Шумовой барьер (также называемый звуковой стеной , шумовой стеной , звуковой бермой , звуковым барьером или акустическим барьером ) — это внешняя конструкция, предназначенная для защиты жителей чувствительных зон землепользования от шумового загрязнения . Шумовые барьеры являются наиболее эффективным методом смягчения воздействия источников шума на дорогах , железных дорогах и промышленных предприятиях, за исключением прекращения деятельности источников или использования средств контроля источников.
В Великобритании и Европе шумозащитные барьеры, установленные рядом с дорогами, должны иметь маркировку UKCA или CE как целостную систему в соответствии со стандартом BS EN 14388:2005, касающимся устройств снижения шума дорожного движения. [1]
В случае шума наземного транспорта другие методы снижения интенсивности источника шума включают поощрение использования гибридных и электрических транспортных средств , улучшение аэродинамики автомобилей и конструкции шин , а также выбор малошумного материала для дорожного покрытия . Широкое использование шумовых барьеров началось в Соединенных Штатах после того, как в начале 1970-х годов были введены правила по шуму .
Шумозащитные барьеры строились в Соединенных Штатах с середины двадцатого века, когда резко возросло автомобильное движение. I-680 в Милпитасе, Калифорния, была первым шумовым барьером. [2] В конце 1960-х годов появилась аналитическая акустическая технология, позволяющая математически оценить эффективность конструкции шумозащитного барьера, примыкающего к конкретной дороге . К 1990-м годам в Дании и других странах Западной Европы разрабатывались шумозащитные барьеры с использованием прозрачных материалов. [3]
Лучшие из этих ранних компьютерных моделей учитывали влияние геометрии дороги , топографии , объема транспортных средств , скорости транспортных средств, состава грузовиков, типа дорожного покрытия и микрометеорологии . Несколько исследовательских групп США разработали варианты методов компьютерного моделирования: штаб-квартира Caltrans в Сакраменто, Калифорния ; группа ESL Inc. в Саннивейле, Калифорния ; группа Болта , Беранека и Ньюмана [4] в Кембридже, штат Массачусетс , и исследовательская группа из Университета Флориды . Вероятно, самой ранней опубликованной работой, в которой с научной точки зрения был разработан конкретный шумовой барьер, было исследование скоростной автомагистрали Футхилл в Лос-Альтосе, Калифорния . [5]
Вскоре в многочисленных тематических исследованиях по всей территории США были рассмотрены десятки различных существующих и планируемых автомагистралей. Большинство из них были заказаны дорожными департаментами штата и проведены одной из четырех исследовательских групп, упомянутых выше. Закон США о национальной экологической политике , принятый в 1970 году, фактически предписывал количественный анализ шумового загрязнения в результате каждого проекта Закона о федеральной помощи в области шоссейных дорог в стране, что стимулировало разработку и применение модели шумового барьера. С принятием Закона о контроле за шумом 1972 года [ 6] спрос на конструкции шумозащитных барьеров резко возрос из-за множества побочных эффектов регулирования шума .
К концу 1970-х годов более дюжины исследовательских групп в США применяли аналогичную технологию компьютерного моделирования и каждый год исследовали по меньшей мере 200 различных мест для установки шумовых барьеров. С 2006 года [обновлять]эта технология считается стандартом оценки шумового загрязнения автомагистралей. Характер и точность используемых компьютерных моделей почти идентичны оригинальным версиям технологии 1970-х годов.
В большинстве шумозащитных барьеров существуют небольшие и целенаправленные промежутки, позволяющие пожарным получить доступ к близлежащим пожарным гидрантам и протянуть пожарные шланги , которые обычно обозначаются знаком, указывающим ближайший перекресток, и пиктограммой пожарного гидранта, хотя некоторые зазоры между гидрантами направляют шланги через небольшие водопропускные каналы под стеной.
Акустическая наука о проектировании шумозащитного барьера основана на рассмотрении воздушных путей или железных дорог как линейного источника . [ сомнительно ] Теория основана на блокировании прохождения звуковых лучей к определенному рецептору ; однако необходимо учитывать дифракцию звука. Звуковые волны изгибаются (вниз), когда проходят край, например, вершину шумового барьера. Поэтому барьеры, которые блокируют видимость шоссе или другого источника, будут блокировать больше звука. [7] Еще больше усложняет дело явление рефракции , искривления звуковых лучей в присутствии неоднородной атмосферы . Сдвиг ветра и термоклин создают такие неоднородности. Моделируемые источники звука должны включать шум двигателя , шум шин и аэродинамический шум, каждый из которых зависит от типа и скорости транспортного средства.
Шумозащитный барьер может быть построен на частной земле, на общественной полосе отвода или на другой общественной земле. Поскольку уровни звука измеряются по логарифмической шкале , снижение на девять децибел эквивалентно устранению примерно 86 процентов нежелательной звуковой мощности.
Для звуковых барьеров можно использовать несколько различных материалов. Эти материалы могут включать каменную кладку, земляные работы (например, земляную насыпь ), сталь, бетон, дерево, пластик, изоляционную вату или композиты. [8] Стены из поглощающего материала поглощают звук иначе, чем твердые поверхности. [9] Также возможно создать шумозащитные барьеры из активных материалов, таких как солнечные фотоэлектрические панели, для выработки электроэнергии и одновременного снижения дорожного шума. [10] [11] [12]
Стена с пористым поверхностным материалом и звукопоглощающим материалом может быть поглощающей, если шум практически не отражается обратно к источнику или куда-либо еще. Твердые поверхности, такие как каменная кладка или бетон, считаются отражающими, поскольку большая часть шума отражается обратно к источнику шума и за его пределы. [13]
Шумовые барьеры могут быть эффективными инструментами снижения шумового загрязнения , но некоторые места и топография не подходят для использования шумовых барьеров. Стоимость и эстетика также играют роль при выборе шумозащитных экранов. В некоторых случаях проезжую часть окружают шумопоглощающей конструкцией или выкапывают туннель открытым способом.
К потенциальным недостаткам шумозащитных барьеров относятся:
Доказано, что придорожные шумозащитные барьеры снижают уровень концентрации загрязнения воздуха в придорожной зоне . В пределах 15–50 м от обочины уровни концентрации загрязнения воздуха с подветренной стороны от шумозащитных барьеров могут снизиться до 50 % по сравнению с показателями на открытой дороге. [14]
Шумозащитные барьеры заставляют шлейфы загрязнений, исходящие от дороги, перемещаться вверх и через барьер, создавая эффект приподнятого источника и усиливая вертикальное рассеивание шлейфа. Замедление и отклонение исходного потока шумовым барьером вынуждают шлейф разойтись по горизонтали. С подветренной стороны барьера создается сильно турбулентная зона сдвига , характеризующаяся низкими скоростями и рециркуляционной полостью, что еще больше усиливает дисперсию; это смешивает окружающий воздух с загрязняющими веществами с подветренной стороны за барьером. [15]