Klimat akustyczny

Hałas - dźwięki o częstotliwości od 16 Hz do 16000 Hz (art. 3, pkt 5 ustawy POŚ).

Poziom dźwięku wyrażony w decybelach (dB) - wartość poziomu ciśnienia akustycznego, skorygowana według charakterystyki częstotliwościowej A, wyznaczona zgodnie z Polską Normą (art.3, pkt 26a ustawy POŚ)

Równoważny poziom hałasu/dźwięku - wartość poziomu ciśnienia akustycznego ciągłego ustalonego dźwięku skorygowana według charakterystyki częstotliwościowej A, która w określonym przedziale czasu odniesienia jest równa średniemu kwadratowi ciśnienia akustycznego analizowanego dźwięku o zmiennym poziomie w czasie. Równoważny poziom dźwięku wyraża się wzorem zgodnie z Polską Normą.

Postępowanie w przypadku przemysłowych źródeł hałasu

1. Zidentyfikowanie źródeł hałasu :
   rodzaj źródła hałasu, umiejscowienie, moc akustyczna, charakterystyka czasowa, obecność ekranów lub elementów odbijających...

2. Obliczenie uśrednionej wartości równoważnego poziomu dźwięku dla źródła

3. Określenie tła klimatu akustycznego

4. Obliczenia wartości równoważnego poziomu dźwięku u odbiorcy
   (np. na granicy działki)

5. Porównanie obliczonych wartości L_Aeq z dopuszczalnym poziomem hałasu w środowisku.

6. Wyznaczenie zasięgu hałasu dla zdefiniowanych izofonii (wynikających z norm dotyczących hałasu)

7. Określenie konieczności i sposobu ograniczenia niekorzystnego wpływu przedsięwzięcia na klimat akustyczny.
   

Akty prawne:

Dyrektywa 2002/49/WE z dnia 25 czerwca 2002 r. dotycząca oceny i zarządzania poziomem hałasu w środowisku.

W Dyrektywie podano dwa wskaźniki hałasu:

• L_dwn - wskaźnik hałasu w czasie dnia - wieczoru - nocy; jest to długoterminowy (dla całego roku) poziom hałasu dźwięku A określony zgodnie z normą PN-ISO 1996-2: 1999 i oznacza wskaźnik całkowitego dokuczliwego hałasu,

• L_dzień - wskaźnik hałasu w czasie dnia; jest to długoterminowy (dla całego roku) poziom dźwięku A określony zgodnie z norma PN-ISO 1996-2: 1999 i oznacza wskaźnik dokuczliwego hałasu w ciągu dnia.

Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001r. Prawo ochrony środowiska (Dz.U. 2008 nr 25 poz. 150).

Rozporządzenia Ministra Środowiska z 14 czerwca 2007 r. w sprawie dopuszczalnych poziomów hałasu w środowisku (Dz.U. Nr 120 poz. 826)

Określa dopuszczalne poziomy hałasu dla terenów o różnym przeznaczeniu (np. zabudowa mieszkaniowa, szpitale, budynki związane z pobytem dzieci i młodzieży), uwzględnia hałas pochodzący ze źródeł komunikacyjnych oraz innych.

Przy prognozowania poziomu dźwięku stosuje się dwie metodyki:

• manualna - w której stosuje się szereg wzorów obliczeniowych i nomogramów;

• programy komputerowe - wykorzystujące modele obliczeniowe takie jak w metodach manualnych, lecz dzięki szybkości obliczeń i możliwości operowania dużą liczbą danych, rezultaty cechują się większą precyzją.

Dla hałasu przemysłowego zalecana jest następująca metoda obliczeniowa:
PN-ISO 9613-2:2002: Akustyka - Tłumienie dźwięku podczas propagacji w przestrzeni otwartej. Ogólna metoda obliczeniowa.

Opis np. na stronie internetowej http://www.profon.xq.pl/mapy/mapy5.html

W pierwszym etapie należy zdefiniować źródło hałasu aby można było zastosować właściwy model emisji. I tak źródła hałasu mogą być:

• stacjonarne

• ruchome

Wśród źródeł stacjonarnych wyróżnia się:

• punktowe źródło dźwięku,

• liniowe źródło dźwięku o skończonej długości,

• powierzchniowe źródło dźwięku,

• przestrzenne źródło dźwięku

• źródło dźwięku typu budynek

W modelu emisji wszystkie źródła dźwięku sprowadza się do zbioru źródeł punktowych o określonym poziomie mocy akustycznej.

EMISJA + PROPAGACJA = IMISJA

Aby określić imisję hałasu należy uwzględnić szereg poprawek, mających wpływ na propagację fali akustycznej. Czynniki wpływającymi na propagację są:

• odległość źródła od punktu obserwacji

• ekranowanie przez różne przeszkody

• obecność zieleni

• pochłanianie dźwięku przez powietrze

• właściwości odbijające przeszkód znajdujących się w obszarze źródła hałasu lub punktu obserwacji

• właściwości pochłaniające lub odbijające gruntu

OBLICZENIA - HAŁAS PRZEMYSŁOWY

Hałas nieustalony w czasie

W przypadku hałasu nieustalonego, tzn. gdy poziom dźwięku zmienia się o więcej niż 5 dB należy obliczyć uśrednioną wartość równoważnego poziomu dźwięku wg równania:

L_Aeq,Te = 10 log (1)

T_e - czas uśredniania, dla którego wyznaczana jest wartość L_Aeq,Te

T_e =, t_i - czas ekspozycji na hałas L_ai (2)

Kilka źródeł hałasu

W przypadku kilku źródeł punktowych oblicza się uśrednioną wartość równoważnego poziomu dźwięku, jeśli różnica jest nie większa niż 15dB.

Jeśli różnica jest większa to źródło o mocy akustycznej mniejszej można pominąć w obliczeniach.

L_Aeq = 10 log (Σ10^0,1LAi ) (3)

Źródło hałasu usytuowane na otwartej przestrzeni - Ściany odbijające

Poprawka uwzględniająca wpływ położenia źródła względem elementów odbijających

(4)

W zależności od położenia źródła dźwięku wartości K₀ przyjmują wartości zestawione w poniższej tabeli:

Tabela 1: Wartości poprawki K₀

Położenie źródła dźwięku	Ω	K0
Źródło usytuowane swobodnie w przestrzeni	4π	0
Źródło blisko powierzchni silnie odbijającej, np. dachu, gruntu, ściany	2π	3
Źródło blisko dwóch wzajemnie prostopadłych powierzchni odbijających	π	6
Źródło blisko trzech wzajemnie prostopadłych powierzchni odbijających	π/2	9

Pod pojęciem „blisko” rozumie się, że odległość między źródłem dźwięku a powierzchnią odbijającą jest mniejsza niż 1,5m.

Źródło dźwięku usytuowane wewnątrz budynku

W przypadku promieniowania energii akustycznej przez ściany i dach budynku, należy wprowadzić poprawkę do wartości poziomu mocy akustycznej opisującą kierunkowość takiego źródła jako ΔL_B .

Rzeczywisty poziom mocy akustycznej źródła punktowego L_Wn (całej ściany, dachu) wynosi:

L_Wn = L_W - ΔL_B + K_B

gdzie:

L_W - poziom mocy akustycznej źródła typu budynek,

ΔL_B - poprawka uwzględniająca wpływ oddziaływania kierunkowego budynku zgodnie
z zasadą podaną na rysunku 1

K_B - poprawka uwzględniająca kąt promieniowania energii akustycznej przez ściany lub dach, K₀ = 3 dB.

Rys. 1 Oddziaływanie kierunkowe budynku, 1- powierzchnie emitujące hałas.

Poziom ciśnienia akustycznego (L_p) w punkcie obserwacji na zewnątrz od wszystkich ścian budynku określa się z zależności:

(5)

gdzie: L_pi - poziom ciśnienia akustycznego od i-­tej powierzchni budynku,

k - całkowita liczba powierzchni.

Obliczenie poziomu hałasu u odbiorcy

Zgodnie z danymi literaturowymi następujące czynniki mają wpływ na propagację dźwięku w otwartej przestrzeni:

• odległość źródło - punkt obserwacji - ΔL_r

• ekranowanie przez różne przeszkody - ΔL_e

• występowanie zieleni - ΔL_z

• pochłanianie dźwięku przez powietrze - ΔL_p

• właściwości odbijające przeszkód znajdujących się w obszarze źródła hałasu lub punktu obserwacji - ΔL_O

• właściwości pochłaniające lub odbijające gruntu - ΔL_g

Przy założeniu rozprzestrzeniania się fali akustycznej w powietrzu bez zakłóceń, wartość poziomu ciśnienia akustycznego w funkcji odległości spada o 6 dB na każde podwojenie odległości między źródłem a punktem obserwacji.

Poprawka uwzględniająca wpływ odległości źródła rzeczywistego od punktu obserwacji ΔL_r

ΔL_r = 20 log(r/r₀) - 11, dB (6)

gdzie : r - odległość źródła punktowego od punktu obserwacji [m],

r₀ - odległość odniesienia równa 1m.

Poprawka uwzględniająca wpływ odległości źródła pozornego od punktu obserwacji ΔL_r

ΔL_r = 20 log[(r₁+r₂)/r₀] - 11, dB (7)

gdzie : r₁ - odległość środka źródła punktowego od punktu odbicia od przeszkody [m],

r₂ - odległość od punktu odbicia od punktu obserwacji [m],

r₀ - odległość odniesienia równa 1m.

Rys. 2 Schemat dróg fali akustycznej.

Zasięg hałasu

Zasięg hałasu - odległość od źródła, w której poziom dźwięku osiąga żądaną wartość (zwykle jest to wartość poziomu dopuszczalnego).

Zasięg hałasu zależny jest w większości przypadków od wysokości, na której określa się wartość poziomu dźwięku. Stąd też wprowadzono następującą notację:  R _z ( h, L), m

gdzie:

h - wysokość na której określany jest zasięg hałasu, m

L - poziom, dla którego określany jest zasięg hałasu, dB

Uwaga: Pojęcie zasięgu hałasu traci swą ostrość lub w ogóle sens fizyczny w silnie rozproszonym polu akustycznym, tam gdzie występuje duża liczba odbić fal akustycznych; ma to miejsce np. w terenie o intensywnej zabudowie.

R_z(h,L_{A Izo}) = r₁ 10^{(L Aeq,1 - L A izo)/K (8)}

przy czym K:

(9)

gdzie:

L_{A izo} - poziom hałasu, dla którego określa się zasięg (izofonia), dB

h - wysokość punktu obserwacji, m

r₁, r₂ - odległość od źródła (jezdni) punktów, między którymi interpolowana jest

wartość zasięgu

L_{A eq,1} , L_{A eq,1} - poziomy hałasu w punktach w odległości odpowiednio r₁ oraz r₂, dB

PRZYKŁAD 1 Hałas zmienny w czasie

Urządzenie pracuje okresowo : co godzinę przez 10 minut (80dB), w pozostałym okresie czasu poziom dźwięku 60dB.

Policzyć równoważny poziom dźwięku dla źródła hałasu nieustalonego.

PRZYKŁAD 2 Kilka źródeł hałasu o różnej mocy akustycznej

Obliczyć równoważny poziom dźwięku pochodzący od następujących źródeł:

1. dwa źródła o mocy akustycznej 70dB;

2. dwa źródła o mocy akustycznej: jedno 70dB, drugie 80dB;

3. dwa źródła o mocy akustycznej: jedno 70dB, drugie 90dB.

4. trzy źródła o mocy akustycznej 70dB

PRZYKŁAD 3 Kilka źródeł hałasu o jednakowej mocy akustycznej

Wyznaczyć zależność poprawki dla sumowania jednakowych źródeł hałasu od liczby sumowanych źródeł.

PRZYKŁAD 4

Wyznaczyć poziom hałasu u odbiorcy znajdującego się na otwartej przestrzeni w określonych odległościach od źródła o mocy akustycznej 70dB.

Odległości odbiorcy od źródła hałasu: 5, 10, 20, 40, 100m.

PRZYKŁAD 5 - ściana odbijająca, budynek

Wyznaczyć poziom hałasu u odbiorcy znajdującego się w odległości 100m od źródła o mocy akustycznej 70dB

a) znajdującego się w bliskiej odległości od ściany odbijającej (1m)

b) dla źródła znajdującego się na dachu budynku

PRZYKŁAD 6

Obliczyć zasięg źródła hałasu o mocy 80 dB dla izofonii 45 i 50dB (na wysokości 2m).

HAŁAS DROGOWY

Postępowanie przy ocenie wpływu emisji hałasu na klimat akustyczny w przypadku źródeł hałasu, typu droga

1. Zidentyfikowanie źródła hałasu:
   określenie mocy akustycznej źródła w oparciu o projektowane parametry drogi (natężenie ruchu, rodzaj nawierzchni, udział samochodów ciężarowych w ruchu i inne)

2. Obliczenia wartości równoważnego poziomu dźwięku u odbiorcy (uwzględnienie szeregu poprawek)

3. Wyznaczenie zasięgu hałasu dla zdefiniowanych izofonii (wynikających z norm dot. hałasu)

4. Określenie liczby ludności narażonej na ponadnormatywny poziom hałasu

5. Określenie konieczności i sposobu ograniczenia niekorzystnego wpływu przedsięwzięcia na klimat akustyczny.

6. Wyznaczenie strefy ograniczonego użytkowania

Na poziom hałasu drogowego ma wpływ szereg czynników związanych z ruchem, drogą i jej otoczeniem. Najważniejsze z nich to:

• natężenie ruchu pojazdów,

• średnia prędkość potoku pojazdów,

• struktura ruchu (udział pojazdów hałaśliwych),

• płynność ruchu,

• pochylenie drogi,

• tekstura nawierzchni drogowej (jej rodzaj i stan)

• rodzaje terenu pomiędzy drogą a odbiorcą (pokrycie i ukształtowanie)

• elementy ekranujące (pasy zieleni, osłony przeciwhałasowe, zabudowa)

• kąt widzenia drogi przez odbiorcę.

Pierwsze sześć czynników wpływa na poziom hałasu u źródła, natomiast ostatnie trzy na poziom hałasu u odbiorcy, tj. na redukcję hałasu na drodze między źródłem a odbiorcą.

Ekwiwalentny poziom mocy akustycznej pojedynczego źródła punktowego (pojazdu) zależy od takich czynników jak: rodzaj pojazdu, prędkość pojazdu, nachylenie drogi, rodzaj i stan nawierzchni drogi, rodzaj opon, rodzaj przeprowadzanego manewru.

PRZYKŁAD:

Trasa przebiegająca wokół miasta. Nawierzchnia: asfaltowa

Natężenie ruchu : 3000 pojazdów na godzinę; Pojazdy ciężkie : 20% w tym 5% TIR

Średnia prędkość pojazdów: osobowe 100km/h , ciężarowe 70km/h

Wyznaczyć na podstawie nomogramów poziom hałasu na wysokości 1m w określonej odległości od drogi (np. 50 i 100m) nad powierzchnią:

a ) pochłaniającą,

b ) odbijającą.

Schemat postępowanie przy obliczaniu poziomu hałasu dla jednorodnego odcinka drogi

Etap I : obliczenie poziomu hałasu u źródła

Etap II: obliczenie poziomu hałasu u odbiorcy

Przykładowe wykresy zasięgu hałasu drogowego:

Rozprzestrzenianie się dźwięku w przestrzeni jest uzależnione od warunków atmosferycznych, w szczególności - wiatrów (kierunek, prędkość itp.). Stosowane wzory i algorytmy do obliczeń rozprzestrzeniania się hałasu bazują na założeniu “neutralnych” warunków atmosferycznych (bezwietrznie itp.). 

Wybrane pozycje literaturowe dotyczące oceny klimatu akustycznego:

1. Oceny oddziaływania dróg na środowisko. Część II - Aneksy. Generalna Dyrekcja Dróg Publicznych, Warszawa 1999

2. Żuchowicz-Wodnikowska Iwona. Emisja i propagacja hałasu przemysłowego w środowisku zewnętrznym. Prace naukowe ITB, Warszawa 1998

3. Kucharski R.J. Metody prognozowania hałasu komunikacyjnego. Biblioteka Państwowego Monitoringu Środowiska - PIOŚ - IOŚ, Warszawa 1996

4. http://www.pios.gov.pl/halas/index.html w szczególności http://www.pios.gov.pl/halas/c5.htm

5. Engel Z. Ochrona środowiska przed hałasem i drganiami. PWN, Warszawa 1993

6. Makarewicz R. Hałas w środowisku. Ośrodek Wydawnictw Naukowych, Poznań 1996

7. Makarewicz R. Dźwięk w środowisku. Ośrodek Wydawnictw Naukowych, Poznań 1996

8. Rudno-Rudzińska B. Modelowanie emisji i propagacji dźwięku do prognozowania klimatu akustycznego środowiska zurbanizowanego. Prace naukowe Instytutu Telekomunikacji i Akustyki Politechniki Wrocławskiej, nr 75, Wrocław 1994.

[1] Dyrektywa 2002/49/WE Parlamentu Europejskiego oraz Rady z dnia 25 czerwca 2002r. w sprawie oceny i kontroli poziomu hałasu w środowisku

[2] Instrukcja ITB nr 338/96 Metody określania emisji i imisji hałasu przemysłowego oraz program komputerowy HPZ_95_ITB (zastąpiony programem HPZ 2001)

[3] PN-ISO 9613-2:2002 Akustyka - Tłumienie dźwięku podczas propagacji w przestrzeni otwartej. Ogólna metoda obliczeniowa

PRZYKŁAD 1 Hałas zmienny w czasie

Urządzenie pracuje okresowo : co godzinę, przez 10 minut wytwarza hałas 80dB, w pozostałym okresie czasu poziom hałasu wynosi 60dB.

Policzyć równoważny poziom dźwięku dla tego źródła hałasu.

Rozwiązanie:

Czas uśredniania wynosi 60 min, przez 10 minut (t₁) poziom hałasu wynosi L_A1 = 80dB a przez 50 minut(t₂) L_A2 = 60dB

T_e = t₁ + t₂ = 60 min

Korzystając z wzoru : L_Aeq,Te = 10 log
obliczamy równoważny poziom dźwięku dla źródła hałasu nieustalonego.

L_Aeq,Te = 10 log
= 10 log
= 72,4 dB

PRZYKŁAD 2 Kilka źródeł hałasu o różnej mocy akustycznej

Obliczyć równoważny poziom dźwięku pochodzący od następujących źródeł:

5. dwa źródła o mocy akustycznej 70dB;

6. dwa źródła o mocy akustycznej 80dB

7. trzy źródła o mocy akustycznej 70dB

8. dwa źródła o mocy akustycznej: jedno 70dB, drugie 80dB;

9. dwa źródła o mocy akustycznej: jedno 70dB, drugie 90dB.

Rozwiązanie

a) Korzystając z wzoru : L_Aeq = 10 log
obliczamy równoważny poziom dźwięku pochodzący od dwóch źródeł hałasu.

L_Aeq = 10 log
= 10 log (2⋅10⁷) = 73,0 dB

b) L_Aeq = 10 log
= 10 log (1⋅10⁸) = 83,0 dB

c) L_Aeq = 10 log
= 10 log (3⋅10⁷) = 74,8 dB

d) L_Aeq = 10 log
= 10 log (1,1⋅10⁸) = 80,4 dB

e) Gdy różnica w poziomie dźwięku dwóch źródeł jest większa niż 15dB, wówczas źródło o mniejszej mocy akustycznej można pominąć. Równoważny poziom dźwięku pochodzący od tych dwóch źródeł wynosi 90dB.

PRZYKŁAD 3 Kilka źródeł hałasu o jednakowej mocy akustycznej

Wyznaczyć zależność poprawki dla sumowania jednakowych źródeł hałasu zależnej od liczby sumowanych źródeł.

Rozwiązanie:

Dwa źródła hałasu L_Aeq = 10 log
= 10 log

Trzy źródła hałasu L_Aeq = 10 log
= 10 log (3⋅10^0,1*LA)

Dla n-źródeł hałasu:

L_Aeq = 10 log (n⋅10^0,1*LA) = 10logn + 10log(10^0,1*LA) = 10logn + 10⋅0,1⋅L_A ⋅log10 =

= 10logn + L_A

PRZYKŁAD 4

Wyznaczyć poziom hałasu u odbiorcy znajdującego się na otwartej przestrzeni w określonych odległościach: 5, 10, 20, 40 i 100m od źródła o mocy akustycznej 70dB.

Rozwiązanie:

Należy obliczyć poprawkę uwzględniająca wpływ odległości źródła rzeczywistego od punktu obserwacji ΔL_r:

ΔL_r = 20 log(r/r₀) - 11, dB

Dla odległości r = 5m:

ΔL_r = 20 log(5) - 11 = 20*0,7 - 11 = 14 - 11 = 3 dB

L_A = 70dB - 3dB = 67dB

Poziom hałasu w odległości 5m od źródła wynosi 67dB.

dla odległości r = 10m

ΔL_r = 20 log(10) - 11 = 20*1 - 11 = 9 dB

Analogiczne obliczenia należy wykonać dla pozostałych odległości podanych w zadaniu.

Wyniki obliczeń zestawiono w poniższej tabeli oraz na rysunku

Odległość odbiorcy od źródła hałasu [m]	Poprawka ΔLr [dB]	Poziom hałasu u odbiorcy [dB]
5	3	67
10	9	61
20	15	55
40	21	49
100	29	41
200	35	35

Rys. Zależność poziomu hałasu u odbiorcy dla źródła hałasu o mocy akustycznej 70dB
znajdującego się na otwartej przestrzeni.

PRZYKŁAD 5 - ściana odbijająca

Wyznaczyć poziom hałasu u odbiorcy znajdującego się w odległości 100m od źródła o mocy akustycznej 70dB

a) w bliskiej odległości od źródła hałasu (1m) znajduje się ściana odbijająca;

b) ściana odbijająca znajduje się w odległości 10m od źródła dźwięku w kierunku przeciwnym niż odbiorca.

Rozwiązanie:

a) Dla źródła hałasu znajdującego się w bliskiej odległości przy ścianie odbijającej (tj. w odległości mniejszej niż 1,5 m) należy uwzględnić poprawkę na obecność ściany odbijającej wynoszącą 3dB

Rzeczywisty poziom mocy akustycznej źródła wynosi: L_{A eq} = 70 dB + 3 dB = 73 dB

Następnie należy obliczyć poprawkę uwzględniającą wpływ odległości źródła od punktu obserwacji ΔL_r:

ΔL_r = 20 log(100) - 11 = 20*2 - 11 = 40 - 11 = 29 dB

Poziom hałasu u odbiorcy:

L_{A eq} = 73 dB -29 dB = 44 dB

b) ściana odbijająca znajduje się w odległości 10m od źródła dźwięku w kierunku przeciwnym niż odbiorca;

W tym przypadku oprócz źródła rzeczywistego należy uwzględnić obecność źródła pozornego znajdującego się w odległości 110m od odbiorcy (100m+10m).

Poprawkę uwzględniająca wpływ odległości źródła pozornego od punktu obserwacji ΔL_r:

ΔL_r = 20 log(110) - 11 = 20*2,04 - 11 = 40 - 11 = 29,8 dB

Poziom hałasu u odbiorcy pochodzący od źródła pozornego:

L_{A eq} = 70 dB -29,8 dB = 40,2 dB

Poziom hałasu u odbiorcy pochodzący od źródła rzeczywistego:

L_{A eq} = 70 dB -29 dB = 41 dB

Do odbiorcy dociera dźwięk pochodzący od źródła rzeczywistego i pozornego. Równoważny poziom dźwięku u odbiorcy wynosi:

L_Aeq = 10 log
= 43,6 dB

Ćwiczenia - Ocena oddziaływania na środowisko 2008/9

1

POZIOM PODSTAWOWY HAŁASU

NIE

Ekranowanie

występuje ?

Teren porośnięty

trawą

Poprawki

rodzaj nawierzchni

pochylenie drogi

udział pojazdów ciężkich

prędkość średnia

natężenie ruchu

POPRAWKA DLA EKRANOWANIA

Poprawka dla ekranującego wpływu zabudowy

Poprawka dla zieleni

TAK

Teren o utwardzonej

powierzchni

POPRAWKA DLA ODLEGŁOŚCI

Obliczenie podstawowego poziomu hałasu L_{A eq}

POZIOM HAŁASU U ODBIORCY

POPRAWKA DLA ODBICIA

POPRAWKA DLA KĄTA WIDZENIA

---