Интегральные акустические характеристики V-образного шумоподаввляющего барьера

Предложен интегральный критерий, позволяющий оценивать шумоподавляющие свойства акустических барьеров. Проведен сравнительный анализ эффективности шумоподавления с помощью классического и V-образного барьеров. Показана целесообразность практического применения V-образных барьеров....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2007
Автори:	Вовк, И.В., Сотникова, Т.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут гідромеханіки НАН України 2007
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/1043
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Интегральные акустические характеристики V-образного шумоподаввляющего барьера / И. В. Вовк, Т. А. Сотникова // Акуст. вісн. — 2007. — Т. 10, N 3. — С. 25-29. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-1043
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-10432008-10-20T18:39:46Z Интегральные акустические характеристики V-образного шумоподаввляющего барьера Вовк, И.В. Сотникова, Т.А. Предложен интегральный критерий, позволяющий оценивать шумоподавляющие свойства акустических барьеров. Проведен сравнительный анализ эффективности шумоподавления с помощью классического и V-образного барьеров. Показана целесообразность практического применения V-образных барьеров. Запропоновано інтегральний критерій, який дозволяє оцінювати шумозаглушуючі властивості акустичних бар'єрів. Проведено порівняльний аналіз ефективності шумозаглушення за допомогою класичного і V-подібного бар'єрів. Показана доцільність практичного застосування V-подібних бар'єрів. An integral criterion, allowing the estimation of noise-suppressing properties of the acoustic barriers, is offered. Efficiencies of noise-suppressing by the classic and the V-shaped barriers are compared. The expedience of practical using of the V-shaped barriers is shown. 2007 Article Интегральные акустические характеристики V-образного шумоподаввляющего барьера / И. В. Вовк, Т. А. Сотникова // Акуст. вісн. — 2007. — Т. 10, N 3. — С. 25-29. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1028-7507 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/1043 534.1 ru Інститут гідромеханіки НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Предложен интегральный критерий, позволяющий оценивать шумоподавляющие свойства акустических барьеров. Проведен сравнительный анализ эффективности шумоподавления с помощью классического и V-образного барьеров. Показана целесообразность практического применения V-образных барьеров.
format	Article
author	Вовк, И.В. Сотникова, Т.А.
spellingShingle	Вовк, И.В. Сотникова, Т.А. Интегральные акустические характеристики V-образного шумоподаввляющего барьера
author_facet	Вовк, И.В. Сотникова, Т.А.
author_sort	Вовк, И.В.
title	Интегральные акустические характеристики V-образного шумоподаввляющего барьера
title_short	Интегральные акустические характеристики V-образного шумоподаввляющего барьера
title_full	Интегральные акустические характеристики V-образного шумоподаввляющего барьера
title_fullStr	Интегральные акустические характеристики V-образного шумоподаввляющего барьера
title_full_unstemmed	Интегральные акустические характеристики V-образного шумоподаввляющего барьера
title_sort	интегральные акустические характеристики v-образного шумоподаввляющего барьера
publisher	Інститут гідромеханіки НАН України
publishDate	2007
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/1043
citation_txt	Интегральные акустические характеристики V-образного шумоподаввляющего барьера / И. В. Вовк, Т. А. Сотникова // Акуст. вісн. — 2007. — Т. 10, N 3. — С. 25-29. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT vovkiv integralʹnyeakustičeskieharakteristikivobraznogošumopodavvlâûŝegobarʹera AT sotnikovata integralʹnyeakustičeskieharakteristikivobraznogošumopodavvlâûŝegobarʹera
first_indexed	2025-07-02T04:35:20Z
last_indexed	2025-07-02T04:35:20Z
_version_	1836508429045202944
fulltext	ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 3. С. 25 – 29 УДК 534.1 ИНТЕГРАЛЬНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ V-ОБРАЗНОГО ШУМОПОДАВЛЯЮЩЕГО БАРЬЕРА И. В. В О ВК, Т. А. С ОТН И К О В А Институт гидромеханики НАН Украины, Киев Получено 12.04.2007 Предложен интегральный критерий, позволяющий оценивать шумоподавляющие свойства акустических барьеров. Проведен сравнительный анализ эффективности шумоподавления с помощью классического и V-образного барье- ров. Показана целесообразность практического применения V-образных барьеров. Запропоновано iнтегральний критерiй, який дозволяє оцiнювати шумозаглушуючi властивостi акустичних бар’єрiв. Проведено порiвняльний аналiз ефективностi шумозаглушення за допомогою класичного i V-подiбного бар’єрiв. Показана доцiльнiсть практичного застосування V-подiбних бар’єрiв. An integral criterion, allowing the estimation of noise-suppressing properties of the acoustic barriers, is offered. Efficiencies of noise-suppressing by the classic and the V-shaped barriers are compared. The expedience of practical using of the V- shaped barriers is shown. ВВЕДЕНИЕ В работе [1] развит метод, позволяющий полу- чить строгое решение задачи дифракции звука на классическом барьере в виде плоской стенки и оце- нить пространственное распределение звукового поля в освещенной области и в области тени за барьером. В статье [2] предложена одна из возможных конструктивных схем барьера повышенной эффе- ктивности, представляющая собой V-образный ба- рьер с акустическим резонатором. Сравнение шу- моподавляющих свойств V-образного и класси- ческого барьеров проводилось путем сопоставле- ния полей пространственного распределения мо- дулей звукового давления в их присутствии. Та- кая форма представления информации очень удо- бна для детальной оценки степени шумоподав- ления, поскольку дает наглядное и исчерпываю- щее представление об уровнях звука в любой то- чке пространства, включая и важную для прак- тики зону акустической тени. Однако, посколь- ку локальные значения сигнала существенно за- висят от конфигурации барьеров, частоты и по- ложения источника звука, сравнительное оцени- вание эффективности рассматриваемых констру- кций по полю давлений оказывается достаточно трудоемкой задачей. Вместе с тем, при проектиро- вании реальных барьеров зачастую оказываются полезными обобщенные оценки их шумоподавля- ющих свойств, которые позволили бы выбрать ту или иную конструкцию, не прибегая к подробному анализу структуры акустических полей. Ниже предлагается критерий оценки эффектив- ности шумоподавляющего барьера, основанный на исследовании интегральных характеристик рассе- янного им звукового поля. 1. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ШУМОПОДАВЛЯЮЩИХ ХАРАКТЕРИС- ТИК БАРЬЕРА Как нам представляется, для оценки интеграль- ных характеристик акустических свойств шумо- подавляющих барьеров наиболее целесообразно использовать энергетические характеристики зву- кового поля. В первую очередь, к ним следу- ет отнести полную излучаемую источником мощ- ность W0 (при наличии барьера) и мощность зву- кового поля WD, проникающего в зону геометри- ческой тени барьера за счет дифракции. Чтобы убедиться в правомерности такого подхода, доста- точно взглянуть на распределения потока акусти- ческой энергии от источника в присутствии клас- сического и V-образного барьеров (рис. 1). Здесь ориентации стрелок указывают направление пото- ка энергии, а их длины – относительный уровень интенсивности. На рис. 2 представлены схемати- ческие изображения самих барьеров со всеми па- раметрами, необходимыми для нахождения угла раскрыва геометрической тени ϕ. Здесь использо- вана полярная система координат (r, θ) с центром в точке O и направлением отсчета угла θ=0 от оси Ox. В качестве интегрального критерия для оценки шумоподавляющих свойств барьера выберем вели- чину G = WD/W0, (1) c© И. В. Вовк, Т. А. Сотникова, 2007 25 ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 3. С. 25 – 29 −8 −6 −4 −2 0 2 4 6 8 −1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 S * −8 −6 −4 −2 0 2 4 6 8 −1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 S * а б Рис. 1. Распределение потока звуковой энергии: а – для классического барьера, б – для V-образного барьера d S rW rS W h d h S rW g rS0 W а б Рис. 2. Конфигурация рассматриваемых шумозащитных барьеров, классического (а) и V-образного (б): S – источник звука; d – линия, соединяющая источник с кромкой барьера (отделяет зону тени от освещенной зоны) 0 5 10 15 20 25 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 r W / h G = W D / W 0 500Hz 250Hz 125Hz 34Hz 85Hz 0 5 10 15 20 25 1 2 3 4 5x 10 −3 r W / h G = W D / W 0 125Hz, 250Hz, 85Hz, 34Hz, 500Hz, ∆=100 ∆=40 ∆=300 ∆=60 ∆=100 а б Рис. 3. Интегральная эффективность шумоподавления барьеров в зоне тени: а – классический барьер, б – V-образный барьер 26 И. В. Вовк, Т. А. Сотникова ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 3. С. 25 – 29 которая по сути является коэффициентом про- хождения акустической энергии в зону тени ба- рьера. Поскольку рассматривается плоская задача дифракции звука на барьере, то выражение для полной мощности источника на единицу его про- тяженности будет иметь следующий вид1: W0 = ∫ l I(l)dl, l=f(r, θ), r>rS, 0≤θ≤π, (2) где интенсивность I в каждой точке на дуге l выра- жается через звуковое давление в ней p и нормаль- ную к дуге составляющую колебательной скорости vn: I = Re [p v∗n]/2. (3) Здесь звездочка при vn обозначает комплексное сопряжение. Для вычисления величины WD будем использо- вать мощность звукового поля, пронизывающего дугу lW радиуса rW (см. рис. 2, а), которая распо- ложена в зоне тени и ограничена с одной стороны поверхностью земли, а с другой – линией геоме- трической тени d, проходящей от источника через кромку барьера. Заметим, что при неограничен- ном увеличении радиуса дуги интегрирования rW угол ее раскрыва ϕ асимптотически стремится к углу геометрической тени α. При этом для доста- точно больших расстояний (rW �λ, rW �h) мощ- ность звукового поля, пронизывающего дугу lW , уже не будет изменяться, поскольку в этом слу- чае дуга интегрирования становится частью об- щего фронта распространения волны, сформиро- ванной системой “источник – барьер – поверхность земли”. Все вышесказанное позволяет определить иско- мую величину WD через интеграл от интенсивно- сти I по дуге lW : WD = ∫ lW I(lW )dl, lW = f(r, θ), r = rS , π − ϕ ≤ θ ≤ π. (4) Для классического барьера (см. рис. 2, а) нетрудно показать, что угол раскрыва дуги интегрирования ϕ выражается через угол геометрической тени α, высоту барьера h и радиус дуги rW следующим образом: ϕ = α + arcsin ( h cos α rW ) . (5) 1Так как потери в среде не учитываются, полную мощ- ность источника можно оценивать на любой дуге l радиуса r>rS Для V-образного барьера (см. рис. 2, б) справедли- во ϕ = α + arcsin ( h sin θ0 sin(α + θ0) rW ) . (6) Из формул (5), (6) непосредственно следует пове- дение величины ϕ при неограниченном увеличе- нии rW : lim rW →∞ ϕ → α. (7) 2. АНАЛИЗ ЧИСЛЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ Используем выработанный критерий для анали- за интегральных акустических свойств барьеров. Сначала рассмотрим зависимости коэффициента прохождения звука за барьер G от радиуса дуги интегрирования rW . На рис. 3 показано, как меняется по мере удале- ния от барьера доля относительной звуковой мощ- ности, попадающей в зону геометрической тени (приведены графики для шести разных частот). По оси абсцисс отложено отношение rW /h, ха- рактеризующее степень удаленности контура ин- тегрирования от барьера. Эффективная высота обоих барьеров составляла 4 м. Глубина и угол ра- скрыва V-образного барьера ∆ для каждой кривой настраивались на исследуемую частоту [2]. Источ- ник располагался на земле на расстоянии 6 м от барьера (см. рис. 2). Графики демонстрируют весьма схожую тен- денцию – потоки звуковой энергии, проходящей за барьер, возрастают в диапазоне 1<rW/h<5 и практически постоянны при больших значе- ниях rW /h. Сравнивая уровни соответствующих кривых, нетрудно заметить, что V-образный ба- рьер значительно (примерно в 6 раз) эффективнее классического. Это совпадает с выводами, сделан- ными при сравнении пространственных распреде- лений звуковых полей [2]. На рис. 4 приведены частотные зависимости отношения G для обоих типов исследуемых ба- рьеров. Параметры систем те же, что ранее, с тем отличием, что раскрыв V-образного барьера фиксирован: ∆=10◦ при наклоне боковой стенки θ0 = 85◦. Глубина резонатора (внутренней обла- сти барьера) вновь подстраивалась под каждую исследуемую частоту [2]. Видно, что и для клас- сического, и для V-образного барьеров величина G существенно зависит от частоты. В обоих слу- чаях осцилляции кривых связаны с интерферен- ционными явлениями, возникающими за счет вза- имодействия прямой волны от источника с отра- женной волной от барьера. И. В. Вовк, Т. А. Сотникова 27 ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 3. С. 25 – 29 0 100 200 300 400 0 0.02 0.04 0.06 0.08 f, Hz G = W D / W 0 Рис. 4. Частотная зависимость величины G: ∗ – классический барьер; • – подстраиваемый V-образный барьер 0 100 200 300 400 0 0.02 0.04 0.06 0.08 f, Hz G = W D / W 0 Рис. 5. Частотная зависимость величины G: ∗ – классический барьер; • – V-образный барьер, настроенный на 34 Гц; − – V-образный барьер, настроенный на 125 Гц Естественно, подстраивать резонатор V- образного барьера целесообразно тогда, когда спектр источника шумов имеет доминирующие тональные сигналы или зоны узкополосного шума. Разумеется, на практике чаще всего приходится иметь дело с широкополосным шумом [3, 4]. По- этому параметры резонатора должны выбираться под каждый конкретный спектр шума индиви- дуально, исходя из превалирующих частотных составляющих. На рис. 5 представлены частотные зависимости G для случаев, когда резонатор V-образного ба- рьера настроен на частоты 34 и 125 Гц. Как и сле- довало ожидать, эффективность барьера с фикси- рованной настройкой резонатора ниже, чем у ба- 0 5 10 15 20 25 0 0.005 0.01 0.015 0.02 r W / h G = W D / W 0 125Hz 500Hz250Hz 85Hz 34Hz а 0 5 10 15 20 25 0 0.005 0.01 0.015 r W / h G = W D / W 0 125Hz 500Hz 250Hz 85Hz 34Hz б 0 5 10 15 20 25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 x 10 −3 r W / h G = W D / W 0 125Hz 500Hz 250Hz 85Hz 34Hz в Рис. 6. Эффективность шумоподавления для V-образного барьера, настроенного на частоту 125 Гц, по секторам: а – полная зона тени lW =f(ϕ); б – сектор зоны тени lW =f(2ϕ/3); в – сектор зоны тени lW =f(ϕ/3) 28 И. В. Вовк, Т. А. Сотникова ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 3. С. 25 – 29 рьера с резонатором, подстраиваемым под частоту источника шума. Тем не менее, его действенность все равно оказывается значительно выше, чем у классического барьера. Обращает на себя внимание то, что в окрестно- сти 34 Гц наблюдается ситуация, когда уровень шума для V-образного барьера, настроенного на эту частоту, превышает уровень для классическо- го барьера. Связанно это с тем, что в диапазоне от 25 до 60 Гц угол раскрыва резонатора ∆ = 10◦ настолько мал, что звуковая волна просто “не замечает” его. Здесь волновое расстояние между верхними кромками резонатора составляет лишь ∼ 0.07λ и вся конструкция ведет себя подобно ба- рьеру с достаточно широким сплошным верхним торцом, который обладает худшими шумоподав- ляющими свойствами, чем классический тонкий экран (см., например [5]). Во многих практических случаях необходимо защитить от шума в первую очередь расположен- ные на улице места пребывания людей (детские игровые площадки, приусадебные участки, пеше- ходные зоны, тянущиеся вдоль трассы, и др.). По- этому большой интерес представляет изучение бо- лее узкого участка зоны тени, прилегающего не- посредственно к земле и составляющего по высо- те примерно 1.5÷2 человеческих роста. С этой целью рассмотрим величину G, вычисленную в различных секторах зоны тени с углами ϕ̃1 =ϕ/3 (рис. 6, в) и ϕ̃2 =2ϕ/3 (рис. 6, б). В обоих случа- ях угол ϕ̃ отсчитывается от плоскости земли θ=π, т. е. дуга интегрирования lW описывается коор- динатами r=rW , π−ϕ̃≤θ≤π). Для сравнения на рис. 6, а приведены зависимости G во всей гео- метрической зоне тени за V-образным барьером. На рис. 7 представлены аналогичные данные для классического барьера. Сравнивая эти графики, можно заключить, что в прилегающих к земле зонах эффективность V-образного барьера суще- ственно выше, чем у классического. Здесь ска- зывается отсутствие не столь важной для практи- ки переходной теневой области, примыкающей к границе геометрической тени d (она описывается диапазоном углов π−ϕ≤ϕ≤π−ϕ̃). ЗАКЛЮЧЕНИЕ Предложен интегральный критерий, позволяю- щий оценивать эффективность акустических ба- рьеров. Сравнительный анализ шумоподавляю- щих свойств классического и V-образного барье- ров показал целесообразность практического при- менения данной методики. По результатам оценки эффективности классического и V-образного ба- 0 5 10 15 20 25 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 r W / h G = W D / W 0 85 Hz 34 Hz 125 Hz 250 Hz 500 Hz а 0 5 10 15 20 25 0 0.005 0.01 0.015 r W / h G = W D / W 0 125Hz 500Hz 250Hz 85Hz 34Hz б Рис. 7. Эффективность шумоподавления для классического барьера по секторам: а – сектор зоны тени lW =f(2ϕ/3); б – сектор зоны тени lW =f(ϕ/3) рьеров на прилегающем к земле участке зоны гео- метрической тени показано, что здесь V-образный барьер дает максимальный выигрыш. 1. Вовк И. В., Конченко Т. А., Мацыпура В. Т. Об одном строгом методе оценки акустических свойств шумоподавляющих барьеров // Акуст. вiсн.– 2004.– 7, N 4.– С. 21–27. 2. Вовк И. В., Мацыпура В. Т., Сотникова Т. А. Об одном методе повышения эффективности шумо- подавляющих барьеров // Акуст. вiсн.– 2006.– 9, N 2.– С. 17–26. 3. Makarewicz R. Air absorption of motor vehicle // J. Acoust. Soc. Amer.– 1986.– 80, N 2.– P. 561–568. 4. Vos J. Annoyance caused by simultaneous impulse, road-traffic, and aircraft sounds // J. Acoust. Soc. Amer.– 1992.– 91, N 6.– P. 3330–3345. 5. Kurze U. J. Noise reduction by barriers // J. Acoust. Soc. Amer.– 1974.– 55, N 3.– P. 504–506. И. В. Вовк, Т. А. Сотникова 29

Интегральные акустические характеристики V-образного шумоподаввляющего барьера

Репозитарії

Схожі ресурси