Kierunkowość hałasu
Udoskonalone metody identyfikacji źródeł hałasu

W ramach badania kierunkowości hałasu w monitorowaniu środowiskowym przeprowadzono analizę, która zwróciła uwagę na nietypową sytuację: szczekanie psa, które wydawało się pochodzić z góry, nad urządzeniem do monitorowania hałasu. Choć brzmi to zabawnie, przypadek ten doskonale ilustruje trudności w precyzyjnej identyfikacji źródeł hałasu i podkreśla, jak ważny jest odpowiedni wybór miejsca pomiaru, zgodnie z normą ISO 1996-2:2017.

W badaniu wykorzystano stację monitorującą hałas SV 200A, zaprojektowaną do pomiaru kierunkowości hałasu zarówno w poziomie, jak i w pionie. Przeanalizowano dwie różne lokalizacje w pobliżu tras przelotowych lotniska, co pozwoliło ocenić, jak warunki środowiskowe i fizyczne wpływają na dokładność pomiarów hałasu oraz jakie możliwości daje automatyzacja procesów identyfikacji źródeł hałasu.

Co to jest kierunkowość hałasu?

Kierunkowość hałasu odnosi się do wzorca lub kierunku, w jakim fale dźwiękowe rozchodzą się ze źródła hałasu. W przeciwieństwie do dźwięków dookólnych, które rozprzestrzeniają się równomiernie we wszystkich kierunkach, hałas kierunkowy ma określoną orientację, co oznacza, że propaguje się silniej lub jest bardziej intensywny w jednym kierunku niż w innych. Ta cecha jest kluczowa w różnych zastosowaniach, takich jak inżynieria akustyczna, monitorowanie hałasu środowiskowego czy technologia audio, ponieważ wpływa na sposób, w jaki dźwięk jest odbierany i mierzony w różnych środowiskach.

Zrozumienie kierunkowości hałasu jest niezbędne do precyzyjnej identyfikacji, pomiaru i ograniczania niechcianych dźwięków, zwłaszcza w złożonych środowiskach, takich jak obszary miejskie lub okolice lotnisk. Na przykład, analizując wzorce kierunkowości hałasu lotniczego, inżynierowie mogą projektować bardziej efektywne bariery akustyczne lub wprowadzać środki kontroli hałasu, które minimalizują jego wpływ na obszary mieszkalne. Podobnie w technologii audio, znajomość kierunkowości głośników pomaga w optymalizacji akustyki pomieszczeń i konfiguracji systemów nagłośnieniowych, co przekłada się na lepsze wrażenia słuchowe.

Rysunek 1. Svantek SV 200A

Jak mierzy się kierunkowość hałasu?

Stacja monitorująca hałas SV 200A mierzy kierunkowość hałasu za pomocą zaawansowanego systemu, który wykorzystuje główny mikrofon pojemnościowy do ogólnych pomiarów poziomu dźwięku, oraz dodatkowo zamontowane cztery mikrofony MEMS, rozmieszczone równomiernie wokół urządzenia. Taka konfiguracja umożliwia SV 200A ocenę dźwięków z różnych kierunków.

Urządzenie stosuje technikę wykorzystującą różnice sygnału i fazy w parach mikrofonów do określenia kierunku dominującego źródła hałasu zarówno w osi pionowej, jak i poziomej. Porównując poziomy ciśnienia akustycznego oraz informacje o fazie zebrane przez boczne mikrofony z danymi z mikrofonu centralnego, SV 200A jest w stanie ustalić, z którego kierunku pochodzi dominujący dźwięk.

Ta metoda pozwala na stworzenie rozkładu poziomów dźwięku w sektorach kątowych, który jest rejestrowany w czasie. Tak szczegółowe dane o kierunkowości hałasu są niezwykle cenne, ponieważ nie tylko poprawiają dokładność pomiarów hałasu środowiskowego, ale także ułatwiają filtrowanie i analizę danych. Metoda ta jest szczególnie użyteczna w środowiskach, gdzie kluczowe jest zidentyfikowanie kierunku nadchodzącego hałasu, takich jak miejskie krajobrazy dźwiękowe czy obszary w pobliżu infrastruktury transportowej, np. lotnisk i autostrad.

Rysunek 2. Umiejscowienie mikrofonów bocznych w stosunku do mikrofonu głównego w SV 200A

Rola lokalizacji punktu pomiarowego w analizie kierunkowości hałasu

Wybór optymalnego miejsca pomiaru hałasu jest kluczowy dla precyzyjnego określenia kierunkowości źródeł hałasu. Decyzja ta ma znaczący wpływ na dokładność, z jaką można mapować kierunek i intensywność fal dźwiękowych, co jest niezbędne do zrozumienia, jak hałas rozprzestrzenia się w różnych środowiskach.

Właściwy wybór miejsca pomiaru umożliwia niezakłócone zbieranie danych akustycznych, co jest kluczowe dla analizy wzorców kierunkowości hałasu. Jest to szczególnie istotne w środowiskach, gdzie hałas musi być starannie monitorowany i ograniczany, takich jak w planowaniu urbanistycznym czy badaniach dotyczących zanieczyszczenia hałasem. Odpowiedni dobór lokalizacji pomiaru zapewnia, że wyniki odzwierciedlają rzeczywistą kierunkowość hałasu, bez zniekształceń spowodowanych czynnikami środowiskowymi, takimi jak odbicia od budynków czy ukształtowanie terenu. To z kolei umożliwia opracowanie skutecznych rozwiązań w zakresie kontroli hałasu, dostosowanych do specyficznych cech źródła hałasu i jego otoczenia.

Badanie: Analiza danych dotyczących hałasu lotniczego

Celem eksperymentu była ocena, jak wybór miejsca pomiaru wpływa na dokładność i przydatność danych dotyczących hałasu lotniczego. Przeprowadzając dwa pomiary hałasu w pobliżu tras przelotowych samolotów, badanie miało na celu zrozumienie wpływu lokalizacji na precyzję rejestrowania informacji o hałasie.

W eksperymencie wykorzystano stację monitorującą hałas SV 200A firmy Svantek, zaprojektowaną zgodnie ze specyfikacją klasy 1 mierników poziomu dźwięku IEC 61672-1:2013. Porównano dane dotyczące hałasu zebrane w dwóch różnych miejscach w pobliżu tego samego lotniska. Wybór lokalizacji, obie w bliskim sąsiedztwie tras przelotowych, był kluczowy dla oceny wpływu lokalizacji na dokładność pomiarów hałasu. Stacja SV 200A, wyposażona w system do ciągłego monitorowania hałasu oraz możliwość zdalnej transmisji danych przez serwer w chmurze SvanNET, została zamontowana na maszcie o wysokości 4 metrów, co zapewniło spójne i wiarygodne zbieranie danych w obu miejscach pomiarowych.

Wykrywanie kierunkowości Leq

Stacja monitorująca hałas SV 200A została zaprojektowana do śledzenia kierunkowości hałasu zarówno w płaszczyźnie poziomej, jak i pionowej. Wyposażona jest w centralny mikrofon pojemnościowy do ogólnych pomiarów poziomu dźwięku, a dodatkowo posiada cztery symetrycznie rozmieszczone mikrofony na obwodzie urządzenia. Ta konfiguracja wykorzystuje techniki różnicy sygnału i fazy, aby precyzyjnie określić kierunkowość dominujących źródeł hałasu w obu osiach. Dzięki tej innowacyjnej metodzie możliwe jest rejestrowanie równoważnych poziomów dźwięku (Leq) w różnych sektorach kątowych w czasie, co ułatwia szczegółową analizę danych i poprawia możliwości raportowania poprzez efektywną identyfikację źródeł hałasu oraz filtrowanie danych.

Ustawienia pomiarowe

Ustawienia pomiarowe zostały skonfigurowane w taki sposób, aby rejestrować dane z historią czasową 1 sekundy dla parametrów LAeq, LAmax oraz analizy 1/3 oktawowej, a także kierunkowość hałasu w osiach XY i Z oraz nagrania audio do odsłuchu (24 kHz). Wbudowany moduł GPS został użyty do synchronizacji czasu i lokalizacji.

Punkty pomiarowe zostały zlokalizowane w pobliżu lotniska, w dwóch miejscach:

Punkt pomiarowy A: w pobliżu domu i drogi, zlokalizowany w pobliżu trajektorii przelotu
Punkt pomiarowy B: na otwartym polu, zlokalizowanym w pobliżu trajektorii przelotu

Pomiary przeprowadzono w różne dni podczas godzin operacyjnych lotniska.

W obu przypadkach mikrofon został umieszczony na wysokości 4 metrów. W pierwszej lokalizacji najbliższe odbicia dźwięku pochodziły od ściany budynku w odległości około 3 m od mikrofonu oraz drzewa oddalonego o około 4 m od mikrofonu.

Rysunek 3. Lokalizacja punktu monitorowania A w pobliżu gospodarstwa domowego.

Rysunek 4. Lokalizacja punktu monitorowania B na otwartej przestrzeni.

Ekstrakcja zdarzeń hałasowych z historii czasowej

Zgodnie z normą ISO 1996-2:2017, pomiary hałasu środowiskowego wymagają postprocessingu zebranych danych. Metoda opisana w normie ISO 20906 wyróżnia trzy etapy postprocessingu danych: ekstrakcję zdarzeń, klasyfikację zdarzeń oraz identyfikację zdarzeń.

Ekstrakcja zdarzeń hałasowych opiera się na kryteriach akustycznych, takich jak poziomy ciśnienia akustycznego ważonego krzywą A. Zazwyczaj oprogramowanie do postprocessingu oferuje narzędzia do wyszukiwania danych według określonych zapytań, np. LAeq powyżej 55 dBA.
Klasyfikacja zdarzeń hałasowych opiera się na dodatkowych informacjach akustycznych, np. czasie trwania zdarzenia, np. LAeq powyżej 55 dBA z minimalnym czasem trwania 10 s. Nowoczesne systemy monitoringu wykorzystują informacje o kierunkowości hałasu do automatyzacji procesu klasyfikacji zdarzeń; oprócz progu i minimalnego czasu trwania, zdarzenia są klasyfikowane na podstawie kierunku hałasu. Na przykład hałas samolotu jest spodziewany z kierunku powyżej mikrofonu stacji.
Identyfikacja zdarzeń hałasowych wykorzystuje dane nieakustyczne, takie jak informacje z radaru lub plan operacyjny lotów z lotniska.

Podczas oceny wyników pomiarów konieczne jest usunięcie niepożądanych zdarzeń. W zależności od okoliczności można stosować różne metody eliminowania niepożądanych dźwięków. Nagranie audio jest ważnym narzędziem na etapie identyfikacji zdarzeń. W analizowanym przypadku odsłuchanie rzeczywistego hałasu pozwoliło zidentyfikować szczekanie psa jako niepożądane źródło dźwięku, które zostało wykluczone z dalszej analizy.

Rysunek 5. Wybór przelotów samolotów w punkcie A

Rysunek 6. Wybór przelotów samolotów w punkcie B

Klasyfikacja i identyfikacja zdarzeń hałasu

Za pomocą oprogramowania SvanPC++ wyodrębniono przeloty samolotów z historii czasowej. Podczas analizy danych w lokalizacji A wykryto podejrzane zdarzenia. Analiza kierunkowości wyraźnie wskazywała, że dominujące źródło dźwięku znajdowało się nad mikrofonem. Chociaż kształt nachyleń różnił się od tych charakterystycznych dla samolotów, odległość od tła była podobna do zdarzeń lotniczych. Odsłuchanie nagrań audio pozwoliło zidentyfikować, że źródłem hałasu było szczekanie psa.

Weryfikacja kierunku hałasu była możliwa dzięki wbudowanemu modułowi GPS w stacji SV 200A oraz funkcji Google Maps w oprogramowaniu SvanPC++. Rysunek 7 pokazuje zarówno pionowe, jak i poziome kierunki, z których pochodził hałas, ale wciąż pozostawało pytanie: jak pies mógł znajdować się nad stacją umieszczoną na wysokości 4 metrów? Czy psy potrafią latać?

Aby to zbadać, użyto funkcji Google Maps Street View. Analiza kierunku hałasu w płaszczyźnie XY oraz dalsze przybliżenie w trybie Street View pozwoliły na przypuszczenie, że pies biegał w pobliżu bramy, szczekając, a hałas został odbity od dachu domu (rysunek 7).

Rysunek 7. Identyfikacja kierunkowości hałasu za pomocą oprogramowania SvanPC++ w trybie satelitarnym Google Maps

Wnioski

Przeprowadzone badanie wykazało, że wybór lokalizacji pomiarowej ma kluczowy wpływ na automatyzację identyfikacji zdarzeń w procesie postprocessingu danych pomiarowych. Lokalizacja punktu pomiarowego B na otwartym terenie z powierzchnią nieodbijającą umożliwiła automatyczne i precyzyjne wyodrębnienie przelotów samolotów. Z kolei lokalizacja punktu pomiarowego A, mimo zgodności ze standardami praktyki pomiarowej, napotkała trudności związane z odbiciami hałasu od ściany budynku oddalonej o około 3 metry od mikrofonu.

Dzięki zastosowaniu narzędzi postprocessingu, takich jak nagrania audio, lokalizacja GPS oraz analiza kierunkowości hałasu, możliwe było precyzyjne zweryfikowanie zdarzeń. Zidentyfikowano, że hałas pochodzący od szczekającego psa był odbity od budynku, co początkowo utrudniało dokładną klasyfikację źródła dźwięku.

Poproś o więcej informacji
na temat stacji monitoringu SV 200A

Podaj temat zapytania:

Wyrażam zgodę na kontakt przez e-mailCzytaj więcej...

Wyrażam zgodę na przetwarzanie moich danych osobowych w postaci imienia i nazwiska oraz adresu poczty elektronicznej przez SVANTEK Sp. z o.o. z siedzibą w Warszawie, ul. Strzygłowskiej 81 w celu przesyłania mi informacji marketingowych dotyczących produktów i usług oferowanych przez SVANTEK Sp. z o.o. za pomocą środków komunikacji elektronicznej, w szczególności poczty elektronicznej, stosownie do treści przepisu art. 10 ust. 1 i 2 ustawy o świadczeniu usług drogą elektroniczną.

Wyrażam zgodę na kontakt przez telefonCzytaj więcej...

Wyrażam zgodę na przetwarzanie moich danych osobowych w postaci imienia i nazwiska oraz numeru telefonu przez SVANTEK Sp. z o.o. z siedzibą w Warszawie, ul. Strzygłowskiej 81 w celu prowadzenia działań marketingowych przy użyciu telekomunikacyjnych urządzeń końcowych oraz automatycznych systemów wywołujących w rozumieniu ustawy Prawo telekomunikacyjne.

Wyrażam zgodę na otrzymywanie newsletteraCzytaj więcej...

Wyrażam zgodę otrzymywanie od SVANTEK Sp. z o.o. z siedzibą w Warszawie, ul. Strzygłowskiej 81 drogą elektroniczną na wskazany przeze mnie adres e-mail newslettera i innych informacji handlowych, dotyczących produktów i usług oferowanych przez SVANTEK Sp. z o.o. w rozumieniu ustawy o świadczeniu usług drogą elektroniczną.

* Wyrażam zgodę na kontakt autoryzowanego dystrybutora SvantekCzytaj więcej...

Oświadczam, że zostałem poinformowany, że moje dane mogą być przekazywane podmiotom przetwarzającym dane osobowe w imieniu Administratora, w szczególności dystrybutorom – przy czym takie podmioty przetwarzają dane na podstawie umowy z administratorem i wyłącznie zgodnie z jego instrukcjami. W takich przypadkach Administrator wymaga od podmiotów trzecich zachowania poufności i bezpieczeństwa informacji oraz weryfikuje czy zapewniają odpowiednie środki ochrony danych osobowych.

Niektóre spośród podmiotów przetwarzających dane osobowe w imieniu Administratora mają siedzibę poza terytorium EOG. W związku z przekazaniem Twoich danych poza terytorium EOG, Administrator weryfikuje, aby podmioty te dawały gwarancje wysokiego stopnia ochrony danych osobowych. Gwarancje te wynikają w szczególności ze zobowiązania do stosowania standardowych klauzul umownych przyjętych przez Komisję (UE). Masz prawo żądać przekazania kopii standardowych klauzul umownych kierując zapytanie do Administratora.

Oświadczam, iż zostałem poinformowany, że przysługuje mi prawo cofnięcia wyrażonej zgody na przetwarzanie moich danych osobowych w każdym czasie oraz prawo dostępu do podanych danych osobowych, a także prawo do ich sprostowania, usunięcia, ograniczenia przetwarzania oraz wniesienia sprzeciwu wobec przetwarzania danych, jak też wniesienia skargi do Prezesa Urzędu Ochrony Danych Osobowych, w przypadku naruszeń przepisów RODO.

Nasz profesjonalny konsultant pomoże Ci w ustaleniu wszelkich szczegółów, takich jak prawidłowy dobór sprzętu, wymagane akcesoria oraz opcje dodatkowe.

Kierunkowość hałasu Udoskonalone metody identyfikacji źródeł hałasu