Приложение С (справочное). Влияние неоднородности реальной атмосферы

Приложение С
(справочное)

Влияние неоднородности реальной атмосферы

В настоящем стандарте атмосферу считают однородной, т.е. вдоль траектории распространения звука давление, температура и концентрация водяных паров должны быть постоянны и известны. Влияние изменения метеорологических параметров вдоль траектории в неоднородной реальной атмосфере рассмотрено в настоящем приложении.

С.1 Изменения по высоте

В таблице С.1 указана среднегодовая концентрация водяных паров по высоте (в процентах) в зависимости от среднегодовой температуры в кельвинах и давления в килопаскалях для северной широты около 45° согласно стандартной атмосфере ИСО [1], определенная на основе наилучших имеющихся данных [4].

Для расчета использованы следующие формулы:

a) для высоты до 11 км над уровнем моря (тропосфера):

; (С.1)

; (С.2)

, (С.3)

где ;

H - геопотенциальная высота, км;

b) для высоты от 11 до 20 км:

; (С.4)

; (С.5)

; (С.6)

где ;

- среднегодовая температура, равная 288,15 К;

- давление на уровне моря, равное 101,325 кПа.

Константы в формулах имеют значения:

; ; ; ; ;

; ; ; ;

; ; .

Значения коэффициента затухания в таблице С.1 рассчитаны по формулам (3) - (5) для точных значений среднегеометрических частот октавных полос, рассчитанных по формуле (6). Обращает на себя внимание большая зависимость среднегодового значения коэффициента затухания от высоты на всех частотах.

С.2 Локальные изменения

С.2.1 Локальные изменения атмосферного давления, температуры и влажности по сравнению со средними значениями в таблице С.1 имеют сложный характер. Их влияние рассмотрено ниже.

С.2.2 На заданной высоте над уровнем моря отклонения значений атмосферного давления от значений, указанных в таблице 1, редко превышают , что вызывает изменение коэффициента затухания не более чем на . Поэтому влиянием вариаций атмосферного давления обычно пренебрегают.

С.2.3 На заданной высоте наблюдаются большие изменения температуры воздуха и концентрации водяных паров в зависимости от времени и места. Например, вблизи земли эти изменения сравнимы с изменениями по высоте в таблице С.1. Поэтому при расчете коэффициента затухания необходимо учитывать температуру и концентрацию водяных паров в момент времени и в месте, для которых делают расчет. Однако обычно существуют усредненные по времени метеорологические данные для данного места, полученные измерением или прогнозированием температуры и концентрации водяных паров лишь на высоте примерно 10 м над поверхностью земли. Это не позволяет судить, насколько репрезентативны результаты расчета по усредненным данным для реальной ситуации распространения звука вблизи поверхности земли.

Таблица С.1 - Зависимость температуры, давления, концентрации водяных паров и коэффициента затухания от высоты над уровнем моря в средних широтах

Геопотенциальная высота Н, км	Температура , К	Давление , кПа	Концентрация водяных паров , %	Коэффициент затухания , дБ/км
				Среднегеометрическая частота октавной полосы, Гц
				63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
0	238,15	101,325	1,00271	0,12	0,43	1,18	2,30	4,06	9,53	30,48	109,03
0,5	284,90	95,461	0,88702	0,13	0,44	1,10	2,02	3,81	10,04	34,01	121,27
1	281,65	89,875	0,79385	0,14	0,43	1,00	1,79	3,70	10,76	37,76	132,05
2	275,15	79,495	0,60935	0,15	0,40	0,79	1,53	4,02	13,61	48,49	151,09
3	268,65	70,109	0,43513	0,15	0,34	0,66	1,65	5,41	19,26	61,61	143,83
4	262,15	61,640	0,30250	0,14	0,29	0,70	2,27	8,03	25,81	60,50	99,20
5	255,65	54,020	0,21167	0,12	0,30	0,96	3,38	10,87	25,46	40,67	58,97
6	249,15	47,181	0,14486	0,14	0,43	1,48	4,68	10,62	16,26	21,95	37,47
7	242,65	41,061	0,08843	0,22	0,74	2,14	4,16	5,66	7,17	11,55	28,53
8	236,15	35,600	0,04322	0,43	0,90	1,26	1,48	1,82	3,05	7,89	27,19
9	229,65	30,742	0,01646	0,26	0,30	0,33	0,42	0,77	2,16	7,69	29,72
10	223,15	26,436	0,00595	0,10	0,11	0,13	0,24	0,64	2,23	8,57	33,82
11	216,65	22,632	0,00380	0,06	0,07	0,10	0,21	0,67	2,51	9,81	38,87
12	216,65	19,330	0,00274	0,05	0,06	0,09	0,23	0,77	2,91	11,46	45,49
13	216,65	16,510	0,00201	0,04	0,05	0,09	0,25	0,88	3,39	13,40	53,24
14	216,65	14,102	0,00160	0,03	0,05	0,09	0,28	1,02	3,96	15,68	62,32
15	216,65	12,045	0,00144	0,03	0,04	0,10	0,32	1,18	4,63	18,34	72,95
16	216,65	10,287	0,00147	0,03	0,04	0,11	0,36	1,37	5,41	21,47	85,41
17	216,65	8,787	0,00168	0,03	0,04	0,12	0,42	1,60	6,33	25,13	99,99
18	216,65	7,505	0,00207	0,02	0,05	0,13	0,48	1,87	7,40	29,42	117,06
19	216,65	6,410	0,00257	0,02	0,05	0,15	0,56	2,19	8,66	34,44	137,05
20	216,65	5,475	0,00293	0,02	0,05	0,17	0,65	2,56	10,14	40,31	160,45
Примечания 1 Значения коэффициента затухания рассчитаны для температур, давления и концентрации, найденных по формулам (С.1) - (С.6). 2 Индекс "m" означает среднегодовое значение.

С.2.4 Если метеорологические данные имеются только для приземного слоя, то исходят из следующих предпосылок:

a) на поглощение звука в атмосфере наибольшее влияние оказывает концентрация водяных паров согласно формулам (3) - (5);

b) концентрация водяных паров днем в приземном слое благодаря перемешиванию воздуха под влиянием ветра имеет тенденцию быть постоянной.

Если траектория распространения звука лежит в приземном перемешанном слое, то точность расчета в предположении постоянной концентрации водяных паров в нем оказывается приемлемой во многих случаях. Толщина перемешанного слоя может составлять приблизительно 1000 м во второй половине солнечного дня летом и примерно 10 м ночью. При сомнениях относительно толщины приземного слоя следует получить уточненные данные в метеорологической службе или у экспертов.

С.3 Слоистая атмосфера

С.3.1 Чистые тоны

С.3.1.1 При вертикальном или наклонном распространении звука на большие расстояния с учетом ограничений, налагаемых 8.2.2, ошибка расчета коэффициента затухания на траектории распространения в предположении однородности атмосферы может оказаться слишком велика, так как согласно таблице С.1 изменения коэффициента затухания с изменением высоты значительны. Поэтому во избежание больших ошибок следует моделировать атмосферу в виде горизонтальных слоев. В этом случае расчет выполняют следующим образом.

С.3.1.2 Значения температуры Т, атмосферного давления р и концентрации h определяют в точках, выбираемых в слоистой атмосфере. Их получают измерением или прогнозированием по моделям, использованным при расчете таблицы С.1. Коэффициент затухания на частоте f в выбранных точках рассчитывают по формулам (3) - (5). Число точек должно быть достаточно для аппроксимирования непрерывного изменения коэффициента затухания вдоль траектории по n ее участкам, длина каждого из которых должна быть много более длины звуковой волны и такой, чтобы коэффициент затухания на участке был практически неизменным.

С.3.1.3 Общее снижение уровня звукового давления чистого тона на траектории определяют суммированием на n участках по формуле

, (C.7)

где - средний коэффициент затухания вследствие звукопоглощения атмосферой на частоте f в средней точке i-ro участка траектории длиной .

С.3.2 Широкополосный шум, анализируемый полосовыми фильтрами в долю октавы

С.3.2.1 Затухание широкополосного шума при распространении через неоднородную атмосферу можно рассчитать методами по 8.1 с учетом методики по С.3.1.

С.3.2.2 Если используют метод чистого тона по 8.2, то методику по С.3.1 применяют непосредственно. Частота f в С.3.1.2 принимает значение среднегеометрической частоты по формуле (6) для рассматриваемой полосы, a , рассчитанное по формуле (С.7), является снижением уровня звукового давления в полосе частот на траектории от источника шума до приемника (или наоборот).

С.3.2.3 Если выбирают метод интегрирования по спектру по приложению D, то расчет становится много труднее. Методику по С.3.1 применяют для выбранных частот в пределах каждой полосы частот, чтобы получить значение по формуле (С.7) в виде дискретной функции частоты. Найденные таким образом значения подставляют в формулу (D.1) и численно интегрируют по частоте согласно приложению D для определения снижения уровня звукового давления в полосе частот на траектории от источника шума до приемника (или наоборот).

Однако для случая 2 по D.3, когда уровни звукового давления в полосах частот на приемнике известны, участки траектории, на которых необходимо определить значения как функцию частоты, обычно оказываются слишком длинны, чтобы при расчете этим методом можно было избежать больших ошибок, возникающих согласно 8.1.2 вследствие неполного затухания сигнала в реальных фильтрах на частотах вне номинальной полосы пропускания.