Кіріспе

Шу тосқауылдары (шу қабырғасы, дыбыс тосқауылдары, дыбыс қорғаныш қабырғасы немесе акустикалық тосқауыл деп те аталады) – бұл сезімтал жерлерде тұратын адамдарды шу ластануынан қорғау үшін арналған сыртқы құрылым. Шу тосқауылдары жол, теміржол және өнеркәсіптік шу көздерін азайтудың ең тиімді тәсілі болып табылады – шу көзін тоқтату немесе шу көзін бақылау шараларын қолданудан басқа. Жер үсті көлігінен таралатын шуды азайту үшін гибридтік және электрлік көліктерді пайдалануға ынталандыру, автомобильдердің аэродинамикасын және шиналарын жақсарту, сондай-ақ төмен шу деңгейіне ие жабын материалдарын таңдау сияқты шаралар да қолданылуы мүмкін. 1970 жылдардың басында АҚШ-та шуға қатысты ережелер енгізілгеннен кейін шу тосқауылдарын кеңінен пайдалану басталды.

Тарих

Америка Құрама Штаттарында шу тосқауылдары ХХ ғасырдың ортасынан бастап, көлік қозғалысының өркендеуімен салына бастады. Калифорния штатының Мильпитас қаласындағы I 680 тас жолы алғашқы шу тосқауылдарының бірі болды. 1960 жылдардың соңында, нақты бір тас жолының жанындағы шу тосқауылдарының тиімділігін математикалық тұрғыдан бағалауға арналған аналитикалық акустикалық технология пайда болды. 1990 жылдары Данияда және басқа да Батыс Еуропа елдерінде мөлдір материалдарды қолданатын шу тосқауылдары жобаланды. Бұл алғашқы компьютерлік модельдердің ең жақсылары жолдың геометриясы, топографиясы, көлік ағыны, көлік жылдамдығы, жүк көліктерінің үлесі, жол төсемінің түрі және микрометеорологияның әсерін ескерді. АҚШ-тың бірнеше зерттеу тобы компьютерлік модельдеу әдістерінің түрлерін әзірледі: Калифорния штатының Сакраменто қаласындағы Caltrans бас кеңсесі; Калифорния штатының Саннивейл қаласындағы ESL Inc. тобы; Массачусетс штатының Кембридж қаласындағы Bolt, Beranek and Newman тобы және Флорида университетінің зерттеу тобы. Ғылыми тұрғыдан нақты шу тосқауылдарын жобалаған ең алғашқы жарияланған жұмыс, болуы мүмкін, Калифорния штатының Лос-Альтос қаласындағы Foothill экспресс жолына жасалған зерттеу болды. Көптеген зерттеулер АҚШ-тағы ондаған қолданыстағы және жоспарланған тас жолдарды қарастырды. Көптеген зерттеулерді штаттық тас жол басқармалары тапсырыс берді және жоғарыда аталған төрт зерттеу тобының бірі жүргізді. 1970 жылы қабылданған АҚШ-тың Ұлттық экологиялық саясат туралы заңы елдегі барлық Федералдық көмек көрсетілетін тас жолдарының шу ластануын сандық талдауды міндетті етіп, шу тосқауылдары моделін дамытуға және қолдануға серпіліс берді. 1972 жылғы Шуды бақылау туралы заңның қабылдануымен шуды реттеуге байланысты көптеген қосымша талаптар пайда болды, нәтижесінде шу тосқауылдарын жобалауға деген сұраныс күрт өсті. 1970 жылдардың соңына қарай АҚШ-та оннан астам зерттеу тобы ұқсас компьютерлік модельдеу технологиясын қолданып, шу тосқауылдары үшін жыл сайын кем дегенде 200 түрлі орынды қарастырды. 2006 жылдан бастап бұл технология тас жолдардың шу ластануын бағалауда стандарт болып саналады. Қолданылатын компьютерлік модельдердің сипаты мен дәлдігі технологияның 1970 жылдардағы бастапқы нұсқаларымен шамалас. Көптеген шу тосқауылдарында өрт сөндірушілерге жақын жердегі өрт гидранттарына қол жеткізуге және өрт сөндіру шлангаларын өткізуге мүмкіндік беретін шағын, мақсатты бос орындар бар, олар әдетте жақын жердегі көше қиылысын көрсететін белгімен және өрт гидрантының суретімен белгіленеді, бірақ кейбір гидранттарға арналған бос орындар шлангаларды қабырғаның астындағы кішкентай құбырлар арқылы өткізеді.

Дизайн

Шу тосқауылдарын жобалаудың акустикалық ғылымы ауа немесе теміржолды сызықтық көз ретінде қарастыруға негізделген. Теория белгілі бір қабылдағышқа қарай дыбыс сәулелерінің таралуына кедергі келтіруге негізделген; алайда, дыбыстың дифракциясын ескеру қажет. Дыбыс толқындары, мысалы, шу тосқауылдың жоғарғы нүктесінен өтетін кезде, төмен қарай иіледі. Сондықтан, тас жолды немесе басқа да көзді көру сызығы бойынша бөліп тұрған тосқауылдар көбірек дыбысты тоқтатады. Жағдайды одан да күрделендіретіні – рефракция құбылысы, яғни біртекті емес атмосферада дыбыс сәулелерінің иілуі. Желдің жылдамдығының өзгеруі және термоклине мұндай біртектіліктерді тудырады. Модельделетін дыбыс көздеріне қозғалтқыш шуы, доңғалақ шуы және аэродинамикалық шу кіруі керек, олардың барлығы көліктің түріне және жылдамдығына байланысты өзгереді. Шу тосқауылдары жеке меншік жерге, қоғамдық жерге немесе басқа да мемлекеттік жерге орнатылуы мүмкін. Дыбыс деңгейі логарифмдік шкаламен өлшенетіндіктен, тоғыз децибелге төмендету шамамен 86 пайызға дейін қажетсіз дыбыс қуатын азайтуға тең.

Материалдар

Дыбыс кедергілері үшін әртүрлі материалдар қолданылуы мүмкін. Бұл материалдар қабырғалау, топырақ жұмыстары (мысалы, топырақ үйірмесі), болат, бетон, ағаш, пластик, жылу оқшаулағыш жүн немесе композиттер болуы мүмкін. Дыбыс жұтатын материалдан жасалған қабырғалар, қатты беттерден өзгеше, дыбысты басқаша жұмсартады. Электр энергиясын өндіру үшін күн фотоэлектрлік панельдері сияқты белсенді материалдарды қолдана отырып, шу кедергілерін жасау да мүмкін, бұл жол шуын азайтуға көмектеседі. Кеуекті беткейлі және дыбыс өткізбейтін материалдан жасалған қабырғалар дыбысты жұта алады, нәтижесінде шу көзіне немесе басқа жаққа шағылыспайды. Қабырғалау немесе бетон сияқты қатты беттер шағылыстыратын болып саналады, ол шудың көп бөлігін шу көзіне және одан әрі қайтарады. Шу кедергілері шу ластануын азайту үшін тиімді құралдар болып табылады, бірақ кейбір жерлер мен жер бедері шу кедергілерін орнатуға қолайлы емес. Шу кедергілерін таңдауда құн мен эстетика да маңызды рөл атқарады. Кейбір жағдайларда, жол шуды азайту құрылымымен қоршалады немесе кесіп-жабу әдісімен туннельге айналдырылады.

Ауаның ластануына әсері

Жол жиегіндегі шу кедергілері жол бойындағы ауаның ластану деңгейін төмендетуге көмектеседі. Жол жиегінен 15–50 метр қашықтықта, шу кедергілерінің ар жағындағы ауа ластану деңгейі ашық жолмен салыстырғанда 50%-ға дейін төмендеуі мүмкін. Шу кедергілері жолдан шығатын ластану ағындарын жоғары көтеріліп, кедергінің үстінен өтуге мәжбүр етеді, бұл көтеріңкі көздің әсерін тудырады және ағынның тік таралуын күшейтеді. Бастапқы ағынды шу кедергісімен баяулату және бағытын өзгерту ағынды көлденең таратуға итермелейді. Кедергінің ар жағында өте турбулентті серпіліс аймағы пайда болады, ол төмен жылдамдықпен және қайта айналым қуысымен сипатталады, бұл таралуды одан әрі күшейтеді; бұл ауа ластағыштарымен араласқан қоршаған ауаны кедергінің артындағы жел бағытында таратуға мүмкіндік береді.