Norma ISO 9613

Wstęp

Norma ISO 9613 specyfikuje m.in. inżynierskie metody obliczania tłumienia hałasu w czasie rozprzestrzeniania się w środowisku, aby można było przewidzieć poziom hałasu w pewnej odległości do źródła lub źródeł hałasu. Dzięki tej metodzie można przewidzieć ekwiwalentny ciągły poziom dźwięku A, przy uwzględnieniu warunków pogodowych. Metody te specyfikują również obliczenia długotrwałego średniego poziomu dźwięku A, który obejmuje poziomy dźwięku dla wielu różnych warunków meteorologicznych.

Metody te składają się z algorytmów dla pasm oktawowych (nominalna częstotliwość środkowa 63 Hz do 8 kHz) obliczających tłumienie dźwięku, pochodzącego ze źródła punktowego.

Źródła mogą być stacjonarne lub ruchome.

W algorytmach wykorzystano następujące wielkości:

ˇ          odchylenie geometryczne,

ˇ          absorpcja atmosferyczna,

ˇ          "ground" efekt,

ˇ          odbicie powierzchniowe.

Opisano również rozprzestrzenianie się dźwięku na terenach przemysłowych, mieszkalnych lub zielonych.

Metody te można zastosować w praktyce dla różnego rodzaju źródeł i środowisk. Wyjątkiem jest hałas lotniczy i hałas tzw. wojskowy (wybuchy itp.).

Podstawowe definicje

Ekwiwalentny ciągły poziom dźwięku A (LAt):

Gdzie:

PA(t) - ciągłe ciśnienie dźwięku A [Pa],

P0 - ciśnienie odniesienia = 20*10-6 [Pa],

T - czas trwania [s],

Ekwiwalentny ciągły poziom dźwięku w pasach oktawowych LfT:

Gdzie:

pf(t) - ciągłe ciśnienie dźwięku w pasmach oktawowych [Pa],

f - częstotliwość środkowa pasma oktawowego,

Tłumienność wtrąceniowa (przeszkody):

Jest to różnica [dB] pomiędzy poziomami ciśnienia w punkcie odbioru w dwóch przypadkach:

na drodze propagacji istnieje przeszkoda,

przeszkoda ta została usunięta,

Pozostałe warunki propagacji fali są takie same w obu przypadkach.

Opis źródła

Omawiane równania stosuje się dla źródeł punktowych. Rozciągłe źródło hałasu (droga lub linia kolejowa, obszar przemysłowy) może być reprezentowana przez szereg sekcji ),  z których każda ma odpowiednia moc i kierunkowość. Źródła liniowe można podzielić na odcinki, źródło powierzchniowe na mniejsze komórki.

Grupy punktów mogą być opisane jako jedno źródło punktowe usytuowane w środku grupy, w szczególności jeśli:

źródła mają w przybliżeniu taką sama moc i wysokość nad ziemia,

panują takie same warunki propagacji,

odległość  między punktem odbioru a pojedynczym równoważnym źródłem przekracza dwukrotnie największy wymiar Hmax źródła (d>2*Hmax).

Warunki meteorologiczne

Obliczenia przeprowadzane są dla propagacji hałasu z wiatrem.

Propagacja hałasu z wiatrem ma miejsce wtedy, gdy:

kierunek wiatru jest w granicach ą45º od kierunku łączącego środek dominującego źródła i środek punktu odniesienia,

prędkość wiatru wynosi od 1 do 5 s, mierzona jest na wysokości 3 - 11 m nad ziemią,

Podstawowe równania

Równoważny, z wiatrem, ciągły poziom dźwięku w paśmie oktawowym w punkcie odbioru można obliczyć dla każdego źródła punktowego z równania:

LfT(Dw) = LW + DC -A

Gdzie:

LW - poziom mocy źródła w paśmie oktawowym, w porównaniu  do mocy odniesienia = 1 pikowat (1pW),

DC - korekcja kierunkowa [dB], która opisuje wielkość odchylenia w danym kierunku ekwiwalentnego poziomu dźwięku pochodzącego od źródła punktowego w stosunku do poziomu dźwięku źródła wszechkierunkowego,

A - tłumienie w paśmie oktawowym [dB],

A = Adiv + Aatm + Agr + Abar +Amisc

Gdzie:

Adiv - tłumienie spowodowane odchyleniem geometrycznym,

Aatm - tłumienie spowodowane absorpcja atmosferyczną,

Agr - tłumienie spowodowane "ground" efektem,

Abar - tłumienie spowodowane przeszkodami,

Amisc - tłumienie spowodowane różnorodnymi innymi efektami,

Gdzie:

d- odległość pomiędzy źródłem a punktem odbioru [m],

d0 - odległość odniesienia = 1m,

Aatm = α*d/1000

Gdzie:

α - współczynnik pochłania atmosferycznego [dB/km] dla każdego pasma oktawowego (tabela 1).

Tabela 1 - Współczynnik tłumienia atmosferycznego α  dla pasm oktawowych

Temperatura

[ºC]

Wilgotność

wzgl. [%]

Współczynnik tłumienia atmosferycznego α [dB/km]

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

10

70

0,1

0,4

1,0

1,9

3,7

9,7

32,8

117

20

70

0,1

0,3

1,1

2,8

5,0

9,0

22,9

76,6

30

70

0,1

0,3

1,0

3,1

7,4

12,7

23,1

59,3

15

20

0,3

0,6

1,2

2,7

8,2

28,2

88,8

202

15

50

0,1

0,5

1,2

2,2

4,2

10,8

36,2

129

15

80

0,1

0,3

1,1

2,4

4,1

8,3

23,7

82,6

Wielkość Agr jest rezultatem odbicia dźwięku od powierzchni ziemi. Tłumienie to jest spowodowane przede wszystkim przez powierzchnie ziemi blisko źródła oraz blisko punktu odbioru. Aby można było obliczyć to tłumienie powierzchnia ziemi powinna być płaska, raczej pozioma lub ze stałym nachyleniem.

Można wyróżnić 3 regiony dla tzw. "ground" efektu:

a) region źródłowy - odległość od źródła w kierunku punktu odbioru o długości  30 hs  (maksymalna długość dp),

hs - wysokość źródła,

dp - odległość od źródła do punktu odbioru,

b) region odbioru - odległość od punktu odbioru w kierunku źródła o długości 30hr (maksymalny dystans dp)

hr - wysokość punktu odbioru

c)region środkowy - pomiędzy regionem źródłowym a regionem odbioru.

Jeśli dp, (30h  + 30hr) region źródłowy i odbioru pokrywają się częściowo.

Własności akustyczne każdego regionu można obliczyć ze współczynnika G.

 Można wyróżnić 3 kategorii powierzchni ziemi:

Powierzchnia twarda - np. asfalt, woda, lód itp. G = 0,

Powierzchnia porowata - np. powierzchnia pokryta trawą, drzewami itp. G= 1,

Powierzchnia mieszana - zawiera elementy zarówno powierzchni twardej, jak i mieszanej 0<G<1.

Adr = As + Ar + Am,

Gdzie:

As - tłumienie w regionie źródłowym, 

Ar - tłumienie w regionie punktu odbioru, 

Am - tłumienie w regionie środkowym, 

Metody obliczenia tych wartości zawiera tabela 2.

Agr można obliczyć również z innego wzoru:

Hm - średnia wysokość ścieżki propagacji (rysunek 3).

Wzór ten można stosować, gdy:

interesuje nas tylko poziom dźwięku A w punkcie odbioru,

hałas rozprzestrzenia się nad powierzchnia porowatą lub mieszana z przewagą powierzchni porowatej,

Tabela 3 Metoda obliczenia As , Ar i Am

Nominalna częst. środkowa [Hz]

As lub Ar

[dB]

Am

[dB]

63

-1,5

 

 

 

 

-3q(1-G)

125

-1,5+G*a’(h)

250

-1,5+G*b’(h)

500

-1,5+G*c’(h)

1000

-1,5+G*d’(h)

2000

-1,5(1-G)

4000

-1,5(1-G)

8000

-1,5(1-G)

Dla dp <30(hs+hr) q=0

Dla dp >30(hs+hr) q=









Ekranowanie

Obiekt można zaliczyć do przeszkód ekranujących, gdy:

- Jego gęstość powierzchniowa jest nie mniejsza  niż 10 kg/m2,

- Obiekt ma powierzchnie zamkniętą bez dużych otworów,

Wymiar poziomy, prostopadły do linii łączącej punkt odbioru i źródło jest większy niż długość fali λ dla nominalnej częstotliwości środkowej pasma oktawowego:

Ll + Lr < λ (rysunek 1).

Rys 1 Przeszkody pomiędzy źródłem a punktem odbioru

Dyfrakcja na krawędzi górnej:

Abar = Dz - Ag >0,

Dyfrakcja na krawędziach bocznych:

Abar = Dz

Dz - tłumienie przeszkody w każdym paśmie oktawowym,

Agr - tłumienie spowodowane "ground" efektem, jeśli przeszkoda nie występuje.

C1 = 20 [dB] (zawiera efekt odbicia od powierzchni ziemi, w pewnych przypadkach może być równe 40 dB),

C3 = 1 - dla pojedynczego ugięcia, (rysunek 2)

Rysunek 2 - dyfrakcja pojedyncza

dla podwójnej dyfrakcji (rysunek 3)

Rysunek 3 - dyfrakcja podwójna

λ  - długość fali (dla częstotliwości środkowej pasma oktawowego),

Kmet - współczynnik korekcji atmosferycznej,

Z - różnica pomiędzy długością drogi propagacji fali ugiętej na przeszkodzie a droga propagacji bez przeszkody,

E - odległość pomiędzy dwoma krawędziami ugięcia,

Dla pojedynczej dyfrakcji:

Gdzie:

Dss - odległość pomiędzy źródłem a krawędzią ugięcia [m],

Dsr - odległość pomiędzy punktem odbioru a krawędzią ugięcia [m],

A - składnik odległości równoległy do krawędzi przeszkody pomiędzy źródłem a punktem odbioru [m],

Dla podwójnej dyfrakcji:



Kmet = 1 dla z≤0.

Odbicie

Odbicie można potraktować w kategorii źródła pozornego. Odbicia (np. od budynków)mogą zwiększyć poziom hałasu w punkcie odbioru. Aby nastąpiło odbicie muszą być spełnione następujące warunki:

współczynnik odbicia ≥0,2,

pole powierzchni jest wystarczająco duże dla długości fali λ (rysunek4)

Przykładowe współczynniki odbicia:

ściany - 1,

ściany z oknami - 0,8,

mury z otworami, które stanowią 50 % powierzchni - 0,4

Rysunek 4 - odbicie od przeszkody

Poziom mocy źródła pozornego:

Lw,im = Lw + 10*log(ς) + Dir

Gdzie:

ζ - współczynnik odbicia (tabela)

Dir - indeks kierunkowości źródła,

Współczynnik korekcji meteorologicznej

Cmet = 0 jeśli dp <10(hs + hr)

jeśli dp >10(hs + hr

Gdzie:

Hs - wysokość źródła,

Dp - odległość w poziomie między źródłem a punktem odbioru,

C0 - współczynnik zależący od lokalnych warunków meteorologicznych (zależy od prędkości i kierunku wiatru, gradientu temperatury itp.)

Wartości Cmet  można odczytać z wykresu (rysunek5)

Rysunek 5 - współczynnik Cmet

Dodatkowe typy tłumienia (Amisc)

Wielkość Amisc zawiera następujące wartości:

Afol - tłumienie dźwięku na terenach zielonych,

Asite - tłumienie dźwięku na terenach przemysłowych,

Ahous - tłumienie dźwięku na terenach mieszkalnych,

Tereny zielone - pokrycie drzewami i krzewami powoduje małe tłumienie dźwięku. Tłumienie spowodowane jest przede wszystkim przez roślinność znajdującą się blisko źródła dźwięku i blisko punktu odbioru (rysunek6).

df = d1+ d2

Rysunek 6 - Tłumienia w wyniku rozprzestrzeniania się dźwieku na terenie zielonym

W tabeli podane są współczynniki tłumienia spowodowane przez roślinność.

Tabela - Tłumienie w pasmach oktawowych dla terenów zielonych

Dystans propagacji df [m]

 Nominalna  częstotliwość środkowa[Hz]

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

10 ≤ df ≤ 20

Tłumienie [dB]

0

0

1

1

1

1

1

3

20 ≤ df ≤ 200

Tłumienie [dB/m]

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,08

0,09

0,12

Tereny przemysłowe - wartość Asite - zależy w dużym  od rodzaju terenu, w związku z tym powinna być wyznaczana za pomocą pomiarów. Można jednak estymować jej wartość zgodnie z wartościami podanymi w tabeli. Tłumienie to wzrasta wraz ze wzrostem wielkości obszaru przemysłowego, po którym rozprzestrzenia się dźwięk (rysunek).

Tabela - Współczynnik tłumienia dla pasm oktawowych dla terenów przemysłowych

Nominalna  częstotliwość środkowa[Hz]

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

Asite, [dB/m]

0

0,015

0,025

0,025

0,02

0,02

0,015

0,015

Tereny mieszkalne - Jeśli punkt emisji i punkt odbioru znajdują się na terenie mieszkaniowym, tłumienie spowodowane jest odbiciami od domów.

Wartość tego współczynnika można estymować dla poziomu dźwięku A następującym równaniem:

Ahous = Ahous,1+Ahous,2,

Ahous,1 = 0,1Bdb, [ dB]

Gdzie:

B- gęstość budynków wzdłuż drogi propagacji na terenie mieszkalnym,

Db - długość drogi propagacji fali na terenie mieszkalnym,

Ahous,2 = -10log[1-(p/100)] [dB]

P - procent długości fasad domów w stosunku do całkowitej długości propagacji fali ≤90%.

Dokładność metody

Dokładność metody podana jest w tabeli.

Tabela - Estymowana dokładność obliczenia LAT(DW)

Wysokość [m]

Odległość d [m]

0< d <100

100 < d< 1 000

0 < h <5

ą 3 dB

ą 3 dB

5 < h < 30

ą 1 dB

ą 3 dB