CC BY
26
13. Alferova E.L., Lugin I.V. On the issue of creating and maintaining the required parameters of internal air in subway tunnels during the warm season // GIAB. 2018. No. 11.
14. Device of reversible tunnel ventilation of metropolitans with partial air recirculation / O. V. Kashcheeva [et al.]// Energetika. Izvestia of higher educational institutions and energy associations of the CIS. 2012. No.1.
15. Alferova E.L., Lugin I.V. On the issue of creating and maintaining the required parameters of internal air in subway tunnels in the warm season // GIAB. 2018. No. 11.
16. Lugin I.V., Alferova E. L. Features of ventilation schemes of long railway tunnels in harsh climatic conditions // Interexpo Geo-Siberia. 2017. Vol. 2. No. 2. pp. 237-240.
17. Tsodikov V.Ya. Ventilation and heat supply of subways // 2nd Edition, Moscow. The bowels. 1975.
18. Lugin I.V. Investigation of air distribution on a generalized network model of a metro ventilation system with a single-track tunnel // Interexpo Geo-Siberia. 2017. №2.
19. Kuznetsov, S. V. Improving the efficiency of tonne ventilation // News of higher educational institutions. Mining magazine. 2012. No. 5. pp. 23-25.
20. Vedenin A. N., Smirnyakov V. V. Calculation of the amount of air required for the ventilation of railway tunnels during their operation // Notes of the Mining Institute, 2007.
21. Alexandrova O. Yu. Experience in studying natural and man-made processes in the underground space of St. Petersburg (by the example ofof the Obukhovo - Rybatskoye underground tunnels) // Notes of the Mining Institute, 2007. 170(1). 7.
УДК 534.6; 534.83; 699.84 DOI 10.46689/2218-5194-2022-2-1-87-94
ОСОБЕННОСТИ ШУМОПОГЛОЩАЮЩИХ СВОЙСТВ И АКУСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ШУМОЗАЩИТНЫХ
ЭКРАНОВ
А.В. Куриленко
Рассмотрены особенности шумопоглощающих свойств и акустические аспекты шумозащитных экранов. Автор приходит к выводу, что главной функцией этих конструкций является поглощение/отражение шума автодорожного движения и особо шумных производств, а также защита близстоящих сооружений, мест постоянного скопления людей или природных зон городов (парков, заповедников и т.д.). Такие экраны предохраняют окружающую среду от загрязнения дорожной пылью и грязью, близко находящихся людей от ослепления фарами и от обломков в случае возникновения дорожно-транспортных происшествий.
Ключевые слова: шумопоглощающие свойства, акустические аспекты, шумо-защитные экраны
Шумозащитный экран - это конструкции и сооружения, призванные уменьшить негативное шумовое воздействие на окружающую застройку, в том числе жилую, а также прилегающую территорию. Является основным способом защиты от повышенного шумового воздействия, исходящего от транспорта на оживленных автомагистралях, железнодорожных путях, а также от производств.
Следует сказать о том, что конструктивно шумозащитный экран представляет собой панель с заполнением из шумопоглощающего или шу-моотражающего материала высотой 2-6 метров. Полотно закрепляется на металлические стойки и крепится к фундаменту, как правило, из бетона. Для улучшения характеристик экрану придается наклон в сторону источника шума, или же загибается его верхняя часть. Таким образом, уменьшается угол выхода шума и соответственно уровень его воздействия. Шумо-защитные экраны устраиваются в непосредственной близости от источника шума, то есть по краю проезжей части, железнодорожных путей, цехов и депо, строительных участков.
Достаточная высота шумозащитного экрана определяется расчётом. Для достижения требуемых характеристик важно не допускать разрывов и зазоров в конструкции. Шумозащитные экраны подразделяются на три типа по способу защиты от шума:
1) шумопоглощающие. К шумопоглощающим относится экраны, панели которых заполненные звукопоглощающим материалом, например, базальтовой ватой, пенопластом, а также плитами, различными по своим составам и характеристикам. Как правило, со стороны источника шума шумопоглощающие экраны покрыты перфорированным металлическим листом или материалом, имеющим перфорацию, а также различного рода отверстия для улучшения вхождения звука в панель и последующего поглощения его кинетической энергии.
2) шумоотражающие. Шумоотражающий экран представляет собой панель с заполнением из поликарбоната, одинарного металлического листа или прочего жесткого материала. В отличие от других типов он не поглощает звуковую волну, а отражает её большую часть, возвращая ее к источнику шума. По этой причине, источник шума, и сторона, противоположная от защищаемого объекта получает повышенную шумовую нагрузку. В связи с этим область его применения ограничена. К примеру, при возведении шумозащитных экранов вдоль железной дороги или автострады, необходимо, чтобы волна звука не возвращалась к поездам или автомобилям, чего рассматриваемых тип экрана обеспечить не может. К достоинствам экранов данного типа можно отнести сравнительно не высокую стоимость.
3) комбинированные. Шумозащитные экраны комбинированного типа отличаются наличием двух или же более видов панелей в нем. Самое частое сочетание — это шумопоглощающие панели, сделанные на основе поликарбоната и перфорированные панели. Шумозащитные экраны подразделяются на четыре типа по светопроницаемости: прозрачные и тонированные используется в основном оргстекло; непрозрачные -используется многослойное стекло или перфорированный металлический лист с звукопоглощающей задней стенкой; с прозрачными вставками -позволяют не нарушать облик города, а также повысить безопасность дви-
жения за счет большего угла обзора, лучшей освещенности трассы, а водители и пешеходы могут визуально наблюдать известные им городские ориентиры. Комбинированные экраны с прозрачными вставками уменьшают усталость, так как однотонность трассы негативно сказывается на реакции водителей, более того, водитель может уснуть за рулем или не ощущать реальной скорости движения.
Вместе с тем шумозащитные экраны уменьшают транспортный шум, поглощая его за счет изменения длины волны, отражения или дифракции.
Дифракция или огибание препятствий звуковыми волнами, может происходить как в верхней части экрана, так и вокруг него. Природа звуковых волн не позволяет дифракции изменять все частоты равномерно. Высокие частоты (более короткие волны) менее восприимчивы к дифракции. В то же время для более низких частот (более длинных волн) дифракция происходит глубже в «теневой» зоне за экраном. Таким образом, экран оказывает большое влияние на процесс ослабления высокочастотных звуковых волн по сравнению со звуковыми волнами более низкой частоты (рис. 1).
Важным аспектом дифракции является разница в длине (д) между путем от источника через верхнюю часть экрана к приемнику и прямым путем от источника к приемнику, если между ними нет препятствий.
Рис. 1. Явление дифракции вокруг шумозащитного экрана
Разность длин пути используется для определения числа Френеля (N0), которое представляет собой безразмерную величину для прогнозирования ослабления звука шумовым барьером, расположенным между источником и приемником. Число Френеля может быть определено по формуле
д
Питие часпзты
с
N 0 = +2— = +2 А
с
где N0 - число Френеля; +/— «плюс» в случае, если линия распространения звука между источником и приемником является более низкой, чем точка дифракции, и «минус», если расположение линии распространения выше точки дифракции; до - разность длин траекторий, м; к - длина звуковой волны, которую излучает источник, м; / - частота звука, которую излучает источник, Гц; с - скорость звука, м/с.
При увеличении разности длин траекторий и числа Френеля происходит усиление потенциала экрана.
Количество звука, которое передает экран, описывается при помощи показателя «потери звукопередачи» (ТЬ). Измерения для определения ТЬ (дБ) производят по стандарту ASTM Е413-87 «Классификация уровней звукового воздействия».
ТЬ может быть определено в соответствии с формулой
где БРЬ8 - показатель уровня звукового давления на стороне источника, дБ; БРЬг - показатель уровня звукового давления на стороне приемника,
Если учесть шумозащитные экраны вдоль дорог, то можно пренебречь любым звуком, проходящим через экран, так как он будет как минимум на 20 дБ (А) слабее исходного звука.
Как правило, любая конструкция с поверхностной плотностью 20 кг/м2 и выше будет глушить звуки примерно на 20 дБ (А). Это соответствует общему снижению шума на 10 дБ (А) за счет дифракции. Однако показатель поверхностной плотности 20 кг/м2 может быть достигнут при использовании более легких и толстых или более тяжелых и тонких конструкций. Высокая плотность материала позволяет использовать более тонкий слой конструкции. На характеристики ТЛ также влияет жесткость материала экрана и частота исходного звука.
Как правило, максимальное снижение шума, которое может быть достигнуто с помощью дефлектора, составляет 20 дБ (А) для стен и 23
Некоторые экраны имеют отверстия для выхода воды. При проектировании проемов учитывайте следующее:
1) небольшие отверстия (диаметром до 20 см) в шумозащитном экране обеспечивают приращение шума в пределах 1 дБ (А);
2) отверстия должны иметь достаточную защиту в виде решеток или стержней, чтобы ограничить проникновение мелких животных.
Есть еще несколько показателей звукопередающих характеристик материала, одним из которых является класс звукопропускания ^ТС).
STC — это показатель, который позволяет определить, насколько кривая соответствует значениям ТЬ, измеренным для третьоктавных полос
(2)
дБ.
дБ(А).
частот между 125 и 4000 Гц. Превышение суммы отклонений не должно быть более 32 дБ, при единичном отклонении - не более 8 дБ.
Значение STC представляет собой значение ТЬ при частоте 500 Гц. Недостатком этого показателя является то, что он предназначен для оценки снижения шума для частот, возникающих в жилых и служебных помещениях, а не для более низких частот шума, возникающего при движении автотранспорта или кузнечнопрессовом производстве. Для частот транспортного шума STC обычно на 5.. .10 дБ (А) больше, чем ТЬ, и используется только для приблизительных оценок.
Конструкция экрана также необходима не только для снижения шума, но и для соблюдения правил техники безопасности.
Цели акустического проектирования акустических барьеров заключаются в достижении некоторой степени ослабления шума экраном (1Ь). - это разница между уровнем звука в данном приемнике до установки экрана и уровнем звука в том же приемнике после установки экрана. Как правило, в 5 дБ (А) можно ожидать для приемников, у которых звуко-приемная линия перекрыта экраном от дороги. Как правило, каждый дополнительный 1 м высоты экрана над линией обзора может обеспечить дополнительное ослабление шума на 1,5 дБ (А).
Правильно спроектированные шумозащитные экраны должны обеспечивать примерно 10 дБ (А), что соответствует двукратному снижению восприятия шума для первой линии приемников за экраном. Для зданий, которые не находятся непосредственно за экраном, шумоподавление может составлять от 3 до 5 дБ (А), едва воспринимаемое человеческим ухом. Взаимосвязь между требованиями к снижению шума экрана и трудностью достижения этого снижения показана в таблице.
Соотношение между требованиями к снижению шума экраном и сложностью получения этого снижения
Снижение шума Сложность Снижение энергии Субъективное снижение
экраном, ДБ (А) Достижения звука, % слышимости
На 5 Просто 68 Заметное
На 10 Достижимо 90 Половина слышимости
На 15 Очень сложно 97 Треть слышимости
На 20 Почти невозможно 99 Четверть слышимости
Длина шумозащитного экрана должна быть достаточно высокой или достаточно длинной, чтобы на нем могла дифрагировать лишь небольшая часть звуковой волны.
Если экран недостаточно длинный, шумоподавление для зданий ближе к его концам будет менее 5 дБ (А). Как правило, длина экрана должна быть такой, чтобы расстояние между приемником и концом экрана
было в четыре раза больше, чем перпендикуляр от приемника к экрану (рис. 2).
Рис. 2. Общее требование к размещению экрана (В - расстояние от приемника до экрана)
Другой вариант этого правила следующий: угол между перпендикуляром от приемника к экрану и линией от приемника до конца экрана должен быть не менее 80°.
Возможна также установка параллельных экранов вдоль улиц - два экрана, расположенных на противоположных сторонах улицы. При этом необходимо оценивать возможность снижения эффективности каждого экрана из-за многократных отражений звуковых волн.
Это снижение эффективности может находиться в диапазоне от 2 до 6 дБ (А), то есть отдельный экран с эффективным шумоподавлением 10 дБ (А) может уменьшить шум только на 4...8 дБ (А), если другой экран параллельно рассматриваемому и расположенному на противоположной стороне дороги.
Вы можете решить проблемы, вызванные отражающими экранами, используя один из способов ниже.
1) Если экраны расположены параллельно, то расстояние между ними должно быть в 10 раз больше их средней высоты. При соотношении 10:1 (ж/ч) их активность будет значительно ослаблена и ухудшена. Это уменьшит количество отражений звуковых волн между экранами и ослабит отраженный звук за счет рассеяния и поглощения звука в атмосфере.
2) Необходимо наносить звукопоглощающий материал с одной или обеих сторон экрана, что обусловлено экономическими соображениями, так как его стоимость в США составляет от 75 до 118 $/м2. При средней стоимости базового варианта 97 долл./м2, например, для экрана высотой 3,6 м, эта стоимость увеличится на 0,4 млн долл. за 1 км длины экрана.
3) Один или оба экрана должны быть установлены под углом к источникам. Согласно исследованиям, угол 7° практически восстанавливает эффективность шумозащитных экранов. Но для этого расположение экранов должно быть на разной высоте.
Поэтому основную функцию шумозащитных экранов можно определить, как поглощение/отражение шума, создаваемого дорожным движением, и защита близлежащих сооружений, мест постоянного скопления людей или природных территорий городов (парки, заповедники и т.п.). Такие экраны могут защитить окружающую среду от загрязнения, вызванного дорожной пылью и грязью, и находящихся рядом людей от ослепления фарами, а также осколков в случае дорожно-транспортного происшествия.
Список литературы
1. ГОСТ 23337-2014 Шум. Методы измерения шума на селитебной территории и в помещениях жилых и общественных зданий [Текст.] -Введ. 2015-07-01. - Межгос. советом по стандартизации, метрологии и сертификации М.: Изд-во стандартов, 2014 г.
2. ГОСТ Р 54931-2012 Экраны акустические для железнодорожного транспорта. Технические требования. Введ. 2013-03-01. - Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 05.07.2012 года [Электронный ресурс]. Режим доступа http://docs.cntd.ru/document/1200094189.
3. МГСН 2.04.97. «Допустимые уровни шума и вибрации и требования к звукоизоляции в жилых и общественных зданиях», М., 1997г.
4. Иванов Н.И., Семенов Н.Г., Тюрина Н. В. Акустические экраны для снижения шума в жилой застройке // Безопасность жизнедеятельности. 2012. № 4. С. 20.
5. Иванов Н. И. Инженерная акустика. Теория и практика борьбы с шумом. 3-е издание, переработанное и дополненное. М.: Логос, 2013г.
6. Иванов Н.И. Защита от шума и вибрации: учебник. СПб.: НИЦ APT. 2017. 268 с.
7. СП 276.1325800.2016. Свод правил. Здания и территории. Правила проектирования защиты от шума транспортных потоков. Принят: Министерством строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации. 03.12.2016 года.
8. ГОСТ 31295.2-2005 (ИСО 9613-2:1996). Межгосударственный стандарт. Шум. Затухание звука при распространении на местности. Часть 2.общий метод расчета. Принят: Росстандартом 20.07.2006 года.
9. ОДМ 218.2.013-2011 «Методические рекомендации по защите от транспортного шума территорий, прилегающих к автомобильным дорогам». Введ. Московским автомобильно-дорожным государственным техническим университетом, от 13.12.2012 года.
10. Сердюков А. А. Виды шумозащитных экранов // Молодой ученый. 2016. № 10 (114). С. 304-306.
Куриленко Александр Викторович, асп., ale-kurilenko13@,mail.ru, Россия, Брянск, Брянский государственный технический университет
FEATURES OF NOISE ABSORBING PROPERTIES AND ACOUSTIC CHARACTERISTICS
OF NOISE PROTECTIVE SCREENS
The paper considers the features of noise-absorbing properties and acoustic aspects of noise screens. The author comes to the conclusion that the main function of these structures is to absorb / reflect the noise of road traffic and especially noisy industries, as well as the protection of nearby structures, places of constant crowding ofpeople or natural areas of cities (parks, nature reserves, etc.). Such screens protect the environment from pollution by road dust and dirt, nearby people from blinding by headlights and from debris in the event of a traffic accident.
Key words: noise-absorbing properties, acoustic aspects, noise-protective screens.
Kurilenko Aleksandr Victorovich, postgraduate, ale-kurilenko13@,mail.ru, Russia, Bryansk, Bryansk State Technical University
Reference
1. GOST 23337-2014 Noise. Methods for measuring noise in residential areas and in residential and public buildings. [Text.] - Introduction. 2015-07-01. - Mezhgos. by the Council for Standardization, Metrology and Certification M.: Publishing House of Standards, 2014.
2. GOST R 54931-2012 Acoustic screens for railway transport. Technical requirements. Introduction. 2013-03-01. - By Order of the Federal Agency for Technical Regulation and Metrology dated 05.07.2012. [electronic resource]. Access mode http://docs.cntd.ru/document/1200094189.
3. MGSN 2.04.97. "Permissible noise and vibration levels and requirements for sound insulation in residential and public buildings", Moscow, 1997.
4. Ivanov N.I., Semenov N.G., Tyurina N. V. Acoustic screens for noise reduction in residential buildings // Life safety. 2012. No. 4. p. 20.
5. Ivanov N. I. Engineering acoustics. Theory and practice of noise control. 3rd edition, revised and expanded. M, Logos, 2013
6. Ivanov N.I. Protection from noise and vibration: textbook. SP6.: SIC APT. 2017.
268 p.
7. SP 276.1325800.2016. A set of rules. Buildings and territories. Rules for designing protection against traffic noise. Adopted by: Ministry of Construction and Housing and Communal Services of the Russian Federation. 03.12.2016.
8. GOST 31295.2-2005 (ISO 9613-2:1996). Interstate standard. Noise. Sound attenuation during propagation on the ground. Part 2. General calculation method. Adopted by: Rosstandart on 20.07.2006.
9. ODM 218.2.013-2011 "Methodological recommendations for the protection of territories adjacent to highways from traffic noise". Introduction. Moscow Automobile and Road Engineering State Technical University, dated 13.12.2012.
10. Serdyukov A. A. Types of noise-proof screens // Young scientist. 2016. No. 10 (114). pp. 304-306.
