Analiza ugaone raspodele incidentne energije spoljašnje buke primenom mikrofonskog niza

Abstract

Problem buke u savremenom svetu postao je danas jedan od nekoliko faktora koji dominatno utiču na život ljudi, bilo da se radi o životnom ili radnom prostoru. Problem buke naročito je izražen u urbanim uslovima, gde je struktura zvučnog polja vrlo složena jer buka potiče od velikog broja različitih i dislociranih zvučnih izvora koji emituju zvuk različitog nivoa i spektralnog sadržaja. Procena karakteristika zvučnog polja, odnosno vrste i prostorne distribucije izvora zvuka, kao i mogućnost klasifikacije pojedinih tipova izvora buke predstavljaju osnov za planiranje mogućih intervencija koje će dovesti do smanjenja nivoa buke u okruženju. Monitoring spoljašnje buke standardno se vrši na bazi merenja jednim neusmerenim mikrofonom. Osnovna ideja rada je da se analizira mogućnost primene mikrofonskog niza za detaljnu vremensku, frekvencijku, i prostornu karakterizaciju zvučnog polja, lokalizaciju izvora i kategorizaciju urbanih zona. U okviru rada osmišljen je i realizovan mikrofonski niz sa malim brojem mikrofona čija je konfiguracija optimizovana u skladu sa zadatim frekvencijskim opsegom zvučnog polja u urbanim sredinama. Primenom više algoritama za prostorno-vremensku obradu signala određena je struktura zvučnog polja u urbanim uslovima. Takođe, izvršeno je poređenje performansi algoritama u skladu sa postavljenim zahtevima i namenom rezultata. U okviru sprovedenih istraživanja izvršena su dugovremena merenja spoljašnje buke mikrofonskim nizom na različitim lokacijama i određena je struktura zvučnog polja u prostoru ispred fasade. Izabrane su lokacije koje se značajno razlikuju po konfiguraciji terena. Karakteristike polja na svim posmatranim lokacijama detaljno su analiziranae u pogledu lokalizacije i karakterizacije izvora zvuka. Razvijena je metodologija za eksperimentalno određivanje ugaone raspodele incidentne energije spoljašnje buke na fasadi na osnovu rezultata lokalizacije. Dobijene raspodele korišćene su u daljoj analizi kao osnov za stastitičku kategorizaciju urbanih zona. Izvršena je višedimenziona statistička analiza ugaonih raspodela spoljašnje buke za različite lokacije u urbanim uslovima sa ciljem da se utvrde kategorije sa sličnim v karakteristikama zvučnog polja. Eksperimentalno određene ugaone raspodele incidentne energije spoljašnje buke korišćene su za predikciju izolacione moći fasadnih pregrada. Proračun terenske izolacione moći fasadnih pregrada izvršen je na osnovu poznatih građevinskih parametara i eksperimentalno utvrđene ugaone raspodele incidentne energije. Time je stvorena mogućnost za sagledavanje razlika u ostvarenim vrednostima izolacione moći fasadne pregrade za različite kategorije urbanih zona.

The noise problem in today’s modern world has become one of the key factors that dominantly influence the lives of people in both the living and working areas. The noise problem is particularly expressed in the urban environments, where the structure of the sound field is quite complex due to a large number of different and spatially dislocated sound sources, which emit sounds of different levels and spectral content. The assessment of the sound field characteristics, i.e. the type and the spatial distribution of the sound sources, as well as the possibility of classifying individual types of noise sources, form the basis for planning potential interventions which would lead to a decrease in the environment’s noise levels. Standard outdoor noise monitoring is based on the measurements with one omnidirectional microphone. The basic idea of this work is to analyze the possibilities of microphone array application for a detailed temporal, spectral and spatial characterization of the sound field, source localization and urban area categorization. A microphone array with a small number of microphones, whose configuration is in accordance with the frequency range of the sound field in urban environments, has been designed and realized within the scope of this research. The sound field structure in urban areas has been determined using several algorithms for space-time signal analysis. Furthermore, the comparison of algorithms’ performance has been conducted in accordance with given demands and results’ aims. Within the research, long time interval measurements of the outdoor noise were performed in various locations and the sound field structure in front of the façade was determined. The selected locations have significant differences in terms of terrain configuration. The characteristics of the sound field in all the observed locations were analyzed in detail in terms of localization and characterization of sources. Based on the localization results, a methodology was developed for the experimental determination of the angular distribution of the outdoor noise incidence energy. Obtained distributions were used in the detailed analysis as the basis for statistical vii categorization of the urban zones. Multidimensional statistical analysis of the outdoor noise angular distribution was performed for different locations within the urban area, with the goal of determining the categories with the similar characteristics of the sound field. Experimentally determined outdoor noise incidence energy angular distributions were used for predicting the façade’s sound reduction index values. The calculation of the in-situ sound reduction index of façade partitions was based on known physical parameters of the partitions and the experimentally obtained incident energy angular distributions. This procedure allowed for the comparison of differences in the achieved values of the façade partition sound reduction index for different categories of urban zones.