Фрагмент документа "ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОЦЕНКЕ НЕОБХОДИМОГО СНИЖЕНИЯ ЗВУКА У НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТРЕБУЕМОЙ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКРАНОВ С УЧЕТОМ ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЯ".
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБУЕМОЙ АКУСТИЧЕСКОЙ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКРАНОВ С УЧЕТОМ ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЯ
3.1. Одним из наиболее эффективных строительно-акустических
средств защиты от транспортного шума селитебной территории и застройки
является сооружение придорожных шумозащитных экранов.
3.2. Основным оценочным параметром экрана является его
акустическая эффективность, на которую оказывают влияние многие
факторы, характеризующие как сам экран, так и источник шума, и
параметры окружающей среды.
Особую роль при этом играют факторы, связанные со
звукопоглощением в среде. Механизмы этого поглощения могут быть
различными, связанными с поглощением звука атмосферой, влиянием ветра,
влажности воздуха, температурных градиентов, турбулентностей, зеленых
насаждений и т.п.
3.3. Факторный анализ условий распространения шума
автотранспортных потоков в окружающей среде при наличии экранов и с
учетом звукопоглощения характеризует рассматриваемый сложный процесс
во взаимосвязи с физическими явлениями, к числу которых в первую
очередь следует отнести: расхождение звуковой энергии или дивергенцию,
интерференцию, дифракцию, поглощение звука элементами внешней среды и
др. Все эти явления оказывают существенное влияние на звуковое поле на
селитебной территории и в застройке и должны учитываться при его
расчете.
Картина значительно усложняется, когда на пути звуковых лучей от
транспортной магистрали до расчетной точки имеются экранирующие
сооружения. В качестве таких сооружений могут выступать холмы, насыпи,
овраги, выемки, здания, искусственные стенки и т.п., за которыми
образуется акустическая тень. Теоретически уровень звука в
акустической тени должен быть значительно ниже уровня шума источника
(на величину звукоизоляции экранирующей конструкции). Однако в зоне
звуковой тени шум от магистрали, экранируемой экраном, исключается не
полностью.
Проникание звуковой энергии за экран зависит от соотношения между
размером препятствия и длиной волны. Чем больше длина звуковой волны
(лямбда), тем меньше при данном размере препятствия область тени.
3.4. Проникание звука за экран обусловлено дифракцией звука на
верхней и боковых (при не очень длинных экранах) кромках экрана.
Строгий расчет дифракции звука на экране в общем виде представляет
очень сложную задачу, разрешимую лишь для отдельных частных случаев.
Одно из таких частных решений было получено Зоммерфельдом и
Макдональдом [1] применительно к полубесконечному экрану:
|Ф (тэта )| | Ф (-тэта )|
| 1 0 | | 2 0 |
ДЕЛЬТА L = -20 lg|----------| - 20 lg|1 + -----------|, (3.1)
| И | | Ф (тэта ) |
| 0 | | 1 0 |
где:
(1) 2
Н (тау + kR)
беск. 1
Ф (тэта ) = jk интеграл --------------- d тау;
1 0 -тау R ---------
/ 2
\/ r + 2kR
(1) 2
Н (тау + kR`)
беск. 1
Ф (-тэта ) = jk интеграл ---------------- d тау;
2 0 -тау R` ---------
/ 2
\/ r + 2kR`
тэта - тэта
--------- 0
тау R = \/k (L - R), при cos ------------ > 0,
2
---------
и тау R = -\/k (L - R) - в остальных случаях;
тэта + тэта
---------- 0
тау R` = \/k (L - R`), при cos ------------ > 0,
2
----------
и тау R` = -\/k (L - R`) - в остальных случаях;
--------------------------
/2
R = \/L - 2r r cos(тэта - тэта );
0 0
--------------------------
/2
R` = \/L - 2r r cos(тэта + тэта );
0 0
--------------------
/ 2 2
L = \/(r + r ) + (z - z ) ;
0 0
(1)
Н - функция Ганкеля первого рода первого порядка;
1
r , тэта , z - цилиндрические координаты точечного источника
0 0
шума;
r, тэта, z - цилиндрические координаты расчетной точки.
Несколько более точные результаты, в том числе и для линейных
источников, могут быть получены с помощью теории дифракции
Френкеля-Кирхгофа [2]:
2
ДЕЛЬТА L = -10 lg[DF] , (3.2)
экр.
где:
U v
j 2 пи 2 2 пи 2
[DF] = - - интеграл exp (j -- u ) du х интеграл exp (j -- v ) dv =
2 U 2 v 2
1 1
j
= - - {с (u ) - с (u ) + j [s (u ) - s (u )]} х {с (v ) - (3.3)
2 2 1 2 1 2
- с (v ) + j [s (v )- s (v )]},
1 2 1
где с (u ), с (u ), с (v ), с (v ) - интегралы Френеля.
1 2 1 2
Впоследствии Маекавой [3] на основании обобщения многочисленных
экспериментальных данных была разработана более удобная для
практического применения формула, дающая небольшую погрешность:
--------
\/2 пи |N|
ДЕЛЬТА L = 20 lg---------- + 5, (3.4)
экр. th--------
\/2 пи |N|
где N - число Френеля.
Сравнение результатов расчетов по (3.4) с экспериментальными
данными показало, что погрешность не превышает 3 дБ, что является
достаточно хорошей точностью при акустических расчетах.
3.5. Для повышения точности расчетов в математическую модель
экранирующего эффекта (3.4) должны быть внесены некоторые поправки в
зависимости от типа экрана.
При экране в виде вертикальной стенки:
2 дельта
N = --------, дельта = а + в - с, (3.5)
лямбда
где:
дельта - разность хода звуковых лучей через кромку экрана и через
сам экран непосредственно,
-------------------
/2 2
а = \/r + (Н - Н ) ; (3.6)
1 экр. и.ш.
-------------------
/2 2
в = \/r + (Н - Н ) ; (3.7)
2 экр. р.т.
----------------------------
/ 2 2
с = \/(r + r ) + (Н - Н ) ; (3.8)
1 2 экр. р.т.
а - кратчайшее расстояние между акустическим центром источника
шума и верхней кромкой экрана;
в - то же, но для расчетной точки за экраном;
с - расстояние между акустическим центром источника шума и
расчетной точкой.
Найденное по (3.5) значение N подставляется в формулу (3.4).
3.6. При расчете акустической эффективности экрана-здания его
дворовый фасад рассматривают как экран-стенку (расчеты по формулам
(3.4) - (3.8), подставляя вместо r (r + ДЕЛЬТА w), ДЕЛЬТА w - ширина
1 1
здания). К найденной величине добавляют поправку (К), учитывающую
дифракцию звука на верхних и боковых кромках экрана. Величина этой
поправки определяется по графикам из [4].
В случае экрана-насыпи или экрана-выемки необходимо учесть
дополнительно влияние DL склонов на снижение уровней звука, которое
определяется по табл. 3.1 в зависимости от угла (тэта) между склоном и
горизонтальной площадкой насыпи (выемки).
Таблица 3.1
ПОПРАВКА НА ВЛИЯНИЕ КРУТИЗНЫ СКЛОНОВ
НАСЫПИ (ВЫЕМКИ) НА СНИЖЕНИЕ УРОВНЕЙ ШУМА
------------------------------------------------------------------
|Внешний угол тэта, градусы |210 |225 |240 |255 |
|--------------------------------|-------|-------|-------|-------|
|Поправка DL, дБА |6 |5 |3 |1 |
------------------------------------------------------------------
3.7. Математическая модель экранирующего эффекта насыпи
описывается формулой:
ДЕЛЬТА L = ДЕЛЬТА L + К (lg ДЕЛЬТА w + 0,7) - DL, (3.9)
экр.нас. ст.
для выемки:
ДЕЛЬТА L = ДЕЛЬТА L - DL, дБА. (3.10)
экр.в. ст.
3.8. Автотранспортные магистрали можно рассматривать как линейный
источник шума, т.е. в виде равномерно излучающей прямой линии большой
длины. Такой источник излучает цилиндрические волны, в которых
уменьшение уровня звука при удвоении расстояния составляет всего лишь
3 дБА и определяется уравнением:
L = L - 10 lg(r / r ), (3.11)
0 0
где r = 7,5 м.
0
В дальнем свободном звуковом поле, создаваемом транспортным
потоком в безграничной однородной атмосфере без поглощения, звук
распространяется по прямым линиям-лучам, перпендикулярным фронту
волны. С увеличением расстояния от источника поверхность фронта также
увеличивается, вследствие чего интенсивность звука падает.
Однако в реальной атмосфере интенсивность звука снижается в
большей степени, чем величина, зависящая только от расстояния до
транспортной магистрали. Дополнительное снижение интенсивности вызвано
поглощением звука, обусловленным различными причинами.
Одна из них связана с поглощением звука в спокойной атмосфере за
счет обмена импульсами между молекулами воздуха в результате их
теплового движения (классическое поглощение, происходящее вследствие
вязкости и теплопроводности воздуха), а также за счет
перераспределения энергии между молекулами с различными степенями
свободы (молекулярное поглощение).
Последний фактор играет основную роль в снижении интенсивности
звука. Классическим поглощением в большинстве случаев можно
пренебречь. Величина молекулярного поглощения звука зависит от частоты
звука, а также от температуры и влажности воздуха.
3.9. Реальная атмосфера находится в непрерывном движении.
Плотность, температура, давление и влажность атмосферы непрерывно
изменяются как во времени, так и в пространстве. Поэтому звуковые
волны, распространяясь вдоль земной поверхности и преодолевая преграду
- экран, претерпевают воздействия этих изменений на пути
распространения, а также частично поглощаются и отражаются земной
поверхностью. Это приводит к появлению существенной зависимости уровня
звука за экраном от перечисленных факторов, т.е. к зависимости
акустической эффективности экрана от звукопоглощения и других
факторов.
Измерения плотности и температуры приводят к изменению волнового
сопротивления атмосферы и скорости звука в ней. Существенную роль
играет то обстоятельство, что в определенный момент времени
температура в разных точках атмосферы непостоянна и возникает
температурный градиент, который в общем случае является функцией
координат. Появление градиента температуры обусловлено теплообменом
между поверхностью земли и атмосферой.
Существо происходящих явлений проще всего понять в случае
слоистой атмосферы, в которой установился постоянный (положительный
или отрицательный) температурный градиент, и, следовательно, при
возрастании высоты температура уменьшается или увеличивается на
постоянную величину.
3.10. Любой звуковой луч, который исходит из источника шума
(транспортного потока), испытывает преломление - рефракцию (точно так
же, как световой луч в оптически неоднородных средах),
распространяется криволинейно и в отличие от случая однородной
атмосферы уже не представляет собой прямую линию.
В силу этого могут создаваться условия, приводящие к образованию
"зоны молчания" - зоны звуковой тени. В такую теневую зону не попадает
ни один из прямых звуковых лучей, исходящих от источника звука.
В дневное время температура обычно уменьшается с высотой, и
происходит рефракция звука вверх; в тихую ночную погоду в приземном
слое атмосферы нередко наблюдается инверсия температуры, и звуковые
лучи прижимаются к земле.
3.11. Градиент звука подвержен также влиянию ветра. Появление
градиента ветра чаще всего обусловливается трением между поверхностью
земли и движущимся потоком воздуха. При распространении звука скорость
ветра добавляется к скорости звуковых волн в неподвижной среде и
всякое изменение скорости ветра вызывает изменение скорости звука.
Следовательно, скорость распространения звука в атмосфере равна
векторной сумме скорости звука в неподвижной атмосфере и скорости
ветра. Звуковые лучи, распространяющиеся против ветра, загибаются
кверху, что служит причиной появления зоны молчания, в которую не
может проникнуть прямой звук. При распространении звука в направлении
ветра зона молчания отсутствует, поскольку звуковые лучи прижимаются к
земле.
Днем с наветренной стороны от источника звука влияние ветра и
температуры складываются и вызывают искривление лучей кверху. С
подветренной стороны эти влияния вычитаются, так что искривление лучей
происходит либо книзу, либо кверху, в зависимости от того, какая из
величин преобладает. Ночью с подветренной стороны оба градиента
складываются и вызывают искривление книзу, в то время как с
наветренной стороны оба эффекта вычитаются.
Отсюда следует, что образование зоны звуковой тени, которое
сопровождается наиболее сильным отклонением от обычного
распространения звука, можно наблюдать преимущественно днем с
наветренной стороны от источника звука. Ночью же теневая зона
образуется лишь в очень редких случаях (главным образом, с
подветренной стороны). Последнее обстоятельство является одной из
причин хорошей слышимости ночью.
3.12. Большое влияние на распространение звука оказывает
турбулентность атмосферы (порывы ветра и т.п.). Вызываемые ею
изменения скорости распространения звука приводят к кратковременным
флуктуациям уровня звукового давления, которые могут составлять до 20
дБА при сильном порывистом ветре.
3.13. Во многих случаях при распространении автотранспортного
шума источник звука и точка наблюдения находятся на высоте всего лишь
нескольких метров или даже дециметров над поверхностью земли.
Следовательно, звук распространяется параллельно земле или отражается
от нее под небольшим углом. Поэтому можно предположить, что
акустические свойства земной поверхности оказывают влияние на уровень
звука в месте приема и что, в частности, грунт, сильно поглощающий
звук, вызывает большее падение уровня звука, чем это имело бы место
только из-за геометрического расхождения звуковых волн.
3.14. В некоторых случаях затухание, обусловленное поглощающим
действием поверхности земли, играет заметную роль наряду с другими
факторами. При этом влиянием низкого растительного покрова земли
(травы, кустарника) практически можно пренебречь. Однако при наличии
более высокого растительного покрова, например, в случае зеленых
насаждений, наблюдается значительное затухание.
3.15. Эффект снижения шума в зеленых насаждениях зависит от
характера посадок, пород деревьев и кустарников, времени года, а также
от спектрального состава шума. Рядовые посадки деревьев на улицах и
бульварах городов с открытым подкронным пространством оказывают
незначительное влияние на улучшение шумового режима. Звук, особенно
низкочастотный, беспрепятственно проходит сквозь такие посадки, и лишь
высокочастотные составляющие шума частично рассеиваются и поглощаются.
Для обеспечения существенного снижения шума посадки зеленых насаждений
должны состоять из деревьев с густыми кронами, смыкающимися между
собой, а пространство под кронами должно быть заполнено кустарником
так, чтобы не было просветов.
3.16. Учет поглощения звука в атмосфере и его рассеивания на
атмосферных неоднородностях
Как было отмечено выше, при распространении шума за экранами
происходит дополнительное снижение его уровней за счет вязкости и
теплопроводности воздуха (классическое поглощение, обусловленное
обменом импульсами между движущимися молекулами) и за счет
перераспределения энергии между различными степенями свободы молекул
(молекулярное поглощение). Эти виды поглощения звука зависят от
частоты, температуры и влажности воздуха. В общем случае эта
зависимость носит сложный характер, который не поддается описанию
аналитической формулой. Поэтому для более точных расчетов следует
пользоваться табличными значениями коэффициентов поглощения звука
(бета) в атмосфере, установленными экспериментально (табл. 3.2).
Таблица 3.2
-2
КОЭФФИЦИЕНТ ПОГЛОЩЕНИЯ ЗВУКА В ВОЗДУХЕ БЕТА Х 10 ДБ/М
------------------------------------------------------------------
|Среднегеом.| Температура воздуха, град. С |
| частоты |----------------------------------------------------|
| октавных | 0 град. | 10 град. | 20 град. |
| полос, Гц |----------------------------------------------------|
| | Относительная влажность, % |
| |----------------------------------------------------|
| | 50 | 70 | 90 | 50 | 70 | 90 | 50 | 70 | 90 |
|-----------|-----|-----|-----|----|-----|-----|-----|-----|-----|
|63 |0,02 |0,02 |0,02 |0,02|0,02 |0,02 |0,03 |0,03 |0,03 |
|-----------|-----|-----|-----|----|-----|-----|-----|-----|-----|
|125 |0,04 |0,04 |0,04 |0,04|0,04 |0,04 |0,05 |0,05 |0,05 |
|-----------|-----|-----|-----|----|-----|-----|-----|-----|-----|
|250 |0,08 |0,07 |0,07 |0,09|0,09 |0,09 |0,11 |0,11 |0,11 |
|-----------|-----|-----|-----|----|-----|-----|-----|-----|-----|
|500 |0,21 |0,16 |0,14 |0,17|0,17 |0,17 |0,21 |0,21 |0,21 |
|-----------|-----|-----|-----|----|-----|-----|-----|-----|-----|
|1000 |0,61 |0,42 |0,33 |0,39|0,35 |0,35 |0,42 |0,42 |0,42 |
|-----------|-----|-----|-----|----|-----|-----|-----|-----|-----|
|2000 |1,80 |1,20 |0,93 |1,40|0,78 |0,91 |0,85 |0,85 |0,85 |
|-----------|-----|-----|-----|----|-----|-----|-----|-----|-----|
|4000 |4,80 |3,60 |2,80 |3,10|2,10 |1,70 |2,00 |1,70 |1,70 |
|-----------|-----|-----|-----|----|-----|-----|-----|-----|-----|
|8000 |12,00|9,60 |7,70 |8,60|6,10 |4,60 |5,30 |3,90 |3,40 |
------------------------------------------------------------------
Как видно из таблицы, с ростом частоты, при постоянных
температуре и влажности, коэффициент поглощения увеличивается, т.е.
более высокие частоты затухают сильнее. При фиксированной частоте
зависимость коэффициента поглощения от температуры и влажности воздуха
носит нелинейный характер, достигая минимума при некоторых их
сочетаниях, различных для разных частот.
При выполнении ориентировочных акустических расчетов, связанных с
санитарно-гигиенической оценкой зашумленности территории транспортными
и промышленными источниками, можно пользоваться упрощенной
аналитической зависимостью коэффициента звука в воздухе [5]:
бета = 0,375 х lg(f / 63), (3.12)
где f - среднегеометрическая частота октавной полосы в
нормируемом диапазоне от 63 до 8000 Гц.
Так как формула (3.12) получена на основании статистического
усреднения эмпирических данных (табл. 3.2), то в ней в скрытом виде
учтены усредненные зависимости коэффициента поглощения от температуры
и влажности воздуха.
При распространении звука на большие расстояния существенную роль
играет затухание, связанное с турбулентностью воздуха. Оно
определяется рассеянием звука на неоднородностях атмосферы,
обусловленных порывами ветра, потоками воздуха в вертикальном
направлении из-за разности температур земли и воздуха, а также
разности давлений по высоте. Ввиду случайного характера этих
флюктуаций нельзя установить единую аналитическую формулу,
охватывающую все случаи.
Полагая частоту фиксированной, можно найти, что затухание из-за
турбулентности воздуха изменяется с расстоянием (r) от источника по
законам:
бета = 0,00295 х f х r, при 100 <= f <= 1600 Гц, (3.13)
тур.
бета = 0,0105 х f х r, при 1600 < f <= 4000 Гц, (3.14)
тур.
где r выражено в км.
Из анализа этих формул и на основании экспериментов установлено,
что турбулентное затухание звука в атмосфере на низких частотах слабо
зависит от расстояния. На средних и высоких частотах оно наиболее
сильно меняется для расстояний до 2 км, после чего дальнейший его
прирост сильно замедляется. Для расстояний менее 500 м турбулентное
затухание может играть существенную роль, а при расстояниях свыше 4 км
его можно уже не учитывать, так как при таких расстояниях шум
практически спадает до фоновых уровней.
3.16. Учет влияния градиентов температуры и скорости ветра
На распространение шума транспортных потоков при наличии
придорожных экранов существенное влияние может оказывать ветер, так
как при достаточно большой скорости ветра и на достаточно больших
расстояниях проявляются особые эффекты, связанные с искривлением хода
звуковых лучей.
В однородной атмосфере без ветра звуковые лучи представляют собой
прямые линии, проведенные из центра источника шума, скорость звука во
всех направлениях одинакова. При наличии ветра его скорость
геометрически складывается со скоростью звука в направлении каждого
луча. Поэтому при распространении звука в направлении ветра суммарная
скорость увеличивается, а против направления ветра - уменьшается.
Скорость ветра в нижних слоях атмосферы уменьшается за счет трения
воздушного потока о поверхность земли, влияния растительности и
застройки. С увеличением высоты движение воздуха становится
беспрепятственным, и скорость ветра увеличивается. В силу этого, с
увеличением высоты скорость звука увеличивается по направлению ветра,
и звуковые лучи искривляются по направлению к земле. Это приводит к
тому, что на больших расстояниях от источника шума наблюдаются
повышенные уровни шума, а акустическая эффективность экрана
уменьшается по сравнению со случаем спокойной атмосферы.
При распространении звука навстречу ветру (против ветра) скорость
звука с высотой уменьшается и звуковые лучи искривляются кверху. В
силу этого, начиная с некоторого расстояния, звуковые лучи не
достигают поверхности земли и образуется зона звуковой тени или зона
молчания, которая отсутствовала бы при спокойной атмосфере.
Учет влияния градиента ветра на распространение звуковых волн
целесообразно проводить вместе с учетом влияния градиента температуры
атмосферы.
В каждый конкретный момент времени температура воздуха в
различных точках даже одной и той же местности неодинакова. Это
связано, в первую очередь, с неравномерным теплообменом поверхности
земли и атмосферы, зависящим от характеристик поверхностного слоя
земли и неравномерности прогрева атмосферы по высоте. Разница в
температурах различных участков атмосферы приводит к появлению
градиента температуры, а следовательно, к изменению скорости звука и к
искривлению звуковых лучей. Так как температура является скалярной
величиной, то она воздействует на распространение звука равномерно во
все стороны.
При неустойчивых состояниях погоды земная поверхность обычно
имеет большую температуру и вследствие этого температура воздуха и
скорость звука в нем с высотой уменьшаются. При этом звуковые лучи
отклоняются по направлению от земли и на некотором расстоянии от
источника возникает зона молчания.
При устойчивых состояниях погоды часто наблюдается инверсия
температуры (положительный градиент температуры), т.е. возрастание
температуры воздуха с высотой. Это вызывает искривление звуковых лучей
по направлению к земле, что создает благоприятные условия для
распространения звука на большие расстояния. Инверсия температуры
воздуха обычно наблюдается в ночное время.
В отдельных случаях возможно такое сочетание погодных условий,
что на некоторой высоте (обычно вблизи поверхности земли) образуется
так называемый воздушный волновой канал - слои воздуха с пониженной
скоростью звука, окруженные со всех сторон слоями воздуха с повышенной
скоростью звука. Звуковые лучи от транспортных источников шума,
попадающие в волновой канал, испытывают достаточно сильное отражение
от граничных слоев канала, в результате чего звук слабо затухает и
способен распространяться на сверхдальние расстояния.
Неустойчивые состояния погоды, приводящие к неустойчивой
слоистости воздуха, обычно наблюдаются при солнечной погоде днем и в
летний период года.
Устойчивые состояния погоды (устойчивая слоистость воздуха)
наблюдаются чаще зимой вечером и ночью при ясной безветренной погоде.
При равновероятной частоте всех направлений ветра и при
усреднении по различным температурным условиям поправка к расчетным
уровням звука за экраном может быть вычислена по формуле:
5 2
ДЕЛЬТА L = 3 / [1,6 + 10 (r / r) ], дБ, (3.15)
в/т 0
где:
r - расстояние от акустического центра автотранспортного потока
до расчетной точки, м;
r = 1 м - опорное расстояние.
0
Расстояние от транспортной магистрали до границы зоны молчания
(звуковой тени) r рассчитывается по формуле:
тен.
-- --1/2
| 2 | ----- -----
r = |-------------------------| х (\/Н + \/Н ), (3.16)
тен. |1 dС 1 dT| и.ш. р.т.
|-- х -- cos фи +/- - х --|
|с dh Т dh|
| 0 0 |
-- --
где:
с и Т - скорость звука и абсолютная температура воздуха
0 0
непосредственно около поверхности земли;
dС dT
--, -- - градиенты скорости звука и температуры воздуха;
dh dh
Н , Н - высоты акустического центра транспортного
и.ш. р.т.
потока и расчетной точки над уровнем поверхности земли.
Знак "+" в формуле (3.16) берется при совпадающем действии
градиентов, знак "-" - при их противоположном действии.
3.17. Учет влияния поглощения и отражения звука покрытием
территории
Так как автотранспортный поток и точка наблюдения находятся
обычно на небольшой высоте над поверхностью территории, то звук
распространяется, в основном, в приземном слое. При этом в точку
наблюдения приходят три составляющие: прямой звук; звук отраженный от
поверхности земли и так называемая "земная" волна. Математическая
модель этого процесса описывается уравнением:
jk r jk r
Р в. пр. в. пр.
-- = е / k r + R (е / k r ) + (1 - R ) x
Р в. пр. р в. пр. р
0
jk r
в. пр.
x (е / k r ) F, (3.17)
в. отр.
где:
Р - звуковое давление в точке наблюдения;
-5
Р = 2 х 10 Па - опорное звуковое давление;
0
k - волновое число для воздуха;
в.
r , r - длины путей прямого и отраженного звука;
пр. отр.
R - коэффициент отражения волны от поверхности земли;
р
F - комплексная функция, учитывающая взаимодействие фронта волны
с поверхностью, обладающей конечным импедансом.
Величины R и F в свою очередь рассчитываются по формулам:
р
2 2 2 1/2
sin тета - бета (1 - k / k cos тета)
в. в.
R = --------------------------------------------, (3.18)
р 2 2 2 1/2
sin тета + бета (1 - k / k cos тета)
в. в.
где:
тета - угол отражения звука;
Z
в.
бета = --- - отношение акустических импедансов воздуха и
Z
в.
поверхности земли;
k - волновое число поверхности земли.
в.
2
1/2 -w беск. -w
F = 1 + 2j w е интеграл е dw, (3.19)
-1/2
-jw
где:
-- --2
jk r | Z |
в. в. | в.|
w = -------- |sin тэта + ---|.
2 | Z |
| в.|
-- --
Как видно из этих зависимостей, амплитуда "земной" волны на
небольших расстояниях от источника (w << 1) остается практически
постоянной, т.е. эта волна не затухает. На больших расстояниях (w >>
1) затухание "земной" волны резко увеличивается и составляет 6 дБ на
каждое удвоение расстояния.
В физическом смысле "земная" волна представляет собой поток
звуковой энергии, распространяющейся в воздухе вблизи поверхности
земли со скоростью, меньшей скорости звука, в свободном пространстве
на величину, зависящую от импеданса поверхности земли и совпадающую по
экспоненте с высотой. На расстояниях свыше 500 м "земную" волну можно
уже не учитывать в силу ее малости.
На небольших расстояниях (до 100 м) звуковое поле источника
формируют все три волны, на расстояниях от 100 до 500 м и небольших
высотах - в основном прямой и отраженный звук. На достаточно больших
высотах (h >> Н ; h >> Н ) влияние отраженной волны значительно
и.ш. р.т.
уменьшается и определяющим является лишь прямой звук.
В случае покрытия поверхности территории травой (газоны) или
снегом, или наличия рыхлого грунта следует дополнительно учитывать
поглощение звука с помощью следующей математической модели:
-- 2 --
| дельта |
ДЕЛЬТА L = 6 lg|------------------|, (3.20)
пок. | 2|
|(1 + 0,01 дельта) |
-- --
где:
-(0,3Н +1)
и.ш.
1,4d х 10
дельта = ----------------------, (3.21)
Н
р.т.
d - расстояние по перпендикуляру от расчетной точки до
автотранспортного потока;
Н и Н - высоты акустического центра автотранспортного
и.ш. р.т.
потока и расчетной точки над уровнем территории.
Если при расчете по формуле (3.21) дельта оказывается меньше
единицы, то принимают ДЕЛЬТА L = 0.
пок.
В случае акустически жесткой поверхности (асфальт, бетон, плотный
грунт, вода) ДЕЛЬТА L во всех случаях равно нулю.
пок.
3.19. Учет влияния зеленых насаждений
Определенное влияние на распространение шума автотранспортных
потоков за экраном оказывают зеленые насаждения (посадки деревьев,
кустарников). Обычные городские посадки из отдельно стоящих деревьев
шумозащитным эффектом не обладают. Но таким эффектом обладают
шумозащитные полосы зеленых насаждений. Расстояние между деревьями в
полосе должно быть не более 4 м, высота деревьев не менее 5 - 8 м,
кустарника не менее 2 м. Посадка деревьев может быть рядовая или
шахматная, причем все подкроновое пространство должно быть полностью
заполнено кустарником без просветов. На каждом участке территории
может быть устроена одна или несколько таких полос, разделенных
воздушными промежутками.
В общем случае их влияние зависит от ширины полосы зеленых
насаждений, ее плотности, дендрологического состава и др. факторов.
При расчетах целесообразно пользоваться постоянной затухания звука в
зеленых насаждениях, показывающей величину затухания на единицу ширины
зеленой полосы.
Согласно экспериментальным данным [4], постоянная затухания звука
лежит в пределах от 0,02 до 0,15 дБ/м и лишь при особо густых посадках
большой ширины может доходить до 0,35 дБ/м. Исследования показали, что
дополнительная, по сравнению со случаем открытой территории,
акустическая эффективность плотных полос зеленых насаждений при ширине
полосы 20 - 40 м, высоте деревьев 5 - 12 м составляет 2 - 5 дБ, при
ширине полосы 100 - 140 м она доходит до 8 - 9 дБ. Дальнейший прирост
снижения шума не пропорционален ширине полосы. Это объясняется тем,
что поглощающий эффект зеленых насаждений наиболее выражен на частотах
свыше 1000 Гц, а уровни транспортных потоков на этих частотах
значительно меньше, чем на низких частотах. Затухание звука на этих
частотах обусловлено в основном рассеянием и поглощением звука
листьями, ветками и стволами деревьев. В диапазоне 200 - 400 Гц
происходит некоторое снижение уровней звука вследствие интерференции
прямого и отраженного звука.
При посадке деревьев с плотным примыканием крон и заполнением
подкронового пространства кустарником снижение шума зелеными
насаждениями можно рассчитывать по формуле:
ДЕЛЬТА L = альфа В, (3.22)
зел. зел.
где альфа - постоянная затухания звука в зеленых
зел.
насаждениях. При отсутствии точных данных принимают среднюю величину
альфа = 0,08 дБ/м. Эта формула справедлива при ширине полосы не
зел.
более 100 м. При большей ширине полосы дальнейшее увеличение
ДЕЛЬТА L
зел.
значительно замедляется и носит неопределенный характер.
При проектировании шумозащитной полосы зеленых насаждений следует
учитывать быстроту роста, высоту, долговечность, форму и плотность
кроны, устойчивость по отношению к выхлопным газам. Применяемые
древесно-кустарниковые растения по размерам делятся на:
- деревья первой величины (высота свыше 20 м, диаметр кроны 10 -
15 м). К ним относятся: береза пушистая, дуб, клен остролистный,
лиственница сибирская, пихта сибирская, ель, сосна, тополь, осина,
липа крупнолистная, ива серебристая;
- деревья второй величины (высота 10 - 20 м, диаметр кроны 5 - 8
м). Это клен полевой, ольха серая, ива ломкая, каштан конский;
- деревья третьей величины (высота 5 - 10 м, диаметр кроны 3 - 5
м). Это клен татарский, рябина обыкновенная;
- деревья четвертой величины (высота 2 - 5 м, диаметр кроны 1 - 3
м). К этой группе относятся рябина лучнистая, боярышник обыкновенный,
черемуха виргинская, туя западная.
Из кустарников применяют крупные кустарники (высота 4 - 9 м,
диаметр 2 - 5 м) - акация желтая, бирючина, жимолость, сирень, калина,
лох, бересклет, а также средние кустарники (высота 1 - 3 м, диаметр 2
- 5 м) - смородина золотистая, кизильник, чубушник, таволга.
Быстрорастущие породы деревьев (тополь, береза, ива и др.) менее
долговечны, чем медленно растущие (дуб, липа, клен и др.).
Следует учитывать, что в холодное время года лиственные деревья
сбрасывают листву и их шумозащитный эффект уменьшается до нуля.
Посадки хвойных пород деревьев эффективно снижают шум в течение всего
года. Поэтому целесообразно вводить в шумозащитные полосы хвойные
породы деревьев. Однако следует учитывать, что в городских условиях
они часто плохо растут и поэтому их применение ограничено.
При проектировании следует стремиться к тому, чтобы высота
деревьев была на 1,5 - 2 м и более выше линии, соединяющей
акустический центр транспортного потока с расчетной точкой на уровне
середины окон последнего этажа защищаемого от шума здания.
В условиях сложившейся городской застройки шумозащитные полосы
зеленых насаждений практически неприменимы. Однако при проектировании
или реконструкции скоростных дорог, особенно в загородной зоне, такие
посадки могут широко применяться. Почва в районе зеленой полосы должна
быть покрыта густой травой. Это будет способствовать дополнительному
поглощению звука в приземном слое.
При необходимости организации проходов в полосах зеленых
насаждений эти проходы должны проектироваться под острым углом к
транспортной магистрали для уменьшения проникания шума в застройку.
При проектировании полос зеленых насаждений следует также
учитывать, что они частично поглощают вредные выхлопные газы
автомобилей и создают дополнительный психологический эффект
приглушения шума.
3.20. Учет звукопоглощения экранов
Для экранов, предназначенных для установки на улицах или дорогах
с двухсторонним расположением защищаемых от шума зданий, должны быть
предусмотрены со стороны магистрали звукопоглощающие конструкции в
виде резонирующих панелей, звукопоглощающих облицовок или заполнений.
Применение звукопоглощающих конструкций позволяет снизить уровни
шума, отраженного от экранов, и добиться за счет этого, во-первых,
общего снижения шума магистрали, и, во-вторых, значительно ослабить
влияние на зашумленность застройки, расположенной напротив экрана на
противоположной стороне магистрали, отражений звука от экрана.
Звукопоглощающая обработка поверхностей экрана имеет особенно большое
значение при параллельном расположении экранов на противоположных
сторонах магистрали.
В настоящее время отсутствуют какие-либо способы расчеты эффекта,
даваемого звукопоглощающей облицовкой поверхности экрана. Из практики
известно лишь, что этот эффект может достигать нескольких дБА.
Звукопоглощающие материалы, используемые для облицовок или
заполнения экрана, должны обладать стабильными физико-механическими и
акустическими показателями в течение всего периода эксплуатации, быть
биостойкими и влагостойкими, не выделять в окружающую среду вредных
веществ в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации
для атмосферного воздуха.
Для увеличения эффективности звукопоглощающих облицовок они
должны крепиться на жестком основании непосредственно на поверхности
экрана. Для защиты звукопоглощающего материала от попадания влаги
необходимо предусматривать защитное покрытие в виде пленки. Снаружи
экраны со звукопоглощающей облицовкой должны защищаться
перфорированными листами из алюминия, стали или пластика.
3.21. Методика определения требуемой акустической эффективности
экранов с учетом звукопоглощения
Ожидаемый уровень звука (L ) в расчетной точке при
Ар.т.терр.
наличии экрана и с учетом звукопоглощения рассчитывают по формуле:
терр.
L = L - L - L - ДЕЛЬТА L - L - L -
Ар.т. Аэкв. Арас. Авоз. в/т Апок. Азел.
- L - L + L - ДЕЛЬТА L , дБА, (3.23)
Аэкр. Азастр. Аотр. А альфа
где:
L - шумовая характеристика автотранспортного потока, на
Аэкв.
магистрали, дБА;
L - снижение уровня шума автотранспортного потока, в
Арас.
зависимости от расстояния между ним и расчетной точкой, дБА;
L - снижение уровня шума вследствие его затухания в
Авоз.
воздухе, дБА;
ДЕЛЬТА L - поправка, учитывающая влияние турбулентности
в/т
воздуха и ветра на процесс распространения звука, дБА;
L - снижение уровня шума вследствие его поглощения
Апок.
поверхностью территории, дБА;
L - снижение уровня шума полосами зеленых насаждений, дБА;
Азел.
L - снижение уровня шума экранирующими препятствиями (зданиями,
Аэкр.
насыпями, холмами, выемками, искусственными экранами и т.п.) на пути
звуковых лучей от автомагистрали к расчетной точке, дБА;
L - поправка, учитывающая снижение уровня шума
А альфа
вследствие ограничения угла (альфа) видимости улицы (дороги) из
расчетной точки, дБА.
При расчете входящих в формулу величин следует использовать
расчетные зависимости, приведенные ранее в пунктах 3.15 - 3.19.
Полученное значение (L ) сравнивают с допустимым
Ар.т.терр.
уровнем звука для данной расчетной точки (L ). Разность между
Адоп.
ними представляет собой требуемое снижение шума экраном (ДЕЛЬТА L ):
Атр.
ДЕЛЬТА L = L - L , дБА. (3.24)
Атр. Ар.т.терр. Адоп.
|
Фрагмент документа "ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОЦЕНКЕ НЕОБХОДИМОГО СНИЖЕНИЯ ЗВУКА У НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТРЕБУЕМОЙ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКРАНОВ С УЧЕТОМ ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЯ".