CC BY
117
УДК 629.113
Статистический анализ внешнего шума автомобиля «Газель»
Анджио А. Ф., Ндакс Д. Л., Победин А. В. (Научный руководитель)
amehangyo@gmail.com; ndaksi@gmail.com; a pobedin@mail.ru. Волгорадский Государственный Технический Университет,
Волгоград, Россия.
Аннотация. В данной работе проведены экспериментальные исследования уровня внешнего шума автомобиля «Газель». Основными задачами исследования являются получение уровней шума достаточно большой выборки автомобилей, статистический анализ результатов, оценка спектральных составляющих шума, построение графика функции распределения и сравнение полученных результатов с санитарными нормами.
Ключевые слова: наружный шум автомобиля, статистический анализ, шумомер, спектр шума, энергетическое сложение, функция распределение, нормальное распределение.
STATISTICAL ANALYSIS OF EXTERNAL NOISE OF THE AUTOMOBILE "GAZELLE"
Angyo A.F. 1, Ndaks J.L. 2, Pobedin A.V. 3 (Scientific supervisor)
amehangyo@gmail.com; ndaksi@gmail.com; a pobedin@mail.ru.
1,2,3 Volgograd State Technical University, Volgograd, Russia.
Abstract. This paper is on the experimental analysis of the external noise levels of the automobile "Gazelle". The main objectives are to measure the noise levels of a sizeable number of automobiles, statistical analysis of results obtained, estimation of spectral noise components, the construction of distribution function and comparison with sanitary standards.
Keywords. External noise-levels, statistical analysis, sound-level meter, noise spectrum, energy addition, distribution function, normal distribution curve.
Введение. Один из основных источников шума в городе - автомобильный транспорт, большую часть которого составляет маршрутное такси. Газель - первый по популярности автомобиль для пассажирских
перевозок в России. Среди глобальных проблем современной экологии вопросам акустического загрязнения не всегда уделяется должное внимание [2]. Шум оказывает отрицательное воздействие на здоровье человека. Превышение санитарных норм шума приводит к раздражению, высокому уровню стресса, агрессии, потере слуха, нарушению сна и многим другим проблемам со здоровьем.
Методика проведения эксперимента. Места проведения измерений выбирали на участках Проспекта Ленина г. Волгограда, между остановками «7ая Гвардейская» и «Бакинская». Измерительный микрофон располагался на расстоянии 7.5± 0,2 м от оси ближней к точке измерения полосы на высоте (1,5±0,1) м от уровня дорожного покрытия.
Измерения проводили в весний период, когда поверхность дорог была чистая и сухая. Измерения проводили около 6.00 и около 23:00 часов во время минимальной интенсивности движения транспортных потоков и каждый раз выполняли по 10 замеров (по числу ячеек памяти используемого шумомера ) .
Учитывались отсутствие осадков и скорость ветра не более 5 м/с.
Измерительный микрофон был направлен в сторону движения автомобилей. Проводящий измерение находился на расстоянии не менее чем 0,5 м от измерительного микрофона [1].
Частотную характеристику измерительной аппаратуры при проведении измерения уровней звука устанавливали в режиме «А», а временную характеристику - в положение согласно требованиям инструкций по эксплуатации приборов.
Период измерения длился от получаса до 45 минут в зависимости от частоты движения маршруток.
В работе использовался шумомер PAA3, имеющий анализатор спектра с 1/3 октавными полосами частот, корректирующие характеристики «А», «С» и «Лин». Он может работать в лабораторных, производственных и полевых условиях, а по метрологическим параметрам и техническим характеристикам соответствует 2 классу точности по ГОСТ 17187-81 «Шумомеры» [4].
Анализ результатов. Результаты измерения (для первых пяти автомобилей) представлены в таблице 1 (в дБА).
Статистическая обработка результатов велась с помощью программного пакета MatLab и Microsoft Excel [5,6,7].
Таблица 1. Результаты измерения первых пяти автомобилей.
_Таблица 1
№ 1 2 3 4 5
Дата проведения изм. 02.04.2014 02.04.2014 02.04.2014 02.04.2014 02.04.2014
Время проведения изм. 23:0023:45 23:0023:45 23:0023:45 23:0023:45 23:0023:45
Время проезж. пути 100м 16.65 17.53 12.27 10.68 9.69
Скорость движения(м/с) 6.0 5.7 8.1 9.4 10.3
Частотная коррекция A A A A A
ALL 77.4 73.4 75.1 73.8 78.8
31.5 Hz 37.7 37.7 36.9 46.5 37.3
63 Hz 45.8 53.5 49.7 46.7 50.2
125 Hz 54.3 60.2 52.9 56.6 55.7
250 Hz 58.8 62.8 59.2 59.2 61.2
500 Hz 63.6 63.8 61 60.2 64.7
1K Hz 69.3 61.1 66.5 65.9 69.6
2K Hz 67 57.9 64 61.7 67.6
4K HZ 64.4 58.4 62 59.1 63.3
8K Hz 59.7 52.5 56 55 56.3
На рис. 1 приведено сравнение показаний по шкале «А» шумомера с расчётным значением общего уровня шума, полученным в результате энергетического сложения уровней шума во всех полосах частот. Энергетическое сложение осуществлялось по формуле (1) [2]
Г п \
L = 10lg
110'
V i=1
(0.1L,)
(1)
где ь. - математическое ожидание уровня шума в ¿-ой полосе частот;
п - число полос в спектре шума. По графику видно, что расхождения значений невелики. Это обуславливает годность шумомера.
На рис. 2, приведены спектры шума всех автомобилей. На графике наблюдаются пики в области низких частот (от 40 до 200Гц). Это объясняется влиянием основных гармоник вращения коленчатого вала двигателя [8]. На рис. 3, приведены графики усредненного спектра шума и дисперсии. По графику видно, что в диапазоне частот от 40 до 500Гц значения дисперсии также сильно колеблются. Это объясняется влиянием кон-
структивных особенностей каждого автомобиля. В диапазоне средних частот дисперсия самая низкая. Среднеквадратическое отклонение от среднего уровня равно 6 дБА.
Рис.1. Сравнение показаний шумомера с расчетным значением.
Спектр шума всех 40 автомобилей
Рис.2. Спектр шума всех автомобилей.
На рис. 4, приведена зависимость общего уровня шума автомобиля от скорости его движения. Согласно полученной зависимости уровень
внешнего шума автомобиля «Газель» с ростом скорости движения увеличивается. Получено уравнение регрессии:
У = 0,1555х + 74,231 , (2) где х - скорость в км/час, У - уровень внешнего шума автомобиля
в дБА.
График математического ожидания и дисперсии по
частотам
Мат. ожидание
80
^^ Дисиерсия
60 50
ю
^ 40 _Г
30 20 10 0
1л>лоотоо1лооо1Лоооооооооооооооо <м:*»1л45000гми5©1л»-100т0©1л©0©0©©0©©0
" ИННММ««1ЛЮЮ0М(С01Л00т001Л0
т . - НННММ<»и11вМОМ1А
Т. Ги НИН
Рис.3. Усредненный спектр и дисперсия шума всех автомобилей.
Рис.4. Зависимость общего уровня шума автомобиля "Газель" от скорости его движения.
Функция распределения уровня внешнего шума автомобиля "Газель" (ALL)
1 0.9 0.8 0.7 0.6 2 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
Санитарная норма
66 71 76 81 86 91
и ДбА
Рис.5. Функция распределения общего уровня внешнего шума.
График нормального распределения уровня внешнего шума автомобиля "Газель" (ALL) П 1
0.09 0.08 0.07 0.06 3 0.05 Q. 0.04 0.03 0.02 0.01 п
66 71 76 81 L» ДбА 86 91
Рис.6. График нормального распределения общего уровня внешнего шума.
На рис. 5 приведена функция распределения уровня внешнего шума автомобиля. Анализ функции показал, что уровень шума только
22% всех автомобилей «Газель» соответствует допустимым нормам в в условиях проведённых измерений [11]. На рис. 6 приведен график нормального распределения. Математическое ожидание равно 79,2 дБА, а среднеквадратическое значение равно 4,4 дБА. Это говорит о том, что 68,3% автомобилей имеют уровень шума от 74,8 до 83,6 дБА, 95,4% автомобилей от 70,4 до 88 дБА и 99,4% автомобилей от 66 до 92,4 дБА. При этом огромный разброс их уровней шума (более 20 дБА, т.е. в 100 раз по интенсивности звука, рис. 4) нельзя объяснить только эксплуатационными факторами. Следовательно, необходимы дополнительные исследования в лабораторных условиях [7,9].
Библиографический список:
1. ГОСТа Р 52231-2004 «Внешний шум автомобилей в эксплуатации. Допустимые уровни и методы измерения»
2. Иванов Н.И. Инженерная акустика теория и практика борьбы с шумом // Москва Логос, 2008.
3. Справочник по технической акустике. / Под ред. М. Хекла и Х.А. Мюллера. Л. Судостроение, 1980, - 440с.
4. ГОСТ 17187-81 «Шумомеры».
5. Иглин С.П. Теория вероятностей и математическая статистика на базе MATLAB. Издательство НТУ "ХПИ", 2006, Харьков, Украина, 612 с.
6. Поршнев С.В. MATLAB 7. Основы работы и программирования. Учебник. ISBN: 5-9518-0137-0. Издательство "Бином. Лаборатория знаний" 2006г. 320с.
7. Берк К., Кэйри П. Анализ данных с помощью MS Excel .: Виль-ямс, 2005.
8. Кушвид, Р.П. Испытания автомобилей: учебник. - М.:МГИУ, 2011. - 351 с.
9. ГОСТ 27408-87. Шум. Методы статистической обработки результатов определения и контроля уровня шума, излучаемого машинами.
10. СНИП 11-12-77. Защита от шума. М.: Госстрой СССР,1978. 50с.
Bibliography:
1. GOST P 52231-2004 of the Russian Federation "External noise of motor vehicles. Permissible levels and methods of measurement" of 01.01.2005.
2. Ivanov N.I. Engineering acoustics - theory and practice of noise control. Moscow Logos, 2008.
3. Handbook of technical acoustics. / Ed. M. Heckl and HA Müller. L. Shipbuilding, 1980 - 440c.
4. GOST 17187-81 "Sound-pressure level meters".
5. Iglin S.P. Probability theory and mathematical statistics based on MATLAB. NTU "KPI" 2006, Kharkov, Ukraine, 612p.
6. Porshnev S.V. MATLAB 7. Fundamentals and programming. Textbook. ISBN: 5-9518-0137-0. Bean. Knowledge Laboratory, 2006. 320p.
7. K. Burke, P. Carey. Data analysis using MS Excel:. Williams, 2005.
8. Kushvid, R.P. Testing of automobiles: a textbook. - M.: MGIU, 2011. - 351p.
9. GOST 27408-87. Noise. Methods of statistical processing of the results of the determination and control of noise emitted by machines.
10. SNIP 12/11/77. Protection against noise. Moscow: Gosstroy USSR, 1978. 50p.
Об авторах
Анджио Аменгех Фредрик (amehangyo@gmail.com)
Магистрант. Волгорадский Государственный Технический Университет,
Волгоград, Россия.
Ндакс Джонах Леонард (ndaksj@gmail.com)
Магистрант. Волгорадский Государственный Технический Университет, Волгоград, Россия.
Победин Аркадий Викторович (a_pobedin@mail.ru) Научный руководитель. К.т.н. Профессор. Кафедра автомобиле-и тракторостроения, Волгорадский Государственный Технический Университет, Волгоград, Россия.
About authors
Angyo Amengeh Fredrick (amehangyo@gmail.com)
Graduate student. Volgograd State Technical University, Volgograd, Russia.
Ndaks Jonah Leonard (ndaksj@gmail.com)
Graduate student. Volgograd State Technical University, Volgograd, Russia. Pobedin Arkadiy Viktorovich (a_pobedin@mail.ru)
Scientific supervisor. Professor. Faculty of automobile and tractor engineering, Volgograd State Technical University, Volgograd, Russia.
