CUPRINS

Partea I Noiuni fundamentale asupra zgomotelor i vibraiilor .................. 7 Captofui 1 Definiii, clasificare, mrimi caracteristice ale fenomenelor vibratorii .................. ................................................................. .............. 9 1.1 Definiii ..................................... .................................................... 9 1.2 Clasificarea vibraiilor ...................................................................... 9 1.3 Mrimi caracteristice aie vibraiilor mecanice ............................... 11 Capitolul 2 Analiza n frecven a zgomotelor i vibraiilor ................. .... .15 2.1 Generaliti ................................................................................... 15 2.2 Serii Fourier ................................................................................. 17 2.3 Puterea semnalului ...................................................................... 18 2.4 Reprezentri spectrale ale funciilor periodice ............................. 19 2.5 Transformata Fourier aplicat funciilor neperiodice ..................... 20 2.6 Cazuri particulare de spectre .............................................. .........20 2.7 Funcia de transfer ....................................................................... 24 Capitolul 3 Propagarea oscilaiilor mecanice. Unde sonore ..................... .25 3.1 Generaliti ............. .................................................................... 25 3.2 Caracteristici ale cmpului acustic ................................................ 26 3.3 Clasificarea i propagarea undelor sonore ................................... 27 3.3.1 Unde plane progresive ........................................................ 28 3.3.2 Unde sferice progresive ....................................................... 29 3.3.3 Unde cilindrice progresive ................................................... 30 3.4 Scale pentru zgomot i mrimi caracteristice aie zgomotului ........ 31 3.5 Propagarea sunetului n atmosfer ...................................... ....... 33 Capitolul 4 Perceperea zgomotelor de ctre om ...................................... 35 4.1 Generaliti ................................................................................... 35 4.2 Condiiile n care omul poate s perceap zgomotele .................. 35 4.3 Domenii de frecvene ................................................................... 35 4.4 Curbele de egal trie sonor ..................................................... 37 4.5 Variaii semnificative ale nivelurilor subiective .............................. 38 4.6 Efectele zgomotului asupra organismului uman ........................... 38 Capitolul 5 Expunerea organismului uman Sa vibraii mecanice ..........

4

Controlul i atenuarea zgomotelor i vibraiilor autovst

5.1 Generaliti ........................... ................................................ ! 5.2 Modaliti de investigare a efectelor vibraiilor mecanice asupri organismuiui uman .......... ..... ........................................... 5.2.1 Msurri directe ................................................ ..........

Modeie ale corpuiui omenesc5.3 Mrimile vibraiilor care afecteaz organismui uman ........... 5.4 Criterii ale expunerii omului la vibraii ..................................... Captoiui 8 Aparate pentru msurarea zgomotelor l vibraiilor.. 6.1 Aparate pentru msurarea zgomotelor .................................. 6.1.1 Ponderarea n frecven a zgomotului .......................... 6.1.2. Schema bloc a sistemului pentru msurarea nivelului sonor ............................................ 6.1.3 Criterii de clasificare a sonometrelor............................. 6.1.4 Sonometrui analog - digital portabil ................... .......... 6.1.5 Calibrarea sonometrelor ............................................... 6.1.6 Microfonul sonometrului ....................... ...................... 6.2 Aparate pentru msurarea vibraiilor ...................................... 6.2.1 Introducere .......................................... ...... ................ 6.2.2 Schema bloc a sistemului pentru msurarea vibraiilor mecanice 6.2.3 Traductoare pentru msurarea vibraiilor i a ocurilor... 6.2.4 Caiibrarea sistemului pentru msurarea vibraiilor mecanice.. ..................................

Partea a li-a Nivelurile sonore ale autovehicuieor. Zgomotul de rulare ........... .. ..... ........ .................... ......... ........... .............. .............. Capitolul 7 Nivelurile de zgomot ale autovehiculelor ....... ................... 7.1 Afectarea populaiei de ctre zgomotul produs de traficul rutier . 7.2 Niveluri globale de zgomot ale autovehiculelor ......................... 7.2.1 Niveluri globale de zgomot n interiorul autoturismelor ..... 7.2.2 Niveluri globale de zgomot la exteriorul autoturismelor i autocamioanelor.......... ............................................................. 7.2.3 Niveluri globale de zgomot ale autobuzelor urbane ......... 7.2.4 Factori principali care influeneaz nivelul global de zgorr msurat al autovehicuieor .....................................................................

Cuprins

5

7.3 Principalei subsurse sonore ale unui autovehicul ...................... 84 7.3.1 Trecerea n revist a principaieior subsurse sonore .......... ,..84 7.3.2 Clasificarea principaieior subsurse sonore aSe unui autovehicul .......... 85 7.3.3 Identificarea i investigarea principalelor subsurse sonore ale unui autovehicul ........................................................................... 88 7.4 Analiza n frecven a zgomotului autovehiculului . ...................... 91 7.4.1 Importana analizei n frecven a zgomotului autovehiculului . ..................................................................... 91 7.4.2 Exemple de spectre de frecvene ale zgomotului produs de autovehicule ................................................................................. 91 7.5 Ci pentru reducerea zgomotului produs de traficul rutier ............ 92 Capitolul 8 Msurarea zgomotului produs de autovehicule ...................... 95 8.1 Necesitatea introducerii unor normative pentru controlarea zgomotului autovehiculelor ................................................................................... 95 8.2 Msurarea nivelurilor globale de zgomot la exteriorul autovehiculelor ................................................. 96 8.2.1 Normative i condiii de lucru .................. ........................... 96 8.2.2 Msurarea nivelului global de zgomot exterior n micare .... 97 8.2.3 Msurarea nivelului globa! de zgomot exterior n staionare 99 8.3 Msurarea nivelului global de zgomot n interiorul autovehiculelor.... ......................................................................................102 8.4 Msurarea zgomotului de rulare produs de pneurile autovehiculelor n contact cu suprafaa drumului .......................................................... 104 8.4.1 Msurarea nivelului zgomotului de rulare prin metoda rulrii libere conform Directivei 2001/43/CE .................................................. 104 8.4.2 Valorile admisibile ale nivelurilor de zgomot ................... . 107 8.4.3 Aplicaii ale msurrii nivelului zgomotului de rulare a! pneurilor autoturismelor prin metoda rulrii libere ...................................... 108 8.4.4 Msurarea zgomotului de rulare ai pneurilor prin tractarea unei remorci, prin metoda rulrii libere ............................................... 109 8.4.5 Msurarea statistic a zgomotului autovehiculelor aflate n trafic 111 8.4.6 Metoda msurrii zgomotului de rulare n imediata apropiere a pneului ....................................................................................... 111 8.4.7 Metoda msurrii intensitii zgomotului de rulare n imediata apropiere a pneului ..................................................................... 112 8.4.8 Msurarea zgomotului de rulare n laborator ..................... 112

Capitolul 1 Definiii, clasificare, mrimi caracteristice ale fenomenelor vibratorii 1.1 Definiii Prin vibraie mecanic se neiege micarea unui punct materia! sau a unui sistem de puncte materiale, de o parte i de alta a unei poziii de echilibru. Vibraia periodic este vibraia care se repet identic dup un interval de timp numit perioad. Vibraia armonic este vibraia care se desfoar dup o lege matematic sinusoidal sau cosinusoidal. Vibraia aleatorie este vibraia care nu se desfoar dup nici o lege matematic. Oscilaia mecanic este o vibraie care se desfoar cu frecven mic sau foarte mic (de exemplu micarea masei suspendate a automobilului fa de roi sau fa de puni). Zgomotul este o perturbare fizic a unui mediu elastic, sub forma unei variaii de presiune, care n anumite condiii este perceput de ctre ureche. Sunetul (pur) este un zgomot armonic. n general, zgomotul este un subprodus al activitii umane i, de aceea, trebuie eliminat sau, cel puin, diminuat ca trie. Autovehiculele n funcionare constituie o surs important de zgomot i contribuie la poluarea fonic a mediului. 1.2 Clasificarea vibraiilor Funcionarea autovehiculelor conduce la apariia unei largi varieti de vibraii, care se pot clasifica n cteva clase importante, dup cum urmeaz: a) dup posibilitatea de a fi exprimate prntr-o lege matematic, vibraiile sunt deterministe (pot fi exprimate printr-o lege matematic, de exemplu vibraiile armonice) i nedeterministe (sau aleatorii); reprezentrile grafice ale unor astfel de vibraii sunt redate n figurile 1.1 i, respectiv, 1.4 [5]; b) dup variaia n timp a parametrilor, vibraiile pot fi periodice (figurile 1.1 i 1.2), cvasiperiodice (figura 1.3) i neperiodice (figura 1.4); c) dup ecuaiile difereniale care caracterizeaz micarea sistemului, vibraiile sunt liniare i neliniare;

10

Partea i Noiuni fundamentate asupra zgornoteor i vibraiilor

Timp

Timp

Figura 1.1 Vibraie determinista (armonic) [5]

Figura 1.2 Vibraie periodic [5]

Timp

Timp

Figura 1.3 Vibraie amortizat [5]

Figura 1.4 Vibraie aleatorie [5]

d) dup numrul de mase sau de puncte materiale ale cror micri trebuie studiate n timpul vibraiei, se disting sisteme cu un numr finit de grade de libertate (ceea ce implic un numr finit de ecuaii difereniale) i sisteme cu un numr infinit de grade de libertate (funcionarea lor fiind descris de un numr infinit de ecuaii difereniale - sisteme continue); e) dup traiectoria micrii vibratorii exist vibraii de translaie i vibraii de rotaie; f) dup cauza care produce i ntreine micarea, vibraiile sunt libere (produse de un oc sau de o deplasare iniial), forate (produse de o solicitate exterioar, periodic), parametrice (determinate de variaia unui parametru al sistemului) i autoexcitate (sub influena unei cauze interioare); g) dup transferul de energie dintre sistemul vibratoriu i mediul nconjurtor, sistemele sunt conservative (energia vibraiei se pstreaz constant i, ca urmare, micarea vibratorie continu la infinit - figura 1.1) i disipative (energia vibraiei se pierde treptat, transformndu-se, de

Capitolul 1 Definiii, clasificare, mrimi caracteristice ale fenomenelor vibratorii

11

obicei, n cldur); n sistemei disipative micarea este amortizat - figura 1.3 (de exemplu sistemul de suspensie a automobilului). 1.3 Mrimi caracteristice ale vibrasiior mecanice Studiul vibraiilor i zgomotelor necesit investigarea unor mrimi definitorii ale acestor fenomene, cum ar fi frecvena, amplitudinea, variaia n timp .a. Pentru prezentarea unor mrimi definitorii ale vibraiilor mecanice se utilizeaz cea mai simpi vibraie periodic i anume cea armonic. Legea de variaie n timp a unei astfel de vibraii este:

unde:

t - variabila timp [s]; Tperioada micrii [s]; co pulsaia micrii [s"!]; 0defazarea iniial \rad\\ x - deplasarea punctului material sau a sistemului la un moment dat (elongaie) [];xv -

valoarea maxim a deplasrii; mai poart numele de amplitudine"; /,

frecvena micrii vibratorii.

Frecvena micrii, exprimat prin numrul de perioade complete din unitatea de timp, se calculeaz cu relaia: (1.2) iar pulsaia micrii vibratorii co este dat de expresia:

(1.3)Variaia n timp a deplasrii unui punct material dup o lege armonic este prezentat n figura 1.5 [1j. Mrimea unei vibraii poate fi caracterizat prin deplasarea (x) a punctului materia! la un moment dat fa de poziia de echilibru sau, ca metode alternative, prin viteza (v) sau acceleraia (a) a punctului material. Dac mrimea vibraiei este msurat prin deplasare, atunci viteza i acceleraia se pot calcula prin derivare. Dac se msoar acceleraia vibraiei, ceilali parametri, viteza i deplasarea, se calculeaz prin

12

Partea i Noiuni fundamentate asupra zgornoteor i vibraiilor

integrare. Puindu-se msura mrimea unei vibraii prin mai muli parametri, se poate pune ntrebarea care dintre cei trei este preferat? Decizia se ia n funcie de caracteristicile vibraiei, de tipul traductoareior utilizate i de erorile care pot nsoi operaiunile de integrare sau de derivare. La autovehicule se prefer s se msoare acceleraia vibraiilor, ntruct confortul pasagerilor depinde de acest parametru, iar traductoareie care msoar acceleraia vibraiilor au dimensiuni reduse i sunt foarte rigide, putndu-se utiliza ntr-un domeniu foarte larg de frecvene.

Figura 1.5 Reprezentarea n timp i mrimile caracteristice ale deplasrii vibraiei armonice [1] n figura 1.5 mai apar urmtoareie mrimi caracteristice ale unei vibraii armonice: xm - valoarea medie a deplasrii vibraiei [mm]\ xef = xfiMS - valoarea eficace a deplasrii vibraiei [mm] (RMS = Root Mean Square). Legea de evoluie n timp a micrii vibratorii prezentate n figura 1.5, considernd defazarea nul, se scrie:(1.4) (1.5)

Capitolul 1 Definiii, clasificare, mrimi caracteristice ale fenomenelor vibratorii

13

n relaia (1.5) s-a utilizat notaia vv pentru valoarea maxim a vitezei micrii armonice, avnd formula:V,

(1.7)

S-a notat, n relaia (1.6), cu av valoarea maxim a acceleraiei micrii vibratorii, care este dat de formula: av - co1 xv(1.8)

Valoarea medie a deplasrii vibraiei este dat de relaia:

(1.9) iar valoarea mrimii eficace este:

(1.10) Observaie: n relaiite (1.9) i (1.10) intervine perioada, prin urmare aceste relaii se aplic fenomenelor periodice. Introducnd expresia deplasrii micrii, dat de ecuaia (1.3), n relaiile (1.9) i (1.10) i efectund calculele matematice se obine urmtoarea relaie de legtur ntre parametrii micrii armonice:(1.11)

n general, pentru o micare vibratorie periodic, relaia de legtur dintre cei trei parametri se scrie:

(1-12)

14

Partea i Noiuni fundamentate asupra zgornoteor i vibraiilor

unde Ff este numit factor de form, iar Fc este factor de creast; n particular, pentru vibraia armonic, cei doi factori au vaiorile: (1.13)

Capitolul 2 Analiza n frecven a zgomotelor i vibraiilor 2.1 Generaliti Zgomotele i vibraiile generate de ctre autovehicule sunt fenomene complexe, alctuite din numeroase fenomene armonice, fiecare astfel de semnal elementar intrnd n compunere cu parametrii proprii (frecven, amplitudine i faz). n general, analiza unor fenomene vibratorii complexe nu se limiteaz la msurarea unei mrimi globale (de obicei mrimea eficace), ci se continu n profunzime, n scopul determinrii parametrilor definitorii ai semnalelor armonice constituente. O astfel de tehnic de investigare se numete analiz n frecven a semnalului complex. Baza matematic a analizei n frecven este transformata Fourier. O analogie din fizic a analizei Fourier se refer la descompunerea n culori spectrale a luminii albe la trecerea printr-o prism, figura 2.1 (dup [18]). Analiza Fourier este echivalentul matematic al efectului prismei asupra luminii albe. Un fenomen armonic, avnd amplitudinea^, faza iniial ^i frecvena/ este reprezentat grafic n figura 2.2 n dou moduri: a) n funcie de timp i b) printr-o pereche de vectori rotitori, fiecare avnd modulul egal cu jumtate din A. Unul dintre vectori se rotete n sens antiorar, cellalt se roiete n sens orar. Primul are frecvena de rotaie/ iar cel de-a! doilea -f. Faza iniial este respectiv ~