Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Методика расчёта уровня шума автотранспортного потока

РАСЧЁТ УРОВНЯ ШУМА В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ (ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1).

1 Цель работы овладение методикой расчёта уровня шума автотранспортного потока.

Порядок выполнения работы

Практическая работа рассчитана на два аудиторных часа, то есть полностью выполняется и защищается в течение одного занятия.

На данном занятии по результатам ознакомления с методическими указаниями составляется конспект, который должен отражать следующие положения:

1) об актуальности транспортного шума как экологической проблемы (п. 3);

2) основы нормирования шума (п. 4).

Конспект должен быть составлен таким образом, чтобы в нём кратко, но достаточно полно, были представлены ответы на контрольные вопросы (п. 8). В конспекте приводятся результаты расчёта (по примеру п. 6) согласно выданному преподавателем варианту (п. 7).

Работа над конспектом завершается составлением по результатам расчёта плана шумозащитных мероприятий.

После подготовки по контрольным вопросам практическая работа защищается.

Об актуальности транспортного шума как экологической проблемы

Немецкие учёные, в качестве чрезвычайно важной экологической проблемы, второй после выброса канцерогенных веществ с отработавшими газами, рассматривают транспортный шум [1]. По данным медицинской статистики Германии риск умереть от последствий транспортного шума в 2 раза выше, чем от обусловленных автотранспортом онкологических заболеваний. Зафиксировано значительное число случаев смерти от сердечного приступа, вызванного именно шумом. Кроме того, доказано, что шум может стать причиной острых и хронических стрессовых расстройств. Поэтому разработка и проведение мероприятий, направленных на снижение уровня транспортного шума, является на сегодняшний день актуальной задачей, от эффективного решения которой зависит, прежде всего, здоровье жителей городов.

Шумовое поле вокруг автотранспортного средства при его движении формируется из шумов, сопутствующих работе двигателя, трансмиссии и ходовой части и взаимодействию шин с дорогой, а также шума аэродинамического происхождения (в результате взаимодействия кузова с атмосферой). Причём при низких скоростях движения преобладает шум двигателя (выпускной системы), а при высоких – шум шин [2].

Уровень шума автотранспортного потока определяется интенсивностью и составом потока, прежде всего, долей грузовых автомобилей и автобусов в потоке.

Транспортный шум усиливается: 1) при увеличении средней скорости потока; 2) при резком изменении режима движения транспорта (разгон, торможение, обгон, остановка влияют в пределах 2…3 дБА); 3) при пересечении в разных уровнях и слиянии потоков одинаковой интенсивности и состава на перекрёстках с регулируемым движением (в пределах 3 дБА).

Основы нормирования шума

Шум представляет собой сложный звук нестационарного характера, составляющие которого имеют различную частоту и интенсивность [3]. Известно, что звук как физическое явление – это волновое колебание упругой среды, поэтому волны его возникают всегда, когда в такой среде имеется колеблющееся тело или когда частицы этой среды (газообразной, жидкой, твёрдой) совершают колебательные движения вследствие действия на них возмущающей силы. С точки зрения природы возникновения между звуками, шумом и вибрацией никакой разницы нет. Все они в основе своей складываются из гармонических колебаний. Разница состоит лишь в психофизиологическом их восприятии. Вибрация воспринимается осязанием, шум – слухом. Слуховое ощущение, возникающее у человека, называется звуком. Человек воспринимает звуковые раздражения в диапазоне частот 20…20000 Гц и способен выполнять тонкий анализ и синтез звуков, выбирать из большой массы полезные звуки и соответствующим образом реагировать на них. К звукам с частотой < 20 Гц – инфразвукам и > 20 кГц – ультразвукам человеческое ухо не чувствительно.

Обычные техногенные шумы возникают как следствие вибрации каких-либо поверхностей, причём с увеличением поверхностей и амплитуды их колебаний излучаемый шум усиливается. Исключение из этого составляют лишь аэродинамические шумы (вентиляторы, воздушные струи) и шумы, порождаемые трансформаторами, электрическими генераторами и двигателями.

Определяющими характеристиками источника колебаний являются частота f и интенсивность колебаний – звуковое давление p. Кроме того, звуковая волна характеризуется длиной λ и периодом Т:

(1)

где a – скорость распространения звукового колебания в исследуемой среде (скорость звука), которая для идеального газа при адиабатном процессе и плотности среды ρ будет (k – показатель адиабаты).

При исследовании вопросов излучения, отражения и распространения звука в разных средах важную роль играют акустическое сопротивление среды и такая энергетическая его характеристика, как сила J звука.

Под силой J звука понимают количество звуковой энергии, переносимое волной в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения волны. В случае плоской синусоидальной волны

(2)

Для практических целей введено понятие уровня L силы звука, выражаемого в логарифмических единицах – децибелах (дБ). А так как сила звука пропорциональна квадрату звукового давления, то уровень силы звука определяют также через величины звукового давления

(3)

где J и p – измеряемые величины;

J₀ – пороговое значение силы звука, равное 10^-12 Вт/м²;

p₀ – звуковое давление, условно принятое за порог чувствительности уха человека (2·10^-5 Па).

Причём различают такие параметры, как уровень интенсивности звука L_J и уровень звукового давления L_p.

Спектры шума обуславливаются наличием в колебательном процессе синусоид с различными амплитудами, фазами и длинами волн, вследствие чего их делят на три вида: дискретные, или линейчатые, сплошные и смешанные. Дискретные спектры характеризуются наличием одной или нескольких частотных составляющих с высшими для них гармониками (например, спектры шума машин с вращающимися частями). Сплошные спектры – результат статистического сочетания большого количества случайных частотных составляющих (шумы ударного и взрывного происхождения). Смешанные спектры шумов наиболее распространены на практике и представляют собой сочетание дискретных составляющих и сплошного шумового фона.

Для оценки характера шума введена их классификация по спектральным и временным характеристикам [4].

По характеру спектра шумы делятся на широкополосные и тональные. Под широкополосными шумами понимают шумы, имеющие непрерывный спектр шириной более октавы (рисунок 1, а).

а – непрерывный спектр; б – тональный спектр; в – колеблющийся во времени спектр; г – импульсный спектр; д – прерывистый спектр

Рисунок 1 – Разновидности шумового спектра

В технике приняты октавные полосы со среднегеометрическими частотами, например, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Характерным примером широкополосного шума является шум турбореактивного двигателя.

Тональный шум характеризуется тем, что в спектре присутствуют отдельные слышимые дискретные тона (рисунок 1, б). Тональность шума определяют в процессе измерений уровня звукового давления L_p в третьоктавных полосах частот при превышении уровня в одной полосе над соседними более чем на 10 дБ. Пример тонального шума – шум осевого вентилятора.

По временным характеристикам шумы делятся на постоянные и непостоянные. Постоянные шумы в процессе измерения на временной характеристике шумомера «медленно» не изменяют уровень сигнала более чем на 5 дБА. В случае непостоянных шумов это изменение может быть более 5 дБА.

В свою очередь, непостоянные шумы делятся на импульсные, прерывистые и колеблющиеся во времени.

Импульсные шумы, состоящие из одного или нескольких звуковых импульсов, каждый длительностью менее 1 с и уровнями звука (L_p или L_J) отличающимися более чем на 7 дБА при измерениях на временной характеристике шумомера «импульс» и «медленно» (рисунок 1, г). Тяжёлый молот при ударе о наковальню издаёт импульсный шум.

Прерывистые шумы отличаются от импульсных тем, что уровень звука таких шумов изменяется на 5 дБА и более, несколько раз за время измерения, причём длительность импульса составляет 1 с и более и в момент действия импульса его амплитуда остаётся постоянной, превышающей фон (рисунок 1, д). Прерывистый шум образуется при сбрасывании воздуха из систем высокого давления.

Шумы, колеблющиеся во времени, отличаются от импульсных и прерывистых тем, что уровень таких шумов непрерывно меняется во времени (рисунок 1, в). К таким шумам относится, например, шум автотранспортного потока.

Для оценки степени шумового загрязнения окружающей среды необходимо знать как реальный шумовой фон, так и допустимый уровень шума, устанавливаемый санитарными нормами № 3077-84. В соответствии с этими нормами суммарный, фактический шум, создаваемый различными техногенными источниками, не должен превышать допустимого уровня шума.

Для нормирования постоянного шума выбраны следующие параметры:

- уровень звукового давления L_p, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц;

- уровень интенсивности звука L_J, дБА.

В случае непостоянного шума нормируемыми параметрами являются:

- эквивалентный уровень звука L_J_экв, дБА;

- максимальный уровень звука L_Jmax, дБА.

Под эквивалентным (по звуковой энергии) уровнем звука L_J_экв непостоянного шума понимается уровень звука постоянного широкополосного шума, значение звукового давления которого совпадает со значением среднеквадратичного звукового давления непостоянного шума за определённый временной интервал. Для оценки L_J_экв уровни звука разбивают на диапазоны по 5 дБА. Каждый диапазон характеризуется средним значением . Тогда L_J_экв определяется по следующей формуле, дБа:

(4)

где – среднее значение уровеня звука диапазона i, дБА;

n – число диапазонов;

t_i - относительное время действия шума диапазона i (в процентах от времени измерения), %.

За максимальный уровень интенсивности звука L_Jmax принят уровень интенсивности звука, соответствующий максимальному показанию шумомера, в течение 1 % времени измерения.

Звуки с низкой и высокой частотой кажутся тише, чем среднечастотные той же интенсивности. С учётом этого, неравномерную чувствительность человеческого уха к звукам разных частот модулируют с помощью специального электронного частотного фильтра, получая, в результате нормирования измерений, так называемый эквивалентный (по энергии, «взвешенный») уровень звука с размерностью дБА (дБ(А), то есть – с фильтром «А»). Уровень звука является важным фактором, определяющим восприимчивость и биологическое действие шума (таблица 1).

Таблица 1 – Шкала шумов [http://www.kakras.ru/doc/shum-decibel.html]

Децибел, дБА	Характеристика	Источники шума
	ничего не слышно	-
	почти не слышно	-
	почти не слышно	тихий шелест листьев
	едва слышно	шелест листвы
	едва слышно	шепот человека (на расстоянии 1 м)
	тихо	шепот человека (1м)
	тихо	шепот, тиканье настенных часов (допустимый максимум по нормам для жилых помещений ночью с 23 до 7 часов(СНиП 23-03-2003 «Защита от шума»))
	довольно слышно	приглушенный разговор
	довольно слышно	обычная речь (допустимая норма для жилых помещений днём с 7 до 23 часов(СНиП 23-03-2003 «Защита от шума»))
	довольно слышно	обычный разговор
	отчётливо слышно	разговор, пишущая машинка
	отчётливо слышно	верхняя норма для офисных помещений класса А (по европейским нормам)
	шумно	норма для контор
	шумно	громкий разговор (на расстоянии 1м)
	шумно	громкий разговор (на расстоянии 1м)
	шумно	крик, смех (на расстоянии 1м)
	очень шумно	крик, мотоцикл с глушителем, шум пылесоса (с большой мощностью двигателя – 2 кВт).
	очень шумно	громкий крик, мотоцикл с глушителем
	очень шумно	громкие крики, грузовой железнодорожный вагон (на расстоянии 7 м)
	очень шумно	вагон метро (на расстоянии 7 м снаружи или внутри вагона)
	крайне шумно	оркестр, вагон метро (прерывисто), раскаты грома, визг работающей бензопилы (максимально допустимое звуковое давление для наушников плеера (по европейским нормам))
	крайне шумно	в самолёте (до 80-х годов ХХ столетия)
	крайне шумно	вертолёт
	крайне шумно	пескоструйный аппарат (на расстоянии 1м)
	почти невыносимо	отбойный молоток (на расстоянии 1м)
	почти невыносимо	-
	болевой порог	самолёт на старте
	контузия	-
	контузия	звук взлетающего реактивного самолета
	контузия	старт ракеты
	контузия, травма	-
	контузия, травма	-
	шок, травма	ударная волна от сверхзвукового самолёта
при уровнях звука свыше 160 дБА возможен разрыв барабанных перепонок и лёгких, больше 200 – смерть (шумовое оружие)

Для жилых помещений и помещений в общественных зданиях и учреждениях установлены допустимые уровни шума [https://zazdorovye.ru/normirovanie-shuma-v-zhilyx-i-obshhestvennyx-pomeshheniyax-dopustimyj-uroven-shuma/].

Допустимый уровень шума – это уровень, который не вызывает у человека значительного беспокойства и существенных изменений показателей функционального состояния систем и анализаторов, чувствительных к шуму.

Другими словами такой шум не только не заметен для человека, но и не вызовет абсолютно никаких физиологических эффектов со стороны организма. К такому шуму человеческому организму не приходится адаптироваться, а, значит, он не является стрессовым фактором.

При нормировании шума учитываются и различные состояния человека, как физиологические, так и вызванные различными заболеваниями. Поэтому для помещений, в которых люди могут находиться круглосуточно, установлены различные нормативы для дневного времени суток (с 7 до 23 ч) и для времени ночного (с 23 ч до 7 ч).

Шум, который не мешает здоровому человеку, может послужить причиной дискомфорта для человека больного. Поэтому для жилых помещений, и для помещений, приравненных к ним, нормы шума несколько выше, чем для палат больниц и санаториев (таблица 2).

Таблица 2 – Допустимые уровни шума для помещений жилых домов, общественных зданий и лечебно-профилактических учреждений (СНиП 23-03-2003 «Защита от шума»)

В учебных помещениях допустимые уровни шума соизмеримы с нормами для жилых помещений, поскольку для того, чтобы сосредоточиться на учебном процессе какие либо отвлекающие факторы совершенно ни к чему.

Для общественных учреждений, в которых люди развлекаются, совершают покупки, получают какие либо услуги номы шума выше, чем для жилых помещений, учебных и лечебно-профилактических учреждений (таблица 3).

Таблица 3 – Допустимые уровни шума для помещений учебный и торгово-развлекательных учреждений (СНиП 23-03-2003 «Защита от шума»)

Установлены допустимые уровни шума и для общественных территорий[https://zazdorovye.ru/normirovanie-shuma-v-zhilyx-i-obshhestvennyx-pomeshheniyax-dopustimyj-uroven-shuma/]. (таблица 4).

Таблица 4 – Допустимые уровни шума для общественных территорий (СНиП 23-03-2003 «Защита от шума»)

Шумовыми характеристиками источников внешнего шума для автотранспортных потоков на улицах и дорогах является эквивалентный уровень звука L_Аэкв, дБА, на расстоянии 7,5 м от оси первой полосы движения (для трамваев - на расстоянии 7,5 м от оси ближнего пути).

Методика расчёта уровня шума автотранспортного потока

Требуемое снижение октавных уровней звукового давления ΔL_трi, дБ (или уровней звука ΔL_Aтр.i, дБА) в расчетной точке на территории от каждого источника шума (транспортный поток улиц и дорог, железнодорожный транспорт, внутриквартальный источник шума, промышленное предприятие и т.п.) определяют по формуле [СНиП 23-03-2003 «Защита от шума»]:

(5)

где – октавный уровень звукового давления или уровень звука от i-го источника, рассчитанный в расчетной точке, дБ (дБА);

– допустимый октавный уровень звукового давления, дБ, или уровень звука, дБА (определяют по таблицам 2, 3, 4);

– общее число источников шума, учитываемых при расчете суммарного уровня в расчетной точке.

Шумовые характеристики автотранспортных потоков определяются по их интенсивности [5].

Шумность автотранспортного потока на расстоянии 7,5 метров от оси первой полосы движения эксплуатируемой дороги определяется по формуле:

Z_7,5 = 46 + 11,8·lgN + åД, (6)

где Z_7,5 – шумность автотранспортного потока на расстоянии 7,5 м от оси первой полосы движения, дБ;

N – интенсивность автотранспортного потока, авт/ч;

åД – сумма поправок, учитывающих отклонение данных условий от принятых среднестатистических.

åД = Д_N + Д_U + Д_i + Д_тр, (7)

где Д_N – влияние изменения доли общественного и тяжелого грузового транспорта в общем потоке, принимают по +1 дБА на каждые 10 % отклонения от стандартной доли;

Д_U – поправка в +1 дБА на каждые 10 % отклонения от стандарта скорости движения в 40 км/ч;

Д_i – поправка в +1 дБА на каждые 2 % продольного уклона дороги или улицы;

Д_тр – учет наличия трамвая по оси улицы (+3 дБА).

По характеру распространения, отражения и поглощения в пространстве звуковых волн рассчитываются мероприятия по защите от шума.

Уровень снижения шума от сферического распространения в свободной однородной атмосфере определяется по формуле:

X₁ = 10^.lg , (8)

где X₁ – снижение шума от сферического распространения в свободной однородной атмосфере, дБ;

r_n – расстояние до точки, в которой рассчитывается уровень шума (r_n из расчета усредненного его значения для всех типов дорог равно 35 м, что складывается из значения половины ширины дорожного полотна, откоса и расстояния до зеленых насаждений), м;

r₁ – расстояние до точки, в которой измерен уровень шума (r₁ из расчета усредненного его значения для всех типов дорог равно 7,5 м, т.е. у ее края), м.

Снижение уровня шума от влияния поверхности земли рассчитывается по формуле:

X₂ = К_п ·X₁, (9)

где К_п – коэффициент поглощения шума под влиянием различных поверхностей земли в свободном пространстве над ровной территорией (показатель К_n равен 1,0 – грунтовое покрытие; 1,1 – газон).

Снижение уровня шума за счёт зелёных насаждений:

Х₃ = К₃^. X₁, (10)

где К₃ – коэффициент снижения уровня шума за счёт лесопарковых насаждений (показатель К₃ равен 1,2 – для посадок с кустарником, 1,5 – для посадок лесополосы смешанного типа в семь рядов и шириной 15 метров).

Снижение уровня шума за счёт экранирования (если трасса загородного назначения, расчет экранирующих средств не производится).

Эмпирический коэффициент снижения уровня шума за счёт экранирования рассчитывается по формуле:

(11)

где h – высота экрана, м;

h – длина волны, м;

a – расстояние от источника шума до экрана, м;

b – расстояние от экрана до точки в которой рассчитывается уровень шума, м.

Уровень шума на расстоянии от источника будет определяться по формуле:

Y = Z_7,5 – X₁ – X₂ – X₃ – X₄. (12)

Пример расчёта

Рассмотрим методику расчёта на примере улицы 30 (п. 7). Интенсивность движения автотранспорта для данного варианта составляет 1430 авт/ч.

Выполним расчёт уровня шума автотранспортного потока данной дороги на расстоянии 7,5 метров от оси первой полосы движения по формуле (6):

Z_7,5 = 46 + 11,8·lg1430 + 0 = 83,2 дБА.

Установленный расчётом уровень шума (83,2 дБА) превышает допустимый (40 дБА) для дневного времени суток. Необходимо разработать план шумозащитных мероприятий, позволяющих достичь нормы.

1) Уровень шума уменьшается с увеличением расстояния от источника шума до объекта шумозащиты на величину X₁, которая рассчитывается по формуле (8):

X₁ = 10^.lg = 6,7 дБА.

2) Уровень шума зависит от вида поверхности земли, над которой он распространяется. При распространении над газоном уровень шума снижается на величину X₂, которая рассчитывается по формуле (9):

X₂ = 1,1 ·6,7 = 7,37 дБА.

3) Уровень шума снижается за счёт зелёных насаждений (зелёные полосы из деревьев и кустарников). Выполним расчёт (по формуле (10)) величины X₃ снижения уровня шума для защитной полосы из деревьев с густыми сомкнутыми кронами, подлеском и кустарником по периметру, при ширине полосы не менее 6 м и высоте деревьев не менее 7 м (2 ряда деревьев):

X₃ = 1,5·6,7 = 10,05 дБА.

4) Уровень шума снижается за счёт экранирования участка дороги на величину X₄, для вычисления которой выполним, сначала, расчёт параметра W по формуле (11). Длину волны принимаем равной 0,68 м (для 500 Гц). Высота экрана h, которым может быть или здание, или сплошная ограда заводской территории, или другие сооружения принимаем равной 4,1 м.

5) По таблице 5 находим соответствие между параметрами и .

Таблица 5 – Снижение уровня шума () за счёт экранирования при величине коэффициента :

	(дБА)
1,0
1,5
2,3
2,5
3,0
3,5
4,0

В нашем примере равно 2,5 следовательно равно 22 дБА.

6) В итоге ожидаемый расчётный уровень шума в точке на расстоянии 35 м от автомагистрали равен:

Y = 83,2 – 6,7 – 7,4 – 10,1 – 22 = 37 дБА.

Это не превышает предельно-допустимый уровень шума (ПДУ) на территории жилой застройки – 40 дБА – в дневное время суток.

Воспользуйтесь поиском по сайту: