Квазіаналогове моделювання процесів поширення звуку на території міста

Запропоновано нову конструкцію пристрою моделювання акустичних процесів на території сучасного міста. Вживання світла не у видимому, а в інфрачервоному діапазоні має достатньо великі переваги в плані розширення діапазону можливих масштабів лінійних розмірів під час моделювання. Специфікація складови...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2016
Автори:	Сафонов, В.В., Абракитов, В.Э.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2016
Назва видання:	Геотехнічна механіка
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136924
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:	Квазианалоговое моделирование процессов распространения звука на территории города / В.В. Сафонов, В.Э. Абракитов // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2016. — Вип. 127. — С. 99-111. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-136924
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1369242018-06-17T03:10:35Z Квазіаналогове моделювання процесів поширення звуку на території міста Сафонов, В.В. Абракитов, В.Э. Запропоновано нову конструкцію пристрою моделювання акустичних процесів на території сучасного міста. Вживання світла не у видимому, а в інфрачервоному діапазоні має достатньо великі переваги в плані розширення діапазону можливих масштабів лінійних розмірів під час моделювання. Специфікація складових частин пристрою: змінна модель міської території; моделі різноманітних джерел звуку; засіб реєстрації розподілу енергії, яка моделюється (електронно-оптичний перетворювач). Оскільки звук і інфрачервоне випромінювання підкоряються однаковим для всіх типів хвиль закономірностям розповсюдження, енергія інфрачервоного випромінювання розповсюджується по поверхні моделі ідентично. Одержана в ході модельних експериментів інформація вноситься в комп'ютер і будуються карти шуму, які описують розподіл акустичного забруднення по території міста. Створений пристрій квазіаналогового моделювання процесів розповсюдження звуку, який реалізує встановлену аналогію між розповсюдженням звуку і електромагнітних хвиль. Забезпечена можливість картографування шумового режиму із застосуванням сучасних технологій шляхом побудови карт шуму за наслідками квазіаналогового моделювання. Застосування рішень, які пропонуються, є особливо важливим у житлових районах, які розташовані поблизу промислових і транспортних об'єктів, зокрема, вугільних підприємств і автомагістралей. Предложена новая конструкция устройства моделирования акустических процессов на территории современного города. Применение света не в видимом, а в инфракрасном диапазоне имеет достаточно большие преимущества в плане расширения диапазона возможных масштабов линейных размеров при моделировании. Спецификация составных частей устройства: переменная модель городской территории; модели разнообразных источников звука; средство регистрации распределения энергии, которая моделируется (электронно-оптический преобразователь). Поскольку звук и инфракрасное излучение подчиняются одинаковым для всех типов волн закономерностям распространения, энергия инфракрасного излучения распространяется по поверхности модели идентично. Полученная в ходе модельных экспериментов информация вносится в компьютер и строятся карты шума, которые описывают распределение акустического загрязнения на территории города. Создано устройство квазианалогового моделирования процессов распространения звука, которое реализует установленную аналогию между распространением звука и электромагнитных волн. Обеспечена возможность картографирования шумового режима с применением современных технологий путем построения карт шума по результатам квазианалогового моделирования. Применение предлагаемых решений особенно актуально в жилых районах, прилегающих к промышленным и транспортным объектам, в частности, угольным предприятиям и автомагистралям. A new construction device of modelling of acoustic processes on the territory of contemporary city is offered. Application of light not in visible one, and in an infra-red range takes enough large advantages in the plan of expansion range of possible scales of linear sizes at the modelling. Specification of component parts of device: variable model of the city territory; models of various sources of sound; mean of registration distributing of energy which is designed (eleсtronic-optical transformer). As sound and infra-red radiation submit to conformities to the law of distribution identical for all types of waves, energy of infra-red radiations spreads on the surface of model identically. It is brought in a computer and the cards of noise, which describe distributing of acoustic contamination on territory of city, are built. The device of quazy-analogous modelling processes of distribution of sound, which will realize the set analogy between distribution of sound and electromagnetic waves, is created. Possibility of cartografing a map of the noise mode with the use of modern technologies by construction of cards of noise on results the quazyanalogous modelling is garanteed. Application of the offered solutions is especially actual in dwelling districts, adjoining to the industrial and transport objects, in particular, coal enterprises and motorways. 2016 Article Квазианалоговое моделирование процессов распространения звука на территории города / В.В. Сафонов, В.Э. Абракитов // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2016. — Вип. 127. — С. 99-111. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136924 534.2:004.942 uk Геотехнічна механіка Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
description	Запропоновано нову конструкцію пристрою моделювання акустичних процесів на території сучасного міста. Вживання світла не у видимому, а в інфрачервоному діапазоні має достатньо великі переваги в плані розширення діапазону можливих масштабів лінійних розмірів під час моделювання. Специфікація складових частин пристрою: змінна модель міської території; моделі різноманітних джерел звуку; засіб реєстрації розподілу енергії, яка моделюється (електронно-оптичний перетворювач). Оскільки звук і інфрачервоне випромінювання підкоряються однаковим для всіх типів хвиль закономірностям розповсюдження, енергія інфрачервоного випромінювання розповсюджується по поверхні моделі ідентично. Одержана в ході модельних експериментів інформація вноситься в комп'ютер і будуються карти шуму, які описують розподіл акустичного забруднення по території міста. Створений пристрій квазіаналогового моделювання процесів розповсюдження звуку, який реалізує встановлену аналогію між розповсюдженням звуку і електромагнітних хвиль. Забезпечена можливість картографування шумового режиму із застосуванням сучасних технологій шляхом побудови карт шуму за наслідками квазіаналогового моделювання. Застосування рішень, які пропонуються, є особливо важливим у житлових районах, які розташовані поблизу промислових і транспортних об'єктів, зокрема, вугільних підприємств і автомагістралей.
format	Article
author	Сафонов, В.В. Абракитов, В.Э.
spellingShingle	Сафонов, В.В. Абракитов, В.Э. Квазіаналогове моделювання процесів поширення звуку на території міста Геотехнічна механіка
author_facet	Сафонов, В.В. Абракитов, В.Э.
author_sort	Сафонов, В.В.
title	Квазіаналогове моделювання процесів поширення звуку на території міста
title_short	Квазіаналогове моделювання процесів поширення звуку на території міста
title_full	Квазіаналогове моделювання процесів поширення звуку на території міста
title_fullStr	Квазіаналогове моделювання процесів поширення звуку на території міста
title_full_unstemmed	Квазіаналогове моделювання процесів поширення звуку на території міста
title_sort	квазіаналогове моделювання процесів поширення звуку на території міста
publisher	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate	2016
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136924
citation_txt	Квазианалоговое моделирование процессов распространения звука на территории города / В.В. Сафонов, В.Э. Абракитов // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2016. — Вип. 127. — С. 99-111. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.
series	Геотехнічна механіка
work_keys_str_mv	AT safonovvv kvazíanalogovemodelûvannâprocesívpoširennâzvukunateritoríímísta AT abrakitovvé kvazíanalogovemodelûvannâprocesívpoširennâzvukunateritoríímísta
first_indexed	2025-07-10T02:13:46Z
last_indexed	2025-07-10T02:13:46Z
_version_	1837224304049127424
fulltext	ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 127 99 УДК 534.2:004.942 Сафонов В. В., канд. техн. наук, профессор (ГВУЗ «ПГАСА») Абракитов В. Э., канд. техн. наук, доцент (ХНУГХ им. А. Н. Бекетова) КВАЗИАНАЛОГОВОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РАСПРО- СТРАНЕНИЯ ЗВУКА НА ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА Сафонов В. В., канд. техн. наук, професор (ДВНЗ «ПДАБА») Абракитов В. Е., канд. техн. наук, доцент (ХНУМХ ім. А. Н. Бекетова) КВАЗІАНАЛОГОВЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ПОШИРЕННЯ ЗВУКУ НА ТЕРИТОРІЇ МІСТА Safonov V. V., Ph.D (Tech.), Professor (SHEI «PSACEA») Abrakitov V. E., Academician of IFLH, Ph.D (Tech.), Associate Professor (NUUER named after A.N. Beketov) QUAZI-ANALOGY DESIGN OF PROCESSES OF DISTRIBUTION OF SOUND IS ON TERRITORY OF CITY Анотація. Запропоновано нову конструкцію пристрою моделювання акустичних процесів на території сучасного міста. Вживання світла не у видимому, а в інфрачервоному діапазоні має дос- татньо великі переваги в плані розширення діапазону можливих масштабів лінійних розмірів під час моделювання. Специфікація складових частин пристрою: змінна модель міської території; мо- делі різноманітних джерел звуку; засіб реєстрації розподілу енергії, яка моделюється (електронно- оптичний перетворювач). Оскільки звук і інфрачервоне випромінювання підкоряються однаковим для всіх типів хвиль закономірностям розповсюдження, енергія інфрачервоного випромінювання розповсюджується по поверхні моделі ідентично. Одержана в ході модельних експериментів ін- формація вноситься в комп'ютер і будуються карти шуму, які описують розподіл акустичного за- бруднення по території міста. Створений пристрій квазіаналогового моделювання процесів розпо- всюдження звуку, який реалізує встановлену аналогію між розповсюдженням звуку і електромаг- нітних хвиль. Забезпечена можливість картографування шумового режиму із застосуванням су- часних технологій шляхом побудови карт шуму за наслідками квазіаналогового моделювання. За- стосування рішень, які пропонуються, є особливо важливим у житлових районах, які розташовані поблизу промислових і транспортних об'єктів, зокрема, вугільних підприємств і автомагістралей. Ключові слова: акустика; аналогія; візуалізація звуку; карта шуму; моделювання. Відмінною рисою сучасних міст у нашій країні й за кордоном є їхнє інтен- сивне зростання в обмежених просторових рамках. Це приводить до зближення, а найчастіше до тісного переплетення різних функціональних зон міста. У та- ких умовах неминуче негативний вплив одних зон на інші. © В.В. Сафонов, В.Э. Абракитов, 2016 ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 127 100 Особливе значення при цьому здобувають питання охорони навколишнього середовища й, зокрема, захист міських забудов від шумового забруднення. Мета Відомі різні експериментальні способи кількісної оцінки зашумованості мі- ських забудов. Найбільш доцільно й доступно одержувати дані про зниження шуму експериментальним шляхом у ході натурних вимірів. Однак проведення таких вимірів дуже складно. Це пов'язане з тим, що на території житлових ком- плексів діють одночасно кілька джерел шуму, тому шумове тло надзвичайно високе, неможливо ліквідувати шумові перешкоди, вплив вітру й інших атмос- ферних умов, що спотворюють картину поширення шуму. Найбільш сприятливі умови для розв'язку завдань містобудівної акустики створюють експерименти з використанням моделювання як одного з найбільш ефективних і економічних методів дослідження, що дозволяє проводити їх в умовах, максимально наближених до реальних. Переваги експериментальних досліджень на моделях - здійснення фізичних спостережень на основі ідеальних умов, які неможливо забезпечити в натурі. Не слід забувати, що мова йде про найскладніші дифракційні процеси на території міської забудови, де будинку, дерева, рельєф місцевості викликають несподівані ефекти, що важко піддають- ся математичному опису. Кількісна і якісна оцінка поширення шуму в складних умовах, з урахуванням безлічі супутніх факторів і хвильових явищ, що немину- че виявляються - може бути отримана шляхом побудови моделей, що базуються на аналогії акустичних і оптичних процесів. Тобто, це є можливість моделю- вання звуку електромагнітними хвилями. Основною умовою вірогідності при цьому виступає подібність еквівалент- них явищ - натурних і модельних. Себто фізичні явища, процеси або системи вважаються подібними, якщо в еквівалентних точках простору, у еквівалентні моменти часу визначені величини, що характеризують стан системи, пропор- ційні відповідним їм величинам іншої системи. При побудові моделей викорис- товують критерії подібності, або безрозмірні числа, складені з розмірних фізи- чних параметрів, що визначають розглянуті фізичні явища. Найпростішим, ві- домим усім прикладом критерію подібності є, зокрема, масштаб географічної карти або плану – тобто дріб, чисельник якого дорівнює одиниці, а знаменник – числу, що показує зменшення зображення (моделі) відносно його ж натурних розмірів. Вимоги теорії подібності повинні бути належним чином враховані при побудові будь-якої модельної системи. Такий процес є так званим квазіаналоговим моделюванням [1-3]. Цей метод дослідження полягає у вивченні не самого по собі досліджуваного явища, а в науковому опрацюванні якогось подібного явища або процесу іншої фізичної природи, котрі описуються співвідношеннями, еквівалентними відносно отри- муваних наслідків. Щоб отримати якісь практичні результати (а саме - побуду- вати карти шуму) слід застосувати розроблену авторами конструкцію пристрою моделювання акустичних процесів на території сучасного міста. За рахунок по- ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 127 101 будови такого пристрою потребується провести експерименти з моделювання акустичних процесів. Після побудови карт шуму за результатами квазіаналого- вого моделювання із застосуванням побудованого приладу необхідно їх зіста- вити із еталонними картами шуму для того ж самого випадку, побудованими іншим чином (наприклад, за рахунок натурних вимірів, або за результатами ма- тематичного моделювання). Тільки тоді можна робити висновок про ступінь еквівалентності результатів квазіаналогового моделювання щодо результатам, отриманим іншим чином, і отже, визначити ступінь вірогідності та достовірно- сті запропонованого способу моделювання. Методика Авторами у рамках досліджень [1], розвинених далі в [2], було запатентова- но так званий пристрій для візуалізації картини зашумованості міської забудови згідно [3, 4], що використовує заміну реального звукового випромінювання оп- тичним (видиме світло або інфрачервоне випромінювання на моделі). Зони на- турної звукової тіні представляються в моделі міської забудови зонами легко спостережуваних неозброєним поглядом звичайних, світлових тіней. Облад- нання представлене на кресленні: (рис. 1). Рисунок 1 – Загальний вид пристрою візуалізації картини зашумованості міської забудови Обладнання містить: [1, 2, 3, 4]: модель джерела звукової енергії 3, модель міської забудови 2 і засіб оцінки, що розподіляється енергії 1. Модель джерела звукової енергії виконана у вигляді ніхромової нитки 3, з'єднаної із джерелом струму й реостатом 4, а засіб оцінки, що розподіляється енергії виконане у ви- гляді фотопластинки 5, яка сполучена з підставою моделі міської забудови 2, при цьому лінійні розміри підстави (території) і будинків вибираються з певно- го співвідношення, що випливає з вимог подібності, а саме: ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 127 102 λм = λн∙сL, де сL = Lм / Lн – коефіцієнт масштабування, Lм і Lн – відповідно, лінійні розміри об'єктів міської забудови в моделі й у натурі, м; λм і λн - відповідно, довжини хвиль випромінювання в моделі й у натурі, м. Моделі джерел шуму у вигляді джерел світла й моделі будинків поміщають на фотопластинку, що служить підставою моделі. Підбирають необхідну яскра- вість світіння ламп, і забезпечують задану величину довжини світлової хвилі (за рахунок застосування світлофільтрів). Потім експонують фотопластинку в межах досліджуваної забудови, фіксуючи час експозиції. Проявлена фотоплас- тинка є результатом експерименту й зберігає в собі дані про розподіл еквівале- нту шумового випромінювання (у вигляді світла) на моделі досліджуваного об'єкта. По ступеню освітленості кожної ділянки зображення судять про сту- пінь зашумованості міської забудови. Освітленість у досліджуваних крапках спроектованого на екран зображення вимірюють люксметром, градуйованим у децибелах. Для градуювання люксметра використовують відомі закономірності відносного зниження звуку а просторі. Подальшим розвитком цієї ідеї з'явилося вдосконалювання засобів реєстра- ції розподілу модельного випромінювання на території об'єкта, що дозволяють одержати якісні й кількісні параметри, що характеризують його. Масштаб моделі може бути збільшений за рахунок використання більш дов- гих хвиль, тобто переходу в інфрачервону (ІЧ) область спектра з використан- ням контактних термоіндикаторів замість фотопластинки. Узагалі застосування світла не у видимому, а в ІЧ діапазоні має чималі переваги в плані розширення діапазону можливих масштабів лінійних розмірів при моделюванні. Застосування світла не у видимому, а в інфрачервоному діапазоні має чима- лі переваги в плані розширення діапазону можливих масштабів лінійних розмі- рів при моделюванні. У той же час недискретні способи реєстрації характери- зуються високою наочністю, на відміну від дискретних. У зв'язку із цим була розроблена оригінальна конструкція обладнання квазіаналогового моделювання процесів поширення звуку на території міста [1, 5], функціональна схема якого наведена на прикладеному кресленні (рис. 2). Пропонований пристрій візуалізації і картографування зон зашумованості міської забудови з недискретним способом реєстрації розподілу енергії, що мо- делюється, по поверхні моделі об'єкта [5] складається з: - змінної моделі міської території у виді основи 1, виконаної з матеріалу, прозорого для ІЧ- випромінювання (наприклад, чорного папера), із установле- ними на ній моделями будинків, споруд і ін. міських об'єктів 2 і моделями засо- бів боротьби із шумом на шляху його поширення (шумозахисних екранів і ін.) 3, моделей ДШ у виді джерел ІЧ- випромінювання, у т.ч. моделей точкових ДШ, (наприклад, світлодіодів 4) і (чи) лінійних джерел звуку, (наприклад, дро- тових випромінювачів з ніхрому чи ферроніхрому) 5, причому на зазначені мо- делі точкових 4 і лінійних 5 ДШ одягнуті світлофільтри 6; ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 127 103 Рисунок 2 – Пропонований пристрій - засобу реєстрації у виді оптичної системи 7, що забезпечує проектування зображення розподілу енергії, що моделюється, по якій-небудь площині моделі міської території на чуттєвий елемент, наприклад, напівпрозорий фотокатод 8, нанесений на внутрішню сторону зовнішнього дна кінескопа 9, що виконаний у виді колби, із внутрішнього простору якої викачане повітря, і куди поміщений високовольтний анод 10; із вмонтованим у її верхнє дно регулярним волоконної світлопроводом 12, зовнішній торець якого виконаний матовим, а внутрішній, що повторює форму колби, розташований напроти фотокатода 8, причому торці волокон світлопроводу 12 виконані монолітними. Світлопроводи 12 можуть бу- ти застосовані в кількості 1 чи 2 штук, і розташовані відповідно: перший (обо- в'язковий для установки: описаний вище) - за оптичною системою 7 (на вході в кінескоп 9; сполучений з фотокатодом 8); другий (опціонально) – вмонтований у нижнє дно кінескопа 9; зовнішній торець його виконаний матовим, а внутрі- шній, що повторює форму колби, покритий люмінофором 11. Зовнішній торець кожного зі світлопроводів 12 має форму увігнутої убік колби площини, що по- вторює форму колби, причому радіуси кривизни зовнішнього і внутрішнього торців світлопроводу однакові. Пристрій візуалізації і картографування зон зашумованості міської забудови з недискретним способом реєстрації розподілу енергії, що моделюється, по по- верхні моделі об'єкта [5] працює в такий спосіб. З дотриманням вимог геомет- ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 127 104 ричної подібності збирають модель міської забудови, установлюючи на основі 1 моделі міських будинків і споруд 2, засобів боротьби із шумом 3, моделі точ- кових 4 і лінійних 5 джерел звуку. Інтенсивність ІЧ- випромінювання на моделі підбирають пропорційно інтенсивності звуку в натурі, використовуючи готові співвідношення (що наведені в [6]) за рахунок регулювання сили струму елект- ричного живлення моделей ДШ. Частотний спектр ІЧ- випромінювання в моде- лі підбирають пропорційним частотному спектру звуку в натурі відповідно до вищеописаних вимог подібності (наприклад, у масштабі лінійних розмірів cL = 1:17 звук з довжиною хвилі λн=1,7 см заміняється ІЧ - випромінюванням з λм=1 мм), що досягається за рахунок установки світлофільтрів 6 на моделі джерел звуку 4 і 5. Таким чином, досягається пропорційність АЧХ ІЧ- випромінювання в моделі і звуку в натурі з дотриманням вимог подібності. Оскільки звук і ІЧ- випромінювання підкоряються однаковим для всіх типів хвиль закономірнос- тям поширення, енергія ІЧ- випромінювання поширюється по поверхні моделі ідентично тому, як поширюється енергія звуку по поверхні натурного об'єкта (з дотриманням всіх особливостей дифракційних і інтерференційних явищ і ін.). При необхідності моделюють ефективність різних можливих шумозахисних засобів, здійснюють підбор їхніх варіантів, розмірів, конфігурацій за рахунок використання різних варіацій їхніх моделей 3. За допомогою оптичної системи 7 зображення розподілу енергії, що моделюється, проектується на чуттєвий елемент, наприклад, на фотокатод 8 електронно-оптичного перетворювача. При цьому може бути отримане це зображення в будь-який площини, яка цікавить дослідників. Як правило, з метою побудови карт шуму потрібно зображення ро- зподілу енергії, що моделюється, по основі моделі 1 (еквівалентному поверхні землі в натурі), для чого воно повинне бути прозорим для ІЧ- випромінювання. Під дією ІЧ-променів фотокатод 8 починає випускати електрони, причому з тих ділянок, де яскравість зображення більше, відповідно більше і випускається електронів. Між екраном 11 і фотокатодом 8 (а саме - до високовольтного анода 10) прикладено високу напругу, завдяки чому електрони розганяються, бомбар- дують екран 11 і викликають його світіння, "малюючи" картину, яку можна ба- чити оком людини. Таким чином, візуалізується зображення розподілу енергії, що моделюється, при цьому можливо його фотографування, або реєстрація якимсь іншим способом, а також кількісна оцінка цієї енергії в різних точках зображення, тобто вимір у них інтенсивності (опромінення ІЧ- випромінюван- ням). Результати Отриману в ході модельних експериментів інформацію вносять у комп'ютер. На її базі можуть бути створені так звані карти шуму, що описують розподіл акустичного забруднення на території міста. Приклад такої карти шуму для конкретного окремо взятого ділянки міської забудови, на якому розташована житлова група одного з мікрорайонів Салтів- ського житлового масиву м. Харкова, що включає три дев'ятиповерхові будин- ки з лінійним джерелом шуму у вигляді транспортної автомагістралі (приляга- ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 127 105 ючої вулиці), представлений на рис. 3, 4 і 5. Масштаб схеми – 1:1250 (в 1 см – 1,25 м). Цьому значенню відповідає константа подібності сL =0,0008. Рисунок 3 – Конкретна містобудівна ситуація в зоні, що підлягає дослідженню На рис. 3 показані вихідні дані у вигляді плану місцевості, на якому чітко видні вищевказані будинки, що служать шумозахисними екранами на шляху поширення шумового забруднення, дерева, і інші елементи інженерного благо- устрою, що виявляють вплив на звукові процеси, що відбуваються на території житлової групи. Слід звернути увагу, що на схемі проведені топографічні гори- зонталі (спад відміток від 160 м над рівнем моря до 157), узяті з даних геодези- чної зйомки місцевості. Очевидно, крутість рельєфу (перепад висот більш ніж на 3 м на ділянці обмеженої площі) впливає на процеси поширення шуму, - але як її врахувати теоретичними розрахунками? У випадку побудови оптико- акустичної аналогової моделі її підставу (поз. 1 на рис. 1; або відповідна їй поз. 1 на рис. 2) просто відхиляють від строго горизонтального положення під пев- ним кутом, відповідним до природнього ухилу рельєфу місцевості. Відповідно до теорії подібності повинна бути забезпечена рівність кутів нахилу відповід- них елементів моделі й натури. Похиле положення змінної моделі міської тери- торії, з ухилом i = 0,03%, відповідне до природнього перепаду висот на місце- вості, анітрошки не утрудняє практичне проведення експерименту. Лінійне джерело шуму на місцевості (автомобільна дорога) у ході експери- менту заміняється його моделлю у вигляді лінійного джерела світла. Світловий потік, випромінюваний такий лампою, що й представляє собою модель потоку звукової енергії, випромінюваної транспортом, що рухаються по дорозі, пропо- ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 127 106 рційний йому, і пов'язаний з його енергетичними параметрами раніше виведе- ними нами залежностями [1, 2, 6]. Рисунок 4 представляє нерозшифровану (поки ще) картину зашумованості міської забудови. Рисунок 4 – Розподіл досліджуваної енергії по поверхні моделі Зони звукової тіні на рис. 4 представлені адекватними їм зонами звичайної, світлової тіні. При цьому інтенсивність фарбування отриманої картини пропор- ційна інтенсивності модельного випромінювання. За тією же причиною проекції моделей будинків на модель території на зні- мку виходять зачерненими. В роботі [9], що належить перу корифеїв моделю- вання в акустиці, наведені зразки карт шумового режиму задля найбільш поши- рених випадків, один з яких ми промоделювали в наших власних дослідженнях: (див. рис. 5), та надаємо задля подальшого зіставлення (рис. 6). Рисунок 5 – Карта шуму, отримана в результаті одного з експериментів ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 127 107 Рисунок 6 – Еталонна карта шуму задля адекватного випадку, взята з [5]. Наочна повна еквівалентність. На рис. 5 представлена карта шуму для даного випадку, отримана в резуль- таті аналізу проведених експериментів. Побудовані так звані ізобели – лінії, що з'єднують точки з однаковими значеннями рівня звуку, вираженими в дБА. Спад рівнів звуку, як і слід було сподіватися, здійснюється вглиб мікрора- йону, у міру видалення від автомобільної дороги, що є його основним джере- лом. Перші два будинки, що виходять фасадами на червоні лінії вулиці, є непо- ганими акустичними екранами, що перешкоджають проникненню шуму усере- дину території селитьби мікрорайону. У просвіті між будинками утворений «простріл», куди в розрив суцільної лінії міської забудови проникає шум від дороги. Однак подальшому поширенню акустичного забруднення вглиб території селитьби мікрорайону перешкоджає третій будинок, що перебуває в другому ешелоні забудови. Зони акустичної тіні за будинками мають чітко виражену трикутну форму. У результаті інтерференції звукових хвиль, і змодельованого в результаті експериментів ухилу місцевості трикутники звукової тіні не рівнобе- дрені, (як це можна було б очікувати теоретично), мають своєрідні відхилення від правильної геометричної форми, і т. п. свої специфічні особливості, (що ви- являються винятково за допомогою аналогового моделювання). Треба зауважити, що містобудівельна ситуація з зонами акустичної тіні від трьох будинків моделювалася неодноразово (з різноманітними варіаціями). По- глянемо на наступний рис. 6. Зробимо зіставлення попереднього та наступного рисунків між собою задля обґрунтовування точності та вірогідності квазіанало- гового моделювання. Інший випадок побудови карти шуму за допомогою вказаного пристрою на- дано на рис. 7.а, 7.б, 7.в: ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 127 108 а) конкретна містобудівельна ситуація; б) результати експерименту в необробленому вигляді (розподіл досліджуваної енергії по поверхні моделі); в) результати експерименту в обробленому виді: (карта шуму; побудована на базі моде- лювання). Цифровими позначеннями показані: 0 дБА - вихідний рівень звуку; - Х дБА - його зниження). Масштаб лінійних розмірів 1:1250 (сL=0,0008). Рисунок 7 – Те ж саме, що й рис. 4, 5,6, але для випадку «прострілу» звукової енергії проміж двох будинків: ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 127 109 Наукова новизна та практична значимість Створено пристрій квазіаналогового моделювання процесів розповсюджен- ня звуку, який застосовує встановлену аналогію між розповсюдженням звуку та електромагнітних хвиль. Спосіб та пристрої такого моделювання захищено патентами України та Ро- сії [4, 5, 7, 8]. Забезпечено можливість картографування шумового режиму із застосуван- ням сучасних технологій, шляхом побудови карт шуму за результатами квазіа- налогового моделювання. Приклад загальної карти шуму для сієї досліджуваної території (куди вхо- дять також обидва розглянуті фрагменти міської забудови), надано на рис. 8. Рисунок 8 – Карта шуму для частини Салтівського житлового масиву м. Харкова Висновки Результатом розробки проектної документації сучасного міста є обов'язкове складання карти шуму такого міста і його окремих складових частин (житлових районів), на якій явно видні області акустичного дискомфорту, тобто умовно позначені території з рівнями звуку, що перевищують нормативні. Побудова карт шуму, їх детальне вивчення, і розробка (на базі попереднього тому аналізу отриманих у результаті моделювання відомостей) належних заходів щодо оп- тимізації акустичного клімату урбанізованих територій дозволяє розв'язати без- ліч екологічних проблем, пов'язаних із шумовим забрудненням навколишнього середовища, і забезпечити акустичний комфорт людини в місцях її проживання поблизу промислових підприємств і транспортних магістралей. Застосування наших винаходів [4, 5, 7, 8] у сполученні з розробленим нами в [1, 2, 7] і в цій роботі теоретичним підходом до рішення даної проблеми, дозво- ляє впевнено і з високим ступенем вірогідності будувати такі карти шуму. ____________________________________________ СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Абракітов, В.Е. Аналогове та квазіаналогове моделювання процесів розповсюдження звуку в просторі для прогнозування шумового режиму на об`єкті, що захищається. Друге видання, перероб- лене та доповнене. / В.Е. Абракітов. – Харків: Парус, 2007. – 108 с. ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 127 110 2. Абракітов, В.Е. Моделювання в акустиці: монографія / В.Е. Абракітов. - Харків: ХНАМГ, 2011. - 227 с. 3. Абракитов, В.Э. Визуализация картины зашумлённости городской застройки способами анало- гового моделирования / В. Э. Абракитов, В. В. Сафонов // Збірник наукових праць інституту безпере- рвної фахової освіти. - Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2002. – С. 3-8. 4. Патент № 2058601 (Россия). Устройство для визуализации картины зашумленности городской застройки / В.В. Сафонов, Ю.И. Захаров, В.Э. Абракитов - МПК G10К 1/00.- Опубл. 20.04.96. Бюл. № 11. 5. Заявка на патент № 94076397. (Україна). Пристрій квазіаналогового моделювання процесів розповсюдження звуку на території міста / В.Е. Абракітов, Ю.І. Захаров, В.В. Сафонов. – Заявл. 26.07.94 6. Абракитов, В.Э. Система констант подобия при моделировании физических явлений материа- льного мира / В.Э. Абракитов // Коммунальное хозяйство городов: Научно-техн. сборник. - Вып. № 35. - Київ: Техніка, 2002. – С.38-43. 7. Патент № 20369 (Україна). Пристрій візуалізації картини зашумованості міської забудови / В.В. Сафонов, Ю.І. Захаров, В.Е. Абракітов - МПК6 G01H 9/00. Опубл. 15.07.97. 8. Патент 69935А Україна,МПК7 G01Н17/00. Пристрій для візуалізації зашумованості міської за- будови. / В.В. Сафонов, В.Е. Абракітов, Ю.В. Богданов, Г.Ю. Бауліна - Опубл. 15.09.2004.Бюл. № 9. 9. Градостроительные меры борьбы с шумом / Г.Л. Осипов [и др.] - М.: Стройиздат, 1975. – 215 с. REFERENCES 1. Abrakitov, V.E. (2007), Analogove ta kvazianalogove modelyuvannya procesiv rozpovsyudzhennya zvuku v prostori dlya prognozuvannya shumovogo rezhimu na obyektii, scho zakhishchayetsya [Analogy and quazianalogy design of processes of distribution of sound in space for prognostication of noise mode on ob- ject which is on the defensive], Parus, Kharkiv, UA. 2. Abrakitov, V.E. (2001), Modelyuvannya v akutyci [Modelling in acoustics], Kharkiv National Acad- emy of Municipal Economy, Kharkiv, UA. 3. Abrakitov, V.E. and Safonov, V. V. (2002), «Visualization of the picture noise town building way an- alog modeling», Zbirnic naukovyh prac` institutu besperervnoyi fahovoyi osvity,. Science and education, Dnipropetrovsk, pp. 3-8. 4. Safonov, V.V., Zacharov, Yu.I. and Abrakitov, V.E. (1996), Prystriy dlya vizualizaciyi zashumovanosti miskoyi zabudovy. [Device for visualization of noise of municipal building], International industrial categorization G10К 1/00, Dnepropetrovsk, UA, Patent № 2058601 (in Russia). 5. Abrakitov, V.E. , Zacharov, Yu.I. and Safonov, V.V. (1994), Zayavka na patent № 94076397(Ukraina). Pristriy. analogovogo modelyuvannya procesiv rozpovsyudzennya zvuku na teritiriyi mista [Patent pending № 94076397(Ukraina). Device of quazianalog modelling of processes of distribution of sound on territory of the city], Dnipropetrovsk, UA (in Ukraine). 6. Abrakitov, V.E. (2002), «System of the constants of the resemblance at modeling of the physical phenomenas of the material world», Kommunalnoye khoziaystvo gorodov, Vyp. 35, pp. 38-43. (in Russan). 7. Safonov, V.V., Zacharov, Yu.I. and Abrakitov, V.E. (1997), Prystriy vizualizatsiyi kartyny zashumovanosti miskoyi zabudovy [The device of visualization of picture of noise of municipal building], International industrial categorization G01H 9/00, Dnipropetrovsk, UA, Patent № 20369 (Ukraine). 8. Safonov, V.V., Abrakitov, V.E., Bogdanov, Yu.V. and Baulina, G.Yu. (2004), Pryistriy vizualizacii zashumovanosti miskoyi zabudovy. [A device is for visualization of noise of municipal building], Interna- tional industrial categorization G01Н17/00, Dnspropetrovsk, UA, Patent № 69935А (Ukraine). 9. Osipov, G.L. [and others] (1975), Gradostroitelnye mery borby s shumom. [Building measures of the fight with noise], Stroyizdat, Moscow, SU. ______________________________ Про авторів Сафонов Владимир Васильевич, академик Международной академии безопасности жизнедея- тельности, кандидат технических наук, профессор кафедры безопасности жизнедеятельности Госу- дарственного высшего учебного заведения «Приднепровская государственная академия строительст- ва и архитектуры (ГВУЗ «ПГАСА»), Днепропетровск, Украина, safonov@ua.fm. Абракитов Владимир Эдуардович, академик Международной академии безопасности жизнедея- тельности, кандидат технических наук, доцент кафедры охраны труда и безопасности жизнедеятель- ности Харьковского национального университета городского хозяйства имени А. Н. Бекетова, Харь- ков, Украина, abrakitov@mail.ru. mailto:abrakitov@mail.ru ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 127 111 About the authors Safonov Vladimir Vasilevich, Academician of the international Academy of Life Protection, Candidate of Technical Sciences (Ph.D), Professor of the Department of Safety of Vital Functions, State Higher Education Institution “Pridneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture” (SHEI “PSACEA”), Dnepropetrovsk, Ukraine, safonov@ua.fm Abrakitov Vladimir Eduardovich, Academician of the International Academy of Life Protection, Candi- date of Technical Sciences (Ph. D), Associate Professor of the Department of Safety of Vital Functions, State Higher Education Institution «O.M.Beketov National University of Urban Economy» (SHEI NUUER) Khar- kov, Ukraine, abrakitov@mail.ru _______________________________ Аннотация. Предложена новая конструкция устройства моделирования акустических процес- сов на территории современного города. Применение света не в видимом, а в инфракрасном диа- пазоне имеет достаточно большие преимущества в плане расширения диапазона возможных мас- штабов линейных размеров при моделировании. Спецификация составных частей устройства: пе- ременная модель городской территории; модели разнообразных источников звука; средство реги- страции распределения энергии, которая моделируется (электронно-оптический преобразователь). Поскольку звук и инфракрасное излучение подчиняются одинаковым для всех типов волн законо- мерностям распространения, энергия инфракрасного излучения распространяется по поверхности модели идентично. Полученная в ходе модельных экспериментов информация вносится в компь- ютер и строятся карты шума, которые описывают распределение акустического загрязнения на территории города. Создано устройство квазианалогового моделирования процессов распростра- нения звука, которое реализует установленную аналогию между распространением звука и элек- тромагнитных волн. Обеспечена возможность картографирования шумового режима с примене- нием современных технологий путем построения карт шума по результатам квазианалогового мо- делирования. Применение предлагаемых решений особенно актуально в жилых районах, приле- гающих к промышленным и транспортным объектам, в частности, угольным предприятиям и ав- томагистралям. Ключевые слова: акустика; аналогия; визуализация звука; карта шума; моделирование. Abstract. A new construction device of modelling of acoustic processes on the territory of contempo- rary city is offered. Application of light not in visible one, and in an infra-red range takes enough large ad- vantages in the plan of expansion range of possible scales of linear sizes at the modelling. Specification of component parts of device: variable model of the city territory; models of various sources of sound; mean of registration distributing of energy which is designed (eleсtronic-optical transformer). As sound and in- fra-red radiation submit to conformities to the law of distribution identical for all types of waves, energy of infra-red radiations spreads on the surface of model identically. It is brought in a computer and the cards of noise, which describe distributing of acoustic contamination on territory of city, are built. The device of quazy-analogous modelling processes of distribution of sound, which will realize the set analogy between distribution of sound and electromagnetic waves, is created. Possibility of cartografing a map of the noise mode with the use of modern technologies by construction of cards of noise on results the quazy- analogous modelling is garanteed. Application of the offered solutions is especially actual in dwelling dis- tricts, adjoining to the industrial and transport objects, in particular, coal enterprises and motorways. Keywords: acoustics; analogy; visualization of sound; card of noise; design. Статья поступила в редакцию 20.03.2016 Рекомендовано к печати д-ром техн. наук Т.В. Бунько mailto:abrakitov@mail.ru

Квазіаналогове моделювання процесів поширення звуку на території міста

Репозитарії

Схожі ресурси