Najczęstsze błędy w projektowaniu i realizacji ekranów akustycznych

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Najczęstsze błędy w projektowaniu i realizacji ekranów akustycznych"

Rafał Sikorski
8 lat temu
Przeglądów:

1 Spotkanie Grupy Roboczej ds.hałasu Warszawa, 3 czerwca 2014 Najczęstsze błędy w projektowaniu i realizacji ekranów akustycznych Dr inż. Tadeusz Wszołek Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Katedra Mechaniki i Wibroakustyki

2 Wprowadzenie Ekranowanie dźwięku polega na zablokowaniu ścieżki bezpośredniej pomiędzy źródłem, a odbiornikiem. Dźwięk dociera do odbiorcy jedynie w wyniku dyfrakcji ( i przez ścianę ekranu? ) Badanie efektywności ekranów akustycznych to głównie analiza zjawiska dyfrakcji, ale także rozproszenia, pochłaniania, odbicia i izolacyjności akustycznej

Dźwięk dociera do odbiorcy jedynie w wyniku dyfrakcji ( i przez ścianę ekranu?

3 Efektywność ekranu Zakładając, ze izolacyjność akustyczna elementów ekranu jest bardzo wysoka, efektywność całego ekranu zależy głównie od geometrii układu źródło-ekran-odbiornik. L e = IL = D z = 20log p w p w/o Gdzie p w i p w/o oznaczają odpowiednio wypadkowe ciśnienia akustyczne z i bez ekranu akustycznego.

4 Efektywność ekranu Ścieżki propagacji dźwięku przy skończonych rozmiarach ekranu Wpływ gruntu

5 Efektywność ekranu Wykres Maekawy. IL = log tanh 2πN 2πN Gdzie N oznacza liczbę Fresnela. N = R R λ 2 R = d, R = d ss + d sr

6 Ekranowanie ( ISO 9613, A bar ) Ekranowanie może być naturalne ( np. wały ziemne) lub sztuczne ( ekrany akustyczne), spełniające warunki: Gęstość powierzchniowa przynajmniej 10 kg/m 2 Jest bryłą zamkniętą bez dużych przerw i szpar Poziomy wymiar > długości fali A bar = D z A gr > 0 Gdzie D z tłumienie ekranu, w pasmach 1/1 oktawy, A gr tłumienie gruntu w przypadku braku ekranu

przynajmniej 10 kg/m 2 Jest bryłą zamkniętą bez dużych przerw i szpar Poziomy wymiar >

7 Wpływ gruntu Właściwości akustyczne każdej strefy gruntu określone są przez wskaźnik gruntu G dla trzech kategorii powierzchni odbijających: Grunt twardy bruk, beton, woda, lód i wszystkie powierzchnie o małej porowatości, G=0. Grunt porowaty powierzchnia ziemi pokryta trawą, drzewami lub inną zielenią, i wszystkie inne zielone powierzchnie, G=1 Grunt mieszany G równe od 0 do 1. A gr = A s + A r + A m

8 Grunt metoda uproszczona Alternatywna metoda obliczania poziomu dźwięku A ( metoda uproszczona): Gdy spełnione są warunki: Przedmiotem zainteresowania jest tylko poziom dźwięku A w punkcie odbioru Dźwięk rozchodzi się nad gruntem porowatym lub z przewagą porowatego Dźwięk nie jest tonem A gr = 4,8 2h m /d /d 0 h m średnia wysokość drogi propagacji nad gruntem, m; d- odległość źródło-odbiornik, m

rozchodzi się nad gruntem porowatym lub z przewagą porowatego Dźwięk nie jest tonem A gr = 4,8 2h m /d

9 Efektywność ekranu (ISO ) Zakłada się, że jest jedna droga propagacji dźwięku Gdzie C 2 =20 i uwzględnia wpływ odbić gruntu, C 2 =40 - gdy, w specjalnych przypadkach, odbicia od gruntu uwzględnia się oddzielnie za pomocą źródeł pozornych, C3 uwzględnia podwójną dyfrakcję, C 3 =1 dla dyfrakcji pojedynczej

specjalnych przypadkach, odbicia od gruntu uwzględnia się oddzielnie za

Efektywność ekranu (ISO 9613-2) W przypadku ugięcia podwójnego, C 3 oblicza się C 3 = 1 5λ/e 2 / 1/3 +

10 Efektywność ekranu (ISO ) W przypadku ugięcia podwójnego, C 3 oblicza się C 3 = 1 5λ/e 2 / 1/3 + 5λ/e 2 - długość fali, e w przypadku podwójnego ugięcia, jest odległością między dwiema krawędziami ugięcia

Efektywność ekranu (ISO 9613-2) Z 1 (oznaczane także jako z,d) jest różnicą długości propagacji fali ugiętej i bezpośredniej, K met stanowi poprawkę uwzględniającą wpływy meteorologiczne wiatru

11 Efektywność ekranu (ISO ) Z 1 (oznaczane także jako z,d) jest różnicą długości propagacji fali ugiętej i bezpośredniej, K met stanowi poprawkę uwzględniającą wpływy meteorologiczne wiatru wiejącego w kierunku do odbiornika K met = exp 1/2000 d ss d sr d/2z Powyższa zależność ważna jest dla z 1 >0, K met =1 dla z 1 0 Dla odległości miedzy źródłem, a punktem odbioru mniejszych niż 100 m, można przyjąć K met =1. Zaleca się, aby skuteczność ekranu (D z ) dla dowolnego pasma przyjąć nie większe niż 20 db, a w przypadku podwójnego ugięcia 25 db

Powyższa zależność ważna jest dla z 1 >0, K met =1 dla z 1 0 Dla odległości miedzy źródłem, a punktem odbioru mniejszych niż 100 m, można

12 Podwójna dyfrakcja

13 Wał, wykop, pas zieleni h s S d ss Xs e k r a n he d d sr Xr R h r S e k r a n d R a

14 QUIESST Słaba efektywność ekranowania wynika głównie z błędów obliczeniowo-projektowych, złego wykonawstwa ( materiały i montaż) oraz słabej trwałości ekranów ( i ich parametrów akustycznych projekt QUIESST) QUIESST - QUIetening the Environment for a Sustainable Surface Transport, zakończonego w grudniu 2012 r

trwałości ekranów ( i ich parametrów akustycznych projekt QUIESST) QUIESST -

Główne przesłanie projektu QUIESST optymalizacja wiedzy, metod i stosowanie ekonomicznych urządzeń redukcji hałasu (NRD) transportu naziemnego, w celu wspierania trwałego i zrównoważonego rozwoju

15 Główne przesłanie projektu QUIESST optymalizacja wiedzy, metod i stosowanie ekonomicznych urządzeń redukcji hałasu (NRD) transportu naziemnego, w celu wspierania trwałego i zrównoważonego rozwoju transportu, a w szczególności: Kontrola początkowych parametrów akustycznych ( izolacyjność, pochłanianie/odbicie, dyfrakcję) i ich wieloletnią trwałość oraz parametrów nieakustycznych, jak wytrzymałość mechaniczną ( na wiatr, ciężar własny, uderzenia kamieni i bezpieczeństwo w razie kolizji) oraz ognioodporność, odbicie światła, przeźroczystość, łatwą ucieczkę w razie bezpieczeństwa i inne Ich właściwy dobór i projektowanie w zależności od rodzaju strumienia pojazdów, infrastruktury i uwarunkowań chronionego środowiska

parametrów nieakustycznych, jak wytrzymałość mechaniczną ( na wiatr, ciężar własny, uderzenia kamieni i bezpieczeństwo w razie kolizji) oraz ognioodporność, odbicie światła,

16 Główne przesłanie projektu wpływ hałasu drogowego na ludzi jest niedoszacowany, a jego roczne koszty w EU25 to 38 mld Euro ( 0,4 % GDP ) A więc budować, ale kosztowna budowa ekranów powinna być poprzedzona analizą optymalizacyjną, ujmującą możliwie szeroko wszystkie skutki: koszty estetykę trwałość bezpieczeństwo liczbę chronionych ludzi, wpływ na środowisko energochłonność budowy optymalny dobór parametrów fizycznych ekranu poprzez zastosowanie odpowiednich modeli obliczeniowych

szeroko wszystkie skutki: koszty estetykę trwałość bezpieczeństwo liczbę chronionych ludzi, wpływ na środowisko

19 Czynniki wpływające na efektywność ekranu Dostępne modele obliczeniowe najczęściej oparte są na uproszczonych algorytmach inżynierskich nie uwzględniających szczegółowo zjawisk zachodzących na krawędzi ekranu źródło największych błędów, jak również przecieków dźwięku przez szczeliny w ekranie. Niewystarczająca jest także dokładność modelowania odbicia i pochłaniania dźwięku

krawędzi ekranu źródło największych błędów, jak również przecieków dźwięku przez szczeliny w

21 DLe, db Szerokość wierzchołka wału DLe(500) DLe(1000) DLe(250) Szerokość wierzchołka wału, m i DL e w funkcji częstotliwości ( h w =4 m)

22 DLw Wykop + zieleń Wpływ zieleni na efektywność wykopu DLw(250) DLwz(250) DLw(500) DLw(500) DLw(1000) DLwz(1000) Odległość od krawędzi ugięcia, m DL w w funkcji odległości dla f=250 Hz, 500 Hz i 1 khz, ( hw=4 m)

23 Czynniki wpływające na efektywność ekranu Dyfrakcja na twardej krawędzi w kształcie klina (D.Quis). Badania weryfikacyjne na modelu w skali, przy różnej nawierzchni gruntu Efektywność ekranu rośnie o 0,5 db na 10 o wzrostu kąta rozwarcia wierzchołka ekranu, Q

24 Czynniki wpływające na efektywność ekranu Optymalizacja (kosztowa) kształtu ekranów w kształcie litery L. (MA Xintan, LI Shuiliang) Do odległości 25 m ekrany w kształcie L są tańsze, jednak z odległością różnica to zaciera się. W dalszej odległości ekrany pionowe są tańsze

25 Czynniki wpływające na efektywność ekranu. Krawędź górna Dyfraktory, ze względu na ich skuteczność podzielono na dwa typy; (1) uptype i (2) down-type. Badania dośw. na modelach w skali 1:

26 Efektywność akustyczna ekranu. Modyfikacja górnej krawędzi Modyfikacja krawędzi górnej ekranu przy uwzględnieniu geometrii jego położenia w stosunku do źródła i odbiornika może przynieść znakomite, potwierdzone doświadczalnie także w innych pracach, (m.in.t.ishizuka&k.fujiwara) 3 m ekran w kształcie T i (idealnie) miękkim dyfrakorze posiada taką samą skuteczność jak prosty ekran 10 m W przypadku pochłaniającego (idealnie) dyfraktora jest to ekwiwalent 6,5 m (kształt T) i 7 m ( podwójny cylinder)

27 Efektywność akustyczna ekranu. Harmonoise Nord2000 G.B.Jonsson, F.Jacobsen Porównanie modeli wykazuje największe różnice w modelowaniu bardziej złożonych kształtów ekranów akustycznych: H przeszacowuje tłumienie w zakresie niskich częstotliwości, ale wykazuje większą zgodność w zakresie wyższych częstotliwości, zwłaszcza w przypadku podwójnych krawędzi H lepsza w modelowaniu w dół zwłaszcza dla twardych i gęstych nawierzchni

28 Efektywność akustyczna ekranu. Izolacyjność akustyczna. Pierwsze prace na szerszą skalę pojawiły się w latach 90- tych ( G.R.Watts). Nieszczelności powodowane są przez kurczenie, wypatrzenie, pęknięcia, oddziaływania atmosferyczne, zwłaszcza ekranów drewnianych oraz błędy montażowe w przypadku wszystkich innych ekranów. Wpływ takich nieszczelności jest szczególnie odczuwalny w niedalekiej odległości od ekranu, maksymalnie do kilkudziesięciu metrów - przy wysokich ekranach ( 6 m) obniżenie efektywności ekranu w odległości 20 m może być rzędu 2-4 db, ale w odległości ok. 300 m praktycznie nie ma już większego znaczenia

29 Efektywność akustyczna ekranu. Izolacyjność akustyczna. Klasy izolacyjności od dźwięków powietrznych (wg EN :1997) Klasa B0 DL R [db] Nie określa się B1 <15 B2 15 do 24 B3 >

30 Maksymalna skuteczność ekranu w zależności od różnicy z 1 teoretycznie nie przekracza 24 db ( DLR+10 db)

31 Błędy montażowe Do typowych czynników dochodzą błędy montażowe nieszczelności pomiędzy panelami, a zwłaszcza duże szczeliny pomiędzy ekranem a gruntem, występujące niekiedy na znacznych obszarach faza budowy

32 Błędy montażowe. Po zakończeniu budowy większość nieszczelności zlikwidowano jednak nie wszystkie faza eksploatacji

33 , A db Wyniki pomiarów Widma hałasu obrazujące efektywność ekranu IL. Ekran szczelny i nieszczelny w części pomiędzy gruntem. DIL =1,8dB/A/ DIL'(n) Za ekranem_nieszczelnym za ekranem_szczelnym Częstotliwości srodkowe pasm 1/3 oktawowych, Hz

34 Wnioski Nieprawidłowości w budowie ekranów akustycznych skutkujące zwiększeniem kosztów inwestycyjnych, powodowane mogą być na wszystkich etapach realizacji inwestycji: na etapie modelowania nieprawidłowe dane wejściowe ( np. stanu nawierzchni, prędkości pojazdów), zbyt duże uproszczenia modelu, w tym nie uwzględnianie subtelności zjawisk dyfrakcyjnych w przypadku nietypowych kształtów krawędzi górnej, brak optymalizacji geometrii układu źródło-ekranodbiorca i nietypowego kształtu ekranu

35 Wnioski podczas montażu niedokładny montaż, zbyt duże nieszczelności powodujące znaczącą utratę efektywności ekranów - nawet o 2-4 db(a). w czasie eksploatacji - powstawanie różnego rodzaju nieszczelności ( szczelin, pęknięć, itp.) oraz uszkodzeń powierzchni pochłaniających na skutek złej jakości zastosowanych materiałów ( projekt QUIESST)

36 Wnioski Większe straty w efektywności ekranowania powodowane nieszczelnościami występują w bliskiej odległości i w przypadku ekranów o większej wysokości. Efektywność ekranowania można dodatkowo zwiększyć stosując specjalne kształty krawędzi górnych, zmieniające warunki dyfrakcji poprzez dodatkowe zjawiska fizyczne, takie jak absorpcja, interferencja, rezonans jak również tłumienie aktywne

37 Dziękuję za uwagę

Podobne dokumenty

Temat: Ekran akustyczny z powierzchnią dyfuzyjną

Temat: Ekran akustyczny z powierzchnią dyfuzyjną Nowoczesne rozwiązania w budownictwie komunikacyjnym Wykonał: inż. Damian Pochroń II BBDU BiUD Konsultował: mgr inż. Mateusz Szarata Ekran akustyczny I