О методах защиты городской среды от транспортного шума

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ

О МЕТОДАХ ЗАЩИТЫ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ ОТ ТРАНСПОРТНОГО ШУМА Корчака А.В.

Корчака Анатолий Владимирович - аспирант, Инженерная школа, Дальневосточный федеральный университет, г. Владивосток

Аннотация: рассматриваются существующие методы борьбы с транспортным шумом в городской среде. Приводится обзор исследований и теоретических данных. Описывается отечественный и зарубежный опыт использования методов борьбы с транспортным шумом.

Ключевые слова: шумовое загрязнение, методы борьбы с транспортным шумом, борьба с шумом в источнике, пассивный метод, активный метод.

Введение

Существует множество методов борьбы с транспортным шумом. В России и в мире накоплен большой опыт их реализации, в свободном доступе представлено множество исследований, отражающих высокую эффективность и универсальность того или иного подхода. В то же время, множество исследователей публикуют данные об уровнях шума в городах, значительно превышающих допустимые значения, как в дневное, так и в ночное время. Так же представляется информация об ухудшающейся из года в год акустической обстановке на селитебных территориях. Подобные сведения представлены в работах [1-4].

Первым шагом к решению проблемы является осознание ее наличия. В 2002 году Европейский Союз выпустил директиву о создании карт шума городов Европы [5]. Согласно Директиве, карты должны отображать существующие уровни шума в дневное и ночное время, а так же прогнозируемые уровни. Согласно [6], в 2006 году карта шума была создана в России, в г. Санкт-Петербург, а уже в 2007 году, инициативу создания такой карты выдвинуло правительство Москвы. Карта шума дает комплексное представление о требуемом снижении уровня шума, что определяет выбор метода (комплекса методов) достижения необходимых результатов.

Существующие методы борьбы с транспортным шумом можно условно разделить на три направления: борьба с шумом в источнике, пассивные методы, активный метод.

Борьба с шумом в источнике

Основным направлением в области снижения шума двигателя автомобиля в настоящее время является внедрение, продажа и использование малошумящих транспортных средств. Известными представителями данного вида являются электромобили. Электромобиль тише собрата с ДВС на 10-15 дБА.

Главным источником шума автомобиля при скорости более 50 км/ч являются шины. Для борьбы с данной составляющей автомобильного шума применяют специальные покрытия автодорожного полотна. Одной из последних разработок японских ученых является малошумное пористое упругое дорожное покрытие, в состав которого входит кварцевый песок и дробленая резина [7]. Опыт Японии перенят другими странами, в том числе и Россией. По данным исследований [8-9], применение подобного покрытия позволяет снизить уровень шума на величину от 2 до 5 дБА.

Следующим средством борьбы с шумом в источнике является регулировка (ограничение) скоростного режима. Примеры реализации можно встретить в Германии. Здесь на некоторых автодорогах максимально допустимая скорость движения значительно занижена. Под знаками ограничения скорости располагаются

дополнительные таблички, объясняющие причину ограничения - борьба с шумом [10]. В качестве мер борьбы с автотранспортным шумом, скорость движения в столице ограничена до 30 км/ч. Ограничение действует только в ночное время.

Пассивный метод

Наиболее эффективным способом реализации метода является механизм зонирования территорий. Принцип состоит в том, что законодательно запрещается отведение под жилую застройку земель, расположенных вдоль транспортных коридоров. Данные территории используются для строительства развлекательных, коммерческих и промышленных учреждений, которые в свою очередь обеспечивают буферные зоны между оживленными дорогами и жилыми массивами. Практика применения наиболее развита в Австралии [7].

Еще одним средством реализации метода являются защитные насаждения. Источник шума и защищаемый объект разделяются «зеленой полосой» деревьев. Наибольшей шумозащитной способностью обладают насаждения ярусного типа, при этом, ярко выраженные преимущества одних видов растений над другими отсутствуют. Эффективность насаждений из нескольких видов деревьев выше одновидовых [11]. Описание способов реализации зеленой полосы приведено в [12].

В доступных источниках сведения об эффективности описанной меры рознятся. Согласно [13], эффективное снижение уровня шума составляет 5-12 дБА, в соответствии с [10] - 5-8дБА.

Широко известным и распространенным способом реализации метода является экранирование. Экранирование зачастую является единственным возможным средством защиты в условиях уже сложившейся застройки. Здесь, как и в случае с зелеными насаждениями, принцип заключается в создании препятствий на пути распространения звуковой волны. Однако созданием звуковой тени за пределами экрана способ не ограничивается. Здесь, наряду с отражающими способностями обеспечивается шумопоглощение. Акустическая эффективность экранов разнится в зависимости от конструкции и в общем случае лежит в пределах 5-15 дБА[14]. Согласно сведениям, представленным в основном отраслевой дорожном методическом документе [15], регламентирующем правила установки и эксплуатации шумозащитных экранов на территории РФ, использование шумозащитных комплексов-тоннелей позволяет добиться полного обеспечения требований санитарных норм.

Наиболее развернутый обзор характеристик шумозащитных экранов различных форм и конструкций выполнен в работе [16].

Активный метод

Активное шумоподавление - перспективное направление градостроительной акустики, особенно актуальное в условиях сложившейся застройки. Идея активного управления шумом относится еще к 1933 году [17]. Вместе с тем, использование активных барьеров для защиты от транспортного шума на селитебных территориях -новая область исследований, получившая развитие относительно недавно.

Теория метода приведена в [18]. В основе лежат принципы интерференции и суперпозиции. Действие системы активного шумоподавления заключается в формировании звукового сигнала, амплитуда и частота которого соответствуют нежелательному звуку, но фаза формируемого сигнала противоположна. В результате наложения двух или нескольких звуковых волн, происходит ослабление результирующей волны, в идеальном случае, результирующее колебание будет равным нулю.

Система активного шумоподавления реализуется в виде устройства, производящего мониторинг спектра окружающего шума. Сигнал принятый опорным микрофоном обрабатывается, и в случае наличия превышения допустимых уровней звука, генерируется противофазный сигнал, который передается на узконаправленный компенсирующий излучатель, облучающий защищаемый объект.

Первый отечественный патент подобной системы [19] относится к 1981 году. Изобретение ориентировано на подавление шумов в воздуховодах. Опыт практической реализации устройства активного шумоподавления, которое может быть интегрировано в шумозащитные барьеры для снижения шума транспортных потоков, приведен в работе [20].

Данные об эффективности метода значительно рознятся. Согласно исследованию [16] установлена эффективность на 3-5 дБ выше всех ранее изученных методов. В работах [21, 22, 17, 23] приводятся сведения об эффективном затухании в 6, 10, 20, 29 дБ соответственно.

Актуальность метода подтверждается данными зарубежных исследований, достоинства обусловлены возможностью уйти от громоздких и неэстетичных конструкций в борьбе с низкочастотной составляющей шума. Несмотря на заявленную перспективность, примеров промышленной реализации метода в свободном доступе не найдено. Это может быть связано с недостаточной изученностью подхода, необходимостью дальнейших исследований.

Список литературы

1. Васильев А.В. Анализ шумовых характеристик селитебной территории г. Тольятти // Экология и промышленность России, 2005. С. 20-23.

2. Миленина Е.М., Каргаполова Е.О. Влияние автотранспорта на шумовое загрязнение г. Омска // Омский научный вестник, 2011. № 1 (104). С. 174-176.

3. Половинкина Ю.С. Шумовое загрязнение окружающей среды урбанизированных территорий // Научный журнал КубГАУ, 2012. № 76 (02). С. 1-10.

4. Гараева Х.Р. Акустический дискомфорт в городской среде (на примере городов Баку и Астрахань) // Вестник АГТУ, 2010. № 1 (49). С. 88-95.

5. Директива 2002/49/EC Европейского Парламента и Совета от 25 июня 2002 г. относительно оценки и контроля шума окружающей среды (Directive 2002/49/EC of the European Parliament and the Council of 25 June 2002 relating to the assessment and management of environmental noise).

6. Иванов Н.И. Основные направления и проблемы экологической акустики // Материалы XXVII сессии Российского акустического общества, посвященной памяти ученых-акустиков ФГУП «Крыловский государственный научный центр» А.В. Смольякова и В.И. Попкова. Санкт-Петербург. 16-18 апреля, 2014 г.

7. Kotzen B., English C. Environmental Noise Barriere. A guide to their acoustic and visual design / В. Kotzen., C. English. USA: Taylor & Francis Group, 2009.

8. Иванов Н.И., Буторина М.В., Минина Н.Н. Проблема защиты от шума // Вестник МГСУ, 2011. № 3. С.135 - 145.

9. Ministry of the Environment, JAPAN. Current Framework of Vehicle Noise Regulation in Japan. // Informal document GBR-56-18. 56th GBR, 3-5 September 2012, agenda item 8.

10. Захаров Ю.И., Карнаух Е.С. Основные методы защиты городской среды от транспортного шума // Вестник ПДАБА, 2012. № 9. С. 21-25.

11. Гордеев Ю.А., Кулагин А.А. Шумозащитные свойства зеленых насаждений на урбанизированных территориях // Вестник Удмуртского университета. 2014. Вып. 1. С. 7-13.

12. Руководство по учету в проектах планировки и застройки городов требований снижения уровней шума. М.: Стройиздат, 1983. С.25.

13. Матвеева А.А. Применение биологических и механических барьеров для снижения шумового воздействия на объектах железнодорожного транспорта // Вестник Волгоградского госуниверситета. 2011. №2 (19). С.260-265.

14.Айрбабамян С.А., Бугарев Е.А. Виды шумозащитных экранов // Известия МГТУ «МАМИ», 2013. №1(15). т. 4. С. 134-138.

15. ОДМ 218.2.013-2011. Отраслевой дорожный методический документ УДК 625.7/8:628.517.2. Методические рекомендации по защите от транспортного шума территорий, прилегающих к автомобильным дорогам // Изд-во ФГУП «Информавтодор», 2011.

16. Evaluation of benefits and opportunities for innovative noise barrier designs. Final Report. U.S. Department of Transportation and the Federal Highway Administration HDR Engineering for the Department of Transport of Arizona. 2006.

17. Kim A., Bykov A., Troshin A. Active noise control and noise reduction: practical examples // Electronic Journal «Technical Acoustics». 2004. 17. P. 1-11.

18. Kuo S. M., Yenduri R.K. Design of a quiet-comfort headboard. Consumer Electronics, ICCE '06. 2006, Digest of Technical Papers, 07/02/2006; DOI: 10.1109/ICCE.2006.

19. Гусев В.П., Осиновский А.И. Устройство для подавления шума // Патент СССР №836652. 1981.

20. Санг Гон Ча., Трошин А. Г. Снижение дорожного шума активными барьерами в Южной Корее. Часть I: Предварительная оценка шума и проектирование электроакустического аппаратного обеспечения // Электронный журнал «Техническая акустика». 2011. №6. P. 1-11.

21. Omoto A., Takashima K., Fujiwara K., Aoki M., Shimizu Y. Active suppression of sound diffracted by a barrier: an outdoor experiment. Journal of Acoustical Society of America, 1997, v. 102, P. 1671-1679.

22. Jingnan Guo, Jie Pan, Murray Hodgson. A brief review of active control of environmental noise and its applications // ICSV14. Cairns. Australia. 2007. P. 1-8.

23. Biagini M., Borchi F., Carfagni M., Fibucchi L., Lapini A. Active noise systems for reducing outdoor noise // ICSV24, London, 23-27 July 2017. P. 1-8.