Prediksjon av lydnivå på bakfasaden av en bygning når lydkilden er trafikkstøy

Abstract

Denne studien presenterer en sammenligning mellom prediksjon av lydnivå på bakfasaden, den ''stille siden'', av en bygning beregnet i romakustikkprogrammet Odeon, Matlab-verktøykassen ED toolbox (Edge diffraction Matlab Toolbox), og målinger, gjennomført på skalamodeller i ekkofritt rom.

Det ble gjort beregninger og målinger på to ulike geometrier, bygningsmodell 1 med én bygning og bygningsmodell 2 med to bygninger plassert rett bak hverandre. Støykilden er den samme for begge bygningsmodeller: en trafikkert vei er representert ved å ha kildeposisjoner langs en rett linje på forsiden av bygningene. Mottakerposisjonene er for begge geometrier plassert i et grid på stille side (bakfasaden). Både for beregninger og målinger er impulsresponser laget for hvert målepunkt, og brukt til å beregne lydtrykknivå relatert til lydtrykknivå i fritt felt på 1 m, i 1/3-oktavbånd fra 50-1000 Hz. Dette frekvensområdet er valgt fordi det er dominerende for trafikkstøy på stille side. Bygningene har harde, flate overflater, og en hard bakke. For målingene og i ED toolbox er denne simulert ved å bruke speilkildemetoden.

De samme bygningsmodellene er satt opp i støyberegningsprogrammet CadnaA. Resultatene er midlet over mottakerposisjoner og sammenlignet med målinger i ekkofritt rom i oktavbånd mellom 31,5 Hz og 1000 Hz.

Sammenligningen mellom beregninger og målinger er gjort ved å se på avviket, det vil si differansen mellom målinger og beregninger. For bygningsmodell 1 er midlet avvik over samtlige kilder, mottakere og 1/3-oktavbåndsverdier (singelverdi) mellom målinger og ED toolbox -0,6 dB. For bygningsmodell 2 er midlet avvik (singelverdi) -1,5 dB. Midlet avvik (singelverdi) mellom målinger og Odeon er 10,3 dB for bygningsmodell 1, og 6,7 dB for bygningsmodell 2. Odeon underestimerer lydnivåene i forhold til ED toolbox og målingene.

Metoden bak ED toolbox, som er basert på sekundære kantkilder, gir små avvik i forhold til målingene, men er beregningskrevende. Metoden bak Odeon er en høyfrekvensapproksimasjon, og tar kun hensyn til diffraksjon opp til orden 2. Metoden kan ikke brukes for alle målegeometrier, og gir større avvik. CadnaA, som har implementert Nordisk beregningsmetode for vegtrafikkstøy, estimerer så godt som identisk lydtrykknivå uansett hvilken av de 6 kildene som brukes, og beregner lavere nivå enn målingene for begge bygningsmodeller. Avviket er størst for bygningsmodell 1 (15-30 dB).

Dette arbeidet gir grunnlag for videre forskning. Måleoppsettet kan optimaliseres, og det kan gjennomføres repeterte målesett for å redusere usikkerheten i resultatene.

This study presents a comparison between prediction of sound pressure level on the shielded facade of a building calculated in the room acoustic software Odeon, the Edge diffraction Matlab Toolbox and measurements, on a scaled model in an anechoic chamber.

Calculations and measurements were done using two different geometries, model 1 with one building and model 2 with one building in front of the other. The noise source is the same for both geometries; a road with traffic is represented by noise sources positioned along a straight line on the front of the buildings. The receivers are for both geometries positioned in a grid on the shielded side of the building (furthest away from the road). Both for calculations and measurements, impulse responses are made for each receiver and used to calculate sound pressure levels related to sound pressure level in free field 1m, in one-third octave bands from 50-1000 Hz. This frequency specter is chosen since it is dominating for traffic noise on a shielded side. The buildings have hard, flat surfaces, and the ground is hard. For the measurements and in ED toolbox, the situation is simulated using the image source method.

The same geometries are set up in the noise prediction software CadnaA. The results are averaged across all receivers and compared with the measurements in octave bands between 31,5 Hz and 1000 Hz.

The comparison between calculations and measurements are done by looking at the deviation between the measurements and calculations. For model 1 the average deviation across all sources, receivers and one-third octave band values (single value), between the measurements and ED toolbox, is -0.6 dB. For model 2 the average deviation (single value) is -1,5dB. The average deviation (single value) between measurements and Odeon is 10,3 dB for model 1 and 6,7 dB for model 2. Odeon is underestimating the sound pressure levels compared to ED toolbox and the measurements.

The method utilised in ED toolbox, which is based on secondary edge sources, deviates little compared to the measurements, but require heavy calculations. The method utilised in Odeon is a high frequency approximation, and takes into account diffraction only up to order 2. The method cannot be used for all measure geometries and deviates more. CadnaA, which has implemented the Nordic prediction method for road traffic noise, estimates almost identical sound pressure levels regardless of which source is used, and calculates a lower level than the measurements for both building models. The deviation is greatest for building model 1 (15-30dB).

This work gives a foundation for further research. Improvements, e.g. by optimization of the measurement set up, and repeating the measurements, can reduse the uncertainty in the results.