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

Rozważania na temat hałasu drogowego rozpocząć należy od
klasyfikacji jego źródeł. Należą 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 można 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 może być
scharakteryzowany za pomocą poziomu dźwięku i jego widma.
Poziom hałasu samochodu jest zależny głównie od:
-

typu samochodu, co związane jest z mocą silnika,

-

rodzaju jazdy (postój z włączonym silnikiem, przyspieszenie, jazda ze
stałą prędkością itp.),

-

prędkość jazdy.

Można stwierdzić, że poziom emitowanego hałasu jest tym większy, z
im większym pojazdem samochodowym mamy do czynienia. Na poziom
hałasu pochodzącego od samochodu wpływają także różnice w rozwiązaniach
konstrukcyjnych samochodów osobowych w porównaniu z ciężarowymi.
Poziom hałasu samochodowego rośnie także w funkcji wzrostu
prędkości jazdy. Przy prędkościach niższych, podczas jazdy na niższych
biegach, dominujący jest hałas pochodzący od zespołu napędowego. Przy
prędkościach wyższych głównym źródłem hałasu staje się toczenie kół po
nawierzchni.

Charakteryzując główne widma hałasów emitowanych przez pojazdy
samochodowe można stwierdzić, że 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 również
ź

ródłem infradźwięków (dźwięk o częstotliwościach poniżej 16 Hz).

Rozpatrując uciążliwość, 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 zbliżania 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, że poziom hałasu obserwowany przy drodze wciąż 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 też dla hałasów zmiennych w czasie,
ogólnie, a dla hałasów drogowych w szczególności, opracowano wiele tzw.
Wskaźników jego oceny.
Poziom równoważny zwany też 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 równoważny
określany jest z zależności:

,

/

)

(

/

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 równoważny [s].


W rzeczywistych sytuacjach powyższa definicja matematyczna jest trudna
do zastosowania. W związku z tym częściej stosuje się bardziej praktyczny
wzór do wyznaczania poziomu równoważnego:

)]

(

[

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 należy do zjawisk stochastycznych. Takie założenie pozwoliło na
opracowanie szeregu wskaźników oceny jego poziomu z wykorzystaniem zasad
statystyki matematycznej.
Najczęściej używanymi wskaźnikami są poziomy statystyczne L

10

oraz L

50

(zwane też quasi-maksymalnymi).Jeśli ogólnie poziom statystyczny oznaczymy
jako L

x

, to możemy go zdefiniować jako pewien poziom graniczny

przekroczony przez chwilowe wartości poziomów hałasu w nie więcej niż X%
czasu obserwacji.
Prawdopodobieństwo, że chwilowa wartość poziomu hałasu L(t) znajdzie
się w przedziale <L

k,

L

k

+

∆

L> można 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 dąży do zera,

znajdujemy prawdopodobieństwo wystąpienia hałasu o poziomie L(t)= L

k

. W

praktyce jednak, dla wyznaczenia żądanych wskaźników oceny hałasu,
posługujemy się skończonymi wartościami

∆

L.

Z drugiej strony, po oznaczeniu

∆

l, grupuje się chwilowe poziomy hałasu w

pewne klasy. Funkcję określoną zależnością (1) i wyrażaną w procentach
nazywa się gęstością klasy k.
W praktyce częściej, dla wyznaczenia gęstości klas poziomów hałasu,
dokonuje się tzw. „próbkowania” zależności 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 można obliczyć następująco:

%

100

/

]

)

(

[

•

=

∆

+

≤

≤

N

n

L

L

t

L

L

P

k

k

k

k

(2)

gdzie:
n

k

- liczba obserwacji chwilowych poziomów hałasu należącego do klasy <L

k,

L

k

+

∆

L>,

N- liczba wszystkich obserwacji.
W przypadku obliczenia gęstości wszystkich klas poziomów hałasu można
określić empiryczne przybliżenie krzywej rozkładu prawdopodobieństwa, czyli
tzw. histogram (rys.):

Dysponując gęstościami klas można również 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),[%].
Powyższa

funkcja

wyznacza

prawdopodobieństwo

(wyrażone

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 można
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 zależności, 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- natężenie ruchu [poj./h].
Zależności te określane są dla punktu zlokalizowanego w odległości 1m od
krawężnika jezdni, na wys. 1,2 m. Wyjściowe warunki, jakie przyjęto przy
opracowaniu tych zależności, zdefiniować można 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 rozważań, dokonuje się
podziału typów pojazdów na dwie grupy:

-

samochody osobowe i furgonetki o masie całkowitej do 1500 kg.

-

Samochody ciężarowe, autobusy i ewentualnie tramwaje i motocykle.
O ile na średnią wartość poziomu hałasu L

10

decydujący wpływ ma

całkowite natężenie ruchu, o tyle wartości poziomów szczytowych
(reprezentowanych przez poziom L

10

) i poziomów równoważnych- L

eq

zależą w

dużym stopniu od liczby pojazdów należących do drugiej z wymienionych grup.


3.Przebieg ćwiczenia


Wielkością akustyczną, która podlega pomiarom, jest ciśnienie akustyczne
lub jego poziom. Najczęściej używanymi wskaźnikami określającymi hałas
drogowy są poziom równoważny 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
krawężnika 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)]