Принципы и система оценки шумовых акустических сигналов в урбанизированной среде

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-29-10100

НазваниеПринципы и система оценки шумовых акустических сигналов в урбанизированной среде

Руководитель Булкин Владислав Венедиктович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" , Владимирская обл

Конкурс №76 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-608 - Инженерно-технические и информационные автоматизированные системы мониторинга биоресурсов, биосферы и технических систем

Ключевые слова Акустический шум, урбанизированное пространство, распространение акустических сигналов, затухание сигнала, уровень звукового давления, контроль разнесённых акустических сигналов, портативная система контроля, полноспектральная обработка

Код ГРНТИ87.01.81

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
A new approach to the development of methods and tools for the analysis of acoustic noise in urban areas is proposed. The method is based on taking into account the full spectrum of acoustic noise available in the urban environment, and obtaining data on the magnitude of acoustic noise attenuation in a specific urban area in the current time mode. For the first time, it is proposed to build a system for analyzing urban noise, which provides for a full-spectrum analysis of acoustic noise and operational acquisition of the value of sound attenuation on a surface track. Conducting full-spectrum measurements provides knowledge about the full nature of noise without losing part of the information, as in the case of measurements in octave ranges. The results obtained by the authors of the project show that the possibility of error in this case reaches up to 20 dB. Such an underestimation of the sound pressure level values will introduce distortion (understatement) into the characteristics of the urban environment when compiling a noise passport of the city. In addition, for the first time, the task of constructing a system for measuring and analyzing acoustic signals in control points spaced along the route with obtaining a visual series of data in real time, including a difference spectrum of signals characterizing the attenuation of the signal along the propagation path. The creation and practical application of such a system will ensure more effective control of acoustic noise pollution of the urban environment and the quality of the formation of a predictive noise map, noise passport.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Булкин В.В. Analysis of the concentration of traffic flows in cities and towns when assessing the potential noise level in residential areas E3S Web of Conferences (год публикации - 2024)

2. Булкин В.В., Шарапов Р.В., Середа С.Н., Ермолаева В.А. . Problems of operational control of physical and chemical environmental factors in residential areas of Russian settlements E3S Web of Conferences, E3S Web of Conferences 420, 09001 (2023) (год публикации - 2023)
10.1051/e3sconf/202342009001

3. Савин М.Е., Кириллов И.Н., Булкин В.В. Оценка точности фиксации широкополосных акустических шумов в октавных диапазонах Всероссийские открытые Армандовские чтения [Электронный ресурс]: Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн // Материалы Всероссийской открытой научной конференции, 2023, С.457-461 (год публикации - 2023)
10.24412/2304-0297-2023-1-457-461

4. Булкин В.В., Калиниченко М.В. Анализ шумовой обстановки на территории Мурома Машиностроение и безопасность жизнедеятельности, №2, С.34-40 (год публикации - 2023)

5. Артамонова Е.Ю., Касатова А.Р., Булкин В.В. Анализ характера распределения звуковых полей в зоне акустического полигона МИ ВлГУ Всероссийские открытые Армандовские чтения: Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн / Материалы Всероссийской открытой научной конференции. –Муром: МИ ВлГУ, 2023, С.462-466 (год публикации - 2023)
10.24412/2304-0297-2023-1-462-466

6. Булкин В.В. Моделирование системы оценки характеристик независимых акустических сигналов Проектирование и технология электронных средств (год публикации - 2023)

7. Осипов С.В. Анализ изменения содержания углекислого газа в процессе проведения занятий в спортивном зале Методы и устройства передачи и обработки информации (год публикации - 2023)

8. Булкин В.В., Козлов С.С. О построении портативной системы оценки затухания акустическо-го сигнала при распространении вглубь жилых зон Естественные и технические науки (год публикации - 2023)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Контроль уровня шума или его изменения в пределах трассы распространения вглубь жилых зон возможен при условии расположения измерительных микрофонов вдоль этой трассы хотя бы в двух характерных точках: в зоне источника шума и на некотором расстоянии от него. Применение двух каналов измерения для оценки затухания шума предполагает применение системы сопоставления полученных сигналов с целью выявления разности, характеризующей затухание. Разработана и зарегистрирована двухканальная программа анализа некоррелированных по времени акустических сигналов. Программа обеспечивает полноспектральные измерения акустического шума при разнесённом в пространстве расположении измерительных микрофонов. Обеспечивается отображение в реальном времени спектра обоих сигналов, средних значений спектров за период измерений и среднего разностного спектра контролируемых сигналов, характеризующего оценку затухания шума по трассе распространения. Система учитывает расстояние между микрофонами и наличие временного сдвига между приходом одного и того же звукового отрезка шума к разнесённым в пространстве микрофонам. Предложен и реализован новый подход к вычислению усредненного за заданное время анализа спектра звукового сигнала, основанный на вычислении текущего среднего на каждой итерации цикла усреднения с помощью индуктивных функций. Выполнен макет малогабаритной двухканальной измерительной системы, обеспечивающей передачу сигнала от микрофонов к приёмному блоку по радиоканалу. Получена оценка погрешности калибровки каналов системы. При использовании калибратора микрофона CA-114, II класс, частота 1000 Гц, уровень звукового давления 94±0,3 дБ, получено, что истинное значение уровня звукового давления калибровочного сигнала с надёжностью (вероятностью) P=0,95 лежит в доверительном интервале 94,2±0,897 и 94,7±0,364 дБ по первому и второму каналам соответственно. С использованием разработанной системы проведены оценочные измерения уровня шума и величины его затухания. Измерения проводились на открытой территории измерительной площадки института, в старой технической зоне. Полученные результаты подтверждают вывод о достаточном качестве функционирования системы. Разработаны и утверждены методические указания по проведению оценочных измерений «Оценка величины затухания звуковой волны при распространении вглубь жилой застройки при использовании программы ДПАНВАС («Двухканальная программа анализа некоррелированных по времени акустических сигналов»)». Указания предназначены для организации работ по оценке затухания шума на городской территории. За 2024 г. по тематике Проекта опубликовано 13 научных работ, из которых 3 в журналах из перечня ВАК,RSCI,4 - Scopus и WebofScience, 5 - РИНЦ. Приняты к печати (Scopus и WebofScience) две статьи. Информация о проекте представлена на информационных ресурсах сети Интернет: - социальная сеть ВКонтакте - https://vk.com/wall-202947750_4025 - на платформе Телеграм канал https://t.me/newsmivlgu - на сайте Муромского института ВлГУ - https://www.mivlgu.ru/news/2024-12/nauka/novyy-metod-monitoringa-sostoyaniya-okruzhayuschey-sredy-vladimirskoy-oblasti

Публикации

1. Соколов Н.Д., Синадский К.А. Мониторинг пылевых загрязнений в пгт Гусь-Железный Наукосфера, Наукосфера, №10 (2), 2024. –С. 177-182 (год публикации - 2024)
10.5281/zenodo.14040581

2. Козлов С.С. , Молчанов Я.Д. , Ермакова А.Ю. , Булкин В.В. Возможности калибровки системы дистанционной оценки акустических сигналов в городской среде Всероссийские открытые Армандовские чтения. Материалы Всероссийской открытой научной конференции. Муром, 2024. , Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн. Всероссийские открытые Армандовские чтения. Материалы Всероссийской открытой научной конференции. Муром, 2024. С. 518-521. (год публикации - 2024)
10.24412/2304-0297-2024-1-518-521

3. Булкин В.В., Козлов С.С., Молчанов Я.Д. Калибровка системы дистанционной оценки акустических сигналов в городской среде Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика., ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ. УПРАВЛЕНИЕ, КОНТРОЛЬ, ДИАГНОСТИКА. 2024. № 11. –С.6-12 (год публикации - 2024)
10.25791/pribor.11.2024.1534

4. Булкин В.В., Курилова-Харчук С.М., Курилов И.А. Modeling of Acousto-Electric Devices and Systems Based on a Generalized Signal Converter Connection Proceedings on Engineering Sciences, Proceedings on Engineering Sciences, Vol. 06, No. 4 (2024) 1413-1424. (год публикации - 2024)
10.24874/PES06.04.001

5. Первушин Р.В., Синадский К.А. Оценка погрешностей двухканальной системы контроля акустических разнесённых шумов Наукосфера, Наукосфера, №10 (2), 2024. –С. 172-176. (год публикации - 2024)
10.5281/zenodo.14040526

6. Булкин В.В., Козлов С.С. Construction of a system for assessing the acoustic signal attenuation E3S Web of Conferences, E3S Web of Conferences 542, 05004 (2024). (год публикации - 2024)
10.1051/e3sconf/202454205004

7. Булкин В.В., Калиниченко М.В., Козлов С.С., Молчанов Я.Д. Принципы и система оценки шумовых акустических сигналов в урбанизированной среде Принципы и система оценки шумовых акустических сигналов в урбанизированной среде: Монография. -Саратов: Амирит, 2024. 96 с. , Саратов: Амирит, 2024. 96 с. (год публикации - 2024)

8. Булкин В.В., Калиниченко М.В. Анализ акустошумовой обстановки на улицах промышленного города (на примере Мурома) Экологические системы и приборы, Экологические системы и приборы, №5, 2024. С.3-9. (год публикации - 2024)

9. Козлов С.С., Касатова А.Р. Оценка ослабления акустического шума в черте города Методы и устройства передачи и обработки информации, Методы и устройства передачи и обработки информации, № 25, 2023. С. 68-70. (год публикации - 2023)

10. В.В. Булкин, Г.С. Васильев, С.М. Курилова-Харчук, И.А. Курилов Формирование диаграммы направленности широкополосного излучателя системы акустического зондирования Физические основы приборостроения, ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ. 2024. Т. 13. № 3(53). С.118-127. (год публикации - 2024)
10.25210/jfop‑2403-JXXZWC

11. Булкин В.В., Козлов С.С., Молчанов Я.Д., Осипов С.В. Training simulator for evaluating the effectiveness of personal noise protection equipment BIO Web of Conferences, BIO Web of Conferences 130, 04004 (2024) (год публикации - 2024)
10.1051/bioconf/202413004004

12. Первушин Р.В., Молчанов Я.Д. Оценка уровня акустического шума около учебного корпуса №2 МИ ВлГУ Методы и устройства передачи и обработки информации, Методы и устройства передачи и обработки информации, № 25, 2023. С.81-85 (год публикации - 2023)

13. Ермакова А.Ю., Васильев Г.С., Курилова-Харчук С.М., Курилов И.А., Булкин В.В. Частотная коррекция характеристик диаграммы направленности широкополосного излучателя системы акустического зондирования Всероссийские открытые Армандовские чтения: Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн // Материалы Всероссийской открытой научной конференции., Всероссийские открытые Армандовские чтения [Электронный ресурс]: Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн // Материалы Всероссийской открытой научной конференции. –Муром: МИ ВлГУ, 2024. –С. 466-470 (год публикации - 2024)
10.24412/2304-0297-2024-1-466-470

14. Молчанов Я.Д., Козлов С.С. Оценка уровня шума около учебного корпуса №2 Муромского института XXXI Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов—2024». Секция «Физика». Сборник тезисов. , XXXI Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов—2024». Секция «Физика». Сборник тезисов. — М.: Физический факультет МГУ, 2024, С.17. (год публикации - 2024)

15. Булкин В.В., Калиниченко М.В. Noise propagation assessment in the urban environment E3S Web of Conferences (год публикации - 2024)

Возможность практического использования результатов
распространении в глубь жилой зоны, а также система полноспектральной оценки затухания могут быть использованы в практике служб ЖКХ населённых пунктов, как информация, дополняющая результаты измерений, проведённых по утверждённым методикам. Принцип полноспектральной обработки акустических шумов с учётом расстояния между измерительными микрофонами и, как следствие, времени задержки сигнала по трассе распространения, может использоваться при анализе акустошумовой обстановки в помещениях больших размеров при наличии непостоянных шумов. Разработанный с использованием одного из вариантов программы лабораторный стенд для исследования средств индивидуальной защиты внедрён в учебный процесс в Муромском институте ВлГУ.