Измерение шума единичных и повторяющихся единичных акустических событий

Методы измерения шума с применением понятия уровня звукового воздействия

При измерениях эквивалентного уровня звука (УЗ), создаваемого единичными акустическими событиями, возникает ряд проблем: когда начинать и заканчивать измерения? как измерить длительность акустического события? как корректно получить эквивалентный уровень звука за контролируемый период (например за дневное время суток), имея результаты измерений отдельных событий?

Рассмотрим следующую ситуацию: для гигиенической оценки необходимо измерить эквивалентный уровень звука, создаваемого редкими прохождениями поездов ночью. Если начинать измерения эквивалентного УЗ незадолго до начала проезда поезда, а заканчивать - спустя некоторое время после его проезда, то результаты измерений LA,eq,соб будут сильно зависеть от того, когда оператор начнёт и остановит измерение. Это неудачный способ построения измерений. Его можно улучшить, если одновременно с эквивалентным уровнем регистрировать продолжительность измерения, которая затем должна учитываться в расчетах.

Другой способ - провести мониторинговый замер и на основе полученных хронограмм изменения текущих уровней звука рассчитать LA,eq,соб  именно за время проезда поезда. Начало и конец события при этом отсчитываются по порогу -10 дБ от максимального текущего уровня звука LA,S,Max. Такое построение измерения корректное, но очень трудоёмкое.

После того, как будут получены LA,eq,соб для отдельных событий, необходимо рассчитать уровень звука, приведенный к продолжительности периода контроля, например,  LA,eq,8 часов. Для этого недостаточно просто рассчитать  среднее арифметическое значение по результатам отдельных замеров. Нужно рассчитать среднее энергетическое значение, в расчет которого входят точные длительности отдельных событий. Это ещё одна трудность такого метода измерений.

Предлагаемый ниже способ измерений шума, состоящего из отдельных событий, основан на измерениях уровня звукового воздействия и решает описанные проблемы. Этот метод применяется в ГОСТ 31296, ГОСТ 22283 и ГОСТ 32203. Данный метод лежит также в основе методик измерений МИ ПКФ-14-015 и МИ ПКФ-15-027.

Звуковое воздействие

Что такое звуковое воздействие?

С эквивалентным уровнем звука тесно связаны понятия "звуковое воздействие" и "уровень звукового воздействия".

Звуковое воздействие - это акустическая энергия за время действия шума. Величина звукового воздействия увеличивается, когда есть звуковое событие, и не меняется, когда шума нет, или он пренебрежимо мал.

Звуковое воздействие измеряется в (Па2 с) или (Па2 ч) и определяется формулой:

E_{A}=\int_{t_1}^{t_2}{p_{A}^2}(t)dt

Уровень звукового воздействия LAE в децибелах определяется формулой:

L_{AE} =10\times lg (E_{A}/E_{0}) ,

где Е0 = 4 ×10-10 Па2с,       Т0 = 1 с,         Т = t2t1 – время интегрирования.

Уровень звукового воздействия рассчитывается для полного времени интегрирования T.

 

Как ещё называется эта величина?

Звуковое воздействие имеет следующие устаревшие названия, которые встречаются в литературе и нормативной базе.

  • Доза шума.
  • Звуковая экспозиция (и уровень звуковой экспозиции).

Устоявшееся международное название этой величины: Sound Exposure (SE). Соответственно, Sound Exposure Level (SEL) - уровень звукового воздействия.

Как рассчитать суммарную звуковую экспозицию нескольких событий?

L_{AE}=10\times lg\left ( \sum_{i=1}^{N}10^{0,1\times L_{AE,i}} \right )

Как уровень звуковой экспозиции связан с эквивалентным уровнем звука?

L_{AE} = L_{Aeq,T} + 10\times lg(T/T_0)

Таким образом, зная суммарную звуковую экспозицию (или уровень звуковой экспозиции)  от всех акустических событий, созданных конкретным источником, можно получить эквивалентный уровень звука  только от этого источника за длительный период времени.

Метод измерения шума из единичных акустических событий

Предлагаемый метод измерения шума из повторяющихся единичных событий особенно удобен при оценке шума воздушных судов и шума, создаваемого железнодорожным транспортом. 

Метод заключается в измерении суммарного звукового воздействия по всем акустическим событиям от конкретного источника на периоде наблюдения, последующем пересчете суммарного звукового воздействия  и  эквивалентного уровня звука на периоде контроля. Такой способ позволяет давать оценку шума без проведения длительных мониторинговых измерений.

Метод состоит из следующих этапов:

  1. Определить период контроля Tcontr и период наблюдения T.
  2. На периоде наблюдения измерить звуковые воздействия LAE,i для каждого из N акустических событий, связанных с конкретным источником на периоде наблюдения, например, для каждого пролёта воздушного судна или для каждого проезда поезда.
  3. Рассчитать суммарное звуковое воздействие LAE  по всем событиям на периоде наблюдения.

4. Оценить количество звуковых событий NTcontr, связанных с рассматриваемым источником, на полном периоде контроля.

5. Рассчитать звуковое воздействие, обусловленное рассматриваемым источником шума, на периоде контроля по формуле:

L_{AE,Tcontr}= 10\times lg \left({10^{0,1\times L_{AE}} \times {N_{Tcontr}}/{N}\right ) = L_{AE} + 10\times lg\left ({N_{Tcontr}}/{N}\right ).

6. Рассчитать эквивалентный уровень шума от рассматриваемого источника на периоде контроля по формуле:

L_{Aeq,Tcontr}=L_{AE,Tcontr}-10\times lg(T_{contr}/T_0),

где Tcontr - длительность периода контроля в секундах, Т0=1 с.

Примечание. Если периоды наблюдения и контроля совпадают, то п.п. 4 и 5 не требуются.

Преимущества данного метода перед прямым измерением эквивалентного уровня звука следующие.

  • При измерениях уровней звукового воздействия не важно, в какой именно момент после окончания акустического события оператор остановит измерение уровня LAeq.
  • Влияние остаточного (фонового) шума на результаты измерений минимальны, так как во время самих событий уровень фонового шума пренебрежимо мал, а во время отсутствия акустических событий накопление звукового воздействия не происходит.
  • Нет необходимости знать точную длительность каждого акустического события.
  • При таком методе измерения удобно анализировать зависимость эквивалентного за период контроля уровня звука от ожидаемого количества пролётов самолётов.

Рекомендуемый комплект оборудования для измерения шума воздушных судов и железнодорожного транспорта

При измерении шума железнодорожного транспорта и воздушных судов рекомендуется следующий комплект оборудования:

  1. Шумомер Экофизика-110А (комплектация "Белый Базовый-110А").
  2. Штатив-тренога TRP001R.
  3. Удлинительный микрофонный кабель EXC005R (5 метров) или EXC010R (10 метров).
  4. Ветрозащита W2. Ветрозащиту следует использовать при измерениях на улице.
  5. Акустический калибратор АК-1000.
  6. Защитная измерительная сумка-чехол ИС-110А. Удобна при полевых измерениях.
  7. Портативный внешний аккумулятор. Полезен при длительных измерениях или измерениях при низких температурах.

Примечание. Все указанное оборудование, кроме калибратора АК-1000, входит в типовой комплект Изыскатель-110А.

При измерениях шумомерами семейства Белая Экофизика особенно удобно использовать возможности оперативной предыстории  для оценки уровней звукового воздействия одного или нескольких акустических событий прямо на экране прибора.