Научная статья на тему 'Акустические шумы урбанизированных территорий на примере г. Томска'

Акустические шумы урбанизированных территорий на примере г. Томска Текст научной статьи по специальности «Приборы для измерения акустических величин и характеристик»

CC BY
622
139
Поделиться
Ключевые слова
КАРТА ШУМА ГОРОДА / ИНФРАЗВУК / ПОКАЗАТЕЛЬ СПАДА / СПЕКТР АКУСТИЧЕСКИХ ШУМОВ

Аннотация научной статьи по приборостроению, автор научной работы — Бочаров Александр Александрович, Колесник Анатолий Григорьевич, Соловьев Андрей Вениаминович

Предложена методика построения карты шума города по спектральным характеристикам акустических шумов. Построены карты акустических шумов в звуковом и инфразвуковом диапазоне частот, а также карты пространственного распределения показателя спада по данным измерений в г. Томске.The article proposes the technique for designing the noise map of the city by spectral characteristics of acoustic noises. The authors have constructed the acoustic noise maps with sound and infrasound frequency range as well as the maps of recession indicator space distribution by the measurement data in Tomsk.

Похожие темы научных работ по приборостроению , автор научной работы — Бочаров Александр Александрович, Колесник Анатолий Григорьевич, Соловьев Андрей Вениаминович,

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Акустические шумы урбанизированных территорий на примере г. Томска»

УДК 534.6.08

АКУСТИЧЕСКИЕ ШУМЫ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ НА ПРИМЕРЕ г. ТОМСКА

А.А. Бочаров, А.Г. Колесник, А.В. Соловьев

Томский государственный университет E-mail: euphoria@docsis.ru

Предложена методика построения карты шума города по спектральным характеристикам акустических шумов. Построены карты акустических шумов в звуковом и инфразвуковом диапазоне частот, а также карты пространственного распределения показателя спада по данным измерений в г. Томске.

Ключевые слова:

Карта шума города, инфразвук, показатель спада, спектр акустических шумов.

Key words:

Noise map of the city, infrasound, recession indicator, spectrum of acoustic noise.

Акустический шум является важным экологическим фактором в окружающей среде. В городских условиях акустические шумы характеризуются большим многообразием источников техногенного происхождения связанных с деятельностью человека. Наиболее распространенными источниками являются энергетические подстанции, тяжелая строительная техника, и движение транспорта.

Технологическое, промышленное и социальное развитие населенных пунктов сопровождается ростом шумового загрязнения их окружающей среды. В последнее десятилетие уровень шума в больших городах вырос в 10...15 раз. Влияя на психику человека, он вызывает рассеянность, усталость и другие симптомы. Длительное пребывание под воздействием шума может привести к различным психическим заболеваниям и расстройствам, а также оказывает влияние на сердечно-сосудистую систему человека [1, 2]. Поэтому в городах остро встает необходимость выявления районов с повышенной шумовой загрязнённостью, так как именно в них наиболее часто происходят ДТП и другие аварии на строительных и монтажных работах [3, 4].

Целью данной работы является определение мест урбанизированной территории с наиболее высоким уровнем акустических шумов, картирование территорий по их спектральным характеристикам и анализ спектральных характеристик акустических шумов по данным измерений в г. Томске.

Для выявления мест с наиболее высоким уровнем акустических шумов используют карты шумовой загрязненности. Карта шумовой загрязненности - это удобный инструмент для изучения, прогнозирования и контроля шума в окружающей среде. Основная цель карты шумовой загрязненности - создание визуального представления шума в окружающей среде на определенной географической территории.

Существуют различные методики определения уровня акустических шумов в городских условиях. Различие заключается в выборе измерительных пунктов, а также измеряемых величин. Например, при построении шумовой карты г. Тайнан (Тайвань), территория города была разделена на 8 зон:

жилая зона; культурная и образовательная, включая все культурные или образовательные учреждения; коммерческая; сельскохозяйственная; индустриальная; так называемый синий пояс, включая водные системы; зеленый пояс, включая парки; и другие. Для этих зон рассчитывались усредненные значения уровня акустических шумов [5]. В г. Вальдивии (Бразилия), для определения измерительных пунктов, на географическую карту города была нанесена сетка с размером ячейки 400x400 м. Измерения уровня акустических шумов проводились в узлах этой сетки не зависимо от архитектурной планировки города [6]. В г. Саппоро (Япония), при построении карты шумовой загрязненности, территория города была разделена на восемь кольцевых зон на расстоянии 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8 км от центра города [7]. В этих городах измерения уровня акустических шумов проводились в звуковом диапазоне частот. Измеряемой величиной являлся эквивалентный по энергии уровень звука ЬЛже, который определяется по формуле:

La = 10lg

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

где р(() - текущее значение среднего квадратичного звукового давления, Па; р0=2-10-5Па- порог слышимости; Т- время действия шума в ч.

Эквивалентный по энергии уровень звука ЬЛже непостоянного шума соответствует уровню такого постоянного шума, энергия которого равна энергии непостоянного шума за промежуток времени Т. Данный подход к измерениям уровня шума не дает представления о спектральном составе и распределении энергии в исследуемом диапазоне частот.

Предлагаемая методика отличается от описанных выбором измерительных пунктов и измеряемых параметров. Помимо измерений уровня акустических шумов в звуковом диапазоне частот, проводятся измерения уровня акустических шумов инфразвукового диапазона частот, так как колебания именно этого диапазона являются наиболее вредными и опасными для здоровья человека. На-

1 ,4 p(t)Л 2 dt

1 О о

Рис. 1. Расположение измерительных пунктов по карте г. Томска (на основе 2ГИС Томск)

ибольшее акустическое загрязнение находится в местах повышенной деловой активности населения. Поскольку Кировский и Советский район являются деловым центром г. Томска, то измерения проводились в этих районах. Измерительные пункты размещались в местах наибольшего скопления транспорта и населения. Число измерительных пунктов в общей сложности составило 118 ед. На рис. 1 представлено расположение измерительных пунктов.

Спектр акустических шумов может иметь сложную структуру, но в общем случае описывается степенной зависимостью интенсивности шума от частоты (рис. 2).

Формы спектра акустических шумов описывается функциональной зависимостью:

I =1,1 ~а, (*)

где I - интенсивность шума на частоте 1 кГц для звукового диапазона частот, которая соответствует величине уровня звука в фонах, и 10 Гц - для ин-фразвукового диапазона частот; / - частота, а -показатель спада спектральной интенсивности [3, 8]. Показатель спада характеризует уменьшение амплитуды спектра с увеличением частоты и используется для определения структуры спектра.

Рис. 2. Форма спектра акустических шумов и его модельное представление

При увеличении показателя спада в спектре будет наблюдаться увеличение крутизны спада интенсивности сростом частоты. Если показатель спада стремится к нулю, то спектр будет ближе к равномерному. Показатель спада позволяет проводить оценку соотношения интенсивности низко -и высокочастотной частей спектра.

На основе предложенной методики проведено картирование Кировского и Советского района г. Томска по спектральным характеристикам аку-

стических шумов. Измерения проводились с помощью шумомера - анализатора спектра «ОКТАВА -101 АМ» в один и тот же интервал местного времени - с 12:00 до 14:00 ч., что соответствует повышенной деловой активности города. Измерения проводились в осенний период времени в сухую

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

погоду без сильного ветра. В измерительном пункте микрофон ненаправленного действия располагался на высоте 1,5 м над поверхностью земли. В каждом пункте измерения проводились по 3 раза через 5-и минутный интервал времени. Полученные данные усреднялись, затем рассчитывались ус-

редненные энергетические спектры акустических шумов. Из полученных спектров определяли их интенсивность на частоте 1 кГц и 10 Гц, далее по формуле (*) рассчитывали показатели спада для указанных частот.

В звуковом диапазоне частот (рис. 3) наиболее высокий уровень шума наблюдается в окрестности крупных дорог, магистралей, таких как пр. Ленина, Фрунзе, ул. Красноармейская и т. д., и достигает величин порядка 70 дБ. В жилых районах, вдали

от крупных дорог, во дворах уровень шума гораздо ниже, уровень звукового давления находится в пределах 40 дБ.

Вдоль крупных дорог и проспектов показатель спада находится в пределах от 3 до 7, то есть форма спектра стремится к более пологой (рис. 4). В жилых районах, где уровень акустических шумов не велик, показатель спада достигает величин, порядка 20, т. е. с увеличением частоты от 0,5 и до 15 кГц амплитуда акустических шумов уменьшается приблизительно на 30 дБ, общая энергия спектра перетекает в низкочастотную область.

В инфразвуковом диапазоне частот (рис. 5) повышенный уровень шумов, как и в звуковом диапазоне, наблюдается в местах скопления транспорта, на крупных пересечениях улиц, таких как пр. Фрунзе - пр. Ленина, ул. Учебная - Красноармейская, пл. Кирова и т. д. В инфразвуковом диапазоне частот наиболее высокий уровень шумов наблюдается в области промышленной зоны. Там находятся такие объекты, как «ГРЭС-2», «Союз-лифтмонтаж», «Томскэнергострой» и т. д.

Вдоль крупных дорог, проспектов показатель спада для инфразвукового диапазона частот находится в пределах от 0 до 6, т. е. форма спектра стремится к более пологой (рис. 6). В жилых и отдаленных районах, где уровень акустических шумов

не велик, показатель спада достигает величин порядка 15, т. е. с увеличением частоты от 1.2 Гц до 20 Гц амплитуда акустических шумов уменьшается приблизительно на 20 дБ, общая энергия спектра перетекает в низкочастотную область.

Статистический анализ шумового загрязнения г. Томска показал, что в деловой части города, преобладают значения уровня акустических шумов в звуковом диапазоне частот порядка 60.65 дБ (рис. 7, а) с показателем спада 10.12 (рис. 8, а), для инфразвука - порядка 60.70 дБ (рис. 7, б) с показателем спада порядка 4.6 (рис. 8, б).

Анализ распределения акустических шумов показал, что наибольшие величины уровня звукового давления и показателя спада в городе наблюдаются на перекрестках и проспектах, где наблюдается наибольшее сосредоточение транспортных средств. В жилых зонах, во дворах, на территории парков уровень шума заметно ниже. В звуковом диапазоне это более ярко выражено, чем в инфразвуковом. Логично предположить, что основным источником техногенных шумов в городских условиях является транспорт [9]. Помимо транспорта, в инфразвуко-вом диапазоне частот существуют другие источники, которые влияют на формирование акустического фона в городе. К ним можно отнести деятельность промышленной зоны - работы механизмов, выбросы газов и т. д.

Рис. 7. Вероятность величины интенсивности акустических шумов в диапазонах частот: а) звуковом; б) инфразвуковом

Рис. 8. Вероятность величины показателя спада в диапазонах частот: а) звуковом; б) инфразвуковом

Заключение

Предложена методика акустического картирования города, которая позволяет не только оценивать уровень шумовой загрязненности, но и проводить анализ формы спектра в городских условиях. Построена карта акустических шумов, а также карта пространственного распределения формы спектра в звуковом и инфразвуковом диапазоне частот в г. Томске. Показано, что в деловой части города в звуковом диапазоне частот преобладают значения уровня акустических шумов в пределах от 60 до 6З дБ с показателем спада от 10 до 12; в инфраз-вуковом диапазоне - от 60 до 70 дБ с показателем спада от 4 до 6.

В звуковом диапазоне частот наибольшие значения уровня акустических шумов и показателя спада наблюдаются на перекрестках и проспектах

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Перминов А.А., Соловьев А.В., Бородин А.С. Влияние фоновых инфразвуковых колебаний давления на сердечно-сосудистую систему человека // Известия вузов. Физика. - 2010. -Т. 53. - № 9/3. - С. 229-230.

2. Соловьев А.В., Бородин А.С., Колесник А.Г. Сопряженность частоты сердечных сокращений человека с вариациями ин-фразвукового фона окружающей среды // Вестник ТГУ. - 2007.

- № 297. - С. 168-171.

3. Красненко Н.П. Акустическое зондирование атмосферного пограничного слоя. - Томск: Водолей, 2001. - 278 с.

4. Тейлор Р. Шум. Пер. с англ. Д.И. Арнольда / под ред. М.А. Исаковича. - М.: Мир, 1978. - 308 с.

5. Kang-Ting Tsai, Min-Der Lin, Yen-Hua Chen. Noise mapping in urban environments: A Taiwan study // Applied Acoustics. - 2009.

- V. 70. - P. 964-972.

6. Sommerhoff J., Recuero M., Srnrez E. Community noise survey of the city of Valdivia, Chile // Applied Acoustics. - 2004. - V. 65. -P. 643-656.

города. В инфразвуковом диапазоне частот значительный вклад в формирование фоновых шумов вносят деятельность промышленной зоны. Уровень акустических шумов в г. Томске удовлетворяет санитарным нормам СН 2.2.4/2.1.8.583-96 и не превышает порог 90 дБ.

Полученные результаты могут быть использованы при проведении мероприятий по защите населения от повышенного шумового воздействия, а также для оценки уровня акустических шумов проектируемых транспортных магистралей и городской застройки.

Работа выполнена при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.», ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2012 гг.» и АВЦП Минобрнауки.

7. Kazuo Saito, Tadao Makizuka, Gouichi Tanaka, Shinji Miyake, Ta-dashi Niioka, Shun Fujimoto, Toshiyuki Hosokawa, Masaharu Ku-mashiro, Hiroshi Kaji. An urban noise Survey in Sapporo, Japan // Environ. Sci. Hokkaido. - 1986. - V. 9. - P. 15-26.

8. Бочаров А.А., Соловьев А.В. Картирование города Томска по спектральным характеристикам акустических шумов // Контроль окружающей среды и климата «К0СК-2010»: Матер. VII Всеросс. симп. (с привлечением иностранных ученых) / под общ. ред. М.В. Кабанова, А.А. Тихомирова. Томск, 5-7 июля 2010 г. - Томск: Аграф-Пресс, 2010. - С. 145-147.

9. Бочаров А.А., Соловьев А.В. Влияние интенсивности транспортного потока на общий уровень акустического фона в городе Томске // Известия вузов. Физика. - 2010. - Т 53. - № 9/3.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

- С. 225-226.

Поступила 21.10.2011 г.