήχοι μέχρι και του επιπέδου των 1 Hz μέσω διαφορετικών μηχανισμών, όπως μέσω του σκελετού και μέσω συντονισμών των εσωτερικών οργάνων και μπορούν να γίνουν αντιληπτοί σαν περιοδικοί βόμβοι ή σαν δονήσεις.
• Άτομα που εκτίθενται σε υποηχητικές συχνότητες περιγράφουν το αίσθημα που έχουν σαν μία πίεση στα αυτιά και παραπονούνται έντονα για αίσθημα ανασφάλειας και φόβου. Μία ειδική επίδραση υποηχητικών συχνοτήτων είναι ότι μειώνουν την συχνότητα της αναπνοής.
• Δευτερογενή φαινόμενα από την παρουσία υποηχητικών συχνοτήτων είναι ιδιαίτερα ενοχλητικά και άμεσα αντιληπτά, όπως: συντονισμοί σε παράθυρα, ντουλάπες, πόρτες κλπ. και αισθητές δονήσεις επάνω σε δομικά στοιχεία.

Συχνότητες μεταξύ 20 Hz και 60 Hz

• Οι ήχοι γίνονται αισθητοί μέσω της ακοής, αλλά είναι δύσκολο να ξεχωρίσει κανείς να ξεχωρίσει κανείς τις συχνότητες. Συχνά αυτό που ακούει κανείς είναι μία αργή αυξομείωση της συνολικής έντασης του ήχου.
• Όπως και στις υποηχητικές συχνότητες και εδώ μπορούν να υπάρξουν δευτερογενή φαινόμενα που δημιουργούν ενόχληση.

Συχνότητες > 60 Hz

• Από αυτό το σημείο ξεκινά η κανονική ακοή, όπου μπορεί κανείς να ξεχωρίσει εύκολα τις ξεχωριστές συχνότητες και χροιές του ήχου.
• Οι διάφοροι θόρυβοι είναι ιδιαίτερα ενοχλητικοί όταν περιέχουν διακριτό συχνοτικό περιεχόμενο.
• Δευτερογενή φαινόμενα είναι ασήμαντα.

Οι ήχοι χαμηλών συχνοτήτων μπορούν να δημιουργήσουν σημαντική ενόχληση, ιδίως μέσα σε χώρους διαμονής, όταν οι υπόλοιποι θόρυβοι και ο θόρυβος περιβάλλοντος είναι σε χαμηλά επίπεδα. Τότε γίνονται ιδιαίτερα αντιληπτές οι χαμηλές συχνότητες, ακόμα και αν η ένταση τους απλώς υπερβαίνει κατά ελάχιστο το όριο ακουστότητας.

Σε χώρους διαμονής και εργασίας με συνηθισμένες διαστάσεις της τάξης των 3 ... 6 m, μπορούν να δημιουργηθούν δυσάρεστα φαινόμενα συντονισμού των ιδιοσυχνοτήτων του χώρου. Μεταξύ παραλλήλων τοίχων και οροφών δημιουργούνται στάσιμα κύματα ήχου, που έχουν σαν συνέπεια την αύξηση της έντασης σε ορισμένα σημεία του χώρου και μείωση της έντασης σε άλλα. Η ένταση είναι ιδιαίτερα υψηλή όταν βρίσκεται κανείς σε πολύ μικρή απόσταση μπροστά στους τοίχους και στις γωνίες του χώρου. Δεν είναι δυνατός ο προσδιορισμός της κατεύθυνσης από την οποία προέρχεται ο ήχος.

Για να γίνει σωστή εκτίμηση της ενόχλησης από ήχους χαμηλών συχνοτήτων, πρέπει να γίνει διαφοροποίηση από τους τυπικούς τρόπους μέτρησης ηχοστάθμης και θορύβου. Αυτό αφορά ιδιαίτερα την θέση μέτρησης και την φασματική στάθμιση της ηχοστάθμης ανά συχνότητα.

Θέση μέτρησης

Αν μία πηγή θορύβου έξω από ένα κτίριο εκπέμπει ήχο με μεγάλο ποσοστό χαμηλών συχνοτήτων, τότε δεν μπορεί να εκτιμηθεί σωστά σύμφωνα με τον συνηθισμένο τρόπο μέτρησης της ηχοστάθμης, το μέγεθος της ενόχλησης που θα προκύψει εντός ενός κτιρίου. Από την μία πλευρά, δεν υπάρχουν δεδομένα για την ηχομείωση των δομικών στοιχείων όσον αφορά συχνότητες κάτω από 100 Hz, γιατί δεν απαιτούνται από την νομοθεσία. Από την άλλη πλευρά, εντός ενός κτιρίου μπορούν να δημιουργηθούν φαινόμενα συντονισμού, που οδηγούν σε τοπική αύξηση ή μείωση της ηχοστάθμης. Για αυτούς τους λόγους, όταν γίνεται εκτίμηση ήχων χαμηλών συχνοτήτων πρέπει να γίνουν εντός του κτιρίου συμπληρωτικές μετρήσεις, που να καλύπτουν και τις χαμηλές συχνότητες. Η μεθοδολογία περιγράφεται στο πρότυπο EN ISO 10052.

Φασματική στάθμιση ηχοστάθμης

Σε τυπικές μετρήσεις ηχοστάθμης χρησιμοποιείται διεθνώς η φασματική καμπύλη Α. Κάθε συχνότητα σταθμίζεται ανάλογα με την καμπύλη και όλες οι σταθμισμένες συχνότητες προστίθενται λογαριθμικά, ώστε να προκύψει σαν αποτέλεσμα μέτρησης η συνδυασμένη ηχοστάθμη σε dB(A). Γνωρίζοντας όμως μόνο το άθροισμα των συχνοτήτων, δεν γνωρίζουμε τι συμβαίνει σε κάθε συχνότητα ξεχωριστά.

Παράδειγμα:
Ένας ήχος με συχνότητα 20 Hz έχει στάθμη 70.5 dB και είναι κάτω από το όριο ακουστότητας, ενώ ένας ήχος με συχνότητα 80 Hz και στάθμη 42.5 dB υπερβαίνει το όριο ακουστότητας. Και οι δύο ήχοι έχουν την ίδια Α-σταθμισμένη ηχοστάθμη ίση με 20 dB(A).

Με αυτόν τον τρόπο μέτρησης και παρουσιάσης της ηχοστάθμης σαν άθροισμα συχνοτήτων δεν μπορεί να προσδιορισθεί σε ποιά συχνότητα έγινε υπέρβαση και πόσο, ώστε να εκτιμηθεί η επίδραση των χαμηλών συχνοτήτων. Για να γίνει αυτό πρέπει να γίνει κατά την μέτρηση φασματική ανάλυση συχνοτήτων χωρίς φασματική στάθμιση, με ανάλυση συχνοτήτων τουλάχιστον ανά 1/3-οκτάβας και παρουσιάση της στάθμης ανά συχνότητα ξεχωριστά.

Πηγές ήχου με μεγάλο περιεχόμενο σε χαμηλές συχνότητες

Παραδείγματα:

• Στην καθημερινή μας ζωή, η αύξηση των συγκοινωνιακών αναγκών και της οδικής μεταφοράς εμπορευμάτων, οδήγησαν στην μεγάλη αύξηση του αριθμού των βαρέων οχημάτων (λεωφορεία, φορτηγά, μπετονιέρες κλπ.), που κυκλοφορούν στους δρόμους των πόλεων καθ' όλη την διάρκεια της ημέρας.
• Η εξέλιξη στην ηλεκτροακουστική και η επικράτηση της ψηφιακής τεχνολογίας, επέκτεινε το ωφέλιμο δυναμικό εύρος των ηχογραφήσεων μουσικής προς τις χαμηλές συχνότητες, που μπορούν να αποδοθούν από τους σύγχρονους ενισχυτές και ηχεία με μεγάλη πιστότητα και σε υψηλές εντάσεις. Δυνατή μουσική δεν απολαμβάνει κανείς μόνο σε μία συναυλία ή σε ένα κοντσέρτο, γιατί τώρα μπορεί να έχει κανείς τις ίδιες ηχοστάθμες και στο σπίτι του ή στο αυτοκίνητο του, πράγμα που οδηγεί πολλές φορές σε κατάχρηση.

Εκτεταμένες πηγές θορύβου που παράγουν ήχο χαμηλών συχνοτήτων είναι συνήθως:

• Μονάδες παραγωγής ενεργείας με καύσιμο πετρέλαιο ή υγραέριο
• Καυστήρες σε λέβητες
• Υψικάμινοι
• μεγάλες μονάδες εξαερισμού
• ανεμιστήρες με διακριτές χαμηλές συχνότητες
• συμπιεστές
• κινητήρες και εξατμίσεις αργόστροφων κινητήρων εσωτερικής καύσης
• αργόστροφοι μύλοι, μονάδες επιλογής και γραμμές μεταφοράς ορυκτών και μεταλλευμάτων
• γέφυρες αυτοκινητοδρόμων με μεγάλο μήκος
• είσοδος τραίνων σε τούνελ
• ανεμογεννήτριες
• μουσική από κέντρα διασκέδασης

Μέτρηση ηχοστάθμης σύμφωνα με το DIN 45680

Όριο ακουστότητας ανά 1/3-οκταβική συχνότητα

Μεθοδολογία

'Οταν θέλουμε να μετρήσουμε και να εκτιμήσουμε έναν ήχο ως προς τις χαμηλές συχνότητες, τότε:

1. Κάνουμε μέτρηση του ηχητικού φάσματος με 1/3-οκταβική ανάλυση χωρίς φασματική στάθμιση για τις συχνότητες από 8 ... 20000 Hz και των ενεργειακά ισοδύναμων μέσων όρων Leq με στάθμιση Α και C ταυτόχρονα.
2. Αν η διαφορά από την αφαίρεση Leq(C) - Leq(A) είναι μεγαλύτερη ή ίση με 20 dB, τότε ο ήχος που μετράμε περιέχει μεγάλο ποσοστό χαμηλών συχνοτήτων και το επόμενο βήμα είναι να συγκρίνουμε τις ηχοστάθμες ανά 1/3-οκταβική συχνότητα που μετρήσαμε με τον πίνακα με τα όρια ακουστότητας από το DIN 45680.
3. Αν η μετρημένη ηχοστάθμη ανά 1/3-οκταβική συχνότητα υπερβαίνει το όριο ακουστότητας από τον πίνακα, τότε θα υπάρξει ενόχληση, το μέγεθος της οποίας είναι ευθέως ανάλογο με το ποσό της υπέρβασης.
4. Αν η ηχοστάθμη σε κάποια συχνότητα είναι κατά 5 dB μεγαλύτερη από τις γειτονικές της συχνότητες, τότε αυτή η ηχοστάθμη είναι διακριτή, δηλαδή ακούγεται πλέον σαν ξεχωριστός τόνος, πράγμα που δημιουργεί ακόμη μεγαλύτερη ενόχληση. Περαιτέρω ανάλυση για διακριτούς τόνους μπορεί να γίνει σύμφωνα με το πρότυπο DIN 45681.

Με αυτόν τον απλό τρόπο μπορεί να γίνεται για κάθε μέτρηση θορύβου ταυτόχρονα και μία εκτίμηση της τυχόν ενόχλησης από χαμηλές συχνότητες.

---

Βιβλιογραφία
DIN 45680: Measurement and assessment of low frequency noise immissions in the neighborhood