Кіріспе
Автокөліктерден таралатын дыбыс энергиясы
Жол шуы – моторлық көліктерден таралатын жиынтық дыбыс энергиясы. Ол негізінен жол жамылғысы, дөңгелектер, қозғалтқыш/беріліс қорабы, аэродинамикалық және тежегіш элементтерден құралады. Асфальт төселген жолда қозғалған дөңгелектердің тудырған шуы автомобиль жолындағы шудың ең басты себебі болып табылады және көліктің жылдамдығы артқан сайын күшейеді. Дамыған және дамушы елдерде жол шуы жалпы қоғамдық шу ластануының елеулі үлесін құрайды. АҚШ-та ол қоршаған ортаға әсер ететін басқа шу көздерінен гөрі көп.
Тарих
Жол шуы 1960 жылдары кеңінен өлшенуді бастады, себебі осы құбылыстың компьютерлік модельдеуі мағыналы бола бастады. Ұлттық қоршаған орта саясаты заңы мен шуды бақылау заңы қабылданғаннан кейін егжей-тегжейлі талдауға деген сұраныс күрт өсті, және шешім қабылдаушылар жаңа жолдарды жоспарлау және шуды азайтуды жобалау мәселелері бойынша жауаптарды акустикалық ғалымдардан іздеуге көшті. Қалалық аймақтарда моторлық көліктерге ішінара тыйым салудың дыбыс деңгейін төмендетуге тигізер әсері минималды екені көрсетілді (кейінгі модельдеу зерттеулерінен бұл анық болады); мысалы, Швецияның Гетеборг қаласындағы ішінара тыйым салу дыбыс деңгейін өте аз мөлшерде төмендетті. Еуроодақ және Жапонияда шиналар мен күштік жүйелердің шуын реттеудің мақсаты шуды шамамен 3 дБ-ға дейін азайту болды, және бұл өзгеріс баяу болады, себебі бірнеше ескі, шулы көліктер дыбыстық ортаға басымдық бере алады. 1970 жылдары штаттар мен провинциялар көліктердің шуын азайту туралы ережелерді қабылдаған кезде көлік шуы аздап төмендеді. Соңғы үш онжылдық ішінде көлік паркінің шуы көбінесе өзгерген жоқ; алайда, гибридтік көліктерді пайдалану тенденциясы жалғасатын болса, айтарлықтай шу азаюы болады, әсіресе сағатына 35 мильден төмен жылдамдықпен қозғалыс кезінде. Гибридтік көліктер төмен жылдамдықпен жүргенде соншалықты тыныш, сондықтан кері жүргенде немесе тұраққа қойғанда маневр жасағанда (алға қарай қозғалғанда емес) жаяу жүргіштердің қауіпсіздігіне қауіп тудырады, сондықтан олар әдетте электрлік көліктердің ескерту дыбыстарымен жабдықталған.
Жылдамдық
Жол қозғалысынан туындайтын шу көлік құралдарының жылдамдығына күрт әсер етеді, себебі көлік жылдамдығы сағатына он мильге артқан сайын дыбыс энергиясы шамамен екі есеге өседі; бірақ, бұл ережеге ерекшелік бар – өте төмен жылдамдықтарда, аэродинамикалық шуға қарағанда тежелу мен үдеуден туындайтын шу басым болады.
Көлік құралдары
Жүк көліктері үлкен қозғалтқыштарының болуымен қатар, дизельді түтіннің биіктігі мен аэродинамикалық қарсылықтың нәтижесінде де пропорционалды түрде көп шу шығарады. Қозғалып бара жатқан автокөліктердің ішінде әдетте айқын ішкі шу болады; шындығында, жолаушылар көбінесе бұл шу деңгейінің жоғары екенін сезбейді, себебі тәжірибе жүргізушілерді 65 дБА-дан жоғары деңгейлерге дағдыландырған.
Беттері
Жолдың әртүрлі жабындары шу деңгейіне әсер етеді. Қазіргі қалаларда жиі кездесетін жабындардың арасында ең шулысы мен ең тынышы арасында 4 дБ айырмашылық бар: ұсақ тас себілген және ойықталған жолдар ең шулы, ал аралықтары жоқ бетон жабындары ең тыныш, ал асфальт жабындары орташа деңгейде болады. Резеңкеленген асфальт (қайта өңделген ескі шиналарды пайдаланады) әлдеқайда тыныш және қазірдің өзінде кеңінен қолданылады. Эксперименттік кеуекті эластикалық жол жабындары (PERS) жол шуын жартысына дейін азайтуы мүмкін. PERS асфальт төсеу материалына ұнтақталған шиналар қосылып жасалады. Зерттеулер көрсеткендей, жол төсемінің бойлық ойықтарын жасау шуды азайтады.
Түйіндер
Шина түрлері 2001 жылы саудада қол жетімді 100 шинаның үлгісіне сүйенсек, шу деңгейінде 10 дБ(A) айырмашылыққа себеп болуы мүмкін. 2001 жылғы мәліметтер бойынша, шинаның ұстау қабілеті мен шу арасында байланыс болған жоқ. Тұнығырақ шиналардың кедергісі біршама төмен болуы мүмкін. Еуропада шиналардың шу деңгейі, ұстау қабілеті және кедергіге қарсы тұру қасиеттерін көрсететін таңбалар кеңінен қолданылады, ал шулы шиналарға салық салынады.
Геометрия
Жол геометриясы мен қоршаған жер бедері өзара байланысты, себебі дыбыстың таралуы жалпы геометрияға сезімтал және дифракцияны (дыбыс толқындарының кедергілерді айналып өтуін), шағылысуды, жер толқынының әлсіреуін, таралу жоғалуын және сынуды ескеруі тиіс. Қарапайым талқылау көрсеткендей, дыбыс жолы жер бедерімен тосылғанда әлсірейді, ал жол биіктеп орналасқанда дыбыс таратуға мүмкіндік алады, бірақ өзгермелі өзара әрекеттесудің күрделілігі соншалық, осы қарапайым тұжырымға көптеген ерекшеліктер бар.
Жел
Микрометеорологияның маңыздылығы сонда, дыбыс толқындары жел градиенттері немесе термоклиндар арқылы сындырылып, кейбір шу бөгеттерінің немесе жер бедерінің әсерін тиімсіздендіруі мүмкін.
Кедергілер
Аймақтық құрылымдардың геометриясы маңызды мына себепті, ғимараттар немесе қабырғалар кейбір жағдайларда дыбысты тоқтатуы мүмкін, ал шағылыстыру қасиеттері басқа жерлерде дыбыс қуатын күшейтуі мүмкін.
Компьютерлік модельдер
Макро деңгейде, жол шуының ластануына ұлттық және әлемдік деңгейде жауап беру үшін үздіксіз зерттеулер қажет. Бұл мәселелерге жол төсемінің таңдалуы, шулы конструкцияларды реттеу және салық салу, сондай-ақ жеке көліктерді үнемі тексеру кіреді. Жеке жолдарды басқарудың микро деңгейінде, жоғарыда талқыланған факторлардың күрделілігіне байланысты, жолдардың жанындағы дыбыс деңгейін талдай алатын компьютерлік модельді жасау қажет. Алғашқы мағыналы модельдер 1960 жылдардың соңы мен 1970 жылдардың басында пайда болды, олар шудың желілік көзін (мысалы, жолды) қарастырды. Басты зерттеу топтарының екеуі – Бостон қаласындағы BBN және Калифорния штатының Саннивейл қаласындағы ESL болды. Бұл екі топ та кез келген жағдайда жолдың дизайнын, қозғалысын және шуды азайту стратегияларын зерттеуге мүмкіндік беретін күрделі математикалық модельдерді жасады. Кейінгі модельдерге енгізілген өзгерістер мемлекеттік көлік және қалалық жоспарлау департаменттері арасында кеңінен қолданыс тапты, бірақ ертедегі модельдердің дәлдігі соңғы 40 жылда айтарлықтай өзгерген жоқ. Әдетте, модельдер дыбыс сәулелерінің жолын қадағалайды және сәулелердің таралуымен (немесе жиналуымен) қатар, сыну құбылыстарынан туындаған дыбыс жоғалуын есептейді. Дифракция көбінесе топографиялық немесе антропогендік «өткірлік» бар кез келген нүктеде (мысалы, шу кедергілері немесе ғимараттардың беттері) екіншілік сәулелендіргіштерді орнату арқылы шешіледі. Метеорологиялық жағдайларды желдің бағыты мен жылдамдығының статистикалық деректерімен (термоклин деректерімен бірге) есепке алуға болатын статистикалық әдіс арқылы қарастыруға болады. Жаңа модельдер сондай-ақ, дөңгелектер мен қозғалтқыш шуына байланысты нақты жиіліктерді талдау негізінде жергілікті ауаның ластану деңгейін болжауға тырысады.
Жол құрылысының кейс зерттеулері
Қызықты жағдайдың бірінде екі жетекші модель бір-біріне қарсы қойылды, ол Нью-Джерси автожолын алтыдан он екі жолаққа дейін кеңейтуді қарастырды. BBN және ESL модельдері Нью-Джерси Жоғарғы сотында шешілген мәселенің қарама-қарсы тараптары болды. 1970 жылдардың басындағы бұл жағдай АҚШ-та акустикалық ғалымдардың ірі магистральды жобалауға қатысқан алғашқы мысалдарының бірі болды. Модельдер сотқа жол геометриясының (осы жағдайда ені), көлік жылдамдығының, шудан қорғау құрылыстарының, тұрғын үйлердің арақашықтығының және жол төсемінің түрлерінің әсерін түсінуге көмектесті. Нәтижесінде шудың зиянды әсерін азайту бойынша келісімге келді. Тағы бір ерте жағдай Вирджиния штатының Арлингтон қаласы арқылы 66-шы қалааралық автожолды салу жоспарымен байланысты болды. Арлингтон көлік коалициясы Вирджиния көлік департаментіне ауа сапасы, шу және тұрғын үйлерге кедергі келтіру туралы шағымданып сотқа жүгінді. Жол шуын талдау үшін талапкерлер ESL моделін қолданды және компьютерлік модельдің сенімділігіне байланысты осы істі ішінара жеңіп алды. Бұл мәселе он жылдан кейін қайта қарастырылды, нәтижесінде транзиттік жүйесі және кең ауқымды шуды азайту шаралары бар жол құрылысы келісілді. Кейіннен әр штаттың ішінде, даулы жағдайларда да, жолдарды жоспарлау және жобалау жұмыстарында да осыған ұқсас жағдайлар туды. Қоғам және мемлекеттік органдар жолдарды жобалау процесіне пайдалы түсініктер беру үшін акустикалық ғылымның маңыздылығын мойындады.
Дүниежүзілік перспектива
Тіпті ережелері болмаса да, көлік құралдарының үнін төмендетуге жеке экономикалық мүдде бар, себебі иелері мен жұмыс берушілер үнсіз көліктерді әдемі және аз стресс тудыратын деп санайды. Еуроодақ пен Жапонияның қатаң талаптары тіпті реттелмеген елдерде де көлік құралдарын үнсіз жасауға ынталандырады, өйткені көптеген автокөлік өндірушілер халықаралық сауда жасауға ұмтылады. Алайда, мотоциклдердің, «бумбокс» (өте қатты музыка жүйесі бар) және «бұлшықетті» көліктердің жеке иелері өз көліктерінің дыбысы қаттырақ болғанын қалайды (әсіресе, бос жүріс кезінде немесе төмен жылдамдықпен), ал мұндай шу (көбінесе өзгертілген эгзостық жүйелерден шығады) үнемі тексерулер мен санкциялар арқылы ғана бақылана алады. Бірнеше зерттеулер жол шуын азайтудың төмен құнға немесе тиімді екенін көрсетті. Мұндай зерттеулер шудың әсерінен құны төмендеген жылжымайтын мүлікті, «шудан қашып тырысатын» сиреп қоныстанған халықты қолдауға кеткен шығындарды және шулы ортамен байланысты денсаулық сақтауға жұмсалатын қаражаттың артуын қарастырады. Еуропалық технология 1980-ші жылдары АҚШ-тың жол шуын азайту тәсілін қабылдады, бірақ шуды зерттеуге қойылатын ұлттық талаптар әдетте АҚШ-қа қарағанда кем қатаң. Дамып келе жатқан елдерде моторлы көлік құралдарынан туындайтын шу ластануы маңызды мәселе болып табылады, бірақ технологиялар Батыс елдеріндегіден кем дамыған. Мысалы, Ираннан жақында жарық көрген мақалада АҚШ 1960-шы жылдары қол жеткізген технологиялық деңгей көрсетілген. Еуроодақ жақында 1970-ші жылдары АҚШ-та енгізілгенге ұқсас көлік құралдарының дөңгелектеріне қойылатын талаптар жиынтығын ұсынды. Үндістанның Мумбаи қаласында, шамадан тыс дабыл қағу және жол шуы маңызды проблема болып саналады. Жергілікті полиция 2020 жылы тәжірибелік бағдарламаны іске қосты, онда қызыл шамның уақыты қоршаған орта шуын сезінетін құрылғымен байланыстырылды, егер жол қозғалысынан туындайтын қоршаған орта шуы белгілі бір шектен асып кетсе, қызыл шамның уақыты ұзартылады. Бұл дабылдың қолданылуын шектеуге бағытталған шара.