Jak obliczyć wysokość i długość ekranu akustycznego

Ekran akustyczny to konstrukcja mająca na celu ograniczenie propagacji dźwięku, zwłaszcza wzdłuż tras komunikacyjnych, aby zmniejszyć hałas w okolicznych obszarach. Aby obliczyć wysokość i długość ekranu akustycznego, należy wziąć pod uwagę kilka czynników:

1. Oddalenie od źródła dźwięku: Określ, z jakiego źródła dźwięku chcesz ochronić okolicę, na przykład autostradę, tory kolejowe, itp. Im dalej ekran akustyczny znajduje się od źródła dźwięku, tym lepiej będzie działał.
2. Poziom hałasu: Zbadaj poziom hałasu w okolicy, aby określić, jak silne musi być tłumienie dźwięku przez ekran akustyczny.
3. Typ ekranu akustycznego: Wybierz odpowiedni typ ekranu akustycznego. Mogą to być ekrany betonowe, drewniane, metalowe, zielone (wykorzystujące roślinność jako tłumienie) itp.
4. Wysokość ekranu: Wysokość ekranu akustycznego powinna być wystarczająca, aby zminimalizować rozprzestrzenianie się dźwięku ponad przeszkodą (np. drogą). Zazwyczaj stosuje się ekrany o wysokości od 2 do 5 metrów.
5. Długość ekranu: Długość ekranu zależy od obszaru, który ma być ochraniany przed hałasem. Ekran powinien być wystarczająco długi, aby ochronić obszar zamieszkania, szkoły, itp. od źródła hałasu. Często ekran akustyczny jest znacznie dłuższy niż sam obszar, który ma być chroniony, aby lepiej rozpraszać dźwięk.

Kształt terenu: Jeśli teren jest pagórkowaty lub nierówny, może to wpłynąć na efektywność ekranu akustycznego. Konieczne może być dostosowanie jego wysokości i długości do ukształtowania terenu

Aby obliczyć wysokość ekranu akustycznego, należy wziąć pod uwagę zarówno wysokość źródła hałasu, jak i obszar, który chcemy chronić przed hałasem. Proces obliczania wysokości ekranu zależy od geometrii terenu, wysokości źródła dźwięku oraz wysokości odbiorcy (punktu chronionego). W tym celu można zastosować poniższe kroki:

1. Określenie wysokości źródła hałasu (h₁):

   • Zmierz lub oszacuj wysokość, na jakiej znajduje się źródło hałasu (np. silnik samochodu, maszyna przemysłowa). Zwykle to wysokość od poziomu ziemi do miejsca emisji dźwięku.

2. Określenie wysokości punktu chronionego (h₂):

   • Zidentyfikuj wysokość, na której chcesz chronić obszar przed hałasem, np. wysokość okien budynku mieszkalnego czy poziom ucha osoby stojącej na ziemi. Zwykle to około 1,5 m dla osoby dorosłej.

3. Odległość między źródłem hałasu a punktem chronionym (d):

   • Zmierz odległość pomiędzy źródłem hałasu a punktem, który chcesz chronić. Ważne jest, aby wiedzieć, jak daleko ekran będzie oddalony zarówno od źródła dźwięku, jak i od chronionego obszaru.

4. Wyznaczenie minimalnej efektywnej wysokości ekranu (hₑ):

   • Efektywna wysokość ekranu to wysokość, która sprawia, że dźwięk nie może dotrzeć bezpośrednio do punktu chronionego. W teorii falowej dźwięku oznacza to, że ekran musi zasłonić ścieżkę prostej linii między źródłem a odbiornikiem (punktem chronionym).
   • Minimalna efektywna wysokość ekranu może być obliczona z następującego wzoru: $$hₑ = \frac{d}{2} \cdot \left( \frac{h₁ + h₂}{d} \right)$$

   gdzie:

   • $h₁$ – wysokość źródła hałasu,
   • $h₂$ – wysokość punktu chronionego,
   • $d$ – odległość między źródłem a punktem chronionym.

5. Dodatkowe czynniki:

   • Jeśli teren jest nierówny, można wprowadzić poprawki na wysokość ekranu w zależności od różnicy w poziomach gruntu między źródłem hałasu a punktem chronionym.
   • Zwykle dodaje się zapas w wysokości ekranu, aby zapewnić wystarczającą skuteczność w zmniejszaniu hałasu, zwłaszcza jeśli hałas pochodzi z różnych kierunków.

Uwagi dodatkowe:

• Im większa odległość pomiędzy ekranem a źródłem hałasu oraz chronionym obszarem, tym wyższy powinien być ekran.
• W przypadku bardzo silnych źródeł hałasu, takich jak autostrady czy zakłady przemysłowe, można również stosować dodatkowe materiały dźwiękochłonne na ekranie, które zwiększają jego efektywność.

Przykład:

Jeśli masz źródło hałasu na wysokości 1,5 m (np. samochód), a chcesz chronić teren na wysokości 2 m, z odległością 10 m między źródłem a punktem chronionym, to minimalna wysokość ekranu wyniesie:

$$hₑ = \frac{10}{2} \cdot \left( \frac{1,5 + 2}{10} \right) = 5 \cdot 0,35 = 1,75 \, \text{m}.$$

Ekran o wysokości około 2 m powinien być wystarczający w tym przypadku.

bliczenie długości ekranu akustycznego zależy głównie od tego, jaki obszar ma być chroniony przed hałasem oraz od charakterystyki źródła hałasu. Kluczowe jest, aby ekran skutecznie blokował rozprzestrzenianie się fal dźwiękowych, zwłaszcza na chroniony obszar. Aby obliczyć odpowiednią długość ekranu akustycznego, należy wziąć pod uwagę kilka czynników:

1. Określenie szerokości źródła hałasu:

   • Zidentyfikuj szerokość lub obszar, z którego pochodzi hałas. Może to być np. szerokość drogi, linii produkcyjnej w fabryce, placu budowy lub grupy urządzeń emitujących hałas. Jeśli źródło hałasu jest pojedynczym punktem, ekran musi zasłaniać ten punkt oraz chronić rozległy obszar odbiorczy.

2. Zidentyfikowanie obszaru chronionego:

   • Ustal, jaki obszar wymaga ochrony przed hałasem. Na przykład, jeśli chcesz chronić osiedle mieszkalne, ekran musi być wystarczająco długi, by zabezpieczyć wszystkie budynki wzdłuż drogi lub zakładu przemysłowego.

3. Ustal promień fali dźwiękowej:

   • Dźwięk rozchodzi się falowo, dlatego ekran musi być wystarczająco długi, aby zasłonić nie tylko bezpośrednią linię między źródłem hałasu a chronionym obszarem, ale także w pewnym stopniu fale boczne. Dlatego ekran akustyczny powinien być dłuższy niż sama szerokość źródła hałasu.

4. Dodanie marginesu długości:

   • Aby ekran był skuteczny, jego długość powinna być co najmniej o 1,5-2 razy większa niż szerokość obszaru hałasu, a dodatkowo rozciągać się o kilka metrów poza strefę, którą chcemy chronić. To pozwala na minimalizację bocznego przepływu dźwięku (tzw. zjawiska dyfrakcji dźwięku).

   • Zjawisko dyfrakcji oznacza, że fale dźwiękowe mogą „obchodzić” krawędzie ekranu i nadal docierać do chronionego obszaru. Dlatego ekran powinien być dłuższy niż sama szerokość źródła, aby skutecznie blokować także te fale.

5. Lokalizacja źródła hałasu i punktów chronionych:

   • Ważne jest również umiejscowienie ekranu względem źródła i punktów, które mają być chronione. Ekran powinien zaczynać się blisko źródła hałasu i rozciągać na tyle długo, aby chronić obszar narażony na bezpośredni napływ fal dźwiękowych.

Przykładowy wzór na minimalną długość ekranu:

Jeśli masz szerokość źródła hałasu $d_s$ oraz odległość $d_p$ od miejsca chronionego, minimalna długość ekranu $L_{min}$ powinna być wyznaczona wzorem:

$$L_{min} \approx d_s + 2 \cdot h_e$$

gdzie $h_e$ to efektywna wysokość ekranu (obliczona wcześniej).

Przykład:

• Jeśli źródło hałasu (np. droga) ma szerokość 10 m, a chcesz zabezpieczyć obszar na odległość 30 m od drogi, ekran powinien mieć minimalnie 10 m szerokości plus dwa razy wysokość ekranu.
• Przy ekranie o wysokości 3 m, długość ekranu powinna wynosić co najmniej: $$L_{min} = 10 \, m + 2 \cdot 3 \, m = 16 \, m$$

Uwagi:

• W praktyce ekrany są często dłuższe niż minimalna wymagana długość, aby zapewnić skuteczność nawet w przypadku silnych źródeł hałasu lub dużych różnic w terenie.
• W zależności od specyficznych wymagań (np. ochrona przed hałasem drogowym wzdłuż autostrady), długość ekranu może być znacznie zwiększona, aby zapewnić ochronę dla dłuższego odcinka drogi czy większej grupy budynków.