Оценка влияния автотранспортных потоков на шумовой режим городской среды

Москва  2017

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ 
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Е.В. Щербина, А.И. Ренц, 
А.С. Маршалкович

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ 
АВТОТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ 
НА ШУМОВОЙ РЕЖИМ 
ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ

Учебное пособие

2-å èçäàíèå (ýëåêòðîííîå)

УДК 628.517.2
ББК 38.93
Щ 64

Рецензенты:
кандидат технических наук, доцент Н. П. Умнякова, заместитель  
директора НИИСФ РААСН; кандидат технических наук А. Э. Сидорова, 
старший научный сотрудник кафедры биофизики физического факультета 
 МГУ им. М. В. Ломоносова

Щ 64
Щербина, Елена Витальевна

Оценка влияния автотранспортных потоков на шумовой режим городской среды [Электронный ресурс] : учебное пособие / 
Е. В. Щербина, А. И. Ренц, А. С. Маршалкович ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Нац. исследоват. Моск. гос. строит. ун-т. — 2-е изд. (эл.). — Электрон. текстовые дан. (1 файл pdf : 
73 с.). — Москва : Изд-во Моск. гос. строит. ун-та, 2017. — Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 
4.5 ; экран 10".

ISBN 978-5-7264-1748-6
Изложены основные теоретические представления о звуке и шуме, 
рассмотрены практические примеры акустических расчетов, приведены 
основные планировочные и инженерные решения по защите территорий 
от шумового воздействия городского автотранспорта, изучены вопросы 
математического моделирования шумового режима территории жилой 
застройки от автотранспортных потоков с использованием программы 
«Эколог-шум».
Для студентов вузов, осуществляющих подготовку специалистов по 
направлениям «Строительство», «Градостроительство», «Архитектура», 
а также может быть использовано при выполнении курсового проекта, 
предусмотренного рабочей программой дисциплины «Экология городской среды».

УДК 628.517.2 
ББК 38.93

Деривативное электронное издание на основе печатного издания: Оценка 
влияния автотранспортных потоков на шумовой режим городской среды : 
учебное пособие / Е. В. Щербина, А. И. Ренц, А. С. Маршалкович; М-во 
образования и науки Рос. Федерации, Нац. исследоват. Моск. гос. строит. ун-т. — Москва : Изд-во Моск. гос. строит. ун-та, 2013. — 72 с. — 
ISBN 978-5-7264-0765-4.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

ISBN 978-5-7264-1748-6
© Национальный исследовательский 
Московский государственный 
строительный университет, 2017

Когда-нибудь человеку придется 
ради своего существования
столь же упорно бороться с шумом,
как он борется сейчас с холерой
и чумой…
Роберт Кох (1843–1910)

ВВЕДЕНИЕ

Среди глобальных экологических проблем, связанных с развитием урбанизации (парниковый эффект, изменение климата, разрушение озонового слоя, изменение физических полей геосферы 
и др.), акустическое загрязнение занимает одно из лидирующих 
мест как наиболее распространенное. Человек на работе, в быту, 
на отдыхе, при передвижении в различных видах транспорта подвергается шумовому воздействию различной интенсивности. Шум 
оказывает негативное воздействие на природную среду, создавая 
дискомфорт для проживания человека, и наносит вред его здоровью. В настоящее время получены научно обоснованные доказательства, что длительное шумовое воздействие ведет к нарушениям 
слуха, зрения, расстройствам нервной системы, повышенной утомляемости и оказывает губительное влияние на весь организм человека в целом. Возрастающие темпы урбанизации, развитие техники и технологий, увеличение количества транспорта в крупных 
городах приводят к тому, что во многих странах мира от воздействия 
шума страдают десятки миллионов человек.
Задача строителей, градостроителей, архитекторов, экологов 
наряду с прочими проблемами в данный момент состоит в том, 
чтобы максимально возможно снизить губительное воздействие 
шума на окружающую среду и непосредственно на человека. Для 
этого необходимо искать и находить новые средства защиты от 
шума, использовать инновационные технологии, способы и методы по снижению акустической нагрузки.
Цель настоящего учебного пособия — развитие практических 
навыков проведения расчетов по определению уровня шума в конкретных градостроительных условиях от автотранспорта, а также 
освоение работы с программой «Эколог-шум», рекомендованной 

сегодня для проведения математического моделирования и прогноза шумового режима городской территории.
Рабочая программа изучения дисциплины «Экология городской 
среды» предусматривает выполнение студентами курсового проекта, посвященного оценке влияния автотранспортных потоков на 
шумовой режим окружающей среды. Посредством эмпирических 
формул и компьютерной программы необходимо рассчитать шумовую нагрузку на жилой микрорайон, определить пути распространения шума, выявить зону акустического дискомфорта и тем 
самым оценить окружающую экологическую обстановку. Согласно 
полученным результатам, следует сделать соответствующие умозаключения и определить возможные способы защиты жилого 
микрорайона от автотранспортного шума для создания комфортной 
и экологически безопасной среды обитания. Все этапы выполнения 
курсового проекта представлены в данном учебном пособии, описаны в хронологической последовательности с наличием необходимого количества теоретической информации для выполнения и 
последующей защиты работы.

1. АКУСТИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ

1.1. Шум. Основные понятия

Вопросы шума и защиты от акустического воздействия беспокоили многие поколения человеческого сообщества, при этом некоторые даже использовали его губительное влияние на здоровье 
человека. Например, еще в Средние века существовала казнь под 
колоколом, когда приговоренного помещали непосредственно под 
издающий звук инструмент, звон которого медленно, но верно убивал человека. Подобная мучительная экзекуция использовалась и 
в Древнем Китае, где провинившегося лишал жизни на площади 
непрестанный барабанный бой. Жители Древнего Рима постоянно 
жаловались, что уличный шум не дает им спать, поэтому Юлий 
Цезарь в 50 г. до н.э. запретил движение экипажей по ночному городу. А в XVI в. королева Англии Елизавета I, заботясь о ночном 
покое своих подданных, запрещала скандалы и громкие семейные 
ссоры после десяти часов вечера.
Уже в те далекие времена понимали, что шум — это случайный, 
нежелательный звук, мешающий окружающим либо причиняющий 
им значительные неудобства. В настоящее время шум квалифицируется как сочетание звуков различной интенсивности и частоты. 
Однако один и тот же звук, в зависимости от ситуации, может оказаться как шумом, так и информационным сигналом. В частности  
внезапно сработавшая ночью автомобильная сигнализация для 
владельца машины — полезная информация, а для спящих в этот 
момент людей — раздражающий шум.
Звук — это упругие волны, распространяющиеся в упругой среде, колебания, вызванные каким-либо источником. Звук характеризуется звуковым давлением Р, скоростью распространения С, 
длиной волны λ, частотой φ, интенсивностью I. В настоящее время 
население большинства крупных городов (не менее 60 %) живет в 
условиях акустического загрязнения, параметры которого существенно превышают допустимые нормы (особенно в крупных городах-мегаполисах). Шумовое загрязнение — одна из форм вредного физического воздействия на среду обитания и непосредственно на человека. Звуковые волны распространяются в области 
среды, называемой акустическим полем, в котором возникают деформации растяжения и сжатия, что приводит к изменению дав

ления в любой точке Рср среды по сравнению с атмосферным Ратм. 
Разность между этими давлениями звукового поля называют звуковым давлением P:

 
Р = Рср – Ратм.  
(1.1)

Среда, где распространяется звук, обладает акустическим сопротивлением Zа (табл. 1.1), которое определяется отношением звукового давления Р к колебательной скорости частиц среды u:

 
Zа = Р / u. 
(1.2)

Таблица 1.1
Акустическое сопротивление веществ

Вещество
t, °С
Акустическое сопротивление 
Zа, кг/(м2 · с)
Плотность вещества ρ, кг/м3

Водород
0
114
0,09
Воздух
20
414
1,20
Кислород
0
455
1,43
Резина
20
600
950,00
Пробка
20
12 · 104
250,00
Спирт
12,5
100 · 104
810,00
Вода
13
144 · 104
1000,00
Ель
20
240 · 104
510,00
Дуб
20
290 · 104
720,00
Алюминий
20
1400 · 104
2700,00
Медь
20
3100 · 104
8900,00

Звуковая волна — носитель энергии в направлении своего движения. Количество энергии, переносимое звуковой волной за 1 с 
через пространство площадью сечения 1 м2, перпендикулярное направлению движения, называется интенсивностью звука I, Вт/м2:

 
I = Р2 / Zа. 
(1.3)

В зависимости от способа возбуждения колебаний различают 
несколько видов волн:
 • плоскую, создаваемую плоской колеблющейся поверхностью;
 • цилиндрическую, создаваемую радиально-колеблющейся боковой поверхностью цилиндра;
 • сферическую, создаваемую точечным источником колебаний, 
типа пульсирующего шара.

Для сферической волны от источника звука с мощностью W интенсивность звука на удалении радиуса r будет равна:

 
I = W / 4πr2. 
(1.4)

Таким образом, интенсивность звука убывает пропорционально 
квадрату расстояния от источника звука. В случае плоской волны 
интенсивность звука не зависит от расстояния.
Скорость распространения звука — это физическое свойство среды, поэтому она зависит от характеристик среды (плотность, температура и др.), которая служит его проводником. Скорость звука 
в воздухе при температуре 20 °С составляет С = 344 м/с.
В табл. 1.2 приведены основные величины и аналитические зависимости, характеризующие акустическое поле; S — площадь охватывающей источник поверхности, м2.
Таблица 1.2

Основные характеристики акустического поля

Величина 
Обозначение 
Единица 
измерения
Формула 
взаимосвязи
Звуковое давление
Р
Па
Р = ρСu
Акустическое сопротивление
Zа
(Па · с)/м
Zа = ρС

Колебательная скорость частицы среды
u
М/с
u = Р/ρС
Интенсивность 
I
Вт/м2
I = Рu
Звуковая мощность
W
Вт
W = IS

Свободным акустическим полем называют акустическое поле, которое не ограничено поверхностью и практически бесконечно. 
В ограниченном пространстве (например, в закрытом помещении) 
распространение звуковых волн зависит от геометрии и акустических свойств поверхностей, расположенных на пути распространения звуковых волн. Часть энергии звуковой волны поглощается 
поверхностью, превращаясь в тепло, часть отражается от нее, а часть 
проникает сквозь преграду. Эти свойства материала преграды характеризуются следующими показателями:
1) коэффициентом звукопоглощения:

 
α = Iпогл / Iпад, 
(1.5)

где Iпогл — поглощенная преградой звуковая энергия; Iпад — падающая на преграду звуковая энергия;

2) коэффициентом отражения:

 
β = Iотр / Iпад, 
(1.6)

где Iотр — отраженная от преграды энергия;
3) коэффициентом звукоизоляции:

 
γ = Iпад / Iотр; 
(1.7)

4) коэффициентом прохождения или проницаемости:

 
τ = Iпр / Iпад, 
(1.8)

где Iпр — энергия, проходящая через преграду. Коэффициент проницаемости характеризует звукоизолирующие свойства преграды, 
чем меньше его значение, тем лучше звукоизолирующие свойства. 
Значения коэффициентов, характеризующих свойства преграды, 
зависят от частоты звуковой волны, а звукоизоляция материала 
оценивается в децибелах (дБ) и может быть вычислена по формуле: 
R = 10 lg(1 / τ).

1.2. Воздействие шума на человека и окружающую среду

Когда говорят о негативном воздействии шума, то, прежде всего, отмечают его интенсивность, которая определяется как поток 
энергии, приходящийся на единицу площади поверхности, например, Вт/м2 (формула 1.3). Однако в таких единицах выражать интенсивность шумов довольно сложно, поскольку человеческое 
ухо — уникальный и тонкий аппарат, способный улавливать звуки 
с разницей интенсивности в 10 триллионов раз. Оперировать числами, лежащими в таком широком диапазоне, крайне неудобно, 
поэтому для характеристики уровня шума приняли логарифмическую шкалу величин, согласно которой изменение интенсивности 
шума на одну единицу в действительности означает изменение в 
10 раз. Такую единицу измерения интенсивности звука назвали 
«бел» (Б), в честь изобретателя телефона Александра Грейама Белла. На практике оказалось удобнее пользоваться десятыми долями 
бела, т.е. децибелами (дБ).
Другая характеристика шума — число звуковых колебаний в одну 
секунду, или частота звука, измеряемая в герцах. Один герц (Гц) 
равен одному колебанию в секунду. Акустические колебания в ди