声屏障

2020-12-31 17:21:44

声源与接收点之间设置屏障,以阻断声波的直接传播,以降低噪声,这样的屏障称为声屏障或隔声屏。

对于工人多、强噪声源比较分散的大车间,可设置室内隔声屏障或带有生产工艺孔洞的隔墙,将车间在平面中划分为几个不同强度的噪声区域。隔声屏障的降噪量可以在10~20dB范围内选择,对于高频声源,隔声屏的降噪量可选取较高值。

隔声屏广泛应用于控制道路交通噪声的污染。一些发达国家从20世纪60年代末就开始了道路声屏障的研究和应用。近年来,我国的高速公路、铁路、城市高架道路和轨道交通相继建造声屏障,而且发展速度很快。


1 声屏障的声学性能

声屏障的声学性能包括降噪性能、吸声性能和隔声性能三个方面。

声屏障的降噪效果用63~4000Hz的倍频带或50~5000Hz的1/3倍频带插入损失作为评价量。插入损失指安装声屏障前后在某特定位置上的声压级之差,它是描述声屏障降噪效果的量,单一评价量则采用实际声源状况下的等效连续A声音插入损失。一般3~6m高的道路声屏障,其声影区内降噪效果为5~12dB。

声屏障构件本身的吸声性能采用100~5000Hz的1/3倍频带吸声系数进行评价,单一评价量则采用以上频段的平均吸声系数进行评价。

声屏障构件本身的隔声性能采用100~3150Hz的1/3倍频带传声损失来评价,单一评价量则采用以上频段的平均隔声量或计权隔声量。


2 声屏障设计的声学原理

如图1所示,当噪声源的声波遇到声屏障时,将分三条路径传播,一部分越过声屏障顶端绕射到达受声点;一部分穿透声屏障到达受声点;一部分在声屏障壁面上产生反射。声屏障的插入损失主要取决于声源发出的声波沿在条路径传播的声能分配。

(1) 绕射声衰减  声源S发出的声波越过声屏障顶端绕射到受声点R。绕射声能比没有声屏障时的直达声能小。直达声与绕射声的声音之差称为绕射声(衍射声)衰减,计为。

(2) 透射降低量  穿透声屏障的声能量取决于声屏障的面密度、入射角和声波的频率。声屏障的隔声能力用传声损失TL(又称隔声量)来评价,透射的声能将减小声屏障的插入损失,由透射引起的插入损失降低量称为透射降低量,计为。在声学设计时,要求TL-≧10dB,即透射声的声能可以忽略不计,即≈0。

(3) 反射降低量  当道路两侧建有声屏障,且声屏障平行时,声波将在声屏障间多次反射,并越过声屏障顶端绕射到受声点,它会降低声屏障的插入损失,由反射引起的插入损失降低量称为反射降低量,记为。为减小反射声,一般在声屏障靠道路一侧附加吸声结构。反射声的大小取决于吸声结构的吸声系数,它是频率的函数。评价声屏障吸声结构的整体吸声系数,常用降噪系数NRC(noise reduction coefficient)表示,NRC为250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz测得的吸声系数的平均值,算到小数后两位。


3 声屏障插入损失的计算

根据前面分析,声屏障的插入损失主要取决于声屏障的绕射声衰减,透射减小量和反射降低量,考虑到其他障碍物和地面吸收的影响,声屏障的实际插入损失。其中为声源与受声点之间其他屏障或障碍物可能产生的绕射声衰减,为地面吸收产生的衰减。max表示取、中大者,这是因为一般两者不会同时存在。如果有其他屏障或障碍物存在,地面效应会被破坏掉,因为只有贴近地面,地面声吸收的衰减才会明显。上式中的减号表示一旦设计的声屏障建成,原有的屏障或障碍物或地面声吸收效应都会失去作用。

(1) 绕射声衰减的确定

①长声屏障,有限长线声源可看做点声源时。当线声源的长度远远小于声源至受声点的距离时,可以看成点声源,对一长的声屏障,点声源的绕射声衰减为

式中,N为菲涅耳系数,;为声波波长,m;为声源与受声点间的直线距离,m;A为声源至屏障顶端的距离,m;B为受声点至声屏障顶端的距离,m。

若声源与受声点连线与声屏障法线之间有一角度,则菲涅耳数为。

②长线声源,长声屏障。当声源为长不相干线声源,声屏障的绕射声衰减为

式中,为声波频率,Hz;为声程差,m;,c为声速,m/s。


③长线声源,有限长的声屏障。仍根据长线声源,长声屏障时的计算公式进行计算。修正后的取决于遮蔽角。

(2) 透射声减小量的计算  透射声减小量由下列公式计算:

(3) 声降低量的确定  反射声降低量取决于:声屏障、受声点及声源的高度;两个平行声屏障之间的距离;受声点至声屏障及道路的距离;靠声源内侧声屏障吸声结构的噪声降低系数NRC。

(4) 声屏障的高度  对于非直立型声屏障,其等效高度等于声源至声屏障顶端连线与直立部分延长线的交点的高度。如下图2所示。

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