📘 Porovnání metod modelování šíření zvuku
Tento přehled shrnuje rozdíly mezi metodou sledování paprsků (Ray Tracing) a metodou parabolických rovnic (Parabolic Equation, PE), které se používají pro numerické modelování šíření akustických vln.
1️⃣ Základní princip
- Ray Tracing: Sleduje dráhy jednotlivých "paprsků" zvuku – podobně jako světlo. Modeluje odrazy a lom na rozhraních prostředí.
- Parabolická rovnice (PE): Řeší zjednodušenou vlnovou rovnici, která popisuje, jak se zvuk ve formě vln opravdu šíří. Umožňuje modelovat ohyb (difrakci) a interference vln.
2️⃣ Typ fyzikálního přístupu
- Ray Tracing: Geometrická akustika – předpokládá přímé šíření paprsků, vhodné pro vyšší frekvence. Nezohlednňuje difrakci - ohyb zvukových vln kolem překážek.
- Parabolická rovnice: Vlnová akustika – zahrnuje vlnové jevy (difrakce, refrakce a interference), je přesnější pro nízké kmitočty a složitý terén.
3️⃣ Oblasti použití
- Ray Tracing: Urbanistická akustika, interiéry, dopravní a průmyslový hluk, je rychlá, ale méně přesná.
- Parabolická rovnice: Šíření zvuku na větší vzdálenosti, vhodná pro nízké kmitočty a infrazvuk. Je používána pro vědecké a vojenské účely.
4️⃣ Výpočetní náročnost metody
- Ray Tracing: Rychlá a jednodušší – každý paprsek se počítá samostatně.
- Parabolická rovnice: Vyžaduje řešení parciálních diferenciálních rovnic – náročnější na výkon i paměť.
5️⃣ Použití metod
Ray Tracing: vhodná pro vyšší frekvence (od 500 Hz do 10 kHz i výše).
PE metoda: efektivní pro (velmi) nízké až střední frekvence (≈ 1–500 Hz).
6️⃣ Přesnost a omezení
Ray Tracing: Rychlá a jednoduchá, dobře počítá odrazy zvukových vln.
Nezohledňuje ohyb a interferenci vln, není vhodná pro nízké kmitočty
PE metoda: Velmi přesná pro složité situace v obtížném terénu, i pro velké vzdálenosti.
Je náročná na výpočetní kapacitu.
Shrnutí
| Vlastnost | Ray Tracing | Parabolická rovnice (PE) |
|---|---|---|
| Typ modelu | Geometrický (paprsky) | Vlnový (parciální rovnice) |
| Frekvenční rozsah | ~500 Hz – 10 kHz+ | ~1 – 500 Hz |
| Difrakce a interference | Nezahrnuty / aproximovány | Zahrnuty přirozeně |
| Výpočetní náročnost | Nízká až střední | Střední až vysoká |
| Typické použití | Města, budovy, dopravní hluk | Venkovní a dálkové šíření, výzkum |
📎 Poznámka: V praxi se často používají hybridní přístupy — např. kombinace Ray Tracingu pro vyšší frekvence a PE či difrakčních modelů pro nízké frekvence.
Grafické porovnání obou metod modelování
Uvedené informace byly čerpány z přednášky prof. Kena Mattssona ze švédské univerzity v Upsale, shrnutí bylo vytvořeno pomocí AI.
Které metody používají programy pro modelování šíření zvuku
Ray-tracing: používají programy jako Nord2000 nebo český Hluk+.
Aktuální verze Hluk+ 14.5 splňuje požadavky současné platné legislativy, jíž je Metodický návod MZ-HH ze dne 25.10.2023 (Věstník MZ ČR částka 14/2023) pro měření a hodnocení hluku v mimopracovním prostředí (účinný od 25.10.2023).
Parabolické rovnice: používá např. švédský program SoundSim360. Tento program poskytuje daleko přesnější výsledky, které se shodují s měřením reálných zdrojů hluku.
Závěr
Z uvedeného popisu vyplývá, že metody modelování šíření zvuku používané programy doporučenými Ministerstvem pro životní prostředí nejsou vhodné pro jejich nasazení pro posuzování hlukové zátěže způsobované větrnými elektrárnami, protože nezohledňují šíření nízkých kmitočtů a infrazvuku - tedy oblasti, kde je největší skutečná hluková zátěž způsobovaná větrnými elektrárnami.