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. Запропоновано інте...
Saved in:
| Date: | 2007 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут гідромеханіки НАН України
2007
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1043 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | 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. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860133968481878016 |
|---|---|
| author | Вовк, И.В. Сотникова, Т.А. |
| author_facet | Вовк, И.В. Сотникова, Т.А. |
| 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. |
| collection | DSpace DC |
| 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.
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.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:46:56Z |
| format | Article |
| 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
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1043 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1028-7507 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:46:56Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут гідромеханіки НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Вовк, И.В. Сотникова, Т.А. 2008-07-15T09:12:09Z 2008-07-15T09:12:09Z 2007 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 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1043 534.1 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. ru Інститут гідромеханіки НАН України Интегральные акустические характеристики V-образного шумоподаввляющего барьера Integral acoustic characteristic of the V-shaped noise-suppressing barrier Article published earlier |
| spellingShingle | Интегральные акустические характеристики V-образного шумоподаввляющего барьера Вовк, И.В. Сотникова, Т.А. |
| title | Интегральные акустические характеристики V-образного шумоподаввляющего барьера |
| title_alt | Integral acoustic characteristic of the V-shaped noise-suppressing barrier |
| 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_short | Интегральные акустические характеристики V-образного шумоподаввляющего барьера |
| title_sort | интегральные акустические характеристики v-образного шумоподаввляющего барьера |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1043 |
| work_keys_str_mv | AT vovkiv integralʹnyeakustičeskieharakteristikivobraznogošumopodavvlâûŝegobarʹera AT sotnikovata integralʹnyeakustičeskieharakteristikivobraznogošumopodavvlâûŝegobarʹera AT vovkiv integralacousticcharacteristicofthevshapednoisesuppressingbarrier AT sotnikovata integralacousticcharacteristicofthevshapednoisesuppressingbarrier |