Vastus selgitustaotlusele

Jüri Lavrentjev, PhD, praktik-professor Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. Tellija: Riigi Kaitseinvesteeringute Keskus Kontaktisikud: Helari Buht, Anu Vasar 15.11.2024. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. Tallinna Tehnikaülikool Ehitajate tee 5, 19086 Tallinn Eesti [email protected] Sisukord 1. SISSEJUHATUS 3 2. MÕISTED 4 3. MILITAARMÜRA ALLIKAD 5 3.1. Lasumüra 5 3.2. Lasumüra akustiline võimsus ja spekter 6 3.2. Lööklainest tekkiv müra 8 3.3. Mürsu lõhkemise müra 9 KOKKUVÕTE militaarmüra allikatest 10 4. MÜRA LEEVENDUSMEETMED 11 4.1. Mürataseme vähendamine müraallikas 11 4.2. Mürataseme vähenemine selle levikul 17 4.2.1. Helilaine geomeetriline hajumine 18 4.2.2. Helilainete sumbumine õhus 19 4.2.3. Temperatuuri mõju helilaine levikule 20 4.2.4. Tuule mõju helilaine levikule 22 4.2.5. Maapinna mõju heilaine levikule 23 4.2.6. Helilaine levik ja sumbumine metsas 24 4.2.7. Mürakaitseekraanid ja -vallid 25 4.2.8. Perspektiivsed müraleevendusmeetmed 31 4.2.9. Mürataseme vähendamine vastuvõtja juures. 31 4.2.10. Helileviku arvutused ja müraleevendusmeetmete tõhusus 33 KOKKUVÕTE müraleevendusmeetmetest 34 5. PLAHVATUSE MÜRA JA VIBRATSIOON 36 5.1. Plahvatuse füüsikalised parameetrid 36 5.2. Vibratsiooni levik ja selle vähendamine 37 KOKKUVÕTE vibratsiooni leevendusmeetmetest 41 Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 2 1. Sissejuhatus Militaarsete laskeharjutuste poolt põhjustatud õhumüra ja vibratsioon jõuab tihti inimeste eluasemeteni ja põhjustab inimestele ebamugavust. Eriti suurekaliibriliste relvade ja plahvatuste müra erineb paljuski muust tavapärasest keskkonnamürast. Laske- ja harjutusalade tegevusest tekkival müral on mitmeid eriomadusi, mis suurendavad müra häirivust. Militaarsed laskeharjutused laske- ja harjutusaladel ei toimu pideva tegevusena, vaid aeg-ajalt. Müra on äkiline, väga lühiajaline ja hetkeliselt intensiivne. Müra on enamasti ka madala sagedusega, mistõttu heli levib kaugemale, sumbudes ümbritsevas keskkonnas vähem. Müra intensiivsus avatud aladel varieerub oluliselt sõltuvalt ilmastikutingimustest - tuulest, õhuniiskusest, temperatuurist ja selle jaotusest ning samuti kaugusest müraallikast. Lisaks on oluline, mis jääb müraallika ja müra vastuvõtja vahele, nt mets, veekogu, vahelduvad pinnavormid jms. Enamasti aitavad need mürataset vähendada, aga võimalusel tuleb lisaks kasutada täiendavaid leevendusmeetmeid. Järgnevatel lehekülgedel kirjeldatakse ja analüüsitakse võimalikke leevendusmeetmeid harjutusväljade ümbruses militaarsete laskeharjutuste poolt põhjustatud õhumüra ja vibratsiooni vähendamiseks ning nende võimalikku tõhusust. Töö koostamisel lähtuti militaarmüra regulatsioonist (2019), Riigi Kaitseinvesteeringute Keskuse (RKIK) tellimusena viimastel aastatel koostatud militaarmüra käsitlevatest töödest ja muudest avalikest militaarmüra uuringutest, samuti militaarmüra käsitlevatest teadusartiklitest, mis on tehtud välismaal (eelkõige NATO liikmesriikides). Töö on lisaks eelnevate tööde analüütilisele ülevaatele varustatud müra ja vibratsiooni leevendusmeetmeid selgitavate jooniste ja graafikutega. Paljud joonised on valminud töö käigus autoripoolsetena, palju on ka jooniseid, mis on saadud erinevatest kirjandusallikatest. Viimastele on ka viidatud, samas on võõrkeelsete jooniste tekst suurema selguse huvides ning tehnilise võimaluse olemasolul tõlgitud eesti keelde. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 3 2. Mõisted Käesoleva dokumendi tähenduses on: heli – keskkonnas levivad mehaanilised võnkumised; müra – inimest häiriv või tema tervist ja heaolu kahjustav heli; helirõhk – heli lisarõhk õhus lisaks keskmisele õhurõhule, Pa; heli difraktsioon - helilaine murdumine takistuse serval; heli refraktsioon - helilaine levimise suuna muutus, mis tekib tema levimisel ühest keskkonnast teise või keskkonna ühtlasel muutumisel, ka helilainete pidev murdumine (lainefrondi kõverdumine); heli difusioon - helilaine levimise suuna muutus selle liikumisel läbi avade või pilude, füüsikaliselt sisult sarnane heli difraktsiooniga; heli interferents –kahe sama sagedusega heli kohtudes tekkiv liitheli; helirõhutase (müratase) Lp – helirõhu ja kuuldeläve helirõhu (po = 20 µPa ) suhte kahekümnekordne kümnendlogaritm 20 lg(p/po), dB; impulssheli (impulssmüra) – ühest või mitmest impulsist koosnev heli; üksiku heliimpulsi kestus on tavaliselt alla 1 s; akustiline takistus - väljendub valemiga Z=ρc, kus ρ on keskkonna tihedus ja c – heli leviku kiirus; madalsageduslik müra – müra sagedusvahemikus 10 Hz–200 Hz; militaarmüra – Kaitseväe ja Kaitseliidu kasutuses olevate relvade, lõhkevahendite ja pürotehniliste imitatsioonivahendite poolt tekitatav impulssmüra; mittelineaarne lainelevi – suurtel helirõhutasemetel lainelevi, kus heli omadused hakkavad sõltuma levikukeskkonnast ja puudub lineaarne side helirõhu ja osakeste kiiruse vahel; väikesekaliibrilised relvad – relvad, mille kaliiber on <20 mm ning käsigranaadid, lõhkelaengud ja pürotehnilised imitatsioonivahendid (lõhkepaketid, imitatsioonivahendid), mille kaal on <50 g TNT ekvivalent; suurekaliibrilised relvad – relvad, mille kaliiber on ≥20 mm ning käsigranaadid ja lõhkelaengud ja ja pürotehnilised imitatsioonivahendid (lõhkepaketid, imitatsioonivahendid), mille kaal on ≥50 g TNT ekvivalent; vibratsioon – tahke keha mehaaniline võnkumine; vibrokiirus - vektoriaalne suurus, mis iseloomustab vibratsiooni amplituudi muutumist ajas, väljendatakse parameetri ruutkeskmise väärtusega, m/s; vibrokiirendus - vektoriaalne suurus, mis iseloomustab vibratsiooni kiiruse muutumist ajas, väljendatakse parameetri ruutkeskmise väärtusega, m/s2; helivõimsus - ehk akustiline võimsus on energia, mida kiirgab heliallikas keskmiselt 1 s jooksul läbi ümbritseva pinna, W. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 4 3. Militaarmüra allikad Peamisi militaarmüra allikaid on harjutusväljadel kolm: • relva suudmest väljuvate püssirohugaaside väljumise rõhulaine ehk lasumüra, • laskemoona ülehelikiirusega lennul tekkiv lööklaine, • laskemoona plahvatusel tekkiv heli, ka lõhkelaengu plahvatusest tekkiv heli. 3.1. Lasumüra Lasumüra allikaks on relvatorust laskemoona väljumise järel kõrge rõhuga püssirohugaaside paiskumine relvasuudmest õhku, vt joonis 1. Joonis 1. Lasumüra ja selle rõhumuutuse sõltuvus ajast. Joonisel 1 on esitatud 105 mm kaliibriga haubitsa tulistamisel tekkiv rõhumuutus mõõdetuna ca 100m kaugusel1. Nagu näha, on rõhuimpulsi kestus väga väike, umbes 15 ms. Pärast gaaside väljumist relvasuudmest tekkib torusse väljunud gaaside inertsi tõttu alarõhk, mis suurendab lasu rõhuimpulsi amplituudi. Vaadates rõhuimpulsi suurust võib kindlasti eeldada, et lask tekitab hetkelise helitaseme tõusu üle 150 dB, samuti on tõenäoline, et gaasi liikumise kiirus väljumisel relvasuudmest ületab 1 Marinus B.G., Harri K., Prediction of outdoor sound propagation from firearms shooting ranges: A comparison. Proceedings of ISMA 2018 - International Conference on Noise and Vibration Engineering and USD 2018 - International Conference on Uncertainty in Structural Dynamics, pp 637 – 645, (2018). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 5 helikiiruse, põhjustades nii lokaalse lööklaine. On teada, et selliste helitasemete juures ei ole heli levimine enam lineaarne, vaid mittelineaarne. On tõestust leidnud ka see, et mittelineaarne laine ei muutu levides lineaarseks, vaid jätkab oma mittelineaarset olekut sadade ja isegi tuhandete meetrite kaugusele.2 Üldiselt loetekse lasuheli peamiseks relvade müraallikaks. 3.2. Lasumüra akustiline võimsus ja spekter Mürallikat iseloomustab kõige üldisemalt selle akustiline võimsus. Militaarse müra ja selle leviku analüüsimisel, kaasa arvatud ka simulatsiooniprogrammide kasutamisel, on oluline kasutada nii korrektseid militaarmüra allikate akustilisi võimsuseid, kui võimalusel ka nende müraspekterid. Vaadeldud uuringutes3 kasutatakse allikate akustilise võimsuse hindamiseks välistingimustes4 nö tagurpidimeetodit – st mõõdetud helirõhutasemed erineval kaugusel arvutatakse ümber müraallika akustiliseks võimsuseks. Lähtutakse standardist ISO 9613-2. Peamine probleem on siin selles, et standardis ISO 9613-2 öeldakse üheselt, et seda ei kohaldata lennu ajal õhusõiduki helile ega kaevandamisel, sõjalisel või muul sarnasel tegevusel tekkivatele lööklainetele. Standardis seda piirangut ei põhjendata, aga tegemist on peamiselt kõrgete helirõhutasemete korral (olenevalt tingimustest, aga enamasti üle 150 dB) tekkiva mittelineaarse laineleviga, kus tavapäraseid lineaarse lainelevi valemeid ja meetodeid pole võimalik rakendada, samuti ei saa kasutada statsionaarse e pideva müra jaoks välja töötatud sumbumisparameetreid laine levikul. Kuna lasumüra on impulsiivne ja ajas muutuv, siis oleks korrektne allika kirjeldamisel kasutada mõisteid müraenergia ja selle tase5 nagu tehakse nt Soome vastavas juhendmaterjalis6. Üldiselt võiks lisaks relvade helivõimsustasemele teada olla ka nende spekter. Kehtivas militaarmüra regulatsioonis7 soovitatakse uute relvade kasutusele võtmisel teostada relva helivõimsustasemete mõõtmised, mille tulemusi saab kasutada edasistes mürauuringutes, aga oleks vaja mõõta ka vastavat spektrit. Müraspektri teadmine on oluline, sest erineva sagedusega müra levib keskkonnas erinevalt. Kui lähtuda relva helitegevuse iseloomustamisel siiski selle helivõimsusest ja helivõimsustasemest, võiks kaaluda ka vastavate selleks otstarbeks ettenähtud standardite kasutamist.8 Järgnevatel joonistel9 on esitatud väikese- ja suurekaliibriliste relvade tüüpilised mürataseme spektrid kolmandikoktaavides vastavalt 10 m ja 117 m kaugusel relvade taga. Mõlemal juhul on mõõdetud ka taustamüra, mis jäi enamus spektri korral vähemalt 10 dB madalamaks, mitte mõjutades seega mõõtetulemust. 2 D. T. Blackstock D.T., Once nonlinear, always nonlinear, AIP Conf. Proc. 838, 601, (2006). 3 OÜ JÕGIOJA Ehitusfüüsika KB. Nursipalu harjutusväljakul läbiviidud miinipildujate laskemüra uuring, (2007). 4 EVS-ISO 9613-2:2024 Akustika. Heli sumbumine välistingimustes leviku korral. Osa 2: Tehniline meetod helirõhutasemete hindamiseks välistingimustes. 5 K9 KÕU mürauuring. Akukon OÜ, (2023). 6 Lahti, Tapio; Markula, Timo. Raskaiden aseiden ja räjäytysten melun arviointi, (2018). 7 Militaarmüra regulatsioon. Riigi Kaitseinvesteeringute Keskus, (2019). 8 EVS-EN ISO 3744:2010. Acoustics - Determination of sound power levels and sound energy levels of noise sources using sound pressure - Engineering methods for an essentially free field over a reflecting plane. 9 Marinus B.G., Harri K. Prediction of outdoor sound propagation from firearms shooting ranges: A comparison. Proceedings of ISMA 2018 - International Conference on Noise and Vibration Engineering and USD 2018 - International Conference on Uncertainty in Structural Dynamics, pp 637 – 645, (2018). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 6 Joonis 2. Kaliiber 105mm haubitsa lasumüra helirõhutase 225◦ nurga all koos taustamüraga, kaugus 117 m. Joonis 3. Kaliiber 5.7mm karabiini lasumüra spekter, 180◦ nurga all, 10 m kaugusel. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 7 3.2. Lööklainest tekkiv müra Lööklaine tekib ülehelikiirusel ja sellest kiiremini liikuva objekti ees õhu kokkusurumisel. Liikuva objekti ees tekkivad rõhulained ei liigu selle eest ära, vaid liiguvad ainult objektist tahapoole ehk jäävad sellest maha. Sellised rõhulained liituvad ja moodustub väga kõrge rõhuni lokaalselt kokkusurutud kooniline laine. Tasapinnaga ehk maapinnaga lõikumisel moodustub maapinnale hüperboolse kujuga lainejälg, vt joonis 4. Joonis 4. Helikiirusest suuremal kiirusel liikuva objekti lööklaine moodustumine ja selle jälg maapinnal. Lööklaine koonuse tipunurk ja sellest tulenev lööklaine ja maapinna kohtumise nurk sõltub objekti kiirusest ja helikiirusest maapinnal.10, vt joonis 5. Kohtumisnurk arvutatakse valemiga 𝛼 = arcsin 𝑐/𝑣, kus c on helikiirus maapinnal ja v on lendava objekti (kuuli, mürsu jne) kiirus. Valemist selgub, et helikiiruse ületamise hetkel liigub lööklaine risti maapinnaga, moodustades sirgjoone maapinnal. Suuremate kiiruste korral moodustub üha saledam koonus, mille projektsioon maapinnal on üha kitsamate haaradega hüperbool. Viimase tõttu lokaliseerub lööklaine mõju üsna kitsale maapinnaosale, eriti madalate lennutrajektooride korral, mis on iseloomulikud tulirelvade korral. Tavaliselt arvestatakse lööklaine mõjuala laiuseks maapinnal viiekordne maksimaalne lennukõrgus. Maksimaalne lennukõrgus mürsu tulistamisel arvutatakse valemiga hmax=h0 + sin2(α)/2g, kus h0 on tulistamise algkõrgus, α on tulistamisnurk ja g on raskuskiirendus. Haubitsa mürsk võib tõusta kuni 10 km kõrgusele ja lööklaine mõjuala oleks 25 km lasketrajektoori projektsioonist maapinnal mõlemas suunas. Siiski tuleb arvestada, et suhteliselt väikesed objektid, nagu mürsud, tekitavad võrreldes näiteks lennukitega lööklaines suhteliselt väikese rõhutõusu. Teisest küljest pole olemas ka standardeid, arvutusmudeleid ja ka kehtestatud norme helibarjääri ületamisel tekkiva heli kohta. Lööklaine helisagedus jääb vahemikku 1-100 Hz. 10 Hirsch K-W. An Overview on Military Weapon Noise: Its Physics and Annoyance, Seoul National University, Seoul, Korea, 59 p, (2003). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 8  Joonis 5. Lööklaine koonuse ja maapinna vahelise nurga moodustumine. Lööklainest tekkivat müra ja selle leevendamist pole kirjanduses väga üksikasjalikult käsitletud, kuna • müraenergia sõltub väga paljudest asjaoludest (laskemoona kaliibrist, lennukiirusest ja kõrgusest, meteotingimustest jms); • müra levik on mittelineaarne; • müra summutamine nii selle allikas kui ka levimisel on keeruline; • müra saabub vastuvõtjani pigem vertikaalsuunast ja seda summutada on keeruline. Loetletud põhjuste tõttu moona ülehelikiirusest tingitud lööklaine leevendusmeetmeid ka selles töös ei käsitleta. 3.3. Mürsu lõhkemise müra Mürsu (ka lõhkepaketi) lõhkemine tekitab nii õhumüra kui ka maapinna vibratsiooni. Võrreldes lasumüraga on lõhkemismüra akustiline võimsus sama või pigem väiksema müratasemega. Lõhkemisel saab rõhuimpulss vabalt levida igas suunas, samuti suubub osa laenguenergiast (erinevatel hinnangutel umbes 30%) maapinda ning osa energiat kulub pinnase eemalepaiskamiseks. Lõhkemismüra sagedusmaksimum jääb vahemikku 0-100 Hz. Arvestuslikult jääb 90% plahvatusenergiast alla 20 Hz. Maapinda liikunud energia liigub maapinna sisemusse, osaliselt sumbudes ja osaliselt, erineva tihedusega kihtidelt peegeldudes, liigub tagasi maapinnale11, vt joonis 6. 11 Huang, J., Koopialipoor, M. & Armaghani, D.J. A combination of fuzzy Delphi method and hybrid ANN-based systems to forecast ground vibration resulting from blasting. Sci Rep 10, 19397, (2020). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 9  Joonis 6. Maapinnas levivad vibratsioonilained. Ka maapinnas levivad vibratsioonilainetest sumbuvad kiiremini selles leiduvad kõrgema sagedusega lained ning madalama sagedusega osad võivad sumbumata levida kaugemale. KOKKUVÕTE militaarmüra allikatest • lasumüra on enamasti kõige kõrgemat helirõhutaset põhjustav müraallikas harjutusväljadel. • lööklaine müra, mille laskemoon ülehelikiirusega lennul tekitab, on väiksemat helirõhutaset põhjustav müraallikas, arvestades suhteliselt väikest ristlõikepindala ja kõrgema trajektoori puhul ka suuremat kaugust vastuvõtjast, • lõhkemise või lõhkamise poolt tekitatud helirõhutase on võrreldav lasumüraga, aga enamasti liigub suur osa sellest maapinda, ning on maapinnas levivate vibratsioonide allikaks. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 10 4. Müra leevendusmeetmed Üldine müraleevendusmeetmete teooria ütleb seda, et müra on võimalik vähendada kolmel erineval viisil, vt joonis 7. Joonis 7. Müra leevendusmeetmete skeem. Kõige lähedasem standard probleemi käsitlemiseks EVS-EN ISO 17201-5:201012 ei anna peale võimalike müraallikate kvalifitseerimise, mõistete ja indikaatorite süsteemi konkreetseid lahendusteid. Müra tekkimise ja leviku vähendamise hästikoostatud ülevaates13 on näiteks toodud peamised võimalikud viisid mürataseme leevendamiseks. 4.1. Mürataseme vähendamine müraallikas Alati on kõige lihtsam (ja enamasti ka odavaim) müra vähendada selle allikas. Militaarmüra korral tuleks seetõttu rääkida eelkõige erinevate tulirelvade lasumüra helitaseme vähendamisest. Tegelikke võimalusi selle saavutamiseks on kaks: • mürasummutite kasutamine • relvadele võimalikult lähedale paigutatud mürakaitseekraanide kasutamine. Füüsikaline erinevus nende kahe võimaluse vahel on selles, et summutite puhul on viimased kinnitatud otse relvasuudmele ja kogu püssirohugaas suundub summutisse. Kõik konstruktsioonid, kus summuti pole kinnitatud relvatoru otsa, tuleb vaadelda kui erinevat tüüpi mürakaitseekraane. Väikesekaliibrilistele relvadele on olemas standardsed summutid. Nende tööpõhimõte on lihtne ja viinud suhteliselt standardsete lahendusteni. Joonisel 8 on näha tüüpiline väikesekaliibrilise relva summuti kinnitatuna relvale ning toodud selle sisemine ehitus. 12 EVS-EN ISO 17201-5:2010. Acoustics - Noise from shooting ranges - Part 5: Noise management 13 Waseim, A. A Review on Noise Mitigation Methods on Shooting Ranges. STO-MP-AVT-335, (2021). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 11  Joonis 8. Väikesekaliibrilise relva summuti ja selle ehitus. Väikesekaliibrilise relva summuti kinnitatakse vahetult relvasuudme otsa nii, et kõik püssirohugaasid ja seega kogu müra liigub summutisse. Tavaliselt on summutis mitu järjestikust kambrit, kus gaasid muudavad suunda, paisuvad, jahtuvad ning nende rõhuimpulss ühtlustub. Väljudes pärast seda summutist ühtlasema joana, väheneb lasu müra. Kuna summuti suunab väljuvad gaasid suudmest kõrvale, vähendab see ka relva tagasilööki. Peamiseks probleemiks summutite kasutamisel on see, et see muudab tulistamise täpsust14 ja muudab ka relvatunnetuse tavalisest erinevaks. Militaarharjutustel püütakse selle tõttu summuteid mitte kasutada. Lisaks on probleeme ka relvatoru mustumisega, sest gaasid ei liigu välja vaid jäävad summutisse ja sattuvad sealt torusse. Lisaks on summuti effekt piiratud, sest ülehelikiirusel torust väljuv kuul tekitab ikka enda ees lööklaine, mida summuti olemasolu ei mõjuta. Väikesekaliibriliste relvade summutite akustiline efektiivsus jääb erinevate allikate väiteil 20-30 dB piiresse. Suurekaliibriliste relvade summutid ja nende konstrueerimine ning kasutamine on keerulisem. Reeglina on sellised summutid relvast eraldiseisvad ja seega kasutatavad ainult piiratud ulatusega laskeharjutustel. On välja töötatud summuti ka näiteks 40 mm kaliibriga tulirelvale15, mis tagab 10-15 dB võrra müra vähenemise, vt joonis 9. Samas on need katsetustel demonstreerinud summutite suhteliselt head efektiivsust. Näiteks on konstrueeritud summuti tank Leopard 2 120 mm kahurile16, mis on valmistatud firmas Rheinmetall, vt joonis 10. Summuti sisendava läbimõõt vastab tankikahuri läbimõõdule, aga ei ole summutisse kinnitatud. Selline ehitus eeldab kahe ava täpset tsentreeritust ja on kasutatav ainult hästi stabiilsete lasketingimuste korral. 14 Corriveau, D., Chan, F., Rabbath, C.A. Experimental and numerical investigation of the effect of weapon sound suppressors. Proceedings - 33rd International Symposium on Ballistics, BALLISTICS 2023, (2023) 15 Hae-Suk Lee, Jun-Hee Hong. A Muffler with Ventilation Holes for a 40 mm Medium Caliber Gun. J. Korean Soc. Manuf. Technol, 25:6, pp. 479-485, (2016). 16 Buchta, E., E., Hirsch, K.-W. A Muffler For Large Guns. International Military Noise Conference, US Government, Baltimore (2001). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 12  Joonis 9. Väiksemat tüüpi suurekaliibrilise relva summuti. Joonis 10. Tank Leopard 2 koos selle jaoks konstrueeritud summutiga. Mõõdetuna relva taga 1800 nurga all ja 250 m kaugusel, saadi järgmised tulemused, vt joonis 11. Nagu jooniselt näha, vähendab summuti mõõdetud mürataset umbes 20 dB võrra. Tuleb tähelepanu pöörata ka sellele, et müra väheneb oluliselt ka esitatud spektri madalamas pooles, mida tavaliselt on raske selliste kambertüüpi summutitega saavutada. Saksamaa LV armee on arendanud välja summutid 155 mm haubitsatele, vt joonist 12. Need on oma suure mahu ja massi tõttu statsionaarsed. Haubitsa toru pole summutiga ühendatud, sest see mõjutaks tagasilööki ja tulistamistäpsust. Summuti väliskest on varustatud avadega, kust tuleb välja osa püssirohugaasidest, vähendades lasumüra. Summuti on varustatud tagasilöögi kompensatsioonisüsteemi gaaside vastuvõtuks külgkambritega, mis teevad konstruktsiooni veelgi raskemaks ja suuremahulisemaks. Kirjanduses puuduvad kahjuks andmed summuti efektiivsuse kohta. Pildil olev summuti on jäädvustatud suure tõenäosusega Saksa relvade katsetusalal, mitte tavalisel harjutusväljal. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 13  Joonis 11. Tanki Leopard 2 summuti efektiivsus, mõõdetuna 1800 nurga all ja 250 m kaugusel. Joonis 12. Summuti 155 mm haubitsale. On kaudseid andmeid selle kohta, et ka USA armee on välja töötanud summutid nii 105 kui ka 155 mm haubitsate kohta aga avalik informatsioon nende kohta polnud leitav. Koreas on samuti välja töötatud 105 mm haubitsale summuti17, joonis 13. 17 Lee, Hae-Suk, Park, Sung-Ho. Experimental Study for Developing Silencer Adapted by Large Caliber Gun. Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, vol 25, Issue 9, pp 593-598, (2015). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 14  Joonis 13. Summuti 105 mm haubitsale. Summuti sisemuses on perforeeritud terasplaadid, väljast on summuti kaetud polüuretaanvahust plaatidega, et vähendada summuti välispinnalt kiiratavat müra. Joonisel 14 on esitatud helirõhutaseme mõõtmistulemused 400 m kaugusel enne ja pärast summuti paigaldamist. Joonis 14. 105 mm haubitsa müratase enne ja pärast summuti paigaldamist, 1800 all, 400m kaugusel. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 15 Kuigi suurekaliibriliste relvade summutid on tõestanud oma efektiivsust, on nende kasutamisel ka rida potentsiaalseid probleeme, need on: • suuremahulised ja rasked; • kallid tootmises; • raske ümberpaigutada ja ka kaldenurka muuta; • tuleb tagada summuti ja relvatoru samatelgsus neid füüsiliselt ühendamata. Loetletud puuduste tõttu on summutid kasutust leidnud eelkõige erinevate relvade ja nende komponentide arendus- ja katsetustöös ning seda eelkõige juhul, kui see tegevus on häirinud katsealade lähedal elavaid inimesi. Harjutusväljadel, kus toimub pidev tulistamispositsioonide vahetus, laskmine relva erinevate nurkade juures ja erinevatest relvadest, pole selliste summutite kasutamine realistlik. On kaalutletud ka võimaluse üle ehitada suurekaliibriliste relvade laskepositsioonide külgedele ning võib-olla ka peale müratõkkeekraanid.18 Siiski tuleb müratõkkeseina püstitamise kaalumisel arvestada, kui kõrgel asetseb tulistamise hetkel relva suue. Näiteks on iseliikuva haubitsa K9 relvatoru pikkus ca 7m ja tulistamise ajal tõuseb see kuni 70 kraadise kaldenurga juurde. Arvestades ka relvatoru kinnitust umbes 2 m kõrgusel, on relvatoru suue laskmise ajal umbes 8-9 m kõrgusel. Arvestades, et müratõkkeekraan peab sellest kõrgemal olema, siis vajataks vähemalt 10m kõrgust seina. Arvestades suurekaliibrilise relva poolt tekitatava lasumüra domineeriva helisagedusvahemikuga (umbes 100 Hz), peab ka seina pikkus olema vähemalt 10m, et see oleks efektiivne, vt ka punkt 4.2. Joonisel 15 on toodud sellise lahenduse proportsioonid võrreldes iseliikuva haubitsaga K9. Kindlasti poleks sellise seina püstitamine mõistlik lahendus, lisaks tuleks kahe seina korral arvestada nendevahelise kaja tõttu suureneva helitasemega, vt joonis 35. Lisaks takistaksid lähedalasetsevad ekraanid relvatoru pööramist. Joonis 15. Müratõkkeseina vajalik suurus, võrreldes haubitsaga K9. 18 Heiwolt, G. Review on noise abatement measures at military training facilities in Germany. Proceedings Inter-Noise 96, pp. 1765-1768, 1996. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 16 4.2. Mürataseme vähenemine selle levikul Helilainete liikumisel ja nende kohtumisel erinevate takistustega käituvad need erinevalt sõltuvalt sagedusest ning seda tuleb müraleevendusmeetmete rakendamisel kindlasti arvestada. Oluline füüsikaline nähtus, kus helilaine sagedus määrab ära selle käitumise, on helilainete difraktsioon ehk murdumine. Helilaine murdub erineva akustilise takistusega keskkondade serval. Joonisel 16 on kujutatud helilainete käitumine jõudes füüsilise takistuseni. Kui takistuse mõõde helilaine frondi normaaliga ristisuunas b on oluliselt väiksem (rohkem kui 3 korda) kui helilaine lainepikkus λ, siis takistus helilainele mingit olulist takistust ei osuta ja need liiguvad takistamatult edasi. Kui takistusel on oluliselt suuremad mõõtmed kui lainepikkus, siis akustiline laine peegeldub takistuselt tagasi või neeldub, jättes takistuse taha akustilise varju tsooni. Selle füüsikalise nähtuse ümber pöörates – kui eesmärgiks on näiteks müraekraani mõõtmete valik, siis tuleb selle mõõtmed valida vähemalt 3 korda suuremad kui on vaatluse all oleva mürasageduse lainepikkus. Joonis 16. Helilainete difraktsioon. Teine oluline nähtus helilaine leviku kontekstis on helilainete difusioon, vt joonis17. Kui helilaine läbib mingit ava, siis kui ava mõõde helilaine frondi normaaliga ristisuunas b on oluliselt väiksem (rohkem kui 3 korda) kui helilaine lainepikkus λ, siis helilaine levib pärast ava läbimist enam-vähem võrdselt kõikidesse suundadesse. Kui aval on oluliselt suuremad mõõtmed kui lainepikkus, siis akustiline laine jätkab liikumist ava normaali sihis, ning ei liigu sellest väga eemale. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 17  Joonis 17. Helilainete difusioon. Mürataseme vähendamisel selle levikul on kõige lihtsam tee arvestada leviku üldisi seaduspärasusi ja neid võimalusel arvesse võtta. Selleks on oluline teada, mis mõjutab helilainete levimist ja võimalusel seda arvesse võtta ja kasutada. Müra vähenemine detsibellides selle levimisel allikast kuni vastuvõtjani on avaldatav19 A = Adiv + Aatm + Agr + Abar + Amisc, kus Adiv on vähenemine, mis tuleneb geomeetrilisest hajumisest; Aatm on vähenemine, mis tuleneb helilainete sumbumisest õhus; Abar on vähenemine, mis tuleneb müratõketest; Agr on vähenemine, mis tuleneb maapinna mõjust; Amisc on vähenemine, mis tuleneb muudest mõjudest. Viimase vähenemise põhjuste all on enamasti peetud silmas metsa mõju, samuti helilainete inversiooni, mida põhjustab tuul ja vertikaalne temperatuurigradient. 4.2.1. Helilaine geomeetriline hajumine Kui me loeme müraallikat punktallikaks ja eeldame, et see kiirgab müra võrdselt kõikidesse suundadesse (sfääriline pind), siis laineenergia pinnaühiku kohta väheneb võrdeliselt kauguse ruuduga. Helirõhu taseme vähenemine arvutatakse valemiga Adiv = [20log(d/d0)+11] dB kus 19 EVS-ISO 9613-2:2024 Akustika. Heli sumbumine välistingimustes leviku korral. Osa 2: Tehniline meetod helirõhutasemete hindamiseks välistingimustes Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 18 d – kaugus allikast vastuvõtjani, m; d0 – võrdluskaugus, d0=1m. Valemis olev konstant 11 on ülekandetegur, mis võrdub arvuliselt allika akustilise võimsustaseme ja 1m kaugusel helirõhutaseme vahega. Valem on rakendatav ka oktaavisagedustel eraldi. Joonisel 18 on esitatud ülalpool toodud valemi arvutustulemused kuni 5 km kauguseni. On näha, et kuni umbes 1 km kaugusel asuva vastuvõtjani on kaugusel suurenemisel oluline mõju, edaspidi annab kauguse suurenemine üha väiksemat efekti. Joonis 18. Helitaseme sumbumine kauguse suurenemisel müraallikast 4.2.2. Helilainete sumbumine õhus Hästi lihtsalt öeldes - kui helilaine levib õhus, siis antakse lainete energia edasi õhumolekulide omavaheliste põrgete kaudu. Igasugune põrge tähendab ka deformatsiooni ja osa energiast muutub soojuseks. Kuigi see soojuse eraldumine pole suur, muutub see märgatavaks juba suurematel vahemaadel (tinglikult sadade meetrite) korral. ISO 9613-2 vastavalt arvutatakse helilaine sumbuvusvalemiga: Aatm=αatmd/1000, kus αatm on õhu sumbuvustegur, enamasti väljendatud oktaavisageduste kohta selle kesksagedustel, dB/km. Sumbuvustegur sõltub olulisel määral heli sagedusest, temperatuurist ja suhtelisest õhuniiskusest, vähemal määral suhtelisest õhuniiskusest. Keskmistel laiuskraadidel võetakse tihti keskmiseks levikutingimuseks 10 o C ja suheliseks õhuniiskuseks 70%. Joonisel 19 on esitatud nimetatud tingimustele vastav sumbumiskõver, lisaks ka 0 o C ja 20 o C vastavad graafikud. Joonisel 20 on esitatud õhuniiskuse mõju laine sumbumisele 10 o korral. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 19  Joonis 19. Helilainete sumbumine, sõltuvalt temperatuurist. Joonis 20. Helilainete sumbumine, sõltuvalt õhu suhtelisest niiskusest. Mõlema graafiku korral jääb madalsagedusliku müra vähenemine enamasti alla 1-1.5 dB/km. Helilainete levikul on väga olulisteks teguriteks ka tuulekiirus, tuule suund ja õhu temperatuur, eriti selle vertikaalsuunaline jaotus maapinna lähedal. 4.2.3. Temperatuuri mõju helilaine levikule Üldiselt on ülemistes õhukihtides e maapinnast kaugemal temperatuur madalam. Erandiks võib olla õhtune ja öine aeg, millal maapind ja vahetult selle peal asetsev õhukiht jahtub kiiremini kui kõrgemal asetsevad õhukihid ehk leiab aset maapinnalähedane õhutemperatuuri inversioon. Kui temperatuur suureneb, väheneb õhutihedus. Vastavalt lainelevi teooriale toimub helilaine levimisel ühest keskkonnast teise lainefrondi murdumine (sarnaselt valguslainete murdumisega) e refraktsioon. Kui helilaine liigub tihedamast keskkonnast teise mingi nurga all pinna normaaliga, siis pärast piirkihi läbimist muutub kaldenurk pinnanormaali suhtes väiksemaks, vt joonis 21. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 20  Joonis 21. Helilainete refraktsioon. Kui temperatuuri muutus on pidev, nagu see on maalähedases õhukihis vertikaalsuunas, siis toimub palju mikromurdumisi järjest, mis avaldub helilaine paindumisena. Tegelikult määrab helilainete murdumise ja sellest tuleneva paindumise keskkonna akustiline takistus (akustiline impedants). Akustiline takistus väljendub valemiga Z=ρc, kus ρ on õhutihedus ja c – õhukiirus. Nt nullkraadise õhu korral on vastav väärtus Z=428 Pa⋅s/m, 20 kraadi korral Z= 413 Pa⋅s/m. Õhk on peaaegu ideaalne gaas. Ideaalse gaasi puhul sõltub heli kiirus c ainult temperatuurist ja koostisest, mitte rõhust ega tihedusest. Vertikaalne temperatuurigradient põhjustab õhu erineva helikiiruse ja akustilise takistuse erineval kõrgusel maapinnast. Helilaine paindub alati madalama kiiruse tsooni poole. Nt hommikul, kui päike hakkab soojendama maapinda, soojeneb esimesena maalähedane õhukiht, mis saab soojuse soojenevalt maalt. Helikiirus seal suureneb ja helilained painduvad ülespoole, vt joonis 22. Selle tõttu maapinna lähedal helitugevus väheneb. Õhtul jahtub kiiremini maha õhk võrreldes maapinnaga. Selle tõttu on kõrgemal helikiirus suurem ja helilained painduvad maapinna poole, vt joonis 23. Selle tõttu maapinna lähedal helitugevus suureneb. Joonis 22. Helilainete paindumine üles soojema maapinna korral. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 21  Joonis 23. Helilainete paindumine alla külmema maapinna korral. Kuna paindenurk ei ole suur avaldub painduvate helilainete mõju helitugevusele alles suurematel kaugustel, tavaliselt mõnesaja meetri kaugusel. 4.2.4. Tuule mõju helilaine levikule Tuule mõju avaldub selles, et see muudab heli liikumise summaarset kiirust. Maapinnal on tuule kiirus väiksem taimestiku takistava mõju ning hõõrdumise tõttu liikuva õhu ja maapinna vahel. Selle tulemusena on helilaine leviku kiirus maapinna suhtes kõrgemal suurem ja helilaine paindub maapinna poole, vt joonis 24. Vastutuule korral (tuul ja helilaine liiguvad vastassuundades) paindub helilaine maapinnalt eemale, vt joonis 25. Joonis 24. Helilainete paindumine maapinna suunas pärituule korral. Joonis 25. Helilainete paindumine maapinnast eemale vastutuule korral. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 22 Nii temperatuuri vertikaalse gradiendi kui ka tuule mõju võib ulatuda 10 dB muutuseni, harvadel juhtudel ka suuremate suurusteni, nii vähenemise kui ka suurenemise suunas. Oluliseks saab see alles suurematel kaugustel, vähemalt 300-500 m erinevate tingimuste korral. Oluliseks efektiks on ka see, et helilainete paindumine võib oluliselt vähendada müratõkete efektiivsust. Ilmastiku mõju kokkuvõtteks võib öelda, et müra levib paremini kui on: • kuiv õhk (niiskes õhus sumbub helilaine rohkem), • madal temperatuur (õhu tiheduse suurenedes sumbub helilaine vähem), • pärituul, • õhtune aeg päikeseloojangu eel. 4.2.5. Maapinna mõju heilaine levikule Maapinna efektist tingitud sumbumine on peamiselt tingitud interferentsist maapinnalt peegeldunud heli ja heli vahel, mis levib otse allikast vastuvõtjasse. Nagu eelpool kirjeldatud võib helilaine painduda maapinna poole ja sealt mitmekordselt põrkuda20, vt joonis 26. Sama nähtus võib tekkida ka nt helilainete möödumisel takistustest, nt majad. Osa lainest paindub ümber maja ja osa liiguvad otse. Kui kaks lainet liituvad vastandfaasis, need summutavad üksteist. Pärituule suunas toimub peamine sumbumine helilaine peegeldumisel maapinnalt, kuna lained painduvad sel juhul ülespoole ja toimub ainult ühekordne peegeldumine. Igal maapinnalt peegeldumisel toimub laine osaline sumbumine maapinnal. Selle ulatus sõltub maapinna sumbumistegurist, mis arvutuslikult võib olla vahemikus G=(0....1). Joonis 26. Helilainete levik. Samal ajal, nagu eelpool mainitud, sõltub maapinna mõju suurus ka ilmastikust, mis määrab ära kui palju helilaine paindub ja mitu korda see toimub enne vastuvõtjani jõudmist. 20 Handbook of Environmental Fluid Dynamics, Vol 2. Systems, Pollution, Modeling, and Measurements. Edited by HJ Fernando. 2013, Pub. CRC Press, 587 pages. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 23 Standardi ISO 9613-2 kohaselt on maapinna mõju arvestamisel vahemaa allika ja vastuvõtja vahel jaotatud kolmeks tsooniks, joonis 27. Joonis 27. Maapinna mõju helilainete levimisele Igas tsoonis toimub helilaine sumbumise arvutus eraldi ja tulemus summeeritakse. 4.2.6. Helilaine levik ja sumbumine metsas Kui heli liigub otse läbi metsa, siis on mõju kindlasti kõige suurem. Üldiselt on teadlaste ja ekspertide hulgas konsensus, et tüved mõjutavad madalama sagedusega heli summutamist ja lehestik kõrgema sagedusega heli summutamist. Lisaks mainitakse ka heli sumbumist maapinnas, mis metsa all tulenevalt juurestikust on tavalisest poorsem ja suurema summutusteguriga. Vaadeldud töödes pole metsa mürasummutavat toimet mõnikord arvesse võetud, hinnates selle mõju vähetähtsaks21, kui ka modelleerimisega leitud22, et arvutuslikud müratasemed võivad väheneda vähemalt 100m laiuste metsaalade korral umbes 3-6 dB võrra. Loomulikult saab metsa helisummutavat efekti alles siis arvestada kui heli liigub otse läbi metsa. Kuna olulist summutavat efekti on näha ainult laiemate metsaalade korral, tuleb arvestada sellega, et osa vastuvõtjani jõudvast helist on tulnud üle metsa, nagu eelnevates peatükkides kirjeldatud, joonis 28. Joonis 28. Helilainete paindumine üle metsa. 21 Nursipalu harjutusvälja teede ja väljaõpperajatiste ehitusprojekt. Keskkonnamõju hindamine. Militaarmüra hindamine. Akukon OÜ, 2017. 22 Kaitseväe Männiku harjutusvälja ja linnaku mürakaart 2020. Keskonnamüra hinnang – leevendusmeetmete analüüs. Kajaja Acoustics OÜ, 2021. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 24 Üldiselt on tunnustatud, et suuremad tüved ja nendevaheline keskmine kaugus mängivad summutuses suuremat rolli madalamatel sagedustel, oksad ja lehestik kõrgematel sagedustel. 4.2.7. Mürakaitseekraanid ja -vallid Vaadeldud töödes on tihti teemat käsitletud umbmääraselt ja allikatele viitamata. Näiteks hinnatakse nende efektiivsust 5-20 dB, toomata selget kriteeriumit vastava arvu saavutamiseks (kaugus, kõrgus, materjal jms)23 Väikesekaliibriliste relvade puhul on kõige efektiivsemaks meetmeks piirata tulistamisala nii väikese mahuga kui võimalik. See võib kõige lihtsamal juhul olla lihtne tunnel, mille vormiks on kast või toru, mis ümbritseb relva24, vt joonis 29. Loomulikult peab sellise tunneli sisepind olema vooderdatud efektiivse mürasummutusmaterjaliga. Loomulikult on selline tunnel efektiivsem 900 sihis. Halvasti kujundatud tunneli korral on täheldatud mürataseme suurenemist 1800 sihis. Joonis 29. Väikesekaliibriliste relvade mürasummutustunnelid. Kuna tulirelvade puhul on tegemist madal- ja kesksagedusega müraga, siis lihtsalt standardse mürasummutusmaterjaliga vooderdamisest ei piisa, on vaja erimaterjale või spetsiaalselt väljatöötatud lahendusi (perforeeritud plaadid, eraldi summutussektsioonid jms). Järgmine samm oleks laskeala kujundamine nii, et sel oleksid taga- ja külgseinad ning katus, joonis 30, moodustades eraldi boksid. Loomulikult tuleks ka siis pöörata tähelepanu sisepindade efektiivsele heliisolatsioonile, mis tagaks heliisolatsiooni ja samas vähendaks ka müra boksi sees, kuna vähendaks peegeldusi nendelt pindadelt. Kõige universaalsem lahendus on piirata laskeala mürakaitseekraanidega25, joonis 31. 23 Nursipalu harjutusvälja teede ja väljaõpperajatiste ehitusprojekt. Keskkonnamõju hindamine. Militaarmüra hindamine. Akukon OÜ, 2017. 24 Waseim, A. A Review on Noise Mitigation Methods on Shooting Ranges. STO-MP-AVT-335, 2021. 25 https://www.soundfighter.com/sound-attenuated-shooting-range/ Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 25  Joonis 30. Laskeharjutuste eraldiseisvad boksid koos mürasummutavate seinte ja laega. Kui jätta kõrvale heli võimalik peegeldumine maapinnalt mürakaitseekraani ja heliallika ning mürakaitseekraani ja heli vastuvõtja vahel, siis heliallika poolt tekitatud helilaine võimalikud liikumisteed on toodud joonisel 32.26 Joonis 31. Laskeharjutuste ala piiratuna mürakaitseekraanidega. 26 CEDR Technical Report 2017-02 State of the art in managing road traffic noise: noise barriers, 2017. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 26  Joonis 32. Heli liikumine mürakaitseekraani ümbruses. Mürakaitseekraani efektiivsuse kõige üldisemal moel määrab ära võrdlus ilma ekraanita otselaine poolt tekitatud helitaseme ja paigaldatud ekraani korral üle tõkke murdunud helilaine poolt tekitatud helitaseme vahel, vt joonis 33. Joonis 33. Heli erinevad liikumisteekonnad mürakaitseekraani tõttu. Jooniselt 34 on näha, et madalatel sagedustel ei ületa mürakaitseekraani efektiivsus ca 12-17 dB. Loomulikult on sellised arvutused tehtud ideaalsete tingimuste korral (õhuke ekraan, maapinna peegelduste mittearvestamine), arvutuste täpsuseks on ± 5dB. Jooniselt on näha, et ekraani efektiivsus on maksimaalne kui müraallikas ja vastuvõtja asetsevad ekraani ligidal. Näiteks - helilaine teekonna erinevus 2m tähendab seda, et 4 m ekraani korral asetseksid müraallikas ning vastuvõtja 1 m kõrgusel maapinnast ning 4 m kaugusel ekraanist. Kui ekraan asetseb umbes vahepeal, eriti mitmesajameetriste vahemaade korral müraallika ja vastuvõtja vahel, on raske saavutada ekraani mingit olulist efekti. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 27  Joonis 34. Müratõkke efektiivsus erinevate oktaavisageduste ja teekonna erinevuste korral. Üldiselt on oluline kaaluda ka ekraanide katmist mürasummutava kihiga, kuigi madalatel sagedustel on efektiivset mürasummutavat kihti raske luua. Liigselt peegeldava ekraani korral suurendatakse müraallikapoolset mürataset vähemalt 3 dB võrra, kahe paralleelse ekraani korral võib müratase tõusta veelgi kõrgemale, vt joonis 35. Joonis 35. Helipeegeldused kahelt paralleelselt müratõkkeekraanilt. Eriti ohtlik on olukord, kui kahe paralleelse ekraani korral nende vahekaugus langeb kokku helilaine poole lainepikkusega või selle paarituarvulise kordsetega. Sellisel korral tekkib seinte vahele laineresonants (seisulaine), kus helitase võib tõusta väga kõrgele. Lisaks halvale mõjule seinte vahel asuvale personalile, jõuab selline võimendatud heli ka vastuvõtjani ja põhjustab seal kõrgema mürataseme. Suurema heliamplituudiga ja seega ohtlikumad on tavaliselt kuni 3 esimest resonantsi (resonantsikordajat n). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 28 Tabelis on toodud madalamatel oktaavisagedustel nö ohtlikumad ekraanide vahelised kaugused kolme esimese resonantsikordaja korral. Tabel. Ebasoovitavad kaugused kahe müratõkkeekraani vahel, m. Sagedus, Hz n 1 3 5 31.5 5.4 16.2 27.0 63 2.7 8.1 13.5 125 1.4 4.1 6.8 Loomulikult on oluline ka seinte materjal, vt joonis 36.27 . Materjal peab eelkõige tagama etteantud müraisolatsiooni. Sama oluline on ka selle püsivus ajas, et ei tekkiks avasid ja auke ekraani, mis heli difusiooni tõttu oluliselt vähendaksid müratõkkeekraani efektiivsust. Joonis 36. Erinevast materjalist ja paksusega materjalide heliisolatsiooniindeksid. Mürakaitsevallide efektiivsus ja nende arvutamismetoodika on sarnane mürakaitseekraanide omaga. Sama kõrguse korral on helilaine teekond ümber valli ülemise tipu pikem aga samas on materjali müratõkkeomadused väiksemad oma väiksema tiheduse tõttu (kg/m2), mis mõjutab otseselt eriti madalama sagedusega helide liikumist läbi valli tipu. On tehtud võrdlusi ekraanide ja vallide efektiivsuses28, vt joonis 37. Uurimuses tehti arvestuslik eksperiment võrdse kõrgusega müratõkkeseina ja erineva ehitusega muldvallide võrdlemiseks. Ekraan oli paigutatud nii valli keskjoonele kui ka valli müraallikapoolsele küljele. Simulatsioon tehti kolmandikoktaavide sagedusel kuni sageduseni 1600 Hz. Simuleeriti allika ja vastuvõtja erinevaid kaugusi valli keskpunktist ning erinevaid vallitüüpe, mis on kaetud erineva taimestikuga. Ekraani simuleeriti alati 4m kõrguse raudbetoonist 0.2m paksuse ekraanina. 27 Pinterest 28 Timothy Van Renterghem, Dick Botteldooren. On the choice between walls and berms for road traffic noise shielding including wind effects, Landscape and Urban Planning, Volume 105, Issue 3, pp 199-210, 2012. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 29  Joonis 37. Müratõkkevalli simulatsioon. Joonisel 38 on esitatud mõlema ekraaniasendi ja erinevate vallitüüpide korral saadud keskmine mürataseme vähenemine erinevates tsoonides, vastavalt 50-100m kaugusel ja 50-250m kaugusel. Allikas oli 24 m kaugusel valli keskjoonest. Vallid olid arvestuslikult metsaga kaetud. Hinnanguline arvutustäpsus oli ±1.5-2 dB. Keskmiselt on vall sama efektiivne või kuni 2 dB väiksema efektiivsusega kui ekraan. Efektiivsem on ekraani paigutamine mürallikale lähemale, mida vallide korral pole füüsiliste mõõtmete tõttu võimalik alati saavutada. Joonis 38. Erinevate müratõkete efektiivsus. Simuleeriti ka rohuga kaetud valli efektiivsust, mis võrreldes metsase valliga oli veel ca 2dB madalam. Kokkuvõttes saab öelda, et müratõkkevallide akustiline efektiivsus on võrreldav Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 30 müretõkkeekraanidega. Võimalikud kaalutlused müravallide ehitamiseks on pigem majanduslikku laadi: • kohapealt saadav ehitusmaterjal, • potentsiaalselt esteetilisem kui arvestada ka haljastusega, • valli peale saab teha haljastuse, mis parendab mürasummutust, • võrreldes ekraanidega on vastupidavam ajale, • väike keskkonnajälg, kuna kasutatakse ainult looduslikke materjale, • suurema mahuga pinnasetööd, mis võivad muu hulgas suurendada keskkonna jalajälge. 4.2.8. Perspektiivsed müraleevendusmeetmed Relvade lasumüra on püütud vähendada ka rakendades nn aktiivset mürasummutust. Lihtsustatult – kunstlikult tekitatakse lasumüraga identne müraimpulss, aga lasumüraga vastandfaasis. Omavahel kohtudes tekib interferents kahe laine vahel ja ideaaljuhul need lained summutavad üksteist. On proovitud aktiivset mürasummutust rakendada lahtise lasketiiru korral ja saadud väikesekaliibriliste tulirelvade korral lasuimpulsi vähenemine 3-6 dB võrra29. Kuna tegemist oli üsna algelise lahendusega, vt joonis 39, mida saab edasi arendada, siis võib eeldada ka potentsiaalselt suuremat mürataseme vähendamist. Joonis 39. Aktiivne mürasummutus. Uuringud on käinud mõnda aega juba ka nn fonooniliste kristallide rakendamisel mürasummutuseks. Rakendatuna näiteks metsaaladele, istutatakse puud kindla mustri järgi, kus puudevaheliseks kauguseks on pool eeldatavast müra lainepikkusest. 4.2.9. Mürataseme vähendamine vastuvõtja juures. Kuigi militaarmüra taset nagu ka teisi müraliike on kõige efektiivsem vähendada selle allikas ja teise võimalusena selle levimisel, siis teatud juhtudel on seda otstarbekas teha vastuvõtja juures. Need on eelkõige juhud, kus müra all kannatavaid vastuvõtjaid on vähe, näiteks üksik maja või majadegrupp 29 Kuismo M., et al. The Test Setup for Active Noise Control at Shooting Range. The 6th European Conference on Noise Control, Euronoise (2006). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 31 militaarmüra allikate läheduses. Muidugi, enne kui rakendada müravähendusmeetmeid, tuleb põhjalikult uurida müra allikat - kas see on lasumüra, mürsu lennul tekkiv lööklaine, lõhkemismüra või on näiteks maja konstruktsioonide värisemine põhjuseks hoopis maapinnas levivad vibratsioonilained. Õhumüra taseme vähendamiseks on vastuvõtja juures tegelikult ainukeseks lahenduseks mürakaitseekraanid. Nagu eespool kirjeldatud, peavad need asetsema võimalikult lähedal vastuvõtjale ja teisest küljest, olema vähemalt hoone või rajatise kõrgused, et moodustuks akustiline vari kogu hoonele, vt joonis 40. Joonis 40. Müratõkkeekraani suhteline kõrgus hoonete kaitsmiseks õhumüra eest. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 32 4.2.10. Helileviku arvutused ja müraleevendusmeetmete tõhusus Kui on vaja kontrollida müraleevendusmeetmete tõhusust, siis on selleks kaks võimalust: mõõtmine müra vastuvõtja juures või kontrollida meetme tõhusust simulatsiooni abil, kasutades selleks vstavat tarkvara. Üldiselt loetakse simulatsiooni sellisel puhul täpsemaks, sest kuigi mõõtmine annab mingil ajahetkel täpsema tulemuse kui simulatsioon, võib see tulemus sõltuda nt tuulest, temperatuurist, aastaajast jms, muutes meetmete efektiivsuse väljaselgitamise palju ebatäpsemaks kui simuleerimise abil saadud tulemuste abil. Eestis on militaarmüra leviku simuleerimiseks kasutatud peamiselt kaht tarkvarapaketti, Soundplan ja DataKustik Cadna. SoundPlan Seda programmi on kasutatatud Eestis paljudel juhtudel303132militaarmüra leviku simuleerimiseks, kuigi see nimetatud otstarbeks ette nähtud pole, lisaks on SoundPlani Põhja-Euroopa regiooni esindaja Jacob Storm Jørgensen selle kasutamise kohta tulistamis- ja plahvatusmüra tüüpi allikate simuleerimisel33 (tõlge inglise k) öelnud: “Täiesti õigesti kaardistada ei pruugi olla võimalik, sest tegemist on väga eriliste müraallikatega“. SoundPlani tarkvarapaketis on kasutatud maapinnal paiknevate allikate (maanteemüra, raudteemüra, tööstuse müra) puhul nii rahvusvahelisi mudeleid, aga ka suuremate riikide rahvuslikke standardeid ja meetodeid, muu hulgas CNOSSOS-EU:2021/201534, Nord200035. Kõik need põhinevad suuremal või väiksemal määral standardil ISO 9613-2, mis on ette nähtud ainult tööstus- ja transpordimüra leviku simuleerimiseks. Datakustik Cadna On teine üsna laialdaselt3637383940kasutatud müra modelleerimiseks kasutatud programm. Kasutab samuti CNOSSOS-EU:2021/2015, Nord2000, samuti on lähtutud ISO 9613-2, eriti tööstusmüra korral. 30 Kaitseväe keskpolügooni riigi eriplaneeringu keskkonnamõju hindamine. Müra modelleerimine. OÜ Alkranel, (2018). 31 Kaitseväe Männiku harjutusvälja ja linnaku mürakaart. Skepast&Puhkim OÜ, (2018). 32 Sirgala harjutusvälja projekteerimistööde keskkonnamõju hindamine. Müra modelleerimine. OÜ Alkranel, (2020). 33 personaalne kirjavahetus, e-kiri Jacob Storm Jørgensen, SoundPLAN distributor, 4.10.2024 34 Joint Research Centre: Institute for Health and Consumer Protection, Anfosso-Lédée, F., Paviotti, M. and Kephalopoulos, S., Common noise assessment methods in Europe (CNOSSOS-EU) – To be used by the EU Member States for strategic noise mapping following adoption as specified in the Environmental Noise Directive 2002/49/EC, Publications Office, (2012) 35 Kragh J, Thysell E, Finne P, Pedersen F, Michelsen L, Fryd J. The Nord2000 prediction method for road traffic noise-outline and validation, and application in environmental noise mapping. J Acoust Soc Am. 2023 Jul 1;154(1):547-555, (2023). 36 Nursipalu harjutusvälja mürauuring. Akukon OÜ, (2020). 37 Kaitseväe Männiku harjutusvälja ja linnaku mürakaart. Keskkonnamüra hinnang. Kajaja Acoustics OÜ, (2020). 38 Kaitseväe Sirgala harjutusvälja müra modelleerimine. Akukon OÜ (2022). 39 Kikepera lõhkamiste mürauuring. Akukon OÜ, (2023). 40 K9 KÕU mürauuring. Akukon OÜ, (2023). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 33 See tähendab, et ISO 9613 piirangud militaarmüra modelleerimiseks on ka selles programmis olemas. Datakustik Cadna rahvusvaheline ärijuht Antonio Notario on öelnud, et programmi saab kasutada ainult selle rakendusalade piires (tõlge inglise k): “Kui kasutate arvutusmeetodit selle rakendusalade piires, võite loota tulemuste täpsusele, nagu on märgitud arvutusmeetodi kirjelduses. Kui soovite seda rakendada väljaspool selle ulatust, peate suutma põhjendada, et see on endiselt rakendatav ja piisavalt täpne, kui keegi seda vaidlustab.41“ Üheski nimetatud tarkvaras ei arvestata ISO 1720142 nõuetega. Nimetatud standardi otstarve on vajadusel muuta ISO 9613 standardit nii, et väikesekaliibriliste tulirelvade (kaliibriga ≤20mm) tulistamisheli saaks modelleerida vastuvõtja juures. ISO 17201 võtab erinevalt ISO 9613 standardist lähteandmeteks müraallika energia, selle suunatuse ja spektri. Müraallika energia tekitab ülehelikiirusel relvatorust väljuv gaas, mis suudme lähedal tekitab väga kõrge helirõhutaseme, mis enamasti ületab 154 dB. Standard ISO 17201 määratleb 154 dB taseme piirina, millisest tasemest ülespoole toimub helilainete mittelineaarne levimine. Alles relvast suurematel kaugustel, mis võib olla ka sadu meetreid, kus helirõhu tase langeb sellest piirist allapoole, saab rakendada lineaarse lainelevi teooriat, muu hulgas ka ISO 9613 kirjeldatuid. Uurimuses43 on leitud, et ISO 9613 standard, mis põhineb müraallika kirjeldamisel selle helivõimsuseg, ei anna nii häid tulemusi, võrreldes mõõtmistega kui ISO 17201. Kuigi viimane on mõeldud eelkõige väikesekaliibriliste relvade müra leviku kirjeldamiseks ja arvutamiseks, tõestasid arvutuste ja mõõtmiste omavaheline võrdlus seda, et ISO 17201 standard annab parimad tulemused isegi suurte kaliibrite puhul. Nagu on toonitatud44 on lasumüra kõrge tase, tugev suunatavus, kõrge energiasisaldus ja intensiivsus põhjuseks selle mittelineaarsele levile ning allikast kaugel esinevaid mittelineaarseid mõjusid tuleks paremini arvesse võtta, kui soovitakse täpselt simuleerida tulirelvade mürasignaali nii väikese kui ka suure kaliibriga relvade korral. KOKKUVÕTE müraleevendusmeetmetest • Väikesekaliibriliste relvade summutite kasutamine halvendab tulistamise täpsust ja muudab ka relvatunnetuse tavalisest erinevaks, lisaks on probleeme ka relvatoru mustumisega. Väikesekaliibriliste relvade summutite akustiline efektiivsus on 20-30 dB. • Suurekaliibriliste relvade summutid on suured, rasked, kallid ja keerulisemad teisaldada. Ei saa ühendada relvatoruga, aga samal ajal peab tagama summutiga samatelgsuse. Mitme laskepositsiooniga ja erinevate relvade korral on nende kasutamine mõeldamatu. Suurekaliibriliste relvade summutite akustiline efektiivsus on 20-25 dB. • Müratõkkeekraanid on kasutatavad ainult väikesekaliibriliste relvade korra. Nende lasu helisageduse maksimum on suurematel sagedustel ja ekraani mõõtmed võivad olla väiksemad. Suurekaliibriliste relvade korral on mürakaitseekraanide vajalikud mõõtmed nii suured, et nende kasutamine pole praktiliselt teostatav. Müratõkkeekraanid, mis paigutatakse 41 personaalne kirjavahetus, e-kiri, Antonio Notario, International Business Manager, 10.10.2024 42 EVS-EN ISO 17201-3:2019. Akustika. Lasketiirude müra. Osa 3: Heli leviku arvutamine. 43 Marinus B.G., Harri K. Prediction of outdoor sound propagation from firearms shooting ranges: A comparison. Proceedings of ISMA 2018 - International Conference on Noise and Vibration Engineering and USD 2018 - International Conference on Uncertainty in Structural Dynamics, pp 637 – 645, (2018). 44 Hirsch K-W. An Overview on Military Weapon Noise: Its Physics and Annoyance, Seoul National University, Seoul, Korea, 59 p, (2003). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 34  müra vastuvõja juurde, peavad olema võrdsed või suuremad objekti (maja) mõõtmetest. Olenevalt müratõkkeekraanide mõõtmetest ja nende kaugusest müraallikast ja müra vastuvõtjast, on nende hinnanguline akustiline efektiivsus 10-15 dB. • Müratõkkevallid on müratõkkeekraanidega võrreldava efektiivsusega, eeliseks on nende parem sobitumine loodusesse, need on ajale vastupidavamad. Puuduseks on suurem pinnasetööde maht ja asjaolu, et neid ei saa paigutada ei müraallika ega ka müra vastuvõtja lähedale, kus nende efektiivsus oleks suurem. • Metsa mürasummutav toime sõltub selle tihedusest ning kõrgusest. Üldiselt väheneb hinnanguliselt täiskasvanud metsa korral helirõhutase 3-6 dB võrra iga 100m kohta. Tüved summutavad eelkõige madalamat müra, oksad ja lehestik keskmise ja kõrgema sagedusega müra. • Müra leevendusmeetmeks on ka ilmastiku ja militaarharjutuste ajaga arvestamine. Alati on hea arvestada, et müra levib kaugemale (ehk helirõhutase mingis ruumipunktis on kõrgem), kui õhu suhteline niiskus on madalam, ilm on külmem, on päikeseloojangueelne aeg ning mõõdukas või tugev tuul puhub otse müra vastuvõtja poole. Hinnanguliselt võib ebasoodsatel tingimustel müra vastuvõtja juures helirõhu tase olla kuni 20 dB kõrgem. • Müraleevendusmeetmete hindamiseks on müraleviku simuleerimine paremaks vahendiks kui müratasemete mõõtmine. Oluline on simuleerimisel võimalusel kasutada arvutusmeetodeid, mis arvestavad müraallika ja nende poolt tekitatud müra mittelineaarsust. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 35 5. Plahvatuse müra ja vibratsioon Vaadeldud aruannetes on vibratsioonist ja selle levikust üsna vähe juttu. Ühelt poolt on see arusaadav, sest maapinnas leviv vibratsioon tekkib ainult laskemoona plahvatusest ning selle levik ei ole nii üheselt määratletav. Nii ongi jõutud järeldusele, et peamiseks müra vastuvõtja häiringuks on õhulained, mis suurte heli leviku suunas risti olevate seinte korral hakkavad vibreerima. See pole otseselt vale, aga kehtib ilmselt teatud geoloogiliste tingimuste korral ja suurematel kaugustel. Kokkuvõttes võidakse jõuda üsna ümmarguse tõdemiseni et: “Maapinna kaudu leviva vibratsiooni ulatus on väiksem, kuid selle mõju inimestele ja hoonetele on suurem. Õhu kaudu leviv vibratsioon levib kaugemale ehk õhu kaudu leviva vibratsiooni ulatus on suurem, kuid selle mõju inimestele ja hoonetele on väiksem.”45 5.1. Plahvatuse füüsikalised parameetrid Tüüpilised osakeste liikumisdünaamika vahemikud ja tekitatud maapinna vibratsioonide sagedus lõhkemiste korral on järgmine:46 • sagedus, Hz 1–300 • osakeste kiirus, mm/s 0,2–100 • osakeste kiirendus, m/s2 0,02–50 Kõige olulisemaks vibratsioonilaine näitajaks loetakse osakeste maksimaalset kiirust ja domineerivat sagedust. Joonis 41. Plahvatusest tulenev vibratsiooniimpulss maapinnas. Kui vaadelda maapinnasisest vibratsiooni levikut, siis on loomulik vaadata seda kolmesuunalises ristteljestikus, millest kõik on olulised. Joonisel 41 on esitatud maasisese plahvatuse 45 Militaarmüra regulatsioon. Riigi Kaitseinvesteeringute Keskus, (2019). 46 ISO 4866:2010 Mechanical vibration and shock -- Vibration of fixed structures -- Guidelines for the measurement of vibrations and evaluation of their effects on structures. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 36 horisontaalsuunaline komponent47, mõõdetuna 5m kaugusel plahvatuse keskmest. On näha, et erinevalt lasumürast pole tegemist üksiku impulsiga vaid mitme järjestikuse impulsiga, mis iseloomustab pinnase kokkusurutavuse mõju. Pinnase omadused avaldavad mõju nii plahvatuse füüsikale kui ka vibratsiooniimpulsi levikule maapinnas. 5.2. Vibratsiooni levik ja selle vähendamine Vibratsioonid levivad edasi kõigepealt muidugi õhus akustiliste lainetena, mööda maapinda pinnalainetena ja ka maapinnasiseselt, levikut mõjutavad oluliselt maapinna omadused lõhkemispaigal ja ka sügavamate maapinnakihtide omadused ning omavaheline paigutus.48, vt joonis 42. Maapinnasiseseselt levivad lained ruumiliste rõhulainetena, maapinnal eristatakse nn Love laineid kus maapind liigub vertikaalselt ja nn Rayleigh laineid, kus maapinna osakesed liiguvad paralleelselt vibrolainega, aga ka sellega risti. Vibratsiooni täpsema analüüsi korral on see oluline, näiteks ka selles aspektis, et need lained levivad erineva kiirusega, samuti on Rayleigh lainesse kogunenud ca 2/3 pinnaselainete energiast. Laengu lõhkamine ja selle analüüs on üldiselt keeruline probleem, mis on seotud lõhkeainete detoneerimisega, millele järgneb rõhuenergia levimine kõikides suundades, pinnase killustumine ja murenemine. Analüüsi muudab keerukaks ka see, et energia vabaneb lühikese aja jooksul ja selle impulsi amplituud ja sagedus muutuvad selle tekkimise aja jooksul märgatavalt. Ainult osa energiast kulub maapinna vibratsioonide tekitamiseks, mis aga ebasoodsate tingimuste korral võivad läbida pikki vahemaid. Kõige ebasoodsama olukorrana võib välja tuua vetruvat pinnast (nt turvas), mille all on kõvem pinnas (nt liivakivi). Sel juhul levib vibratsioon mitmekordsete peegelduste tõttu kaugele. Kuna lõhkemistest tekkiv vibratsioon on lühiajaline ja vibratsioonitase langeb selle levikul, siis üldiselt tõdetakse, et otseseid orgaanilisi terviseprobleeme need inimestele ei tekita. Peamised mõjud on järgmised: • pikajaline kumuleeruv mõju hoonete konstruktsioonile; • kosmeetilised purustused, nt fassaadil, aga ka teistel pindadel; • inimeste häiritus, põhjuseks nt aknaklaaside vibratsioon, väikeste esemete kukkumine riiulitelt vms. 47 Hudson, D.E., Alford, J.L., and Iwan, W.D. 1961. Ground accelerations caused by large quarry blasts. Bulletin of the Seismological Society of America, vol. 51. no. 2. pp. 191-202, (1961). 48 Ainalis, D., et al. Improved analysis of ground vibrations produced by man-made sources. Science of The Total Environment, vol 616–617, March 2018, pp 517-530, (2018). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 37  Joonis 42. Plahvatusest tuleneva vibratsiooni levik. Olenevalt keskkonnast levivad lained erineva kiirusega, õhus umbes 330 m/s, maapinnas aga suurema kiirusega – 1500-7000 m/s. See võib muuhulgas vibratsioonide vastuvõtja juures viia kahe eraldi vibratsiooniimpulsi tajumiseni. Rääkides lõhkamisest tingitud õhu kaudu levivate helilainete summutamisest, siis siin põhimõttelist erinevust lasumüra summutamisest pole, vt punkt 4.1. Vibratsioonide leviku tõkestamiseks on esimeseks võimaluseks valida sobiv lõhkemisala. Võimaluseks oleks valida selleks liivane pinnas. Liiv on pinnasematerjalist kõige paremate summutusomadustega ja vajadusel võiks kindlasti kaaluda ka selle täitepinnasena kohalevedu. Vibratsioonide leviku tõkestamiseks maapinnas on otstarbeksas kasutada erineva tihedusega (täpsemalt - akustilise takistusega) tõkkekihte, kust vibratsioonilained tagasi peegelduvad ja sumbuvad. Tõketena kasutakse pidevat tõket (nt tühi või mingi materjaliga täidetud kaevik jne). või katkendlikku nn lainetakistusplokke (üksikplokid, plaadid, vaiad jms), et vähendada maapinna vibratsiooni amplituudi. Kõige laialdasemalt on kasutamist leidnud piirdekraavide e kaevikute rajamine ümber lõhkemisalade49, vt joonis 43. 49 H. S. Venkatesh, H.S, Rao. V. Reduction of Blast Induced Ground Vibrations with Open Trenches in Surface Mines. The 12th International Conference of International Association for Computer Methods and Advances in Geomechanics (IACMAG), (2008). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 38  Joonis 43. Maapinna vibratsioonide levikut takistav kaevik. Selle tulemusena väheneb maksimaalne pinnavibratsioonide tase kaeviku taga 10-15 dB võrra. On teada, et kaeviku laius peaks olema vähemalt veerand Rayleighi lainepikkusest ja sügavus vähemalt võrdne Rayleighi lainepikkusega. Rayleigthi lainepikkus sõltub pinnase omadustest ja vibratsioonisagedusest, jäädes mõne meetri kuni mitmekümne meetri vahemikku.. Füüsiliste piirangute (pinnasevesi, varisemisoht) tõttu ei saa kaevikut väga sügavaks teha, seega praktikas see madalamatel sagedustel väga efektiivne pole. Peamiselt praktilistest kaalutlustest lähtudes (varinguoht sügavatel kaevikutel) on proovitud ka kaevikuid täita erineva materjaliga nt kummipuruga50, vt joonis 44. Üldiselt on konsensus siiski selline, et avatud kaevik annab parema summutuse, kui täidetud kaevik. On proovitud ka betoonist seintega tühjasid kaevikuid ja kaevikute täitmist veega51, vt joonis 45. Selliste kaevikute tihedus on suurem kui maapinnal ja helilained peegelduvad sellelt efektiivselt tagasi, samuti vähendavad need pinnasevibratsioonide amplituudi. Joonis 44. Maapinna vibratsioonide levikut takistav kummipuruga täidetud kaevik. 50 Kim, M., et al. Vibration isolation using flexible rubber chip barriers. Proceedings of the international workshop wave, (2000). 51 First, S. et al. Field Experiments on Wave Propagation and Vibration Isolation by Using Wave Barriers. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 29(5), (2010). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 39 Pinnasesiste vibratsioonide leviku tõkestamiseks on kasutatud ka betoonist või mitmekihilisi paneele, nn lainetõkkeplokke.52 Kuna lainetõkkeplokid peavad efektiivsuse suurendamiseks ulatuma sügavale maapinda, siis on pakutud välja ka kombinatsiooni kaevikust ja lainetõkkeplokkidest, vt joonis 46. Joonis 45. Maapinna vibratsioonide levikut takistav betoonseintega kaevik ja sama veega täidetuna. Joonis 46. Kombinatsioon avatud kaevikust ja vibrotõkkeplokist. Kindlasti saab pinnasevibratsioone vähendada ka vastuvõtja juures. Lihtsam on see juhul kui vibratsioon tuleb näiteks transpordist või tööstusest. Sel juhul saab kasutada näiteks vibroisolaatoreid, vaivundamente, jäigemaid konstruktsioone jms. Kahjuks ei ole need meetodid hästi rakendatavad impulsi kujul saabuva vibratsiooni korral. Kirjanduses puuduvad andmed militaarallikate poolt tekitatud vibratsioonide vähendamiseks vastuvõtja juures, efektiivsem on seda teha vibratsiooniallika lähedal. 52 Zhou F, Zhou Z, Ma Q. Study on the vibration isolation performance of an open trench–wave impedance block barrier using perfectly matched layer boundaries. Journal of Vibration and Control. 2022;28(3-4):329- 338. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 40 KOKKUVÕTE vibratsiooni leevendusmeetmetest • Kõige lihtsamaks ja ka efektiivsemaks meetodiks maapinna vibratsioonide leviku vähendamiseks on kaevik. Mida laiem ja sügavam see on, seda efektiivsem on see madalamatel sagedustel. Kaeviku varisemise vältimiseks võib selle täita mingi kergema materjaliga nagu taaskasutatud kummipuru. • Vibratsioonide levikut pidurdavad ka vibratsioonitõkke plokid, mis on maapinnast suurema tihedusega, näiteks betoon. Plokid tagavad vibratsioonilaine leviku tõkestamise, tagasipeegelduse ja hajumise. Ploki efektiivsus sõltub tema sügavusest ja laiusest. • On võimalik kasutada ka kaeviku ja vibratsioonitõkke ploki kombinatsiooni, kus plokk asetseb kaeviku põhjas, see suurendab meetme efektiivsust üldiselt ja eriti madalamatel sagedustel. • Lõhkemiskoha eelistatud pinnaseks on sõmer materjal, eelistatult näiteks liiv. Kui see on võimalik, siis eelistatud kohaks on ka koht, kus tihedam maapinna kiht (liivakivi, paekivi, savikiht) asetseb võimalikult sügaval. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 41 Maarika Niidumaa Teie: 13.12.2025 nr 1.1-1/273 Meie Nursipalu MTÜ [email protected] Meie: 02.01.2026 nr 6-3/26/5732-2 Vastus selgitustaotlusele Austatud proua Niidumaa Edastame vastused Teie 13.12.2025 esitatud selgitustaotluses toodud küsimustele küsimuste järjekorras. 1. Nursi külla Rõuge valda Võru maakonda on paigaldatud müramõõtmisjaam koos ilmajaamaga (https://noise.ellegroup.eu/public/1). Nursipalu mõõtejaam mõõdab kogu keskkonnamüra. Koostatud on Nursipalu 1.–2.10.2025 harjutuspäevade mürauuring https://www.kaitseinvesteeringud.ee/lahinglaskmiste-muramootmise-tulemused/. 2. Pidevseirejaamu ei ole veel paigaldatud, jaamade asukoha analüüsi on käsitletud Nursipalu 1.–2.10.2025 harjutuspäevade mürauuringus https://www.kaitseinvesteeringud.ee/wp-content/uploads/2025/12/Akukon-251480-2-Nursipalu-1- 2.10-harjutuspaevade-murauuring.pdf Müramõõtejaamad paigaldatakse, kui kõik eelnimetatud uuringus väljatoodud põhjalikuma analüüsi kriteeriumid on saanud vastuse ning vajalikud kokkulepped sõlmitud. 3. Kaitsevägi on pidanud kinni Vabariigi Valitsuse 19.12.2024 korraldusega nr 256 kehtestatud piirangutest. 4. Endiselt saab alaliselt infot Nursipalu harjutusväljal toimuva väljaõppe kohta Kaitseväe harjutusväljade veebilehelt. Info järgneva kuu kasutuspäevade kohta (sh eeldatavad müratasemed) avalikustatakse veebilehel üldjuhul hiljemalt eelneva kuu 20. kuupäevaks. See oli ka varasemalt nii ning see ei ole muutunud. Samuti on kasutusinfo olemas harjutusvälja infotahvlitel. Kaitsevägi teeb lisaks enda parima äranägemise järgi lisateavitust. 5. Liikursuurtükkide tulepositsioonid valitakse eelkõige selliselt, et neilt lastes oleks tagatud ohutus ja saavutatakse väljaõppe eesmärgid ning seejärel arvestatakse, et need segaksid võimalikult vähe kohalikke elanikke. Suure laskekauguse tõttu ei ole võimalik valida tulepositsioone selliselt, et nii tulepositsioonid kui sihtmärgiala asetseksid mõlemad harjutusvälja keskel. 6. Näidislaskmised toimusid ida laskeväljal. Vastavalt Vabariigi Valitsuse 19.12.2024 korraldusele nr 256 ei ole laskmised harjutusvälja idaosas keelatud. 7. Harjutusvälja laiendamise mürauuringus välja toodud liikursuurtükkide laskude arv on maksimaalne selleks, et modelleerida vastavad müraolukorrad. Reaalselt lastavad kogused jäävad väiksemateks. 8. Müravallide mõju ei ole testitud, sest harjutusväljale ei ole müravalle rajatud. 9. Kirjale on lisatud müraleevendusmeetmete analüüs. Järve 34a / 11314 Tallinn / 717 0400 / [email protected] / www.kaitseinvesteeringud.ee Registrikood 70009764 10. Näidislaskmised korraldati 1.–2.10.2025. Koostatud on Nursipalu 1.–2.10.2025 harjutuspäevade mürauuring https://www.kaitseinvesteeringud.ee/lahinglaskmiste-muramootmise-tulemused/. Lugupidamisega (allkirjastatud digitaalselt) Elari Kalmaru harjutusväljade portfellijuht Lisa: Müra leevendusmeetmete analüüs, 20241115_A_RKIK_Lisa_Müra_leevendusmeetmete_ analüüs.pdf Teadmiseks: Kaitseministeerium ([email protected]) 2  Jüri Lavrentjev, PhD, praktik-professor Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. Tellija: Riigi Kaitseinvesteeringute Keskus Kontaktisikud: Helari Buht, Anu Vasar 15.11.2024. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. Tallinna Tehnikaülikool Ehitajate tee 5, 19086 Tallinn Eesti [email protected] Sisukord 1. SISSEJUHATUS 3 2. MÕISTED 4 3. MILITAARMÜRA ALLIKAD 5 3.1. Lasumüra 5 3.2. Lasumüra akustiline võimsus ja spekter 6 3.2. Lööklainest tekkiv müra 8 3.3. Mürsu lõhkemise müra 9 KOKKUVÕTE militaarmüra allikatest 10 4. MÜRA LEEVENDUSMEETMED 11 4.1. Mürataseme vähendamine müraallikas 11 4.2. Mürataseme vähenemine selle levikul 17 4.2.1. Helilaine geomeetriline hajumine 18 4.2.2. Helilainete sumbumine õhus 19 4.2.3. Temperatuuri mõju helilaine levikule 20 4.2.4. Tuule mõju helilaine levikule 22 4.2.5. Maapinna mõju heilaine levikule 23 4.2.6. Helilaine levik ja sumbumine metsas 24 4.2.7. Mürakaitseekraanid ja -vallid 25 4.2.8. Perspektiivsed müraleevendusmeetmed 31 4.2.9. Mürataseme vähendamine vastuvõtja juures. 31 4.2.10. Helileviku arvutused ja müraleevendusmeetmete tõhusus 33 KOKKUVÕTE müraleevendusmeetmetest 34 5. PLAHVATUSE MÜRA JA VIBRATSIOON 36 5.1. Plahvatuse füüsikalised parameetrid 36 5.2. Vibratsiooni levik ja selle vähendamine 37 KOKKUVÕTE vibratsiooni leevendusmeetmetest 41 Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 2 1. Sissejuhatus Militaarsete laskeharjutuste poolt põhjustatud õhumüra ja vibratsioon jõuab tihti inimeste eluasemeteni ja põhjustab inimestele ebamugavust. Eriti suurekaliibriliste relvade ja plahvatuste müra erineb paljuski muust tavapärasest keskkonnamürast. Laske- ja harjutusalade tegevusest tekkival müral on mitmeid eriomadusi, mis suurendavad müra häirivust. Militaarsed laskeharjutused laske- ja harjutusaladel ei toimu pideva tegevusena, vaid aeg-ajalt. Müra on äkiline, väga lühiajaline ja hetkeliselt intensiivne. Müra on enamasti ka madala sagedusega, mistõttu heli levib kaugemale, sumbudes ümbritsevas keskkonnas vähem. Müra intensiivsus avatud aladel varieerub oluliselt sõltuvalt ilmastikutingimustest - tuulest, õhuniiskusest, temperatuurist ja selle jaotusest ning samuti kaugusest müraallikast. Lisaks on oluline, mis jääb müraallika ja müra vastuvõtja vahele, nt mets, veekogu, vahelduvad pinnavormid jms. Enamasti aitavad need mürataset vähendada, aga võimalusel tuleb lisaks kasutada täiendavaid leevendusmeetmeid. Järgnevatel lehekülgedel kirjeldatakse ja analüüsitakse võimalikke leevendusmeetmeid harjutusväljade ümbruses militaarsete laskeharjutuste poolt põhjustatud õhumüra ja vibratsiooni vähendamiseks ning nende võimalikku tõhusust. Töö koostamisel lähtuti militaarmüra regulatsioonist (2019), Riigi Kaitseinvesteeringute Keskuse (RKIK) tellimusena viimastel aastatel koostatud militaarmüra käsitlevatest töödest ja muudest avalikest militaarmüra uuringutest, samuti militaarmüra käsitlevatest teadusartiklitest, mis on tehtud välismaal (eelkõige NATO liikmesriikides). Töö on lisaks eelnevate tööde analüütilisele ülevaatele varustatud müra ja vibratsiooni leevendusmeetmeid selgitavate jooniste ja graafikutega. Paljud joonised on valminud töö käigus autoripoolsetena, palju on ka jooniseid, mis on saadud erinevatest kirjandusallikatest. Viimastele on ka viidatud, samas on võõrkeelsete jooniste tekst suurema selguse huvides ning tehnilise võimaluse olemasolul tõlgitud eesti keelde. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 3 2. Mõisted Käesoleva dokumendi tähenduses on: heli – keskkonnas levivad mehaanilised võnkumised; müra – inimest häiriv või tema tervist ja heaolu kahjustav heli; helirõhk – heli lisarõhk õhus lisaks keskmisele õhurõhule, Pa; heli difraktsioon - helilaine murdumine takistuse serval; heli refraktsioon - helilaine levimise suuna muutus, mis tekib tema levimisel ühest keskkonnast teise või keskkonna ühtlasel muutumisel, ka helilainete pidev murdumine (lainefrondi kõverdumine); heli difusioon - helilaine levimise suuna muutus selle liikumisel läbi avade või pilude, füüsikaliselt sisult sarnane heli difraktsiooniga; heli interferents –kahe sama sagedusega heli kohtudes tekkiv liitheli; helirõhutase (müratase) Lp – helirõhu ja kuuldeläve helirõhu (po = 20 µPa ) suhte kahekümnekordne kümnendlogaritm 20 lg(p/po), dB; impulssheli (impulssmüra) – ühest või mitmest impulsist koosnev heli; üksiku heliimpulsi kestus on tavaliselt alla 1 s; akustiline takistus - väljendub valemiga Z=ρc, kus ρ on keskkonna tihedus ja c – heli leviku kiirus; madalsageduslik müra – müra sagedusvahemikus 10 Hz–200 Hz; militaarmüra – Kaitseväe ja Kaitseliidu kasutuses olevate relvade, lõhkevahendite ja pürotehniliste imitatsioonivahendite poolt tekitatav impulssmüra; mittelineaarne lainelevi – suurtel helirõhutasemetel lainelevi, kus heli omadused hakkavad sõltuma levikukeskkonnast ja puudub lineaarne side helirõhu ja osakeste kiiruse vahel; väikesekaliibrilised relvad – relvad, mille kaliiber on <20 mm ning käsigranaadid, lõhkelaengud ja pürotehnilised imitatsioonivahendid (lõhkepaketid, imitatsioonivahendid), mille kaal on <50 g TNT ekvivalent; suurekaliibrilised relvad – relvad, mille kaliiber on ≥20 mm ning käsigranaadid ja lõhkelaengud ja ja pürotehnilised imitatsioonivahendid (lõhkepaketid, imitatsioonivahendid), mille kaal on ≥50 g TNT ekvivalent; vibratsioon – tahke keha mehaaniline võnkumine; vibrokiirus - vektoriaalne suurus, mis iseloomustab vibratsiooni amplituudi muutumist ajas, väljendatakse parameetri ruutkeskmise väärtusega, m/s; vibrokiirendus - vektoriaalne suurus, mis iseloomustab vibratsiooni kiiruse muutumist ajas, väljendatakse parameetri ruutkeskmise väärtusega, m/s2; helivõimsus - ehk akustiline võimsus on energia, mida kiirgab heliallikas keskmiselt 1 s jooksul läbi ümbritseva pinna, W. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 4 3. Militaarmüra allikad Peamisi militaarmüra allikaid on harjutusväljadel kolm: • relva suudmest väljuvate püssirohugaaside väljumise rõhulaine ehk lasumüra, • laskemoona ülehelikiirusega lennul tekkiv lööklaine, • laskemoona plahvatusel tekkiv heli, ka lõhkelaengu plahvatusest tekkiv heli. 3.1. Lasumüra Lasumüra allikaks on relvatorust laskemoona väljumise järel kõrge rõhuga püssirohugaaside paiskumine relvasuudmest õhku, vt joonis 1. Joonis 1. Lasumüra ja selle rõhumuutuse sõltuvus ajast. Joonisel 1 on esitatud 105 mm kaliibriga haubitsa tulistamisel tekkiv rõhumuutus mõõdetuna ca 100m kaugusel1. Nagu näha, on rõhuimpulsi kestus väga väike, umbes 15 ms. Pärast gaaside väljumist relvasuudmest tekkib torusse väljunud gaaside inertsi tõttu alarõhk, mis suurendab lasu rõhuimpulsi amplituudi. Vaadates rõhuimpulsi suurust võib kindlasti eeldada, et lask tekitab hetkelise helitaseme tõusu üle 150 dB, samuti on tõenäoline, et gaasi liikumise kiirus väljumisel relvasuudmest ületab 1 Marinus B.G., Harri K., Prediction of outdoor sound propagation from firearms shooting ranges: A comparison. Proceedings of ISMA 2018 - International Conference on Noise and Vibration Engineering and USD 2018 - International Conference on Uncertainty in Structural Dynamics, pp 637 – 645, (2018). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 5 helikiiruse, põhjustades nii lokaalse lööklaine. On teada, et selliste helitasemete juures ei ole heli levimine enam lineaarne, vaid mittelineaarne. On tõestust leidnud ka see, et mittelineaarne laine ei muutu levides lineaarseks, vaid jätkab oma mittelineaarset olekut sadade ja isegi tuhandete meetrite kaugusele.2 Üldiselt loetekse lasuheli peamiseks relvade müraallikaks. 3.2. Lasumüra akustiline võimsus ja spekter Mürallikat iseloomustab kõige üldisemalt selle akustiline võimsus. Militaarse müra ja selle leviku analüüsimisel, kaasa arvatud ka simulatsiooniprogrammide kasutamisel, on oluline kasutada nii korrektseid militaarmüra allikate akustilisi võimsuseid, kui võimalusel ka nende müraspekterid. Vaadeldud uuringutes3 kasutatakse allikate akustilise võimsuse hindamiseks välistingimustes4 nö tagurpidimeetodit – st mõõdetud helirõhutasemed erineval kaugusel arvutatakse ümber müraallika akustiliseks võimsuseks. Lähtutakse standardist ISO 9613-2. Peamine probleem on siin selles, et standardis ISO 9613-2 öeldakse üheselt, et seda ei kohaldata lennu ajal õhusõiduki helile ega kaevandamisel, sõjalisel või muul sarnasel tegevusel tekkivatele lööklainetele. Standardis seda piirangut ei põhjendata, aga tegemist on peamiselt kõrgete helirõhutasemete korral (olenevalt tingimustest, aga enamasti üle 150 dB) tekkiva mittelineaarse laineleviga, kus tavapäraseid lineaarse lainelevi valemeid ja meetodeid pole võimalik rakendada, samuti ei saa kasutada statsionaarse e pideva müra jaoks välja töötatud sumbumisparameetreid laine levikul. Kuna lasumüra on impulsiivne ja ajas muutuv, siis oleks korrektne allika kirjeldamisel kasutada mõisteid müraenergia ja selle tase5 nagu tehakse nt Soome vastavas juhendmaterjalis6. Üldiselt võiks lisaks relvade helivõimsustasemele teada olla ka nende spekter. Kehtivas militaarmüra regulatsioonis7 soovitatakse uute relvade kasutusele võtmisel teostada relva helivõimsustasemete mõõtmised, mille tulemusi saab kasutada edasistes mürauuringutes, aga oleks vaja mõõta ka vastavat spektrit. Müraspektri teadmine on oluline, sest erineva sagedusega müra levib keskkonnas erinevalt. Kui lähtuda relva helitegevuse iseloomustamisel siiski selle helivõimsusest ja helivõimsustasemest, võiks kaaluda ka vastavate selleks otstarbeks ettenähtud standardite kasutamist.8 Järgnevatel joonistel9 on esitatud väikese- ja suurekaliibriliste relvade tüüpilised mürataseme spektrid kolmandikoktaavides vastavalt 10 m ja 117 m kaugusel relvade taga. Mõlemal juhul on mõõdetud ka taustamüra, mis jäi enamus spektri korral vähemalt 10 dB madalamaks, mitte mõjutades seega mõõtetulemust. 2 D. T. Blackstock D.T., Once nonlinear, always nonlinear, AIP Conf. Proc. 838, 601, (2006). 3 OÜ JÕGIOJA Ehitusfüüsika KB. Nursipalu harjutusväljakul läbiviidud miinipildujate laskemüra uuring, (2007). 4 EVS-ISO 9613-2:2024 Akustika. Heli sumbumine välistingimustes leviku korral. Osa 2: Tehniline meetod helirõhutasemete hindamiseks välistingimustes. 5 K9 KÕU mürauuring. Akukon OÜ, (2023). 6 Lahti, Tapio; Markula, Timo. Raskaiden aseiden ja räjäytysten melun arviointi, (2018). 7 Militaarmüra regulatsioon. Riigi Kaitseinvesteeringute Keskus, (2019). 8 EVS-EN ISO 3744:2010. Acoustics - Determination of sound power levels and sound energy levels of noise sources using sound pressure - Engineering methods for an essentially free field over a reflecting plane. 9 Marinus B.G., Harri K. Prediction of outdoor sound propagation from firearms shooting ranges: A comparison. Proceedings of ISMA 2018 - International Conference on Noise and Vibration Engineering and USD 2018 - International Conference on Uncertainty in Structural Dynamics, pp 637 – 645, (2018). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 6 Joonis 2. Kaliiber 105mm haubitsa lasumüra helirõhutase 225◦ nurga all koos taustamüraga, kaugus 117 m. Joonis 3. Kaliiber 5.7mm karabiini lasumüra spekter, 180◦ nurga all, 10 m kaugusel. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 7 3.2. Lööklainest tekkiv müra Lööklaine tekib ülehelikiirusel ja sellest kiiremini liikuva objekti ees õhu kokkusurumisel. Liikuva objekti ees tekkivad rõhulained ei liigu selle eest ära, vaid liiguvad ainult objektist tahapoole ehk jäävad sellest maha. Sellised rõhulained liituvad ja moodustub väga kõrge rõhuni lokaalselt kokkusurutud kooniline laine. Tasapinnaga ehk maapinnaga lõikumisel moodustub maapinnale hüperboolse kujuga lainejälg, vt joonis 4. Joonis 4. Helikiirusest suuremal kiirusel liikuva objekti lööklaine moodustumine ja selle jälg maapinnal. Lööklaine koonuse tipunurk ja sellest tulenev lööklaine ja maapinna kohtumise nurk sõltub objekti kiirusest ja helikiirusest maapinnal.10, vt joonis 5. Kohtumisnurk arvutatakse valemiga 𝛼 = arcsin 𝑐/𝑣, kus c on helikiirus maapinnal ja v on lendava objekti (kuuli, mürsu jne) kiirus. Valemist selgub, et helikiiruse ületamise hetkel liigub lööklaine risti maapinnaga, moodustades sirgjoone maapinnal. Suuremate kiiruste korral moodustub üha saledam koonus, mille projektsioon maapinnal on üha kitsamate haaradega hüperbool. Viimase tõttu lokaliseerub lööklaine mõju üsna kitsale maapinnaosale, eriti madalate lennutrajektooride korral, mis on iseloomulikud tulirelvade korral. Tavaliselt arvestatakse lööklaine mõjuala laiuseks maapinnal viiekordne maksimaalne lennukõrgus. Maksimaalne lennukõrgus mürsu tulistamisel arvutatakse valemiga hmax=h0 + sin2(α)/2g, kus h0 on tulistamise algkõrgus, α on tulistamisnurk ja g on raskuskiirendus. Haubitsa mürsk võib tõusta kuni 10 km kõrgusele ja lööklaine mõjuala oleks 25 km lasketrajektoori projektsioonist maapinnal mõlemas suunas. Siiski tuleb arvestada, et suhteliselt väikesed objektid, nagu mürsud, tekitavad võrreldes näiteks lennukitega lööklaines suhteliselt väikese rõhutõusu. Teisest küljest pole olemas ka standardeid, arvutusmudeleid ja ka kehtestatud norme helibarjääri ületamisel tekkiva heli kohta. Lööklaine helisagedus jääb vahemikku 1-100 Hz. 10 Hirsch K-W. An Overview on Military Weapon Noise: Its Physics and Annoyance, Seoul National University, Seoul, Korea, 59 p, (2003). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 8  Joonis 5. Lööklaine koonuse ja maapinna vahelise nurga moodustumine. Lööklainest tekkivat müra ja selle leevendamist pole kirjanduses väga üksikasjalikult käsitletud, kuna • müraenergia sõltub väga paljudest asjaoludest (laskemoona kaliibrist, lennukiirusest ja kõrgusest, meteotingimustest jms); • müra levik on mittelineaarne; • müra summutamine nii selle allikas kui ka levimisel on keeruline; • müra saabub vastuvõtjani pigem vertikaalsuunast ja seda summutada on keeruline. Loetletud põhjuste tõttu moona ülehelikiirusest tingitud lööklaine leevendusmeetmeid ka selles töös ei käsitleta. 3.3. Mürsu lõhkemise müra Mürsu (ka lõhkepaketi) lõhkemine tekitab nii õhumüra kui ka maapinna vibratsiooni. Võrreldes lasumüraga on lõhkemismüra akustiline võimsus sama või pigem väiksema müratasemega. Lõhkemisel saab rõhuimpulss vabalt levida igas suunas, samuti suubub osa laenguenergiast (erinevatel hinnangutel umbes 30%) maapinda ning osa energiat kulub pinnase eemalepaiskamiseks. Lõhkemismüra sagedusmaksimum jääb vahemikku 0-100 Hz. Arvestuslikult jääb 90% plahvatusenergiast alla 20 Hz. Maapinda liikunud energia liigub maapinna sisemusse, osaliselt sumbudes ja osaliselt, erineva tihedusega kihtidelt peegeldudes, liigub tagasi maapinnale11, vt joonis 6. 11 Huang, J., Koopialipoor, M. & Armaghani, D.J. A combination of fuzzy Delphi method and hybrid ANN-based systems to forecast ground vibration resulting from blasting. Sci Rep 10, 19397, (2020). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 9  Joonis 6. Maapinnas levivad vibratsioonilained. Ka maapinnas levivad vibratsioonilainetest sumbuvad kiiremini selles leiduvad kõrgema sagedusega lained ning madalama sagedusega osad võivad sumbumata levida kaugemale. KOKKUVÕTE militaarmüra allikatest • lasumüra on enamasti kõige kõrgemat helirõhutaset põhjustav müraallikas harjutusväljadel. • lööklaine müra, mille laskemoon ülehelikiirusega lennul tekitab, on väiksemat helirõhutaset põhjustav müraallikas, arvestades suhteliselt väikest ristlõikepindala ja kõrgema trajektoori puhul ka suuremat kaugust vastuvõtjast, • lõhkemise või lõhkamise poolt tekitatud helirõhutase on võrreldav lasumüraga, aga enamasti liigub suur osa sellest maapinda, ning on maapinnas levivate vibratsioonide allikaks. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 10 4. Müra leevendusmeetmed Üldine müraleevendusmeetmete teooria ütleb seda, et müra on võimalik vähendada kolmel erineval viisil, vt joonis 7. Joonis 7. Müra leevendusmeetmete skeem. Kõige lähedasem standard probleemi käsitlemiseks EVS-EN ISO 17201-5:201012 ei anna peale võimalike müraallikate kvalifitseerimise, mõistete ja indikaatorite süsteemi konkreetseid lahendusteid. Müra tekkimise ja leviku vähendamise hästikoostatud ülevaates13 on näiteks toodud peamised võimalikud viisid mürataseme leevendamiseks. 4.1. Mürataseme vähendamine müraallikas Alati on kõige lihtsam (ja enamasti ka odavaim) müra vähendada selle allikas. Militaarmüra korral tuleks seetõttu rääkida eelkõige erinevate tulirelvade lasumüra helitaseme vähendamisest. Tegelikke võimalusi selle saavutamiseks on kaks: • mürasummutite kasutamine • relvadele võimalikult lähedale paigutatud mürakaitseekraanide kasutamine. Füüsikaline erinevus nende kahe võimaluse vahel on selles, et summutite puhul on viimased kinnitatud otse relvasuudmele ja kogu püssirohugaas suundub summutisse. Kõik konstruktsioonid, kus summuti pole kinnitatud relvatoru otsa, tuleb vaadelda kui erinevat tüüpi mürakaitseekraane. Väikesekaliibrilistele relvadele on olemas standardsed summutid. Nende tööpõhimõte on lihtne ja viinud suhteliselt standardsete lahendusteni. Joonisel 8 on näha tüüpiline väikesekaliibrilise relva summuti kinnitatuna relvale ning toodud selle sisemine ehitus. 12 EVS-EN ISO 17201-5:2010. Acoustics - Noise from shooting ranges - Part 5: Noise management 13 Waseim, A. A Review on Noise Mitigation Methods on Shooting Ranges. STO-MP-AVT-335, (2021). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 11  Joonis 8. Väikesekaliibrilise relva summuti ja selle ehitus. Väikesekaliibrilise relva summuti kinnitatakse vahetult relvasuudme otsa nii, et kõik püssirohugaasid ja seega kogu müra liigub summutisse. Tavaliselt on summutis mitu järjestikust kambrit, kus gaasid muudavad suunda, paisuvad, jahtuvad ning nende rõhuimpulss ühtlustub. Väljudes pärast seda summutist ühtlasema joana, väheneb lasu müra. Kuna summuti suunab väljuvad gaasid suudmest kõrvale, vähendab see ka relva tagasilööki. Peamiseks probleemiks summutite kasutamisel on see, et see muudab tulistamise täpsust14 ja muudab ka relvatunnetuse tavalisest erinevaks. Militaarharjutustel püütakse selle tõttu summuteid mitte kasutada. Lisaks on probleeme ka relvatoru mustumisega, sest gaasid ei liigu välja vaid jäävad summutisse ja sattuvad sealt torusse. Lisaks on summuti effekt piiratud, sest ülehelikiirusel torust väljuv kuul tekitab ikka enda ees lööklaine, mida summuti olemasolu ei mõjuta. Väikesekaliibriliste relvade summutite akustiline efektiivsus jääb erinevate allikate väiteil 20-30 dB piiresse. Suurekaliibriliste relvade summutid ja nende konstrueerimine ning kasutamine on keerulisem. Reeglina on sellised summutid relvast eraldiseisvad ja seega kasutatavad ainult piiratud ulatusega laskeharjutustel. On välja töötatud summuti ka näiteks 40 mm kaliibriga tulirelvale15, mis tagab 10-15 dB võrra müra vähenemise, vt joonis 9. Samas on need katsetustel demonstreerinud summutite suhteliselt head efektiivsust. Näiteks on konstrueeritud summuti tank Leopard 2 120 mm kahurile16, mis on valmistatud firmas Rheinmetall, vt joonis 10. Summuti sisendava läbimõõt vastab tankikahuri läbimõõdule, aga ei ole summutisse kinnitatud. Selline ehitus eeldab kahe ava täpset tsentreeritust ja on kasutatav ainult hästi stabiilsete lasketingimuste korral. 14 Corriveau, D., Chan, F., Rabbath, C.A. Experimental and numerical investigation of the effect of weapon sound suppressors. Proceedings - 33rd International Symposium on Ballistics, BALLISTICS 2023, (2023) 15 Hae-Suk Lee, Jun-Hee Hong. A Muffler with Ventilation Holes for a 40 mm Medium Caliber Gun. J. Korean Soc. Manuf. Technol, 25:6, pp. 479-485, (2016). 16 Buchta, E., E., Hirsch, K.-W. A Muffler For Large Guns. International Military Noise Conference, US Government, Baltimore (2001). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 12  Joonis 9. Väiksemat tüüpi suurekaliibrilise relva summuti. Joonis 10. Tank Leopard 2 koos selle jaoks konstrueeritud summutiga. Mõõdetuna relva taga 1800 nurga all ja 250 m kaugusel, saadi järgmised tulemused, vt joonis 11. Nagu jooniselt näha, vähendab summuti mõõdetud mürataset umbes 20 dB võrra. Tuleb tähelepanu pöörata ka sellele, et müra väheneb oluliselt ka esitatud spektri madalamas pooles, mida tavaliselt on raske selliste kambertüüpi summutitega saavutada. Saksamaa LV armee on arendanud välja summutid 155 mm haubitsatele, vt joonist 12. Need on oma suure mahu ja massi tõttu statsionaarsed. Haubitsa toru pole summutiga ühendatud, sest see mõjutaks tagasilööki ja tulistamistäpsust. Summuti väliskest on varustatud avadega, kust tuleb välja osa püssirohugaasidest, vähendades lasumüra. Summuti on varustatud tagasilöögi kompensatsioonisüsteemi gaaside vastuvõtuks külgkambritega, mis teevad konstruktsiooni veelgi raskemaks ja suuremahulisemaks. Kirjanduses puuduvad kahjuks andmed summuti efektiivsuse kohta. Pildil olev summuti on jäädvustatud suure tõenäosusega Saksa relvade katsetusalal, mitte tavalisel harjutusväljal. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 13  Joonis 11. Tanki Leopard 2 summuti efektiivsus, mõõdetuna 1800 nurga all ja 250 m kaugusel. Joonis 12. Summuti 155 mm haubitsale. On kaudseid andmeid selle kohta, et ka USA armee on välja töötanud summutid nii 105 kui ka 155 mm haubitsate kohta aga avalik informatsioon nende kohta polnud leitav. Koreas on samuti välja töötatud 105 mm haubitsale summuti17, joonis 13. 17 Lee, Hae-Suk, Park, Sung-Ho. Experimental Study for Developing Silencer Adapted by Large Caliber Gun. Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, vol 25, Issue 9, pp 593-598, (2015). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 14  Joonis 13. Summuti 105 mm haubitsale. Summuti sisemuses on perforeeritud terasplaadid, väljast on summuti kaetud polüuretaanvahust plaatidega, et vähendada summuti välispinnalt kiiratavat müra. Joonisel 14 on esitatud helirõhutaseme mõõtmistulemused 400 m kaugusel enne ja pärast summuti paigaldamist. Joonis 14. 105 mm haubitsa müratase enne ja pärast summuti paigaldamist, 1800 all, 400m kaugusel. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 15 Kuigi suurekaliibriliste relvade summutid on tõestanud oma efektiivsust, on nende kasutamisel ka rida potentsiaalseid probleeme, need on: • suuremahulised ja rasked; • kallid tootmises; • raske ümberpaigutada ja ka kaldenurka muuta; • tuleb tagada summuti ja relvatoru samatelgsus neid füüsiliselt ühendamata. Loetletud puuduste tõttu on summutid kasutust leidnud eelkõige erinevate relvade ja nende komponentide arendus- ja katsetustöös ning seda eelkõige juhul, kui see tegevus on häirinud katsealade lähedal elavaid inimesi. Harjutusväljadel, kus toimub pidev tulistamispositsioonide vahetus, laskmine relva erinevate nurkade juures ja erinevatest relvadest, pole selliste summutite kasutamine realistlik. On kaalutletud ka võimaluse üle ehitada suurekaliibriliste relvade laskepositsioonide külgedele ning võib-olla ka peale müratõkkeekraanid.18 Siiski tuleb müratõkkeseina püstitamise kaalumisel arvestada, kui kõrgel asetseb tulistamise hetkel relva suue. Näiteks on iseliikuva haubitsa K9 relvatoru pikkus ca 7m ja tulistamise ajal tõuseb see kuni 70 kraadise kaldenurga juurde. Arvestades ka relvatoru kinnitust umbes 2 m kõrgusel, on relvatoru suue laskmise ajal umbes 8-9 m kõrgusel. Arvestades, et müratõkkeekraan peab sellest kõrgemal olema, siis vajataks vähemalt 10m kõrgust seina. Arvestades suurekaliibrilise relva poolt tekitatava lasumüra domineeriva helisagedusvahemikuga (umbes 100 Hz), peab ka seina pikkus olema vähemalt 10m, et see oleks efektiivne, vt ka punkt 4.2. Joonisel 15 on toodud sellise lahenduse proportsioonid võrreldes iseliikuva haubitsaga K9. Kindlasti poleks sellise seina püstitamine mõistlik lahendus, lisaks tuleks kahe seina korral arvestada nendevahelise kaja tõttu suureneva helitasemega, vt joonis 35. Lisaks takistaksid lähedalasetsevad ekraanid relvatoru pööramist. Joonis 15. Müratõkkeseina vajalik suurus, võrreldes haubitsaga K9. 18 Heiwolt, G. Review on noise abatement measures at military training facilities in Germany. Proceedings Inter-Noise 96, pp. 1765-1768, 1996. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 16 4.2. Mürataseme vähenemine selle levikul Helilainete liikumisel ja nende kohtumisel erinevate takistustega käituvad need erinevalt sõltuvalt sagedusest ning seda tuleb müraleevendusmeetmete rakendamisel kindlasti arvestada. Oluline füüsikaline nähtus, kus helilaine sagedus määrab ära selle käitumise, on helilainete difraktsioon ehk murdumine. Helilaine murdub erineva akustilise takistusega keskkondade serval. Joonisel 16 on kujutatud helilainete käitumine jõudes füüsilise takistuseni. Kui takistuse mõõde helilaine frondi normaaliga ristisuunas b on oluliselt väiksem (rohkem kui 3 korda) kui helilaine lainepikkus λ, siis takistus helilainele mingit olulist takistust ei osuta ja need liiguvad takistamatult edasi. Kui takistusel on oluliselt suuremad mõõtmed kui lainepikkus, siis akustiline laine peegeldub takistuselt tagasi või neeldub, jättes takistuse taha akustilise varju tsooni. Selle füüsikalise nähtuse ümber pöörates – kui eesmärgiks on näiteks müraekraani mõõtmete valik, siis tuleb selle mõõtmed valida vähemalt 3 korda suuremad kui on vaatluse all oleva mürasageduse lainepikkus. Joonis 16. Helilainete difraktsioon. Teine oluline nähtus helilaine leviku kontekstis on helilainete difusioon, vt joonis17. Kui helilaine läbib mingit ava, siis kui ava mõõde helilaine frondi normaaliga ristisuunas b on oluliselt väiksem (rohkem kui 3 korda) kui helilaine lainepikkus λ, siis helilaine levib pärast ava läbimist enam-vähem võrdselt kõikidesse suundadesse. Kui aval on oluliselt suuremad mõõtmed kui lainepikkus, siis akustiline laine jätkab liikumist ava normaali sihis, ning ei liigu sellest väga eemale. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 17  Joonis 17. Helilainete difusioon. Mürataseme vähendamisel selle levikul on kõige lihtsam tee arvestada leviku üldisi seaduspärasusi ja neid võimalusel arvesse võtta. Selleks on oluline teada, mis mõjutab helilainete levimist ja võimalusel seda arvesse võtta ja kasutada. Müra vähenemine detsibellides selle levimisel allikast kuni vastuvõtjani on avaldatav19 A = Adiv + Aatm + Agr + Abar + Amisc, kus Adiv on vähenemine, mis tuleneb geomeetrilisest hajumisest; Aatm on vähenemine, mis tuleneb helilainete sumbumisest õhus; Abar on vähenemine, mis tuleneb müratõketest; Agr on vähenemine, mis tuleneb maapinna mõjust; Amisc on vähenemine, mis tuleneb muudest mõjudest. Viimase vähenemise põhjuste all on enamasti peetud silmas metsa mõju, samuti helilainete inversiooni, mida põhjustab tuul ja vertikaalne temperatuurigradient. 4.2.1. Helilaine geomeetriline hajumine Kui me loeme müraallikat punktallikaks ja eeldame, et see kiirgab müra võrdselt kõikidesse suundadesse (sfääriline pind), siis laineenergia pinnaühiku kohta väheneb võrdeliselt kauguse ruuduga. Helirõhu taseme vähenemine arvutatakse valemiga Adiv = [20log(d/d0)+11] dB kus 19 EVS-ISO 9613-2:2024 Akustika. Heli sumbumine välistingimustes leviku korral. Osa 2: Tehniline meetod helirõhutasemete hindamiseks välistingimustes Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 18 d – kaugus allikast vastuvõtjani, m; d0 – võrdluskaugus, d0=1m. Valemis olev konstant 11 on ülekandetegur, mis võrdub arvuliselt allika akustilise võimsustaseme ja 1m kaugusel helirõhutaseme vahega. Valem on rakendatav ka oktaavisagedustel eraldi. Joonisel 18 on esitatud ülalpool toodud valemi arvutustulemused kuni 5 km kauguseni. On näha, et kuni umbes 1 km kaugusel asuva vastuvõtjani on kaugusel suurenemisel oluline mõju, edaspidi annab kauguse suurenemine üha väiksemat efekti. Joonis 18. Helitaseme sumbumine kauguse suurenemisel müraallikast 4.2.2. Helilainete sumbumine õhus Hästi lihtsalt öeldes - kui helilaine levib õhus, siis antakse lainete energia edasi õhumolekulide omavaheliste põrgete kaudu. Igasugune põrge tähendab ka deformatsiooni ja osa energiast muutub soojuseks. Kuigi see soojuse eraldumine pole suur, muutub see märgatavaks juba suurematel vahemaadel (tinglikult sadade meetrite) korral. ISO 9613-2 vastavalt arvutatakse helilaine sumbuvusvalemiga: Aatm=αatmd/1000, kus αatm on õhu sumbuvustegur, enamasti väljendatud oktaavisageduste kohta selle kesksagedustel, dB/km. Sumbuvustegur sõltub olulisel määral heli sagedusest, temperatuurist ja suhtelisest õhuniiskusest, vähemal määral suhtelisest õhuniiskusest. Keskmistel laiuskraadidel võetakse tihti keskmiseks levikutingimuseks 10 o C ja suheliseks õhuniiskuseks 70%. Joonisel 19 on esitatud nimetatud tingimustele vastav sumbumiskõver, lisaks ka 0 o C ja 20 o C vastavad graafikud. Joonisel 20 on esitatud õhuniiskuse mõju laine sumbumisele 10 o korral. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 19  Joonis 19. Helilainete sumbumine, sõltuvalt temperatuurist. Joonis 20. Helilainete sumbumine, sõltuvalt õhu suhtelisest niiskusest. Mõlema graafiku korral jääb madalsagedusliku müra vähenemine enamasti alla 1-1.5 dB/km. Helilainete levikul on väga olulisteks teguriteks ka tuulekiirus, tuule suund ja õhu temperatuur, eriti selle vertikaalsuunaline jaotus maapinna lähedal. 4.2.3. Temperatuuri mõju helilaine levikule Üldiselt on ülemistes õhukihtides e maapinnast kaugemal temperatuur madalam. Erandiks võib olla õhtune ja öine aeg, millal maapind ja vahetult selle peal asetsev õhukiht jahtub kiiremini kui kõrgemal asetsevad õhukihid ehk leiab aset maapinnalähedane õhutemperatuuri inversioon. Kui temperatuur suureneb, väheneb õhutihedus. Vastavalt lainelevi teooriale toimub helilaine levimisel ühest keskkonnast teise lainefrondi murdumine (sarnaselt valguslainete murdumisega) e refraktsioon. Kui helilaine liigub tihedamast keskkonnast teise mingi nurga all pinna normaaliga, siis pärast piirkihi läbimist muutub kaldenurk pinnanormaali suhtes väiksemaks, vt joonis 21. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 20  Joonis 21. Helilainete refraktsioon. Kui temperatuuri muutus on pidev, nagu see on maalähedases õhukihis vertikaalsuunas, siis toimub palju mikromurdumisi järjest, mis avaldub helilaine paindumisena. Tegelikult määrab helilainete murdumise ja sellest tuleneva paindumise keskkonna akustiline takistus (akustiline impedants). Akustiline takistus väljendub valemiga Z=ρc, kus ρ on õhutihedus ja c – õhukiirus. Nt nullkraadise õhu korral on vastav väärtus Z=428 Pa⋅s/m, 20 kraadi korral Z= 413 Pa⋅s/m. Õhk on peaaegu ideaalne gaas. Ideaalse gaasi puhul sõltub heli kiirus c ainult temperatuurist ja koostisest, mitte rõhust ega tihedusest. Vertikaalne temperatuurigradient põhjustab õhu erineva helikiiruse ja akustilise takistuse erineval kõrgusel maapinnast. Helilaine paindub alati madalama kiiruse tsooni poole. Nt hommikul, kui päike hakkab soojendama maapinda, soojeneb esimesena maalähedane õhukiht, mis saab soojuse soojenevalt maalt. Helikiirus seal suureneb ja helilained painduvad ülespoole, vt joonis 22. Selle tõttu maapinna lähedal helitugevus väheneb. Õhtul jahtub kiiremini maha õhk võrreldes maapinnaga. Selle tõttu on kõrgemal helikiirus suurem ja helilained painduvad maapinna poole, vt joonis 23. Selle tõttu maapinna lähedal helitugevus suureneb. Joonis 22. Helilainete paindumine üles soojema maapinna korral. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 21  Joonis 23. Helilainete paindumine alla külmema maapinna korral. Kuna paindenurk ei ole suur avaldub painduvate helilainete mõju helitugevusele alles suurematel kaugustel, tavaliselt mõnesaja meetri kaugusel. 4.2.4. Tuule mõju helilaine levikule Tuule mõju avaldub selles, et see muudab heli liikumise summaarset kiirust. Maapinnal on tuule kiirus väiksem taimestiku takistava mõju ning hõõrdumise tõttu liikuva õhu ja maapinna vahel. Selle tulemusena on helilaine leviku kiirus maapinna suhtes kõrgemal suurem ja helilaine paindub maapinna poole, vt joonis 24. Vastutuule korral (tuul ja helilaine liiguvad vastassuundades) paindub helilaine maapinnalt eemale, vt joonis 25. Joonis 24. Helilainete paindumine maapinna suunas pärituule korral. Joonis 25. Helilainete paindumine maapinnast eemale vastutuule korral. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 22 Nii temperatuuri vertikaalse gradiendi kui ka tuule mõju võib ulatuda 10 dB muutuseni, harvadel juhtudel ka suuremate suurusteni, nii vähenemise kui ka suurenemise suunas. Oluliseks saab see alles suurematel kaugustel, vähemalt 300-500 m erinevate tingimuste korral. Oluliseks efektiks on ka see, et helilainete paindumine võib oluliselt vähendada müratõkete efektiivsust. Ilmastiku mõju kokkuvõtteks võib öelda, et müra levib paremini kui on: • kuiv õhk (niiskes õhus sumbub helilaine rohkem), • madal temperatuur (õhu tiheduse suurenedes sumbub helilaine vähem), • pärituul, • õhtune aeg päikeseloojangu eel. 4.2.5. Maapinna mõju heilaine levikule Maapinna efektist tingitud sumbumine on peamiselt tingitud interferentsist maapinnalt peegeldunud heli ja heli vahel, mis levib otse allikast vastuvõtjasse. Nagu eelpool kirjeldatud võib helilaine painduda maapinna poole ja sealt mitmekordselt põrkuda20, vt joonis 26. Sama nähtus võib tekkida ka nt helilainete möödumisel takistustest, nt majad. Osa lainest paindub ümber maja ja osa liiguvad otse. Kui kaks lainet liituvad vastandfaasis, need summutavad üksteist. Pärituule suunas toimub peamine sumbumine helilaine peegeldumisel maapinnalt, kuna lained painduvad sel juhul ülespoole ja toimub ainult ühekordne peegeldumine. Igal maapinnalt peegeldumisel toimub laine osaline sumbumine maapinnal. Selle ulatus sõltub maapinna sumbumistegurist, mis arvutuslikult võib olla vahemikus G=(0....1). Joonis 26. Helilainete levik. Samal ajal, nagu eelpool mainitud, sõltub maapinna mõju suurus ka ilmastikust, mis määrab ära kui palju helilaine paindub ja mitu korda see toimub enne vastuvõtjani jõudmist. 20 Handbook of Environmental Fluid Dynamics, Vol 2. Systems, Pollution, Modeling, and Measurements. Edited by HJ Fernando. 2013, Pub. CRC Press, 587 pages. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 23 Standardi ISO 9613-2 kohaselt on maapinna mõju arvestamisel vahemaa allika ja vastuvõtja vahel jaotatud kolmeks tsooniks, joonis 27. Joonis 27. Maapinna mõju helilainete levimisele Igas tsoonis toimub helilaine sumbumise arvutus eraldi ja tulemus summeeritakse. 4.2.6. Helilaine levik ja sumbumine metsas Kui heli liigub otse läbi metsa, siis on mõju kindlasti kõige suurem. Üldiselt on teadlaste ja ekspertide hulgas konsensus, et tüved mõjutavad madalama sagedusega heli summutamist ja lehestik kõrgema sagedusega heli summutamist. Lisaks mainitakse ka heli sumbumist maapinnas, mis metsa all tulenevalt juurestikust on tavalisest poorsem ja suurema summutusteguriga. Vaadeldud töödes pole metsa mürasummutavat toimet mõnikord arvesse võetud, hinnates selle mõju vähetähtsaks21, kui ka modelleerimisega leitud22, et arvutuslikud müratasemed võivad väheneda vähemalt 100m laiuste metsaalade korral umbes 3-6 dB võrra. Loomulikult saab metsa helisummutavat efekti alles siis arvestada kui heli liigub otse läbi metsa. Kuna olulist summutavat efekti on näha ainult laiemate metsaalade korral, tuleb arvestada sellega, et osa vastuvõtjani jõudvast helist on tulnud üle metsa, nagu eelnevates peatükkides kirjeldatud, joonis 28. Joonis 28. Helilainete paindumine üle metsa. 21 Nursipalu harjutusvälja teede ja väljaõpperajatiste ehitusprojekt. Keskkonnamõju hindamine. Militaarmüra hindamine. Akukon OÜ, 2017. 22 Kaitseväe Männiku harjutusvälja ja linnaku mürakaart 2020. Keskonnamüra hinnang – leevendusmeetmete analüüs. Kajaja Acoustics OÜ, 2021. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 24 Üldiselt on tunnustatud, et suuremad tüved ja nendevaheline keskmine kaugus mängivad summutuses suuremat rolli madalamatel sagedustel, oksad ja lehestik kõrgematel sagedustel. 4.2.7. Mürakaitseekraanid ja -vallid Vaadeldud töödes on tihti teemat käsitletud umbmääraselt ja allikatele viitamata. Näiteks hinnatakse nende efektiivsust 5-20 dB, toomata selget kriteeriumit vastava arvu saavutamiseks (kaugus, kõrgus, materjal jms)23 Väikesekaliibriliste relvade puhul on kõige efektiivsemaks meetmeks piirata tulistamisala nii väikese mahuga kui võimalik. See võib kõige lihtsamal juhul olla lihtne tunnel, mille vormiks on kast või toru, mis ümbritseb relva24, vt joonis 29. Loomulikult peab sellise tunneli sisepind olema vooderdatud efektiivse mürasummutusmaterjaliga. Loomulikult on selline tunnel efektiivsem 900 sihis. Halvasti kujundatud tunneli korral on täheldatud mürataseme suurenemist 1800 sihis. Joonis 29. Väikesekaliibriliste relvade mürasummutustunnelid. Kuna tulirelvade puhul on tegemist madal- ja kesksagedusega müraga, siis lihtsalt standardse mürasummutusmaterjaliga vooderdamisest ei piisa, on vaja erimaterjale või spetsiaalselt väljatöötatud lahendusi (perforeeritud plaadid, eraldi summutussektsioonid jms). Järgmine samm oleks laskeala kujundamine nii, et sel oleksid taga- ja külgseinad ning katus, joonis 30, moodustades eraldi boksid. Loomulikult tuleks ka siis pöörata tähelepanu sisepindade efektiivsele heliisolatsioonile, mis tagaks heliisolatsiooni ja samas vähendaks ka müra boksi sees, kuna vähendaks peegeldusi nendelt pindadelt. Kõige universaalsem lahendus on piirata laskeala mürakaitseekraanidega25, joonis 31. 23 Nursipalu harjutusvälja teede ja väljaõpperajatiste ehitusprojekt. Keskkonnamõju hindamine. Militaarmüra hindamine. Akukon OÜ, 2017. 24 Waseim, A. A Review on Noise Mitigation Methods on Shooting Ranges. STO-MP-AVT-335, 2021. 25 https://www.soundfighter.com/sound-attenuated-shooting-range/ Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 25  Joonis 30. Laskeharjutuste eraldiseisvad boksid koos mürasummutavate seinte ja laega. Kui jätta kõrvale heli võimalik peegeldumine maapinnalt mürakaitseekraani ja heliallika ning mürakaitseekraani ja heli vastuvõtja vahel, siis heliallika poolt tekitatud helilaine võimalikud liikumisteed on toodud joonisel 32.26 Joonis 31. Laskeharjutuste ala piiratuna mürakaitseekraanidega. 26 CEDR Technical Report 2017-02 State of the art in managing road traffic noise: noise barriers, 2017. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 26  Joonis 32. Heli liikumine mürakaitseekraani ümbruses. Mürakaitseekraani efektiivsuse kõige üldisemal moel määrab ära võrdlus ilma ekraanita otselaine poolt tekitatud helitaseme ja paigaldatud ekraani korral üle tõkke murdunud helilaine poolt tekitatud helitaseme vahel, vt joonis 33. Joonis 33. Heli erinevad liikumisteekonnad mürakaitseekraani tõttu. Jooniselt 34 on näha, et madalatel sagedustel ei ületa mürakaitseekraani efektiivsus ca 12-17 dB. Loomulikult on sellised arvutused tehtud ideaalsete tingimuste korral (õhuke ekraan, maapinna peegelduste mittearvestamine), arvutuste täpsuseks on ± 5dB. Jooniselt on näha, et ekraani efektiivsus on maksimaalne kui müraallikas ja vastuvõtja asetsevad ekraani ligidal. Näiteks - helilaine teekonna erinevus 2m tähendab seda, et 4 m ekraani korral asetseksid müraallikas ning vastuvõtja 1 m kõrgusel maapinnast ning 4 m kaugusel ekraanist. Kui ekraan asetseb umbes vahepeal, eriti mitmesajameetriste vahemaade korral müraallika ja vastuvõtja vahel, on raske saavutada ekraani mingit olulist efekti. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 27  Joonis 34. Müratõkke efektiivsus erinevate oktaavisageduste ja teekonna erinevuste korral. Üldiselt on oluline kaaluda ka ekraanide katmist mürasummutava kihiga, kuigi madalatel sagedustel on efektiivset mürasummutavat kihti raske luua. Liigselt peegeldava ekraani korral suurendatakse müraallikapoolset mürataset vähemalt 3 dB võrra, kahe paralleelse ekraani korral võib müratase tõusta veelgi kõrgemale, vt joonis 35. Joonis 35. Helipeegeldused kahelt paralleelselt müratõkkeekraanilt. Eriti ohtlik on olukord, kui kahe paralleelse ekraani korral nende vahekaugus langeb kokku helilaine poole lainepikkusega või selle paarituarvulise kordsetega. Sellisel korral tekkib seinte vahele laineresonants (seisulaine), kus helitase võib tõusta väga kõrgele. Lisaks halvale mõjule seinte vahel asuvale personalile, jõuab selline võimendatud heli ka vastuvõtjani ja põhjustab seal kõrgema mürataseme. Suurema heliamplituudiga ja seega ohtlikumad on tavaliselt kuni 3 esimest resonantsi (resonantsikordajat n). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 28 Tabelis on toodud madalamatel oktaavisagedustel nö ohtlikumad ekraanide vahelised kaugused kolme esimese resonantsikordaja korral. Tabel. Ebasoovitavad kaugused kahe müratõkkeekraani vahel, m. Sagedus, Hz n 1 3 5 31.5 5.4 16.2 27.0 63 2.7 8.1 13.5 125 1.4 4.1 6.8 Loomulikult on oluline ka seinte materjal, vt joonis 36.27 . Materjal peab eelkõige tagama etteantud müraisolatsiooni. Sama oluline on ka selle püsivus ajas, et ei tekkiks avasid ja auke ekraani, mis heli difusiooni tõttu oluliselt vähendaksid müratõkkeekraani efektiivsust. Joonis 36. Erinevast materjalist ja paksusega materjalide heliisolatsiooniindeksid. Mürakaitsevallide efektiivsus ja nende arvutamismetoodika on sarnane mürakaitseekraanide omaga. Sama kõrguse korral on helilaine teekond ümber valli ülemise tipu pikem aga samas on materjali müratõkkeomadused väiksemad oma väiksema tiheduse tõttu (kg/m2), mis mõjutab otseselt eriti madalama sagedusega helide liikumist läbi valli tipu. On tehtud võrdlusi ekraanide ja vallide efektiivsuses28, vt joonis 37. Uurimuses tehti arvestuslik eksperiment võrdse kõrgusega müratõkkeseina ja erineva ehitusega muldvallide võrdlemiseks. Ekraan oli paigutatud nii valli keskjoonele kui ka valli müraallikapoolsele küljele. Simulatsioon tehti kolmandikoktaavide sagedusel kuni sageduseni 1600 Hz. Simuleeriti allika ja vastuvõtja erinevaid kaugusi valli keskpunktist ning erinevaid vallitüüpe, mis on kaetud erineva taimestikuga. Ekraani simuleeriti alati 4m kõrguse raudbetoonist 0.2m paksuse ekraanina. 27 Pinterest 28 Timothy Van Renterghem, Dick Botteldooren. On the choice between walls and berms for road traffic noise shielding including wind effects, Landscape and Urban Planning, Volume 105, Issue 3, pp 199-210, 2012. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 29  Joonis 37. Müratõkkevalli simulatsioon. Joonisel 38 on esitatud mõlema ekraaniasendi ja erinevate vallitüüpide korral saadud keskmine mürataseme vähenemine erinevates tsoonides, vastavalt 50-100m kaugusel ja 50-250m kaugusel. Allikas oli 24 m kaugusel valli keskjoonest. Vallid olid arvestuslikult metsaga kaetud. Hinnanguline arvutustäpsus oli ±1.5-2 dB. Keskmiselt on vall sama efektiivne või kuni 2 dB väiksema efektiivsusega kui ekraan. Efektiivsem on ekraani paigutamine mürallikale lähemale, mida vallide korral pole füüsiliste mõõtmete tõttu võimalik alati saavutada. Joonis 38. Erinevate müratõkete efektiivsus. Simuleeriti ka rohuga kaetud valli efektiivsust, mis võrreldes metsase valliga oli veel ca 2dB madalam. Kokkuvõttes saab öelda, et müratõkkevallide akustiline efektiivsus on võrreldav Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 30 müretõkkeekraanidega. Võimalikud kaalutlused müravallide ehitamiseks on pigem majanduslikku laadi: • kohapealt saadav ehitusmaterjal, • potentsiaalselt esteetilisem kui arvestada ka haljastusega, • valli peale saab teha haljastuse, mis parendab mürasummutust, • võrreldes ekraanidega on vastupidavam ajale, • väike keskkonnajälg, kuna kasutatakse ainult looduslikke materjale, • suurema mahuga pinnasetööd, mis võivad muu hulgas suurendada keskkonna jalajälge. 4.2.8. Perspektiivsed müraleevendusmeetmed Relvade lasumüra on püütud vähendada ka rakendades nn aktiivset mürasummutust. Lihtsustatult – kunstlikult tekitatakse lasumüraga identne müraimpulss, aga lasumüraga vastandfaasis. Omavahel kohtudes tekib interferents kahe laine vahel ja ideaaljuhul need lained summutavad üksteist. On proovitud aktiivset mürasummutust rakendada lahtise lasketiiru korral ja saadud väikesekaliibriliste tulirelvade korral lasuimpulsi vähenemine 3-6 dB võrra29. Kuna tegemist oli üsna algelise lahendusega, vt joonis 39, mida saab edasi arendada, siis võib eeldada ka potentsiaalselt suuremat mürataseme vähendamist. Joonis 39. Aktiivne mürasummutus. Uuringud on käinud mõnda aega juba ka nn fonooniliste kristallide rakendamisel mürasummutuseks. Rakendatuna näiteks metsaaladele, istutatakse puud kindla mustri järgi, kus puudevaheliseks kauguseks on pool eeldatavast müra lainepikkusest. 4.2.9. Mürataseme vähendamine vastuvõtja juures. Kuigi militaarmüra taset nagu ka teisi müraliike on kõige efektiivsem vähendada selle allikas ja teise võimalusena selle levimisel, siis teatud juhtudel on seda otstarbekas teha vastuvõtja juures. Need on eelkõige juhud, kus müra all kannatavaid vastuvõtjaid on vähe, näiteks üksik maja või majadegrupp 29 Kuismo M., et al. The Test Setup for Active Noise Control at Shooting Range. The 6th European Conference on Noise Control, Euronoise (2006). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 31 militaarmüra allikate läheduses. Muidugi, enne kui rakendada müravähendusmeetmeid, tuleb põhjalikult uurida müra allikat - kas see on lasumüra, mürsu lennul tekkiv lööklaine, lõhkemismüra või on näiteks maja konstruktsioonide värisemine põhjuseks hoopis maapinnas levivad vibratsioonilained. Õhumüra taseme vähendamiseks on vastuvõtja juures tegelikult ainukeseks lahenduseks mürakaitseekraanid. Nagu eespool kirjeldatud, peavad need asetsema võimalikult lähedal vastuvõtjale ja teisest küljest, olema vähemalt hoone või rajatise kõrgused, et moodustuks akustiline vari kogu hoonele, vt joonis 40. Joonis 40. Müratõkkeekraani suhteline kõrgus hoonete kaitsmiseks õhumüra eest. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 32 4.2.10. Helileviku arvutused ja müraleevendusmeetmete tõhusus Kui on vaja kontrollida müraleevendusmeetmete tõhusust, siis on selleks kaks võimalust: mõõtmine müra vastuvõtja juures või kontrollida meetme tõhusust simulatsiooni abil, kasutades selleks vstavat tarkvara. Üldiselt loetakse simulatsiooni sellisel puhul täpsemaks, sest kuigi mõõtmine annab mingil ajahetkel täpsema tulemuse kui simulatsioon, võib see tulemus sõltuda nt tuulest, temperatuurist, aastaajast jms, muutes meetmete efektiivsuse väljaselgitamise palju ebatäpsemaks kui simuleerimise abil saadud tulemuste abil. Eestis on militaarmüra leviku simuleerimiseks kasutatud peamiselt kaht tarkvarapaketti, Soundplan ja DataKustik Cadna. SoundPlan Seda programmi on kasutatatud Eestis paljudel juhtudel303132militaarmüra leviku simuleerimiseks, kuigi see nimetatud otstarbeks ette nähtud pole, lisaks on SoundPlani Põhja-Euroopa regiooni esindaja Jacob Storm Jørgensen selle kasutamise kohta tulistamis- ja plahvatusmüra tüüpi allikate simuleerimisel33 (tõlge inglise k) öelnud: “Täiesti õigesti kaardistada ei pruugi olla võimalik, sest tegemist on väga eriliste müraallikatega“. SoundPlani tarkvarapaketis on kasutatud maapinnal paiknevate allikate (maanteemüra, raudteemüra, tööstuse müra) puhul nii rahvusvahelisi mudeleid, aga ka suuremate riikide rahvuslikke standardeid ja meetodeid, muu hulgas CNOSSOS-EU:2021/201534, Nord200035. Kõik need põhinevad suuremal või väiksemal määral standardil ISO 9613-2, mis on ette nähtud ainult tööstus- ja transpordimüra leviku simuleerimiseks. Datakustik Cadna On teine üsna laialdaselt3637383940kasutatud müra modelleerimiseks kasutatud programm. Kasutab samuti CNOSSOS-EU:2021/2015, Nord2000, samuti on lähtutud ISO 9613-2, eriti tööstusmüra korral. 30 Kaitseväe keskpolügooni riigi eriplaneeringu keskkonnamõju hindamine. Müra modelleerimine. OÜ Alkranel, (2018). 31 Kaitseväe Männiku harjutusvälja ja linnaku mürakaart. Skepast&Puhkim OÜ, (2018). 32 Sirgala harjutusvälja projekteerimistööde keskkonnamõju hindamine. Müra modelleerimine. OÜ Alkranel, (2020). 33 personaalne kirjavahetus, e-kiri Jacob Storm Jørgensen, SoundPLAN distributor, 4.10.2024 34 Joint Research Centre: Institute for Health and Consumer Protection, Anfosso-Lédée, F., Paviotti, M. and Kephalopoulos, S., Common noise assessment methods in Europe (CNOSSOS-EU) – To be used by the EU Member States for strategic noise mapping following adoption as specified in the Environmental Noise Directive 2002/49/EC, Publications Office, (2012) 35 Kragh J, Thysell E, Finne P, Pedersen F, Michelsen L, Fryd J. The Nord2000 prediction method for road traffic noise-outline and validation, and application in environmental noise mapping. J Acoust Soc Am. 2023 Jul 1;154(1):547-555, (2023). 36 Nursipalu harjutusvälja mürauuring. Akukon OÜ, (2020). 37 Kaitseväe Männiku harjutusvälja ja linnaku mürakaart. Keskkonnamüra hinnang. Kajaja Acoustics OÜ, (2020). 38 Kaitseväe Sirgala harjutusvälja müra modelleerimine. Akukon OÜ (2022). 39 Kikepera lõhkamiste mürauuring. Akukon OÜ, (2023). 40 K9 KÕU mürauuring. Akukon OÜ, (2023). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 33 See tähendab, et ISO 9613 piirangud militaarmüra modelleerimiseks on ka selles programmis olemas. Datakustik Cadna rahvusvaheline ärijuht Antonio Notario on öelnud, et programmi saab kasutada ainult selle rakendusalade piires (tõlge inglise k): “Kui kasutate arvutusmeetodit selle rakendusalade piires, võite loota tulemuste täpsusele, nagu on märgitud arvutusmeetodi kirjelduses. Kui soovite seda rakendada väljaspool selle ulatust, peate suutma põhjendada, et see on endiselt rakendatav ja piisavalt täpne, kui keegi seda vaidlustab.41“ Üheski nimetatud tarkvaras ei arvestata ISO 1720142 nõuetega. Nimetatud standardi otstarve on vajadusel muuta ISO 9613 standardit nii, et väikesekaliibriliste tulirelvade (kaliibriga ≤20mm) tulistamisheli saaks modelleerida vastuvõtja juures. ISO 17201 võtab erinevalt ISO 9613 standardist lähteandmeteks müraallika energia, selle suunatuse ja spektri. Müraallika energia tekitab ülehelikiirusel relvatorust väljuv gaas, mis suudme lähedal tekitab väga kõrge helirõhutaseme, mis enamasti ületab 154 dB. Standard ISO 17201 määratleb 154 dB taseme piirina, millisest tasemest ülespoole toimub helilainete mittelineaarne levimine. Alles relvast suurematel kaugustel, mis võib olla ka sadu meetreid, kus helirõhu tase langeb sellest piirist allapoole, saab rakendada lineaarse lainelevi teooriat, muu hulgas ka ISO 9613 kirjeldatuid. Uurimuses43 on leitud, et ISO 9613 standard, mis põhineb müraallika kirjeldamisel selle helivõimsuseg, ei anna nii häid tulemusi, võrreldes mõõtmistega kui ISO 17201. Kuigi viimane on mõeldud eelkõige väikesekaliibriliste relvade müra leviku kirjeldamiseks ja arvutamiseks, tõestasid arvutuste ja mõõtmiste omavaheline võrdlus seda, et ISO 17201 standard annab parimad tulemused isegi suurte kaliibrite puhul. Nagu on toonitatud44 on lasumüra kõrge tase, tugev suunatavus, kõrge energiasisaldus ja intensiivsus põhjuseks selle mittelineaarsele levile ning allikast kaugel esinevaid mittelineaarseid mõjusid tuleks paremini arvesse võtta, kui soovitakse täpselt simuleerida tulirelvade mürasignaali nii väikese kui ka suure kaliibriga relvade korral. KOKKUVÕTE müraleevendusmeetmetest • Väikesekaliibriliste relvade summutite kasutamine halvendab tulistamise täpsust ja muudab ka relvatunnetuse tavalisest erinevaks, lisaks on probleeme ka relvatoru mustumisega. Väikesekaliibriliste relvade summutite akustiline efektiivsus on 20-30 dB. • Suurekaliibriliste relvade summutid on suured, rasked, kallid ja keerulisemad teisaldada. Ei saa ühendada relvatoruga, aga samal ajal peab tagama summutiga samatelgsuse. Mitme laskepositsiooniga ja erinevate relvade korral on nende kasutamine mõeldamatu. Suurekaliibriliste relvade summutite akustiline efektiivsus on 20-25 dB. • Müratõkkeekraanid on kasutatavad ainult väikesekaliibriliste relvade korra. Nende lasu helisageduse maksimum on suurematel sagedustel ja ekraani mõõtmed võivad olla väiksemad. Suurekaliibriliste relvade korral on mürakaitseekraanide vajalikud mõõtmed nii suured, et nende kasutamine pole praktiliselt teostatav. Müratõkkeekraanid, mis paigutatakse 41 personaalne kirjavahetus, e-kiri, Antonio Notario, International Business Manager, 10.10.2024 42 EVS-EN ISO 17201-3:2019. Akustika. Lasketiirude müra. Osa 3: Heli leviku arvutamine. 43 Marinus B.G., Harri K. Prediction of outdoor sound propagation from firearms shooting ranges: A comparison. Proceedings of ISMA 2018 - International Conference on Noise and Vibration Engineering and USD 2018 - International Conference on Uncertainty in Structural Dynamics, pp 637 – 645, (2018). 44 Hirsch K-W. An Overview on Military Weapon Noise: Its Physics and Annoyance, Seoul National University, Seoul, Korea, 59 p, (2003). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 34  müra vastuvõja juurde, peavad olema võrdsed või suuremad objekti (maja) mõõtmetest. Olenevalt müratõkkeekraanide mõõtmetest ja nende kaugusest müraallikast ja müra vastuvõtjast, on nende hinnanguline akustiline efektiivsus 10-15 dB. • Müratõkkevallid on müratõkkeekraanidega võrreldava efektiivsusega, eeliseks on nende parem sobitumine loodusesse, need on ajale vastupidavamad. Puuduseks on suurem pinnasetööde maht ja asjaolu, et neid ei saa paigutada ei müraallika ega ka müra vastuvõtja lähedale, kus nende efektiivsus oleks suurem. • Metsa mürasummutav toime sõltub selle tihedusest ning kõrgusest. Üldiselt väheneb hinnanguliselt täiskasvanud metsa korral helirõhutase 3-6 dB võrra iga 100m kohta. Tüved summutavad eelkõige madalamat müra, oksad ja lehestik keskmise ja kõrgema sagedusega müra. • Müra leevendusmeetmeks on ka ilmastiku ja militaarharjutuste ajaga arvestamine. Alati on hea arvestada, et müra levib kaugemale (ehk helirõhutase mingis ruumipunktis on kõrgem), kui õhu suhteline niiskus on madalam, ilm on külmem, on päikeseloojangueelne aeg ning mõõdukas või tugev tuul puhub otse müra vastuvõtja poole. Hinnanguliselt võib ebasoodsatel tingimustel müra vastuvõtja juures helirõhu tase olla kuni 20 dB kõrgem. • Müraleevendusmeetmete hindamiseks on müraleviku simuleerimine paremaks vahendiks kui müratasemete mõõtmine. Oluline on simuleerimisel võimalusel kasutada arvutusmeetodeid, mis arvestavad müraallika ja nende poolt tekitatud müra mittelineaarsust. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 35 5. Plahvatuse müra ja vibratsioon Vaadeldud aruannetes on vibratsioonist ja selle levikust üsna vähe juttu. Ühelt poolt on see arusaadav, sest maapinnas leviv vibratsioon tekkib ainult laskemoona plahvatusest ning selle levik ei ole nii üheselt määratletav. Nii ongi jõutud järeldusele, et peamiseks müra vastuvõtja häiringuks on õhulained, mis suurte heli leviku suunas risti olevate seinte korral hakkavad vibreerima. See pole otseselt vale, aga kehtib ilmselt teatud geoloogiliste tingimuste korral ja suurematel kaugustel. Kokkuvõttes võidakse jõuda üsna ümmarguse tõdemiseni et: “Maapinna kaudu leviva vibratsiooni ulatus on väiksem, kuid selle mõju inimestele ja hoonetele on suurem. Õhu kaudu leviv vibratsioon levib kaugemale ehk õhu kaudu leviva vibratsiooni ulatus on suurem, kuid selle mõju inimestele ja hoonetele on väiksem.”45 5.1. Plahvatuse füüsikalised parameetrid Tüüpilised osakeste liikumisdünaamika vahemikud ja tekitatud maapinna vibratsioonide sagedus lõhkemiste korral on järgmine:46 • sagedus, Hz 1–300 • osakeste kiirus, mm/s 0,2–100 • osakeste kiirendus, m/s2 0,02–50 Kõige olulisemaks vibratsioonilaine näitajaks loetakse osakeste maksimaalset kiirust ja domineerivat sagedust. Joonis 41. Plahvatusest tulenev vibratsiooniimpulss maapinnas. Kui vaadelda maapinnasisest vibratsiooni levikut, siis on loomulik vaadata seda kolmesuunalises ristteljestikus, millest kõik on olulised. Joonisel 41 on esitatud maasisese plahvatuse 45 Militaarmüra regulatsioon. Riigi Kaitseinvesteeringute Keskus, (2019). 46 ISO 4866:2010 Mechanical vibration and shock -- Vibration of fixed structures -- Guidelines for the measurement of vibrations and evaluation of their effects on structures. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 36 horisontaalsuunaline komponent47, mõõdetuna 5m kaugusel plahvatuse keskmest. On näha, et erinevalt lasumürast pole tegemist üksiku impulsiga vaid mitme järjestikuse impulsiga, mis iseloomustab pinnase kokkusurutavuse mõju. Pinnase omadused avaldavad mõju nii plahvatuse füüsikale kui ka vibratsiooniimpulsi levikule maapinnas. 5.2. Vibratsiooni levik ja selle vähendamine Vibratsioonid levivad edasi kõigepealt muidugi õhus akustiliste lainetena, mööda maapinda pinnalainetena ja ka maapinnasiseselt, levikut mõjutavad oluliselt maapinna omadused lõhkemispaigal ja ka sügavamate maapinnakihtide omadused ning omavaheline paigutus.48, vt joonis 42. Maapinnasiseseselt levivad lained ruumiliste rõhulainetena, maapinnal eristatakse nn Love laineid kus maapind liigub vertikaalselt ja nn Rayleigh laineid, kus maapinna osakesed liiguvad paralleelselt vibrolainega, aga ka sellega risti. Vibratsiooni täpsema analüüsi korral on see oluline, näiteks ka selles aspektis, et need lained levivad erineva kiirusega, samuti on Rayleigh lainesse kogunenud ca 2/3 pinnaselainete energiast. Laengu lõhkamine ja selle analüüs on üldiselt keeruline probleem, mis on seotud lõhkeainete detoneerimisega, millele järgneb rõhuenergia levimine kõikides suundades, pinnase killustumine ja murenemine. Analüüsi muudab keerukaks ka see, et energia vabaneb lühikese aja jooksul ja selle impulsi amplituud ja sagedus muutuvad selle tekkimise aja jooksul märgatavalt. Ainult osa energiast kulub maapinna vibratsioonide tekitamiseks, mis aga ebasoodsate tingimuste korral võivad läbida pikki vahemaid. Kõige ebasoodsama olukorrana võib välja tuua vetruvat pinnast (nt turvas), mille all on kõvem pinnas (nt liivakivi). Sel juhul levib vibratsioon mitmekordsete peegelduste tõttu kaugele. Kuna lõhkemistest tekkiv vibratsioon on lühiajaline ja vibratsioonitase langeb selle levikul, siis üldiselt tõdetakse, et otseseid orgaanilisi terviseprobleeme need inimestele ei tekita. Peamised mõjud on järgmised: • pikajaline kumuleeruv mõju hoonete konstruktsioonile; • kosmeetilised purustused, nt fassaadil, aga ka teistel pindadel; • inimeste häiritus, põhjuseks nt aknaklaaside vibratsioon, väikeste esemete kukkumine riiulitelt vms. 47 Hudson, D.E., Alford, J.L., and Iwan, W.D. 1961. Ground accelerations caused by large quarry blasts. Bulletin of the Seismological Society of America, vol. 51. no. 2. pp. 191-202, (1961). 48 Ainalis, D., et al. Improved analysis of ground vibrations produced by man-made sources. Science of The Total Environment, vol 616–617, March 2018, pp 517-530, (2018). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 37  Joonis 42. Plahvatusest tuleneva vibratsiooni levik. Olenevalt keskkonnast levivad lained erineva kiirusega, õhus umbes 330 m/s, maapinnas aga suurema kiirusega – 1500-7000 m/s. See võib muuhulgas vibratsioonide vastuvõtja juures viia kahe eraldi vibratsiooniimpulsi tajumiseni. Rääkides lõhkamisest tingitud õhu kaudu levivate helilainete summutamisest, siis siin põhimõttelist erinevust lasumüra summutamisest pole, vt punkt 4.1. Vibratsioonide leviku tõkestamiseks on esimeseks võimaluseks valida sobiv lõhkemisala. Võimaluseks oleks valida selleks liivane pinnas. Liiv on pinnasematerjalist kõige paremate summutusomadustega ja vajadusel võiks kindlasti kaaluda ka selle täitepinnasena kohalevedu. Vibratsioonide leviku tõkestamiseks maapinnas on otstarbeksas kasutada erineva tihedusega (täpsemalt - akustilise takistusega) tõkkekihte, kust vibratsioonilained tagasi peegelduvad ja sumbuvad. Tõketena kasutakse pidevat tõket (nt tühi või mingi materjaliga täidetud kaevik jne). või katkendlikku nn lainetakistusplokke (üksikplokid, plaadid, vaiad jms), et vähendada maapinna vibratsiooni amplituudi. Kõige laialdasemalt on kasutamist leidnud piirdekraavide e kaevikute rajamine ümber lõhkemisalade49, vt joonis 43. 49 H. S. Venkatesh, H.S, Rao. V. Reduction of Blast Induced Ground Vibrations with Open Trenches in Surface Mines. The 12th International Conference of International Association for Computer Methods and Advances in Geomechanics (IACMAG), (2008). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 38  Joonis 43. Maapinna vibratsioonide levikut takistav kaevik. Selle tulemusena väheneb maksimaalne pinnavibratsioonide tase kaeviku taga 10-15 dB võrra. On teada, et kaeviku laius peaks olema vähemalt veerand Rayleighi lainepikkusest ja sügavus vähemalt võrdne Rayleighi lainepikkusega. Rayleigthi lainepikkus sõltub pinnase omadustest ja vibratsioonisagedusest, jäädes mõne meetri kuni mitmekümne meetri vahemikku.. Füüsiliste piirangute (pinnasevesi, varisemisoht) tõttu ei saa kaevikut väga sügavaks teha, seega praktikas see madalamatel sagedustel väga efektiivne pole. Peamiselt praktilistest kaalutlustest lähtudes (varinguoht sügavatel kaevikutel) on proovitud ka kaevikuid täita erineva materjaliga nt kummipuruga50, vt joonis 44. Üldiselt on konsensus siiski selline, et avatud kaevik annab parema summutuse, kui täidetud kaevik. On proovitud ka betoonist seintega tühjasid kaevikuid ja kaevikute täitmist veega51, vt joonis 45. Selliste kaevikute tihedus on suurem kui maapinnal ja helilained peegelduvad sellelt efektiivselt tagasi, samuti vähendavad need pinnasevibratsioonide amplituudi. Joonis 44. Maapinna vibratsioonide levikut takistav kummipuruga täidetud kaevik. 50 Kim, M., et al. Vibration isolation using flexible rubber chip barriers. Proceedings of the international workshop wave, (2000). 51 First, S. et al. Field Experiments on Wave Propagation and Vibration Isolation by Using Wave Barriers. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 29(5), (2010). Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 39 Pinnasesiste vibratsioonide leviku tõkestamiseks on kasutatud ka betoonist või mitmekihilisi paneele, nn lainetõkkeplokke.52 Kuna lainetõkkeplokid peavad efektiivsuse suurendamiseks ulatuma sügavale maapinda, siis on pakutud välja ka kombinatsiooni kaevikust ja lainetõkkeplokkidest, vt joonis 46. Joonis 45. Maapinna vibratsioonide levikut takistav betoonseintega kaevik ja sama veega täidetuna. Joonis 46. Kombinatsioon avatud kaevikust ja vibrotõkkeplokist. Kindlasti saab pinnasevibratsioone vähendada ka vastuvõtja juures. Lihtsam on see juhul kui vibratsioon tuleb näiteks transpordist või tööstusest. Sel juhul saab kasutada näiteks vibroisolaatoreid, vaivundamente, jäigemaid konstruktsioone jms. Kahjuks ei ole need meetodid hästi rakendatavad impulsi kujul saabuva vibratsiooni korral. Kirjanduses puuduvad andmed militaarallikate poolt tekitatud vibratsioonide vähendamiseks vastuvõtja juures, efektiivsem on seda teha vibratsiooniallika lähedal. 52 Zhou F, Zhou Z, Ma Q. Study on the vibration isolation performance of an open trench–wave impedance block barrier using perfectly matched layer boundaries. Journal of Vibration and Control. 2022;28(3-4):329- 338. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 40 KOKKUVÕTE vibratsiooni leevendusmeetmetest • Kõige lihtsamaks ja ka efektiivsemaks meetodiks maapinna vibratsioonide leviku vähendamiseks on kaevik. Mida laiem ja sügavam see on, seda efektiivsem on see madalamatel sagedustel. Kaeviku varisemise vältimiseks võib selle täita mingi kergema materjaliga nagu taaskasutatud kummipuru. • Vibratsioonide levikut pidurdavad ka vibratsioonitõkke plokid, mis on maapinnast suurema tihedusega, näiteks betoon. Plokid tagavad vibratsioonilaine leviku tõkestamise, tagasipeegelduse ja hajumise. Ploki efektiivsus sõltub tema sügavusest ja laiusest. • On võimalik kasutada ka kaeviku ja vibratsioonitõkke ploki kombinatsiooni, kus plokk asetseb kaeviku põhjas, see suurendab meetme efektiivsust üldiselt ja eriti madalamatel sagedustel. • Lõhkemiskoha eelistatud pinnaseks on sõmer materjal, eelistatult näiteks liiv. Kui see on võimalik, siis eelistatud kohaks on ka koht, kus tihedam maapinna kiht (liivakivi, paekivi, savikiht) asetseb võimalikult sügaval. Müra leevendusmeetmete analüüs. Harjutusväljad. 41