1、概述

隨著我國交通路網(wǎng)的快速發(fā)展，聲屏障作為當(dāng)前解決交通噪聲問題的一種方法，得到了越來越多的應(yīng)用。但從目前國內(nèi)建成的聲屏障的效果看，一些不是很理想，給國家和人民造成不必要的浪費(fèi)。造成這樣的主要原因是，大多數(shù)聲屏障的設(shè)計(jì)沒科學(xué)依據(jù)，盲目性比較大。對(duì)什么地方適合設(shè)置聲屏障，以及如何確定聲屏障的長度（L），聲屏障的高度（H）等參數(shù)都是憑感覺去確定。作者根據(jù)多年聲屏障研究和設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在本文中試圖給出在聲屏障的設(shè)計(jì)中上述參數(shù)的實(shí)用方法和經(jīng)驗(yàn)公式，供設(shè)計(jì)人員在今后的聲屏障設(shè)計(jì)中參考和使用。

2、什么樣的周邊環(huán)境適應(yīng)設(shè)置聲屏障

當(dāng)前，在談到交通噪聲治理的問題時(shí)，總是首先想到應(yīng)用聲屏障解決問題。自從上個(gè)世紀(jì)九十年代，我國在上海市首先在城市的高架路使用聲屏障后，在全國其它大都市競相效仿，其高架橋上的聲屏障像雨后春筍般地出現(xiàn)。其實(shí)像在城市市中心區(qū)建設(shè)聲屏障其效果微乎其微。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，還會(huì)增加噪聲污染。這樣不僅給國家造成令人心痛的損失，同時(shí)也對(duì)城市景觀起到了破壞作用。

在什么地方以及什么樣的周邊環(huán)境適用設(shè)置聲屏障，并使聲屏障起到最好的降低交通噪聲的作用呢？能不能設(shè)置聲屏障可以依據(jù)以下幾個(gè)方面確定：

2.1、聲屏障保護(hù)的對(duì)象高度是否超過聲屏障的高度。若保護(hù)的對(duì)象的高度低于聲屏障的高度，則聲屏障將起到比較好的效果，如國外高速公路邊保護(hù)別墅的聲屏障效果非常好；若所保護(hù)的對(duì)象高于聲屏障，則不適應(yīng)設(shè)置聲屏障。如高層建筑林立的城區(qū)中心的高架橋上是不適應(yīng)用聲屏障來降低交通噪聲的。在這種情況下，在建筑物的門窗上采取措施是既經(jīng)濟(jì)又效果好。目前在深圳、上海、廣州等地安裝的我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)―自然通風(fēng)降噪窗取得非常好的效果。

2.2、周邊是否有聲反射面。若周邊環(huán)境存在著聲反射面，則聲屏障設(shè)計(jì)將變得非常困難。因?yàn)榉瓷涿娣瓷涞脑肼暡粫?huì)和聲屏障發(fā)生接觸，將會(huì)大大降低聲屏障的降噪效果。如在城市街道邊設(shè)置聲屏障效果不佳便是如此，由于街道兩邊的建筑都是反射面，高能量的反射聲使聲屏障效果大幅度降低。所以在設(shè)計(jì)聲屏障時(shí)，首先要考慮周邊環(huán)境是否有反射面，如果反射面過于復(fù)雜，則不應(yīng)考慮聲屏障的手段。

2.3、聲源面是否過寬。交通噪聲一般我們會(huì)以線聲源來處理。現(xiàn)在高速公路有來往四車道、六車道、八車道，甚至有十二車道。這樣的聲源就不能按線聲源來處理。若聲源面過寬，與聲屏障接觸的噪聲的成分會(huì)大幅度減少，其聲屏蔽效果就會(huì)大幅下降。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)?shù)缆穪硗能嚨莱^六車道后，不應(yīng)考慮聲屏障，應(yīng)考慮其它降噪手段。

3、聲屏障高度的確定

現(xiàn)在設(shè)計(jì)聲屏障時(shí)大多采用幾何聲學(xué)分析的方法來確定聲屏障的高度（如圖一）。如“聲影區(qū)法”來確定聲屏障有效區(qū)域。其實(shí)這種方法是不正確的。因?yàn)榻煌ㄔ肼暤穆暡ㄊ菣C(jī)械波，其波長的單位在米級(jí)，和聲屏障的幾何尺寸在同一數(shù)量級(jí)。從波動(dòng)學(xué)理論上講，只有當(dāng)波長λ>>H（反射面幾何尺寸）時(shí)，才能按入射波的入射角等于反射波的反射角的幾何聲學(xué)的方法來分析波的傳播路徑。如光波就是這樣的情況。光波的波長為Á米級(jí)，而反射鏡的幾何尺寸為米級(jí)或厘米級(jí)，光波的波長和反射鏡的幾何尺寸相比，光波波長可忽略不計(jì)。這樣就滿足λ>>H條件,利用反射原理來分析光波的傳播路徑就會(huì)準(zhǔn)確。就聲屏障而言，聲波的波長和聲屏障的高度方向?yàn)橥粩?shù)量級(jí)，當(dāng)噪聲的聲波和聲屏障作用時(shí)就會(huì)產(chǎn)生散射和衍射，不會(huì)遵從入射角等于反射角的原理。只有聲波頻率很高時(shí)，（如4K以上的聲波），才可近似地適用波的反射原理。在聲屏障的長度方向，由于滿足λ>>H的條件，所以在長度方向分析聲波傳播路徑時(shí)，可采用幾何聲學(xué)的方法進(jìn)行分析。

聲屏障的高度采用如何方法確定的呢？據(jù)多年的設(shè)計(jì)和研究經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，聲屏障的高度可采用“有效頻率”進(jìn)行確定。這里引入有效頻率λE概念，是指聲屏障對(duì)噪聲的倍頻程或1/3倍頻率中某個(gè)波段頻率衰減量為3dB（A）的頻率。若噪聲的波長比“有效頻率”的波長長，則由于繞射和散射作用，聲屏障對(duì)其聲衰減作用會(huì)很低。而所有比“有效頻率”波長短的噪聲，則聲屏障就會(huì)有很好的聲衰減效果。聲屏障高度可用以下經(jīng)驗(yàn)公式確定：

H=2λE    （1）

H為聲屏障的高度，λE為有效頻率。

例如，一般設(shè)計(jì)中，如果公路行駛的車輛中，大型車輛所占比例比較大，交通噪聲低頻聲成份比較高，則有效頻率應(yīng)確定為125HE（λE=2.720米左右）比較合適。按照經(jīng)驗(yàn)公式，則聲屏障的高度應(yīng)為

H=2λE=2×2720=5.450米

若馬路上的行車車輛中為小型汽車，則交通噪聲中頻率高的噪聲成份會(huì)比較高，則“有效頻率”λE選取為倍頻程頻率為250HE（λ =1.360）會(huì)比較合適，則聲屏障的高度可確定為：

H=2λE=2×1360=2.720米

這樣，就會(huì)既節(jié)省投資，又取得比較好的降噪效果。

4、聲屏障的長度確定

為了避免端頭效應(yīng)影響聲屏障的降噪效果，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該對(duì)聲屏障的長度有一個(gè)比較合理的選定。現(xiàn)在國內(nèi)數(shù)量不少的聲屏障都存在著端頭效應(yīng)問題。若保護(hù) 100米的區(qū)間，則聲屏障就建100米長，端頭效應(yīng)嚴(yán)重，大大降低了聲屏障的聲衰減效果。從效果上來看，聲屏障建得越長，其端頭效應(yīng)會(huì)越小，聲屏障的效果也就越好。但是，聲屏障建得過長會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。建造怎樣長度的聲屏障既能保證效果，又節(jié)省投資？筆者根據(jù)多年的設(shè)計(jì)研究實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出“15度夾角確定法”。其具體辦法如下圖所示：

這樣保護(hù)100米長的對(duì)象，且離聲屏障垂直距離30米這種狀況下，建聲屏障330米長即可，若離聲屏障垂直距離20米，則聲屏障建249米長即可。按照公式（2）確定的聲屏障長度既可保證避免端頭效應(yīng)的影響，從而提高了聲屏障的聲衰減效果，又能節(jié)省投資。

5、結(jié)語

本文給出的計(jì)算公式是筆者長期研究設(shè)計(jì)實(shí)踐總結(jié)出來的，旨在為聲屏障設(shè)計(jì)人員提供一種簡便、可行的設(shè)計(jì)方法。這種方法在工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中得到比較好的驗(yàn)證。同時(shí)歡迎同行提出意見，以便總結(jié)一套更科學(xué)、系統(tǒng)的聲屏障設(shè)計(jì)方法。

參考文獻(xiàn)：

1、《一種耐高溫、防塵消聲器研究》文環(huán)凌《應(yīng)用聲學(xué)》2000年第一期。

2、《深圳市紅樹林自然保護(hù)區(qū)聲屏障設(shè)計(jì)》文環(huán)凌 2002年全國聲學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集。

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