Гост 31295. 2-2005 как руководство для акустических расчетов

ГОСТ 31295.2-2005 КАК РУКОВОДСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ Комкин А.И. Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана akomkin@mail.ru По-видимому, большинство отечественных разработчиков программного обеспечения для расчетов шума свои алгоритмы расчета основывают на формулах, рекомендованных ГОСТ 31295.2-2005 (ИСО 9613-2:1996) «Шум. Затухание звука при распространении на местности. Часть 2. Общий метод расчета» [1]. Наличие нормативного документа, дающего научно обоснованные и проверенные практикой рекомендации к проведению акустических расчетов, безусловно, необходимо. Вот только отвечает ли этим критериям данный ГОСТ? Следует отметить, что указанный выше отечественный, а в равной степени и международный, стандарты стремятся по возможности охватить все вопросы, связанные оценкой затухания звука при его распространении на местности. Сюда входят: ослабление звука с расстоянием, поглощение звука в атмосфере, его отражение от земли, ослабление звука экранами, поправки на метеорологические условия и прочие факторы. Действие всех этих факторов описывается с помощью довольно простых математических формул и использования ряда поправок. При этом не всегда логически и интуитивно понятно их появление, что в свою очередь может проводить ошибочным толкованиям их применения в тех или иных ситуациях и как следствие к ошибочным результатам расчетов. Об этих недостатках стандарта указывалось еще в [2]. Рассмотрим этот вопрос более детально. Раздел 3 рассматриваемого стандарта касается терминов и обозначений, связанных, по сути, только с измерениями шума и напрямую к расчетам шума не имеющих отношения. Так формулой (1) определяется эквивалентный уровень звука. , где pA(t) – мгновенное корректированное по шкале А шумомера звуковое давление; p0 – опорное звуковое давление; T –временной интервал. Однако, в действительности эта формула определяет просто уровень звука. Так, например, определенные интервалы времени используются при измерениях шумомером в режимах «медленно», «быстро», «импульс». В частном случае формулу (1) можно использовать и для непостоянных во времени шумов, вычисляя эквивалентный уровень, но время усреднения Т при этом должно быть больше характерных временных интервалов изменения параметров шума, что осуществляется в интегрирующими шумомерами. В стандарте отмечается, что это время может быть «коротким» или «долгосрочным», но конкретно о каких значениях этого времени идет речь не указывается. Правда в последующем, в разделе 8, говорится об усреднении на «долгосрочном временном интервале, составляющем несколько месяцев или год», но совершенно понятно, что использование формулы (1) для усреднения по таким гигантским интервалам не реально. С этой целью должны использоваться другие хорошо известные формулы, вычисляющие эквивалентный уровень через значения уровней звука в дискретные интервалы времени и, кстати говоря, более пригодные для определения эквивалентного звука. Далее в разделе 3 формулой (2) определяется эквивалентный октавный уровень звукового давлении с подветренной стороны. Заметим, что по виду эта формула совпадает с формулой (1), только под интегралом вместо величины pA(t) используется мгновенное октавное звуковое давление pf(t). Между тем остается непонятным, почему в первом случаем говорится просто об эквивалентном уровне, а во втором об эквивалентном уровне с подветренной стороны. Еще большее изумление, вызывает формула (3) из раздела 6, устанавливающего основные расчетные формулы. Формула (3) определяет эквивалентный октавный уровень звукового давления опять же с подветренной стороны Lft(DW) следующим образом: Lft(DW)= LW + DС – A , где LW – октавный уровень звуковой мощности точечного источника шума; DС – поправка, учитывающая направленность точечного источника шума; A – затухание в октавной полосе частот при распространении звука от точечного источника шума к приемнику. Относительно приведенной формулы надо отметить, во-первых, что входящие туда звуковая мощность и поправка на направленность источника тоже должны относиться к октавной полосе частот. А, во-вторых, что более существенно, каким образом из этой формулы вытекает необходимость применения понятия эквивалентный уровень, ведь очевидно, что излучение точечного источника является стационарным во времени, и по какой причине в ней появляется эта декларируемая и здесь «подветренная сторона»? Формула (3) является расчетной, и ее вид не зависит от того в какую сторону дует ветер! Другое дело, что от направления ветра может зависеть входящая в эту формулу величина затухания А. Входящее в формулу (3) затухание в октавной полосе частот A в данном стандарте определяют формулой (4): A=Adiv+ Aatm+ Agr+ Abar+ Amisc, где слагаемые в правой части этой формулы определяют затухание звука, обусловленное соответственно геометрической дивергенцией (Adiv), поглощением в атмосфере (Aatm), влиянием земли (Agr), наличием акустического экрана (Abar) и прочими факторами (Amisc), к числу которых относятся случаи распространения звука через листву, в промышленных зонах и жилых массивах. Далее в разделе 6, используя уровни в октавных полосах частот, определяемые формулой (2), и суммируя их по правилу логарифмического сложения, предварительно скорректировав с использованием коррекции А, получают величину, называемую, как и ранее методически не совсем правильно, эквивалентным уровнем звука с подветренной стороны LAT(DW), дБА. Представленная в стандарте соответствующая формула написана в более общем виде, на случай наличия нескольких точечных источников шума, в том числе и мнимых. Введение последних обуславливается наличием в окрестности действительных источников звукоотражающих поверхностей. Кроме того, в заключении раздела 6 вводится еще одна величина LAT(LT) = LAT(DW)−Сmet, где Сmet− поправка на метеорологические условия. В данном случае при обозначении этой величины уже забывают про эквивалентный уровень и подветренную сторону и называют ее как усредненный на долгосрочном временном интервале уровень звука. Хотя в действительности никакого усреднения, тем более долговременного, здесь нет, и правильнее было бы назвать эту величину просто скорректированным на метеорологические условия уровнем звука. Так что в данном случае, как и ранее, с названием вводимой в рассмотрение величины происходит смысловая путаница. Вообще вызывает сомнение целесообразность введения параметра LAT(LT). Определяющая его поправка Сmet, как указывается ниже в разделе 8, должна оцениваться из анализа местных метеорологических статистических данных на длительном интервале от нескольких месяцев до года, которые как отмечается в стандарте, могут быть предоставлены компетентными органами. Не совсем ясно, что это за органы, а самое главное, в чем смысл введения поправки Сmet, тем более, что в стандарте четко не прописана методика ее оценки на основе имеющихся метеорологических данных. Наконец, если учесть, что согласно стандарту с одной стороны значение этой поправки исключительно редко превышает 2 дБА, а точность ее оценки ±1 дБА (раздел 8), а с другой стороны точность самих расчетов шума составляет ±3 дБА (раздел 9), то отсюда заключаем, сама эта поправка «утонет» в погрешности расчета, что еще раз подтверждает ее нецелесообразность. Раздел 7 данного стандарта посвящен непосредственно оценке затухания звука вследствие перечисленных выше факторов. Из всех факторов затухания, определяемых формулой (4), наибольший интерес вызывают составляющие, обусловленные влиянием земли Agr и наличием акустического экрана Abar. Как отмечается в стандарте, затухание из-за влияния земли Agr есть результат интерференции прямой и отраженной от поверхности земли звуковых волн. Акустические характеристики поверхности земли предлагается учитывать коэффициентом отражения G. При этом рассматривают три категории поверхностей земли: твердую поверхность с G=0, пористую поверхность с G=1 и смешанную поверхность, имеющую твердые и пористые участки, когда G принимает значения от 0 до 1 пропорционально площади поверхности пористых участков. Здесь опять произошла путаница! Для твердой поверхности коэффициент отражения стремиться к 1, а для пористой – к нулю, но не наоборот. Поэтому под G здесь, по-видимому, следует понимать все-таки коэффициент звукопоглощения. Обращение к оригиналу (ИСО 9613-2:1996) показало, что путаница в данном случае связана с погрешностями перевода. Далее, используя данный параметр, в стандарте вводятся разнообразные эмпирические формулы для описания затухания Agr в октавных полосах частот. Не вдаваясь в подробный анализ этих эмпирических формул, отметим лишь, что при G=1 весь падающий звук должен поглощаться пористой поверхностью, так что должно выполняться условие Agr=0. Однако приведенные эмпирические формулы обеспечивают выполнение этого условия далеко не во всех октавах. При G=0, наоборот, происходит полное отражение звука, так что должна наблюдаться чисто интерференционная картина сложения звуковых полей действительного и мнимого точечных источников. Тогда, согласно приведенным формулам, во всех октавных полосах частот затухание Agr=−1,5. Но в чем физический смысл этого результата остается неясным. Заметим, что в случае, когда точечный источник звука переносится с открытого пространства на открытую жесткую поверхность, то это приводит к повышению уровня звукового давления на в расчетной точке на 3 дБ, просто из-за уменьшения в два раза телесного угла, в котором производится излучение звука. Переводя это в термин затухания от земли, получим Agr=−3 дБ, что в два раза больше значения, получаемого по данному стандарту! Вообще сам применяемый здесь термин затухание из-за влияния земли неудачен. Как мы видим, наличие земной поверхности скорее приводит к усилению звука, чем к его затуханию. В общем же случае в явлении интерференции есть то и другое, и вряд ли для ее описания применим столь упрошенный подход, как в данном стандарте. Тем более в настоящее время разработаны довольно простые аналитические модели, позволяющие учитывать влияние земной поверхности на шум в расчетной точке с подробным описанием характеристик самой поверхности [3], современная вычислительная техника может легко справляться с такими расчетами в рамках разрабатываемого программного обеспечения для акустических расчетов. Затухание звука, обусловленное наличием акустического экрана Abar, в стандарте рассчитывается по формуле (12): Abar = Dz − Agr, где Dz – затухание с учетом дифракции на верхней кромке экрана. Предложенная в этой формуле форма записи затухания Abar приводит к тому, что при подстановке последнего выражение в формулу (4) слагаемые Agr взаимно уничтожаются. Таким образом, при этом предполагается, что затухание из-за влияния земли учитывается теперь в величине Dz. Такой подход представляется несколько искусственным и говорит о том, что запись затухания в виде составляющих, отраженных формулой (4), не совсем корректно. Более правильным, наверное, было бы использовать разложение затухания на компоненты, рассмотренное в [4]. В свою очередь, входящая в формулу (12) величина Dz для тонкого экрана с одной верхней кромкой определяется формулой (14): , где C2 – константа, учитывающая эффект отражение звука от земли; как правило C2=20, но в особых случаях, для очень твердого скального грунта, когда наличие грунта следует учитывать мнимыми источниками, C2=40; z – разность длин путей при распространения звука через верхнюю кромку экрана и прямого пути; λ – длина звуковой волны; Kmet – коэффициент, учитывающий влияния метеорологических условий. Заметим, что при C2=40 и Kmet=1 формула (14) по сути, совпадает с формулой Тэджа [5], аппраксимирущей экспериментальные результаты Маекавы и имеющий вид , где N=2z/λ – Френеля. Так как формула Тэджа описывает эффективность экрана, без учета отражений от земли, то, следовательно, и в формуле (14) при C2=40 отражения не учитываются. Таким образом, влияние отражений от земли при использовании формулы (14) состоит просто в уменьшении значения коэффициента C2 в два раза. Но это, по меньшей мере, неправдоподобно, что такие сложные процессы, связанные с отражением звуковых волн от земли, и в данном стандарте выше описываемые довольно сложными эмпирическими формулами, можно учесть простым изменением значения одного коэффициента в формуле (14). Представляется, что для учета влияния на эффективность экрана могут быть использованы и более точные, а главное физически обоснованные формулы [6], теоретические основы, для получения которых к настоящему времени хорошо разработаны, и вычисления по которым не представляет трудностей. Отчасти, тоже самое можно сказать и об использовании в формуле (14) коэффициента Kmet, учитывающей метеоусловия. Конечно, наличие коэффициента Kmet в этой формуле позволяет уменьшить эффективность экрана на больших расстояниях. Однако, можно согласится с мнением, изложенным в [2], что очень сомнительно, чтобы такой простой способ учета метеоусловий, смог адекватно описывать снижение эффективности экрана в зависимости заданных метеоусловий. Как показывают исследования [7], это очень сложные процессы, для их описания аналитическими методами. Косвенные подтверждения несовершенства расчетных алгоритмов имеются и в самом стандарте, например, когда в разделе 7 отмечается, что при больших расстояниях и высоких экранах затухание из-за экранирования, рассчитанное по формуле (14) не подтверждается измерениями в достаточной мере. Еще в большей мере несовершенство расчетных формул подтверждается имеющейся в стандарте рекомендацией, что если при расчетах затухание на тонком экране получилось более 20 дБ, то следует ограничивать этой цифрой. Для толстых экранов величину затухания предлагается ограничить величиной 25 дБ. Заметим, что один из способов совершенствования расчетных алгоритмов мог бы состоять в замене при расчетах действительной высоты экрана на эффективную высоту с использованием метода базовой дуги радиусом 5000 м, как это предлагается в [4]. Таким образом, проведенный анализ позволяет сделать однозначный вывод, что ГОСТ 31295.2-2005 нуждается в существенной переработке. В первую очередь это касается необходимости редактирования текста, обусловленной некорректным определением некоторых используемых в стандарте терминов, а также с необходимостью устранением ряда неточностей, связанных с погрешностями перевода на русский язык исходного международного стандарта ИСО 9613-2:1996. Но самое главное требуется кардинальная переработка расчетных формул, которые бы не приводили к парадоксальным рекомендациям об уменьшении расчетной величины затухания на экране, если она превысила определенный уровень. А пока, в настоящем виде, данный стандарт, как руководство при проведении акустических расчетов, следует использовать с большой осторожностью, чтобы избежать возможных ошибок. ЛИТЕРАТУРА Афанасьев Д.Н., Александрова Е.В. Софт в помощь: выбираем помощника для расчета акустического воздействия // Экология производства. 2013, №1. С.31-37. Parzych D. Handling of barriers in ISO 9613-2 // Proceeding of NOISE-CON 2004.-Baltimore, Maryland, 12-14 July, 2004. Stinson M. R. A note on the use of an approximate formula to predict sound fields above an impedance plane due to a point source // Journal of the Acoustical Society of America. − 1995. − V.98, No. 3. − P. 1810–1812. Справочник по технической акустики: Пер. с нем./ Под ред. М. Хекла и Х.А. Мюллера. − Л.: Судостроение, 1980. – 440 с. Tatge R.B. Barrier-wall attenuation with a finite-sized source // Journal of the Acoustical So­ciety of America. 1973. V. 53, № 3. P. 1317–1319. Lam Y.W., Roberts S.C. A simple method for accurate prediction of finite barrier insertion loss// Journal of the Acoustical So­ciety of America. 1993. V. 93, № 3. P. 1445–1452. Salomons E. M. Diffraction by a screen in downwind propagation: a parabolic equation approach // Journal of the Acoustical Society of America. − 1994. − V.95, No. 6. − P. 3109–3177.

Похожие:

	Инструкция №880-71 гост 3351-74 гост 52769-2007 му 4259-87 РФ визуальный... Гост 12523-77 "Целлюлоза, бумага, картон. Метод определение величины рН водной вытяжки"		Государственные стандарты Еасс). Изд офиц. Взамен гост 1-84, гост 16-79, гост 18-79, гост 34-81, гост 40-82; введ. 2004-11-01. Мн. Госстандарт Респ. Беларусь,...
	Методические рекомендации по подготовке письменных работ в вузе Одготовки и защиты контрольных, реферативных, курсовых, выпускных квалификационных работ на основе действующих положений, образовательных...		Программная оболочка для автоматизации расчетов параметров акустического поля Программа предназначена для расчета комплексного поля распределения акустической энергии, расчета функции потерь на распространение...
	Правила оформления текстовой части документа гост 1 2003. Библиографическая... Библиографическое описание. Общие требования и правила составления. – Взамен гост 1-84, гост 16-89, гост 18-79, гост 34-81, гост...		Пояснительная записка оформляется по гост 105-95 и гост 32-2001 Подшивать... Текстовую часть работы необходимо выполнять в редакторе Word для Windows (версия 97/2000/xp с расширением *. doc или *. docx)
	Изменением n 1, введенным в действие приказом Федерального агентства... Изменением n 1, введенным в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 7 сентября 2005...		Рекомендации по предотвращению типовых недостатков в оформлении итоговых... Рекомендуется уже на начальном этапе исследования определить в составе группы исполнителей нир человека, персонально ответственного...
	Рекомендации по предотвращению типовых недостатков в оформлении итоговых... Рекомендуется уже на начальном этапе исследования определить в составе группы исполнителей нир человека, персонально ответственного...		Проекты (работы) дипломные и курсовые Стандарт соответствует требованиям стандартов Государственной системы стандартизации рф: гост р 4-92, гост р 5-92
	Национальный стандарт Российской Федерации гост р 12-2011 библиографическая... Сокращение слов и словосочетаний на иностранных европейских языках — по гост 11, сокращение слов, обозначающих единицы величин, —...		Тема: организация безналичных расчетов в республике беларусь Одной из основных функций коммерческих банков является осуществление расчетов и организация платежного оборота в масштабах всего...
	Санкт-Петербург П. Г. Бордовский информатика электронные таблицы ms excel 2003 (практикум) Программа ms excel относится к одной из старейших групп программ электронные таблицы. Электронные таблицы предназначены для выполнения...		Руководство педагогам гуманитарных, социальных и экономических наук;... Охватывает не все многообразие форм тестового контроля, а преимущественно то, что нашло отражение в печати
	Пояснительная записка оформляется на листах бумаги стандартного формата... Для оформления текста пояснительной записки рекомендуется придерживаться требований гост 32-2001 «Отчет о научно-исследовательской...		Ехнологическая инструкция по составлению аннотаций и рефератов в узлах ксмб Аннотация носит пояснительный или рекомендательный характер (гост 9—95 (исо 21 4-76). Реферат и аннотация. Общие требования. — Взамен...