2. Parametry akustyczne ruchu drogowego

Rysunek 1

Przyjmując, że źródło dźwięku promieniuje dźwięk w każdym kierunku jednakowo (źródło wszechkierunkowe) oraz pomijając tłumienie dźwięku przez atmosferę i efekt tłumienia hałasu przez grunt to poziom dźwięku w punkcie obserwacji O odpowiednio odległym od źródła Z możemy wyznaczyć z zależności:

[Pa] ( 1)

gdzie:

A - moment źródła [Pa m^-2],

r - odległość od źródła [m],

k - liczba falowa [m^-1],

ω - częstość kątowa [s^-1].

Uśredniony kwadrat ciśnienia akustycznego będzie wówczas równy:

, [Pa²] ( 2)

Moc akustyczną źródła dźwięku położonego odpowiednio daleko na płaskiej i odbijającej powierzchni można wyznaczyć z zależności:

[W] ( 3)

gdzie: ρc - impedancja akustyczna ośrodka [kg m^-2 s^-1]

W przypadku poruszania się źródła po linii prostej przebiegającej w odległości d od punktu obserwacji O z prędkością v zmiana w czasie poziomu dźwięku będzie wyglądała podobnie jak ma przedstawionym rysunku:

Rysunek 2

Uśredniony maksymalny kwadrat ciśnienia akustycznego będzie równy:

[Pa²] ( 4)

gdzie d - odległość pomiędzy prostą a punktem obserwacji.

Ekspozycja na hałas w przypadku przejazdu pojedynczego pojazdu po linii prostej będzie równa:

[Pa²s] ( 5)

gdzie: v - prędkość poruszającego się źródła dźwięku.

Na podstawie równań ( 3) i ( 5) możemy napisać:

[W] ( 6)

oraz wyznaczyć poziom mocy akustycznej:

L_N=L_E+10lg(2dv) [dB] ( 7)

gdzie: L_E - ekspozycyjny poziom dźwięku (SEL) [dB]

W ten sposób możemy wyznaczyć poziom mocy akustycznej pojedynczego źródła, gdy znamy jego prędkość. Gdy prędkość ta nie jest znana możemy skorzystać z zależności (4) a następnie (3). Otrzymany wynik może być jednak obarczony znacznym błędem, gdy źródło emituje nierównomierny poziom dźwięku (a poziom maksymalny wyznaczany jest w ułamku sekundy).

Znacznie lepszym rozwiązaniem jest wyznaczenie w takim przypadku mocy akustycznej w oparciu o statystyczne poziomy dźwięku. Poziomy statystyczne Lx określają, jaka wartość poziomu dźwięku była przekraczana w x% czasu pomiaru, (np. poziom L10 = 90 dB oznacza, że w ciągu 10% czasu pomiaru poziom dźwięku przekraczał 90 dB). Mierniki poziomu dźwięku nowszej generacji wyposażone są standardowo w moduły pozwalające na wyznaczenie poziomów statystycznych (zwykle są to poziomy L01, L10, L20, L50, L90, L99).

Poziomy statystyczne są wyznaczane w czasie w standardowych miernikach

Kwadrat ciśnienia akustycznego odpowiadający poziomom statystycznym np. L10 i L20 (rysunek 2) możemy wyznaczyć z zależności:

[dB] (8)

Dzięki równoczesnej znajomości dwóch różnych wartości poziomów statystycznych możemy z równań wyrugować wartość v oraz wyznaczyć moc akustyczną z zależności:

[W] (9)

Lub poziom mocy akustycznej:

[dB] (10)

Równoważny poziom dźwięku strumienia pojazdów na podstawie SEL

Podczas przejazdu pojedynczego pojazdu możemy zarejestrować ekspozycyjny poziom dźwięku (SEL).

Wartości SEL dla poszczególnych typów pojazdów (samochody osobowe, samochody ciężarowe, autobusy, motocykle itp.) możemy uśrednić wg wzoru:

[dB] (11)

gdzie: m - liczba wykonanych pomiarów.

Uwaga : w przypadku przyjmowania do obliczeń innej odległości od osi jezdni należy zastosować poprawkę:

[dB] (12)

Wówczas równoważny poziom dźwięku w punkcie obserwacji możemy wyznaczyć z zależności:

[dB] (13)

gdzie:

SEL_śri- uśredniony poziom ekspozycyjny hałasu dla poszczególnych typów pojazdów;

n_i - natężenie ruchu poszczególnych typów pojazdów [poj/h];

k- liczba typów pomiarów.

Równoważny poziom dźwięku strumienia pojazdów na podstawie pomiarów LAeq

Zależność pomiędzy poziomem dźwięku a poziomami ekspozycyjnymi możemy wyznaczyć w oparciu o wzór (13).

Mierząc poziomy równoważne w oparciu o równania regresji możemy wyznaczyć ekspozycyjne poziomy dźwięku:

przyjmując, że
,
,
otrzymamy układy równań:

(14)

gdzie:

m_j1 - natężenie ruchu (na sekundę) w trakcie trwania j-tego pomiaru pojazdów 1 karegorii (np. pojazdy lekkie)

y_j - wynik pomiaru ciśnienia akustycznego w j-tym pomiarze.

Przebieg ćwiczenia 1

1. Zmierzyć poziomy ekspozycyjne przejazdów pojedynczych pojazdów

1. min. 15 pojazdów lekkich;

2. min. 3 pojazdy ciężkie;

3. min. 3 tramwaje.

2. Wyznaczyć średnie poziomy ekspozycyjne dla poszczególnych typów pojazdów (wzór 11)

3. Wyznaczyć równoważny poziom dźwięku A w oparciu o wzór 13 (i ewentualną poprawkę (wzór 12).

4. Wyznaczyć moce akustyczne przejazdów

1. w oparciu o wzór 2;

2. w oparciu o wzór 7;

3. w oparciu o wzór 10;

Przebieg ćwiczenia 2

1. Zmierzyć poziomy dźwięku w punkcie obserwacji wykonując co najmniej 10 pomiarów poziomu ciśnienia akustycznego przez 5 minut.

2. W trakcie pomiarów akustycznych określić natężenie ruchu w poszczególnych kategoriach (pojazdy lekkie, pojazdy ciężkie oraz tramwaje).

3. Metodą regresji liniowej na podstawie wzoru 14 określić poziomy ekspozycyjne dźwięku dla poszczególnych grup pojazdów.

4. Porównać poziomy ekspozycyjne zmierzone oraz wyznaczone w punkcie 3.

5. Porównać poziomy dźwięku uzyskane z pomiarów (punkt 1) z poziomem dźwięku wyznaczonym ze wzoru 13 (punkt 3 ćwiczenia 1).

x=v t

d

r

O

Z

---