Шум транспортных потоков

 при

и

- в остальных случаях;

 при

и

 - в остальных случаях;

H1(1)  - функция Ганкеля первого рода первого порядка;

r0, θ0, z  - цилиндрические координаты точечного источника шума;

r, θ, 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

∆Lэкр. = -10 lg[DF]2,                                                         (6.2)

где

              (6.3)

где c(u1), c(u2), s(v1), s(v2) - интегралы Френеля.

Впоследствии Маекавой, на основании обобщения многочисленных экспериментальных данных, была разработана более удобная для практического применения формула, дающая небольшую погрешность:

                                     

                                                     (6.4)

где N - число Френеля.

Сравнение результатов расчетов по (6.4) с экспериментальными данными показало, что погрешность не превышает 3 дБ, что является достаточно хорошей точностью при акустических расчетах.

Для повышения точности расчетов в математическую модель экранирующего эффекта (6.4) должны быть внесены некоторые поправки в зависимости от типа экрана.

При экране в виде вертикальной стенки

N = 2δ/λ, δ = α + в - с,                                                         (6.5)

где δ - разность хода звуковых лучей через кромку экрана и через сам экран непосредственно,

                                                    (6.6)

                                                       (6.7)

                                               (6.8)

α -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 (6.5)значение N подставляется в формулу (6.4).

При расчете акустической эффективности экрана-здания его дворовый фасад рассматривают как экран-стенку (расчеты по формулам (6.4) - (6.8),подставляя вместо r1 (r1 + ∆w),∆w - ширина здания). К найденной величине добавляют поправку (К),учитывающую дифракцию звука на верхних и боковых кромках экрана.

В случае экрана-насыпи или экрана-выемки необходимо учесть дополнительно влияние DL склонов на снижение уровней звука, которое определяется по табл. 6.1 в зависимости от угла (θ) между склоном и горизонтальной площадкой насыпи (выемки).

Таблица 6.1

Поправка на влияние крутизны склонов насыпи (выемки) на снижение уровней шума

Внешний угол θ, градусы	210	225	240	255
Поправка DL, дБА	6	5	3	1

 

Математическая модель экранирующего эффекта насыпи описывается формулой

∆Lэкр.нас. = ∆Lст. + К(lg∆w + 0,7)- DL,                                       (6.9)

для выемки:

∆Lэкр.в. = ∆Lст. - DL, дБА.                                                          (6.10)

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 = L0 - 10 lg(r/r0),                                                            (6.11)

где r0 = 7,5 м.

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.

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 под кронным 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.

6.1. 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, 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 полосы20 - 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 непропорционален 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

∆Lзел. = αзел.В,                                                                     (6.12)

где αзел. - постоянная затухания звука в зеленых насаждениях. При отсутствии точных данных принимают среднюю величину αзел. = 0,08 дБ/м. Эта формула справедлива при ширине полосы не более 100 м. При большей ширине полосы дальнейшее увеличение ∆Lзел. 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.

6.2. 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 расчета 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.

6.3. Методика определения требуемой акустической эффективности экранов с учетом звукопоглощения

Ожидаемый уровень звука (LA ттс) в расчетной точке при наличии экрана и с учетом звукопоглощения рассчитывают по формуле

Lтерр.Aр.т.= LAэкв. - LAрас. - LAвоз. - ∆Lв/т - LAпок. - LAзел. - LAэкр. - LAзастр. + LAотр. - ∆LAα, дБА,                                                                                                             (6.13)

где LAэкв. - шумовая характеристика автотранспортного потока, на магистрали, дБА;

LAрас. - снижение уровня шума автотранспортного потока, в зависимости от расстояния между ним и расчетной точкой, дБА;

LAвоз. - снижение уровня шума, вследствие его затухания в воздухе, дБА;

∆Lв/т - поправка, учитывающая влияние турбулентности воздуха и ветра на процесс распространения звука, дБА;

LAпок. - снижение уровня шума, вследствие его поглощения поверхностью территории, дБА;

LAзел. - снижение уровня шума полосами зеленых насаждений, дБА;

LAэкр. - снижение уровня шума экранирующими препятствиями(зданиями, насыпями, холмами, выемками, искусственными экранами и т.п.) на путизвуковых лучей от автомагистрали к расчетной точке, дБА;