دیوارها و موانع صوتی چگونه کار می‌کنند؟
دیوارهای صوتی در محیط‌های باز، قابلیت کاهش انتقال نوفه از سمت منبع به گیرنده را به طور موثری دارا می‌باشند. قرارگیری این موانع بین منبع و گیرندهُ، موجب انکسار نویز منتقل شونده می‌شود. میزان کاهش ایجاد شده در انتقال نوفه، به فرکانس آن بستگی دارد. دیوارها و موانع صوتی، نوفه‌های با فرکانس بالا را به طور موثرتری نسبت به نوفه‌های با فرکانس پایین مسدود می‌کنند.
شکل 1 - موقعیت معمول قرار گیری دیوار صوتی
چه مواردی، میزان اثربخشی یک دیوار صوتی را تعیین می‌کند؟
چندین راه جهت افزایش اثربخشی مانع وجود دارد. اولین راه، قراردهی مانع در نزدیکی منبع است. این راه، یکی از بهترین روش‌ها بوده که همه مکان‌های پشت مانع را بهره‌مند می‌سازد.
شکل 2 - با نزدیک شدن مانع صوتی به منبع، زاویه بحرانی افزایش می‌یابد
اگر امکان قراردهی مانع در نزدیکی منبع وجود نداشته‌باشد، محل قراردهی مناسب بعدی، در نزدیکی گیرنده مي‌باشد. این روش، اگرچه برای گیرنده نشان داده شده در شکل موثر است، اما میزان تاثیرگذاری آن برای گیرنده‌هایی که در فواصل دورتری از مانع قرار گرفته‌اند، کاهش می يابد. در حالتی که مانع صوتی در نزدیکی گیرنده قرار گیرد، مجددا زاویه بحرانی افزایش می‌يابد.
شکل 3 - با نزدیک شدن مانع صوتی به گیرنده، زاویه بحرانی افزایش می یابد
به طور کلی، کم اثرترین مکان جهت قراردهی مانع، در مرکز فاصله بین منبع و گیرنده می‌باشد. همچنین صرفنظر از محل قرارگیری، مزایای آکوستیکی دیوار صوتی، با افزایش ارتفاع آن، افزایش می‌یابد.
شکل 4 - با افزایش ارتفاع مانع، زاویه بحرانی افزایش می یابد
جرم مانع معمولا پارامتر مهمی در میزان کارایی آن محسوب نمی‌شود. یک مانع صوت باید به گونه‌ای ساخته شده باشد که نفوذ صدا در آن نسبت به انکسار صدا در بالای آن، به اندازه کافی کمتر باشد. به عنوان مثال، افت انتقال صدا در یک مانع می‌بایست حداقل ۱۰ دسی بل کمتر از تضعیف صدای برنامه ریزی شده در بالای آن باشد. یک مانع صلب که بار باد بر آن اعمال می‌شود، اغلب بیش از مقدار کافی، تلفات انتقال صدا ایجاد مي‌کند.
محاسبه میزان تضعیف صدا ناشی از قراردهی یک مانع صوتی
محاسبات مربوط به میزان تضعیف صوت یک مانع بر مبنای فرمولی بسط داده شده توسط فرینل (Fresnel) با استفاده از فرمت هندسی نشان داده در شکل زیر انجام می‌شود.
شکل 5 - فواصل مهم در محاسبه میزان عملکرد مانع صوت
وقتی که یک مانع صوتی، خط دید بین منبع و گیرنده را مسدود می‌کند، عدد فرینل (N) با استفاده از فرمول زیر بدست می‌آید:
که در این رابطه، λ طول موج صدا در یک فرکانس مشخص می‌باشد.
با استفاده از عدد فرینل و همچنین نمودار زیر، می‌توان میزان تضعیف صوت (Ae4 در جدول زیر) توسط مانع را محاسبه کرد.
سایر عوامل تاثیرگذار بر کارایی یک مانع صوتی
به خاطر داشته باشید که عوامل دیگری نیز می توانند میزان اثربخشی یک مانع صوتی را تحت تاثیر قرار دهند. تغییرات سرعت هوا (با افزایش ارتفاع از سطح زمین) ناشی از بادهای ملایمی که از سمت منبع به گیرنده در حال حرکت می‌باشند، می‌توانند باعث شکست صدای عبوری از داخل هوا و خم کردن آن به سمت پایین شوند. این اتفاق در نهایت منجر به کاهش اثربخشی مانع می‌شود. همچنین قرار گیری درختان با شاخ و برگ فراوان در بالای مانع نیز می توانند اثرات مخرب مشابهی در پی داشته باشند.
دیوارها و موانع صوتی همچنین می‌توانند موجب خنثی شدن تضعیف سودمند ناشی از اثرات زمین شوند. اتفاقی که وقتی که منبع و گیرنده هر دو بسیار نزدیک به زمین می‌باشند رخ می‌دهد. به همین جهت هنگام محاسبه تضعیف کل یک مانع صوتی، تلفات مربوط به اثرات زمین باید از مقدار تضعیف مانع کسر شود.
یک مانع صوتی، می بایست تمامی مسیرها از سمت منبع به گیرنده را مسدود کند. این بدین معنی است که برای مثال اگر ارتفاع مانع ۳ متر باشد، باید ۶ متر به صورت افقی گسترش یابد، به گونه‌ای که خط دید بین منبع و گیرنده را به طور کامل مسدود کند. این مساله باعث می شود که از عبور صدا از لبه مانع جلوگیری به عمل آید. علاوه بر این، وجود هیچ شکافی در مانع جایز نیست. به عنوان مثال، در موانع صوتی کنار بزرگراه‌ها، اگر شکافی وجود داشته باشد، حتی اگر بسیار با دقت طراحی شده باشند، عملکرد آکوستیکی مانع به شدت کاهش می‌یابد
قبل از نصب دیوارها و موانع صوتی، بسیار مهم است که فاکتورهای آکوستیکی که در این مقاله شرح داده شدُ، در نظر گرفته شوند. همچنین فاکتورهای دیگری نیز هستند که نباید نادیده گرفته شوند. فاکتورهایی که می‌توانند برای ساکنان بسیار حائز اهمیت باشند. در هنگام فاز طراحی این موانع، سوالات زیر باید پرسیده شوند.
- آیا مانع صوتی، باعث ایجاد مشکلات ایمنی نظیر مسدود کردن دید رانندگان نسبت به خودروهای دیگر یا عابران پیاده می شود؟
- آیا مانع صوتی، منظره‌ای را که برای ساکنان اطراف حائز اهمیت است مسدود می‌کند؟
- آیا از لحاظ ظاهری، مانع صوتی غیر جذاب به نظر می‌رسد؟
- آیا مانع صوتی موجب مسدود شدن گردش مناسب هوا در منطقه اطراف می شود؟
- آیا مانع صوتی بر روی گیاهان و فضاهای سبز موجود تاثیر منفی می‌گذارد؟ آیا باعث ایجاد سایه نامناسب می‌شود؟
- آیا نیاز به ایجاد پاساژهایی در موانع صوتی جهت دسترسی عابر پیاده و وسایل نقلیه می‌باشد؟
- آیا مانع صوتی با ایجاد فضاهایی که در آن مجرمان می‌توانند مخفی شوند، باعث بروز مشکلات امنیتی می‌شود؟
- آیا مانع صوتی، هزینه تعمیر و نگهداری در دراز مدت برای شهرداری ایجاد می‌کند
- آیا مانع صوتی، مشکلاتی مربوط به زهکشی یا برف روبی دارد؟
