ZAŘÍZENÍ PRO SNÍŽENÍ HLUKU Z POZEMNÍ DOPRAVYZVLÁŠTNÍ ZAMĚŘENÍ NA AKUSTICKÉ CLONY

Karel Mašata

Stručný obsah diplomové práce

ÚvodDůsledky působení hlukuMěření zvukuPřehled zařízení pro snížení hluku z pozemní dopravyPřehled platné legislativyÚtlum zvukuŠíření zvuku přes překážkuVýpočet hluku z pozemní dopravyDélka akustické clonyZávěr

Úvod

Podíl dopravy na celkovém hluku60%

10%8%8%5%

9%

Silniční doprava Železniční dopravaLetecká doprava PrůmyslStavební místa Ostatní

Základní pojmy

ZvukFyzikální definice – mechanické vlnění pružného prostředíFyziologická definice – „tu vnímáme sluchem“

HlukHlukem můžeme označit každý nežádoucí zvuk, záleží na vztahu člověka k danému zvukuDělení hluku podle povahy

Ustálený – změna hladiny < 5 dB(A)Nepravidelný – změna hladiny > 5 dB(A)Impulsní – tvořen zvukovými impulsyPřerušovaný – náhlé změny hladiny (proměnlivý hluk)

Důsledky působení hluku

NegativníSpecifické

Akutní akustické a explozní traumaChronické akustické traumaMaskováníHoršení zpracování a vštěpování poznatků

SystémovéFunkční poruchy v aktivaci centrálního nervového systémuFunkční poruchy motorických a smyslových funkcíFunkční poruchy emocionální rovnováhyOvlivnění kvality sociální interakce

Měření zvuku

Měřicí technikaMikrofony – pro akustický tlak zvukuAkcelerometry – pro akustické zrychlení vibrací

Měření zvukuZvukoměr

Měřicí řetězec (mikrofon, zesilovač, měřidlo)Další části, které nemusí být vždy zastoupeny (efektovací obvod, integrační obvody, váhové filtry, logaritmická stupnice)

Zkalibrování měřicího řetězce před měřenímPřed měřením (někdy také během a po měření)

Měření zvuku

Měřicí technika od firmy Brüel & Kjaer

Měření zvuku

Ekvivalentní hladina akustického tlaku A

0,1

1

110log 10 i

nL

Aeqi

Ln =

= ∑ ( )dB A⎡ ⎤⎣ ⎦

kdeLi je i-tá naměřená hladinan je celkový počet naměřených údajů (hladin)

Přehled zařízení pro snížení hluku z pozemní dopravy

Základní vlastnosti protihlukových zařízeníÚčinnost cca 6 – 12(15) dBMalý nárok na půdorysnou plochuVzhledem k podílu nižších frekvencí v dopravním hluku je třeba počítat s ohybem vln za clonou, zmenšujícím efekt stíněníÚtlum, způsobovaný clonou je tím větší, čím je větší efektivnívýška clony a čím menší jsou vzdálenosti mezi zdrojem a clonou a zejména mezi clonou a příjemcemNezbytné otvory ve cloně musí být akusticky cloněnyClona musí být nejen dostatečně vysoká, ale i dostatečnědlouhá

Přehled zařízení pro snížení hluku z pozemní dopravy

Kritéria návrhuAkustickáArchitektonickáStavebně konstrukční

Akustické kritériumCo možná největší vzdálenost mezi komunikací a obytným prostředímVolba protihlukového opatření u zdroje na komunikaciNávrh protihlukového opatření na trase ve směru šíření hlukuZvuková izolace chráněných prostorů v budově

Přehled zařízení pro snížení hluku z pozemní dopravy

Architektonické kritériumRespektování prostředí, krajiny, reliéfu terénuVhodné tvarové, barevné, řešení clonyBarevná a strukturální pestrost vnitřního povrchu clonyPožadavky na bezpečnost provozu

Přehled zařízení pro snížení hluku z pozemní dopravy

Stavebně konstrukční kritériumPožadavky na:

Stabilitu, tvarovou a rozměrovou stálost, rozměrovétolerance, limity průhybuPlošná hmotnost min. 10 kg/m2

Odolnost proti stárnutí a koroziStálobarevnostOdolnost proti ohniOdolnost proti vrženému kameniNenáročnost na údržbu

Přehled zařízení pro snížení hluku z pozemní dopravy

Materiálové dělení protihlukových clonSystémy s použitím plastůSystémy ze dřevaSystémy VELOXOcelové systémySystémy z hliníkových slitinBetonové systémyAzbestocementové systémySystémy s průhlednou výplníZděné systémyMontované ozeleňované clony

Přehled platné hlukové legislativy

Základní legislativaZákon 258/2000 Sb. o ochraně veřejného zdraví a o změněněkterých souvisejících zákonůNařízení vlády č. 502/2000 Sb. o ochraně před nežádoucími účinky hluku a vibrací ve znění NV č. 88/2004 Sb.HEM-300-11.12.01-34065 Metodický návod pro měření a hodnocení hluku v mimopracovním prostředí

Útlum zvuku

Přenosový útlumÚtlum vlivem prostorové disperzeÚtlum vlivem absorpce ve vzduchuÚtlum vlivem větru, teplotních gradientů, atmosférickéturbulence, přízemního efektuÚtlum vlivem deště, mlhy nebo sněhu

Vložný útlumÚtlum vlivem odrazuÚtlum akustickou clonou

Šíření zvuku přes překážku

Útlum akustickou clonouÚtlum podle Z. MaekawyTeoretické zjištění útlumu pro bodový zdroj zvukuÚtlum podle J. Čechury (návrh akustické clony)

Další druhy překážek a útlumů v pozemní dopravěOdrazivý terénPohltivý terénVzrostlá zeleňKonečný úsek komunikaceNízko rozptýlená zástavbaPřilehlá a protilehlá budova (zástavba)

Útlum podle Z. Maekawy

Útlum zvuku akustickou clonouHodnota Fresnelova čísla N [-]

2N δ=λ

Pro rychlost zvuku c = 340 m.s-1

dostáváme závislost na kmitočtu

fN δ.=170

Útlum podle Z. Maekawy

Výslednou hodnotu útlumu D [dB] získáme z následujícího grafu

Teoretické zjištění útlumu pro bodový zdroj zvuku

Všeobecně platný vztah2 21 1log

2 2D x y

⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞= − + −⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦

kde x a y jsou hodnoty Fresnelových integrálů, které určíme pomocí parametru q

( )2 a bfq hc ab

+= nebo také 0,39614, 22D q=

Pokud a λ b λa

2 22log 1 1 1 1 10h hD a ba b

⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟= + − + + − +⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟λ ⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦

, pak platí

Útlum podle J. Čechury

0

510

152025

3035

40

-1 -0,1 -0 -0 0 0 0,01 0,1 1 10 100

N [-]

DB

[dB

]

Návrh akustické clony

Útlum akustickou clonou v pozemní dopravě

Pro výpočet útlumu clony DB [dB] v okolídopravní komunikace se používánásledujícího vztahu:

DB = 24 dB pro δ > 60 m

pro 0 m ≤ δ ≤ 60 m jeDB = 13,41 + 10,47log(δ + 0,18) – 2,67[log(δ + 0,18)]2

kde δ = a + b – c [m] je hodnota Fresnelova čísla pro zvukovou vlnu o kmitočtu f = 170 Hz a vyjadřuje vliv rozdílu drah mezi dráhou zvuku přes clonu a přímou dráhou zvuku

Kategorie konstrukcí akustických clon

podle ČSN EN 1793 -1:1998 -2:1998 -3:1998 (73 7060) Zařízení pro sníženíhluku silničního provozu – zkušební stanovení akustických vlastností – Část 1: Určení zvukové pohltivosti laboratorní metodou – Část 2: Určení zvukovéneprůzvučnosti laboratorní metodou – Část 3: Normalizované spektrum hluku silničního provozu. 1. 10. 1998Účinnost pohltivosti

Účinnost vzduchové neprůzvučnosti

Kategorie DLR [dB]

B 0B 1B 2B 3

neměřeno< 15

15 až 24> 24

18/10

110.log 1 .10 iL

sii

DLα=

⎛ ⎞= − − α⎜ ⎟⎝ ⎠

∑

18/10 /10

110.log 10 .10i iR L

Ri

DL −

=

⎛ ⎞= − ⎜ ⎟⎝ ⎠∑

Kategorie DLα [dB]

A 0A 1A 2A 3A 4

neměřeno< 4

4 až 78 až 11

> 11

Výpočet hluku z pozemní dopravy

Pozemní dopravaSilniční – ekvivalentní hladina akustického tlaku A za hodinu pro jednotlivý úsek

Tramvajová – ekvivalentní hladina akustického tlaku A pro jednotlivý úsek tramvajové tratě

Trolejbusová – ekvivalentní hladina akustického tlaku A pro jednotlivý úsek trolejbusové tratě

Železniční – ekvivalentní hladina akustického tlaku A pro jednotlivý úsek železniční tratě

1 2 310log( . . . ) 40Aeq i iL F F F n C D= + + −∑ ∑

( )510log 44,5. . 40Aeq i iL F m C D= + + −∑ ∑

( )3 710log . . 40Aeq i iL F F p C D= + + −∑ ∑

( )10log 140. . . . 404 5 6Aeq i i iL F F F m P C D= + + + −∑ ∑ ∑

Délka akustické clony

Analogie se šířením světla2

4Hl =λ

Bez vlivu postranní difrakce18010logUD ⎛ ⎞= ⎜ ⎟α⎝ ⎠

Délka akustické clony bez vlivu postranní difrakce

Grafická závislost

Délka akustické clony podle Z. Maekawy

Schéma výpočtuPočítáme s vlivem postranní difrakceNejobecnější metoda

[ ] [ ] [ ]( )/10 /10 /1010 log 10 10 10A B CL L LL = + +

Závěr

Složitá problematika protihlukových clonV souvislosti s nežádoucími dopady hluku se používání protihlukových clon jeví jako opodstatněnéLegislativa v protihlukové ochraně se v poslední dobězměnila, zejména v souladu s evropskými normamiPři šíření zvuku se uplatňují nejrůznější druhy útlumu, přičemž ve výpočtu můžeme nepodstatné útlumy zanedbatNavrhovaná protihluková opatření, či teoretické úvahy je nutné (vhodné) vždy ověřit přímým měřením v terénu

Přehled použitých zdrojů

[1] NOVÁČEK, J.: Podíl zeleně na snižování hluku (Vegetation share in noise reduction).2004[2] STEJSKAL, J.: Ubývání tichých míst - hluk se stal jedním z největších environmentálních

problémů ČR. 1. října 2004[3] STEINER, D.: Seminární práce na téma akustika. 2. června 1999[4] NOVÁK, J.: Vlnění v bodové řadě. Ing. Novák Jan, Dobiášova 890/40, 460 06 Liberec[5] KAŇKA, J.: Stavební fyzika 31. Praha, Vydavatelství ČVUT 2004[6] NOVÝ, R.: Hluk a chvění. Praha, Vydavatelství ČVUT 1995[7] SVOBODA, V.: Sluchové ústrojí - střední ucho (1. díl). 8. března 2004[8] SVOBODA, V.: Sluchové ústrojí – akustické trauma (4. díl). 11. srpna 2004[9] SZÚ Praha: Souhrnná zpráva, 1997 – Státní zdravotní ústav (SZÚ): Systém monitorování

zdravotního stavu obyvatelstva ve vztahu k životnímu prostředí. Souhrnná zpráva za rok 1998, SZÚ Praha 1998

[10] HAVRÁNEK, J., a kol.: Hluk a zdraví. Praha, Avicenum, zdravotnické nakladatelství 1990[11] SMETANA, C., a kol.: Hluk a vibrace, měření a hodnocení. Praha, MMT 1998[12] <http://www.recycles.org/cycle/images/noise.jpg>[13] Nařízení vlády č. 502/2000 Sb. o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací ve

znění NV č. 88/2004 Sb.[14] HEM-300-11.12.01-34065: Metodický návod pro měření a hodnocení hluku v

mimopracovním prostředí. Praha, Ministerstvo zdravotnictví – hlavní hygienik České republiky 11. prosince 2001

[15] ČECHURA, J.: Akustika stavebních konstrukcí. Praha, Vydavatelství ČVUT 1999

Přehled použitých zdrojů

[16] KAŇKA, J.: Stavební fyzika 1 – Zvuk a denní světlo v architektuře. Praha, VydavatelstvíČVUT 2004

[17] VELOX: katalog LÄRMSCHUTZ. Velox-Werk GesmbH, A – 9422 Maria Rojach 2004[18] MAEKAWA, Z. – LORD, P.: Environmental and Architectural Acoustics. London, E & FN

Spon 1994[19] MAEKAWA, Z.: Noise reduction by screens. Applied Acoustics, Volume 1, Issue 3, Pages 157-

173, July 1968[20] SZÚ Praha: Souhrnná zpráva, 2002 – Státní zdravotní ústav (SZÚ): Systém monitorování

zdravotního stavu obyvatelstva ve vztahu k životnímu prostředí. Souhrnná zpráva za rok 2002, SZÚ Praha 2003

[21] ORLÍK, A.: Diplomová práce – Modelování hluku ze silniční dopravy v oblasti městskézástavby. VŠB – TU Ostrava HGF (obor: Geoinformatika) 7. května 2004

[22] LIŠKA, V.: Diplomová práce (seminární, bakalářská, absolventská) zpracování a obhajoba. Praha, Ivo Ulrych – Růžičkův statek 2003

[23] LIBERKO, M.: Hluk z dopravy. Brno, VÚVA 1991[24] ŠPELDA, A.: Hudební akustika. Praha, SPN 1978[25] <http://www.bksv.com>[26] ČSN EN 1793 -1:1998 -2:1998 -3:1998 (73 7060) Zařízení pro snížení hluku silničního

provozu – zkušební stanovení akustických vlastností – Část 1: Určení zvukové pohltivosti laboratorní metodou – Část 2: Určení zvukové neprůzvučnosti laboratorní metodou – Část 3: Normalizované spektrum hluku silničního provozu. 1. 10. 1998

Připomínky k diplomové práci

V jednotlivých kapitolách je postupně rozebráno množství problematiky související s akustikou, ale některé s akustickými clonami mají vztah jen velmi malý např. některé části kapitoly Měření zvuku.Na straně 4 jsou zmíněny limity hluku pro dopravu a jsou dány do souvislosti se zdrojem literatury, který je ale převzal. Vhodnější by bylo asi ještě zmínit i původní zdroj, kterým je Nařízení vlády č. 502/2000 Sb. V ostatních případech jsou již u jiných zmiňovány i zdroje původní.Pro hodnotu 0 dB je smluvně stanovena hodnota akustického tlaku 20 µPa a ne 20 Pa, jak je uvedeno na str. 9.Na straně 45 je špatně označena tabulka č. 8.Od bodového zdroje hluku se vlnění šíří na kulových vlnoplochách (str. 48).V jednotlivých kapitolách je mnoho vztahů, které jsou převzaty z odborné literatury. Pravděpodobně díky překlepům vzniklo v ojedinělých případech k některým chybám případně záměně vztahů např. str. 49 vztah 25 nebo str. 82 vztah 115.Přesto, že již v názvu je zmíněno zaměření na akustické clony, bylo by možné zmínit i jinézpůsoby, než jsou výše zmíněné clony a doplnit tak kapitolu 4 a některé další uvést.Na straně 36 je zmíněno, že min. plošná hmotnost má být alespoň 10 kg/m2. Jaký mátento požadavek opodstatnění? Má tento požadavek souvislost s podmínkami platnosti výpočtu na str. 60?