P
O
LI
TE
CH
NIKA
Ś
L
Ą
S
K
A
W
Y
D
ZIA
Ł TRANSP
O
R
T
U
Temat
ć
wiczenia
Pomiary hałasu komunikacyjnego
P
O
LI
TE
CH
NIKA
Ś
L
Ą
S
K
A
W
Y
D
ZIA
Ł TRANSP
O
R
T
U
Temat
ć
wiczenia
Pomiary hałasu komunikacyjnego
1.
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów pomiarów hałasu
komunikacyjnego oraz z wpływem parametrów ruchu na wartość
poziomu hałasu drogowego.
2.
Wiadomości teoretyczne
RozwaŜania na temat hałasu drogowego rozpocząć naleŜy od
klasyfikacji jego źródeł. NaleŜą do nich:
- pojazdy samochodowe,
- tramwaje,
- trolejbusy,
- inne pojazdy i maszyny poruszające się po drogach za pomocą własnego
napędu.
Przy rozpatrywaniu klimatu akustycznego w miastach najbardziej
interesujące jest łączne oddziaływanie wielu źródeł hałasu-pojazdów biorących
udział w ruchu. W tym przypadku moŜna traktować drogę czy ulicę jako
umowne, powierzchniowe źródło dźwięku.
Hałas emitowany przez samochód będący w ruchu pochodzi od:
- pracy silnika i zespołów napędowych
- toczenia się kół po nawierzchni drogi
- innych czynników (hałas aerodynamiczny pochodzący od zawirowań
powietrza w czasie ruchu samochodu, hałas od uderzenia o siebie i drgań
rezonansowych źle konserwowanych elementów nadwozia).
Hałas emitowany na zewnątrz przez samochody moŜe być
scharakteryzowany za pomocą poziomu dźwięku i jego widma.
Poziom hałasu samochodu jest zaleŜny głównie od:
-
typu samochodu, co związane jest z mocą silnika,
-
rodzaju jazdy (postój z włączonym silnikiem, przyspieszenie, jazda ze
stałą prędkością itp.),
-
prędkość jazdy.
MoŜna stwierdzić, Ŝe poziom emitowanego hałasu jest tym większy, z
im większym pojazdem samochodowym mamy do czynienia. Na poziom
hałasu pochodzącego od samochodu wpływają takŜe róŜnice w rozwiązaniach
konstrukcyjnych samochodów osobowych w porównaniu z cięŜarowymi.
Poziom hałasu samochodowego rośnie takŜe w funkcji wzrostu
prędkości jazdy. Przy prędkościach niŜszych, podczas jazdy na niŜszych
biegach, dominujący jest hałas pochodzący od zespołu napędowego. Przy
prędkościach wyŜszych głównym źródłem hałasu staje się toczenie kół po
nawierzchni.
Charakteryzując główne widma hałasów emitowanych przez pojazdy
samochodowe moŜna stwierdzić, Ŝe wysokie poziomy ciśnień akustycznych
notowane są w zakresie niskich i średnich częstotliwości. W miarę wzrostu
częstotliwości poziomy ciśnień akustycznych zmniejszają się.
Oprócz hałasów z zakresu słyszalnego pojazdy samochodowe są równieŜ
ź
ródłem infradźwięków (dźwięk o częstotliwościach poniŜej 16 Hz).
Rozpatrując uciąŜliwość, jaką powoduje droga czy ulica w sensie
pogorszenia się klimatu akustycznego, mniej jesteśmy zainteresowani
hałasem, który emitowany jest przez dany pojazd biorący udział w ruchu.
Natomiast niezwykle istotna jest znajomość łącznego oddziaływania
wszystkich pojazdów. Weźmy chwilowo pod uwagę pewien wyidealizowany
układ- drogę po której porusza się tylko jeden samochód. Dokonajmy
obserwacji poziomu hałasu w pewnym ustalonym punkcie przy tej drodze. W
miarę zbliŜania się samochodu notuje się wzrost poziomu hałasu do wartości
maksymalnej (w chwili mijania punktu obserwacji), następnie jego
zmniejszanie się. W sytuacji, gdy po drodze porusza się wielka liczba
pojazdów, opisane zjawisko obserwuje się wielokrotnie. Przy w miarę gęstym
ruchu poziomy hałasu od poszczególnych pojazdów nakładają na siebie.
Powoduje to, Ŝe poziom hałasu obserwowany przy drodze wciąŜ zmienia się
w czasie.
Ocena hałasu o zmiennym poziomie w czasie jedynie przez podanie jego
wartości występującej w pewnym momencie jest z technicznego punktu
widzenia niewystarczające. Dlatego teŜ dla hałasów zmiennych w czasie,
ogólnie, a dla hałasów drogowych w szczególności, opracowano wiele tzw.
Wskaźników jego oceny.
Poziom równowaŜny zwany teŜ ekwiwalentem, jest najbardziej
rozpowszechnionym wskaźnikiem oceny hałasu o zmiennym poziomie w
czasie. Idea tego wskaźnika polega na określeniu poziomu średniego (w
rozpatrywanym czasie) ciśnienia akustycznego. Poziom równowaŜny
określany jest z zaleŜności:
,
/
)
(
/
1
lg
10
2
2
dt
p
t
p
T
L
o
T
o
eq
∫
=
gdzie :
p(t)- wartość chwilowa ciśnienia akustycznego [Pa],
p
o
- ciśnienie akustyczne odniesienia [Pa],
T- czas, dla którego określany jest poziom równowaŜny [s].
W rzeczywistych sytuacjach powyŜsza definicja matematyczna jest trudna
do zastosowania. W związku z tym częściej stosuje się bardziej praktyczny
wzór do wyznaczania poziomu równowaŜnego:
)]
(
[
10
*
/
1
lg
10
10
/
1
A
dB
t
T
L
ai
L
n
i
i
eq
∑
=
=
gdzie:
L
ai
- poziom hałasu występujący w czasie t
i
[dB(A)],
t
i
- czas występowania hałasu o poziomie L
ai
[s],
obserwacji
czas
t
T
n
i
i
−
=
∑
=
1
Chwilowa wartość poziomu hałasu drogowego jest funkcją wielu zdarzeń o
charakterze przypadkowym. Tak więc występowanie hałasu o pewnym
poziomie naleŜy do zjawisk stochastycznych. Takie załoŜenie pozwoliło na
opracowanie szeregu wskaźników oceny jego poziomu z wykorzystaniem zasad
statystyki matematycznej.
Najczęściej uŜywanymi wskaźnikami są poziomy statystyczne L
10
oraz L
50
(zwane teŜ quasi-maksymalnymi).Jeśli ogólnie poziom statystyczny oznaczymy
jako L
x
, to moŜemy go zdefiniować jako pewien poziom graniczny
przekroczony przez chwilowe wartości poziomów hałasu w nie więcej niŜ X%
czasu obserwacji.
Prawdopodobieństwo, Ŝe chwilowa wartość poziomu hałasu L(t) znajdzie
się w przedziale <L
k,
L
k
+
∆
L> moŜna określić następująco:
T
t
L
L
t
L
L
P
n
i
i
k
k
k
/
]
)
(
[
1
∑
−
∆
=
∆
+
≤
≤
(1)
gdzie:
∆
t
i
- przedziały czasu, w których występuje poziom hałasu
L(t)
∈
<L
k,
L
k
+
∆
L>,
∆
L- tzw. przedział klasowy lub klasa rozdzielcza szeregu,
T- łączny czas obserwacji.
Dokonując przejścia granicznego, gdzie wartość
∆
L dąŜy do zera,
znajdujemy prawdopodobieństwo wystąpienia hałasu o poziomie L(t)= L
k
. W
praktyce jednak, dla wyznaczenia Ŝądanych wskaźników oceny hałasu,
posługujemy się skończonymi wartościami
∆
L.
Z drugiej strony, po oznaczeniu
∆
l, grupuje się chwilowe poziomy hałasu w
pewne klasy. Funkcję określoną zaleŜnością (1) i wyraŜaną w procentach
nazywa się gęstością klasy k.
W praktyce częściej, dla wyznaczenia gęstości klas poziomów hałasu,
dokonuje się tzw. „próbkowania” zaleŜności L(t). Polega to na rejestracji
chwilowych wartości poziomów co pewien określony odcinek czasu. Zmienia
się w ten sposób funkcję ciągłą na szereg wartości dyskretnych. W takim
przypadku gęstość klasy k moŜna obliczyć następująco:
%
100
/
]
)
(
[
•
=
∆
+
≤
≤
N
n
L
L
t
L
L
P
k
k
k
k
(2)
gdzie:
n
k
- liczba obserwacji chwilowych poziomów hałasu naleŜącego do klasy <L
k,
L
k
+
∆
L>,
N- liczba wszystkich obserwacji.
W przypadku obliczenia gęstości wszystkich klas poziomów hałasu moŜna
określić empiryczne przybliŜenie krzywej rozkładu prawdopodobieństwa, czyli
tzw. histogram (rys.):
Dysponując gęstościami klas moŜna równieŜ określić empirycznie funkcję
zwaną dystrybuantą rozkładu statystycznego o postaci:
)
(
]
)
(
[
1
L
P
L
t
L
P
k
j
k
k
j
=
=
∑
=
≤
(3)
gdzie:
P
k
(L)- gęstość klas (oznaczone skrótowo w stosunku do wcześniejszej notacji)
dane wzorami (1) lub (2),[%].
PowyŜsza
funkcja
wyznacza
prawdopodobieństwo
(wyraŜone
w
procentach) wystąpienia hałasu o poziomie mniejszym lub równym wartości
L
k
+
∆
L.
Przy wyznaczaniu wskaźników L
10
oraz L
50
posługujemy się nie
dystrybuantą, lecz krzywa gęstości skumulowanej, którą wyrazić moŜna
wzorem:
],
)
(
[
1
]
)
(
[
j
j
L
t
L
P
L
t
L
P
≤
−
=
>
gdzie:
P[L(t)>L
j
]- funkcja dana wzorem (3).
Wartości poziomów statystycznych poszukujemy dla równości:
- L
10
:
%
10
]
)
(
[
=
>
j
L
t
L
P
- L
50
:
%
50
]
)
(
[
=
>
j
L
t
L
P
Dla warunków polskich, w wyniku liczbowych badań opracowano
następujące zaleŜności, pozwalające na określenie poziomów L
10
oraz L
50
dla
hałasu pochodzącego od ruchu drogowego lub tez ulicznego:
L
10
=10 lg Q +51 [dB(A)],
L
50
=13 lg Q+35 [dB(A)],
gdzie:
Q- natęŜenie ruchu [poj./h].
ZaleŜności te określane są dla punktu zlokalizowanego w odległości 1m od
krawęŜnika jezdni, na wys. 1,2 m. Wyjściowe warunki, jakie przyjęto przy
opracowaniu tych zaleŜności, zdefiniować moŜna następująco:
1.Droga(ulica) przebiegająca w poziomie, w przestrzeni nie zabudowanej.
2.Ruch płynny (bez częstych startów i hamowania pojazdów).
3. 30% udziału pojazdów z grupy najbardziej hałaśliwych w całkowitym potoku
ruchu.
4.Średnia prędkość potoku pojazdów- ok. 50 km/h.
5.Nawierzchnia asfaltowa.
Z akustycznego punktu widzenia, dla dalszych rozwaŜań, dokonuje się
podziału typów pojazdów na dwie grupy:
-
samochody osobowe i furgonetki o masie całkowitej do 1500 kg.
-
Samochody cięŜarowe, autobusy i ewentualnie tramwaje i motocykle.
O ile na średnią wartość poziomu hałasu L
10
decydujący wpływ ma
całkowite natęŜenie ruchu, o tyle wartości poziomów szczytowych
(reprezentowanych przez poziom L
10
) i poziomów równowaŜnych- L
eq
zaleŜą w
duŜym stopniu od liczby pojazdów naleŜących do drugiej z wymienionych grup.
3.Przebieg ćwiczenia
Wielkością akustyczną, która podlega pomiarom, jest ciśnienie akustyczne
lub jego poziom. Najczęściej uŜywanymi wskaźnikami określającymi hałas
drogowy są poziom równowaŜny L
eq
lub poziomy statystyczne L
10
oraz L
50
. aby
je uzyskać, niezbędny jest precyzyjny miernik poziomu dźwięku.
Pomiary przeprowadzić dla punktu zlokalizowanego w odległości 1m od
krawęŜnika jezdni na wys. 1,2 m.
1.Droga (ulica) przebiegająca w poziomie, w przestrzeni nie zabudowanej.
2.Ruch płynny(bez częstych startów i hamowania pojazdów).
3.30% udziału pojazdów z grupy najbardziej hałaśliwych w całkowitym potoku
ruchu.
4.Średnia prędkość potoku pojazdów- ok. 50 km/h
5. Opracowanie wyników.
Na podstawie wyników pomiarów obliczyć wartości poziomów statycznych
L
10
i L
50
oraz wykreślić krzywą gęstości skumulowanej.
Uzyskane wyniki zamieścić w tablicy.
L
10
[dB(A)]
L
50
[dB(A)]
L
eq
[dB(A)]