Тише едешь: об автогонках, физике и добром слове

Трасса для кольцевых автогонок — это не только дорожное полотно, полосатые поребрики и отбойники из автомобильных покрышек. К ним прилагается еще весьма внушительная инфраструктура. Которая обеспечивает не только безопасность пилотов и комфорт для зрителей, но и бережет уклад жизни местных жителей, не все из которых могут быть поклонниками автоспорта. Одним из главных раздражителей для последних, как правило, служит рев моторов — не только технически неотъемлемая часть автодорожных соревнований, но и ценностно. Конфликты из-за шума между местными жителями и организаторами гонок возникают повсеместно. Так что физики и инженеры постоянно ищут все новые пути технического разрешения тяжбы об акустике — начиная от контроля за уровнем шума двигателей и заканчивая разнообразными конструкциями для управления акустическими волнами над трассой. Но иногда проблемы шума решаются совсем другими методами.

Как победить звук

Звук — это волны, его распространение подчиняется волновым уравнениям. К счастью для автогонок, такие уравнения физики  решать умеют, и применяют этот навык для проектирования систем шумоизоляции. Попадая на преграду, звук может пройти сквозь нее, отразиться или поглотиться. Чаще всего происходит и то, и другое, и третье, а чтобы подавить шум, вам надо поработать над его отражением и поглощением.

Способов утихомирить автогоночный трек для внешнего наблюдателя не так уж много. Самый очевидный — это шумозащитные экраны, стены не самой обыкновенной формы и из не всегда обыкновенного материала. Жесткие материалы (поликарбонат, металл) звук отражают, мягкие (базальтовая вата, пенопласт) — поглощают. Иногда в дело идут и те, и другие. Помимо стен, можно обнести трассу бермами, земляными насыпями с пологими склонами: они тоже неплохо поглощают звук, а также перенаправляют вектор движения акустических волн вверх.

Выбор между экранами и насыпями не так уж однозначен. Например, симуляции показывают, что в штиль экран предпочтительнее. Однако если дует ветер, да еще и в «спину» шуму, то воздушные потоки, срываясь с верхней кромки экрана, перенаправляют звук вниз, сводя на нет шумозащитные свойства стены. В таких условиях бермы справляются лучше.

Разумной кажется также идея воспользоваться для ловли шума зелеными насаждениями. Но против звука лесные массивы не так уж эффективны: 30 метров лесопосадки средней плотности снижают громкость звука с частотой 250 герц всего на 1,8 децибел. Так что, например, одна берма способна заменяет собой 60 метров густой рощи.

Наконец, справиться с шумом можно и на последнем рубеже, сделав «шумоустойчивыми» окружающие трассу здания. Тут важнее всего оказываются материалы, из которых изготовлены окна и уплотнители.

Физика рулит...

Поскольку подавление шума на больших территориях дело довольно масштабное (а еще затратное), с этим владельцам трасс помогают профессионалы. А они, в свою очередь, делятся друг с другом опытом и разнообразными поучительными историями из практики. На состоявшемся в мае этого года 182 Заседании Американского акустического общества владелица такой компании Бонни Шнитта (Bonnie Schnitta) рассказала коллегам историю о том, как она решала проблемы владельца гоночной трассы Gingerman Raceway.

Этот трек расположен неподалеку от Саут-Хейвена, штат Мичиган, авто- и мотогонки проводят тут с 1996 года. Она расположена так, что шум ее как будто бы никому и не мешает: вплотную с ней граничит только ферма, на которой рев спортивных моторов эффективно заглушает стрекот местных тракторов. Беспокойство у владельца трассы при строительстве вызывал лишь небольшой поселок на востоке: несколько домов, почтамт, да пара церквей.

Чтобы оградить его и была нанята компания Шнитты. Оценив местность, ее подчиненные решили обнести со внешней стороны связку седьмого и восьмого поворота бермой. Та снизила рев моторов (75-80 децибел) до уровня, типичного для сельской местности: грохота проезжающих грузовиков, работающих тракторов и мычащих коров (50-60 децибел). Последние, кстати, были как будто бы даже обрадованы появлению здесь трассы. Звуки, издаваемые спорткарами, проходя заграждения, превращались для бычков и телок в голоса сородичей, которым они охотно вторили.

Да и всех остальных берма тоже устроила. Местным детям она приглянулась в качестве высоты для спуска на велосипедах, а ее пологий склон дополнительно увеличил безопасность трассы, поскольку вылетающая с трассы машина эффективно теряла на нем скорость. Один раз она даже спасла жизнь владельцу трассы, у которого во время гонки отлетело колесо.

...но не всегда

Через 20 лет после открытия трассы ее владельцу снова понадобилась помощь Бонни Шнитты — после того, как он расширил трассу. Все бы ничего, но новую петлю проложили в непосредственной близости от церкви, и гул двигателей стал отчетливо вторгаться в церемонию богослужения. 

Прибыв на место, специалисты быстро поняли, что решить проблему шума технически уже не удастся. И потому для того, чтобы помочь своему клиенту, им пришлось заняться инженерией совсем другого толка. 

Шнитта усадила обе стороны за стол переговоров, и те смогли прийти к компромиссу. Богослужения в церкви проходили с 11 до 12 часов дня. Владелец трассы гарантировал, что на это время всякое движение по трассе будет прекращено. Такое окно не особенно вредило техническому регламенту гоночных уикендов, которые обычно состоят из свободных заездов, квалификационной сессии и, собственно, гонки (иногда нескольких). И расписание на Джинджемене просто подвинули таким образом, чтобы богослужение в десятом повороте приходилось на перерыв между автогоночными сессиями.

Также команда Шнитты высадила ряд деревьев между церковью и трассой — хотя и прекрасно понимала, что деревья плохо гасят звук. Но нужны они были вовсе не для того, чтобы прихожане не слышали проезжающие мимо машины, а чтоб они их не видели.

Докладчица ссылается здесь на свой опыт и говорит, что раздражает людей зачастую не сам звук, а то, что они вместе с ним наблюдают. И если люди будут меньше видеть проносящиеся мимо машины, то меньше будут думать об автогонках и, как следствие, обращать на них внимание.

Кроме того, Шнитта включила в проект модернизации трассы установку в церкви звукоизолирующих окон, предоставила священнослужителям трех поставщиков на выбор и убедила владельца трассы оплатить их работу. Однако местные жители этим предложением даже не воспользовались — им оказалось достаточно лесополосы и «тихого часа» на время службы.

Среди них остался только один человек, который, несмотря на все усилия Бонни Шнитты, оставался недоволен трассой у него под боком. Организаторы гонок боялись, что его недовольство в итоге заразит и остальных жителей, поэтому Шнитта продолжила работу. Поговорив с недовольным лично, она выяснила, что тот на гонках вообще никогда не был. И предложила хозяину трассы прокатить ворчуна по треку на одном из своих Lamborghini. Эта поездка (да и вообще внимание к его недовольству) пассажиру понравилась — и проблема таким образом решилась.

Шнитта резюмирует свой рассказ словами, что иногда шумовое загрязнение может оказаться на поверку не инженерной, а сугубо социальной проблемой, которая решается не путем акустической оптимизации ландшафта, а переговорами. И потому она, например,  рекомендует организаторам музыкальных фестивалей дарить приглашения обитателям окрестных домов.

Мораль, которую мне хочется вынести из этой истории, еще проще: иногда пара конструктивных диалогов между людьми, которые готовы друг друга слушать, заменяют сотни часов напряженных поисков технологического решения. В конце концов, не на каждую проблему нужно изобретение.