吸聲型聲屏障的頻率特性對降噪的貢獻研究*

羅文俊陳靖

吸聲型聲屏障的頻率特性對降噪的貢獻研究*

羅文俊陳靖

（華東交通大學鐵路環境振動與噪聲教育部工程研究中心，330013，南昌//第一作者，副教授）

針對目前吸聲型聲屏障僅用平均吸聲系數作為評價吸聲性能指標的缺點，結合多種吸聲材料，給出了兩個不同路段的噪聲頻譜計算結果，分析了吸聲型屏障各頻程吸聲系數對整體吸聲降噪的貢獻，得出了各頻程吸聲系數的改變對整體降噪的影響程度依賴于路段的噪聲頻譜分布情況的結論。

鐵道噪聲；吸聲屏障；吸聲降噪量；吸聲系數；頻率特性

Author′addressEast China Jiaotong University，330013，Nanchang，China

工程中，為了降低聲屏障對反射聲波的影響，通常會使用吸聲屏障來代替反射式聲屏障，同時吸聲屏障可以使聲能減弱，減弱的聲能表現為吸聲降噪量，從而提高了聲繞射衰減量。吸聲屏障對不同頻率聲波的吸聲系數不同，即對不同頻段聲波有不同程度的吸聲降噪量。已有研究發現，吸聲降噪量不僅與吸聲屏障各頻程的吸聲系數存在一定的函數關系［1］，且通過算例發現，吸聲屏障選取僅看材料的平均吸聲系數還不夠，需吸聲屏障在低、中、高各頻段的吸聲系數都要好，才能對整體的降噪性能貢獻大。

吸聲屏障各個頻段吸聲系數對整體降噪貢獻量的影響程度，目前還未見公開報道。本文將探討吸聲屏障各頻段對整體降噪的貢獻。由于吸聲屏障的造價比反射式聲屏障要高，因此，施工單位需要考慮吸聲屏障的性價比，而目前在噪聲控制工程中，只能根據平均吸聲系數來進行粗略的吸聲屏障選擇，故本項研究對施工單位在合理選取和制作吸聲屏障方面具有現實意義。

1 基本理論

聲波傳播至吸聲屏障，其吸聲降噪量與各頻程吸聲系數有以下函數關系式［1］：

式中：

Δd BT——吸聲總降噪量；

ai——各個頻段下的吸聲系數；

Li——各個頻段吸聲前的聲壓級；

LT——吸聲前的總聲壓級。

由式（1）可以看出，吸聲降噪量的大小僅與上述參數有關，且由對數函數表征，故降噪量要想獲得最大，則D值也要達到最大。

令Di=100.1（）Li-LT

，則：

其中：

又因

且LT為定值，則：

①填充的部分越大，則吸聲降噪效果就越好，全部填充，吸聲降噪效果達到最大；

②D3最大，在吸聲系數相同的情況下，被填充的部分最大，對總的吸聲降噪量的貢獻也最大，故提高D3值對應頻程的吸聲系數，能夠顯著提高吸聲降噪量。

圖1 不同吸聲系數下各頻段的吸聲貢獻量圖

2 算例分析

由于吸聲材料種類繁多，為方便分析和討論，將吸聲材料分成兩種（玻璃纖維、微空磚），其各頻程吸聲系數見圖2和圖3。

算例給出了甲、乙公路交通噪聲Li甲和Li乙值，各頻率聲級分布見表1。應用式（4）分別求得總聲級，同時由式（2）求得各頻程對應的Di值（見表2）。由此可以做出的Di貢獻分布圖（如圖4所示，圖中數字代表對應的頻率）。應用式（1）對各種吸聲材料進行吸聲降噪量計算，計算結果見表3、表4。

圖2 兩種吸聲材料在不同頻段的吸聲系數對比

圖3 不同體積質量的超細玻璃棉在不同頻段的吸聲系數對比

表1 甲、乙兩公路交通噪聲頻譜分布值

表2 甲、乙兩公路交通噪聲Di的分布值

從表3、表4可以看出，對于不同噪聲頻譜分布值，吸聲材料的降噪效果是不盡相同的。從圖3中可知，超細玻璃棉隨著體積質量的增大，吸聲系數曲線逐漸向低頻段方向移動；低頻段吸聲系數增大，高頻段的吸聲系數減小。

圖4 甲、乙兩公路Di貢獻分布圖

表3 甲公路不同吸聲材料對聲屏障的降噪情況

表4 乙公路不同吸聲材料對聲屏障的降噪情況

在甲公路段，20 kg/m3的超細玻璃棉吸聲降噪量最高，對比甲公路段的Di值分布，可知低頻段（250～400 Hz）吸聲系數的變化對吸聲降噪量影響不大，在中、高頻段會有較大影響，尤其在中頻段貢獻量最大；對照20 kg/m3的超細玻璃棉，該材料在中高頻段（500～2 000 Hz）吸聲系數大都在0.9左右，反觀30 kg/m3和40 kg/m3的超細玻璃，在低頻段（250～400 Hz）吸聲系數會逐漸增大，但對降噪貢獻影響不大；在中、高頻段（500～2 000 Hz），各頻段吸聲系數大都在0.8～0.7左右分布,對降噪貢獻影響較大。超細玻璃棉的吸聲降噪效果為20 kg/m3超細玻璃棉＞30 kg/m3超細玻璃棉＞40 kg/m3超細玻璃棉。

在乙公路段，低中頻段（250～630 Hz）吸聲系數變化對降噪量貢獻較大，尤其在315、400 Hz頻段，吸聲系數的提高對降噪效果明顯；在高頻段（800～2 000 Hz）吸聲系數變化對降噪量貢獻極小。若有多種吸聲屏障提供作為選擇，應選擇使用低頻段吸聲系數高的吸聲屏障。對比玻璃纖維和微空磚兩種平均系數都為0.6的吸聲材料（見圖2），兩者在低、高頻段的吸聲系數差別很大，但由于高頻段的吸聲系數對降噪貢獻極小，則應選低頻段吸聲系數大的微空磚（低頻段處微空磚的吸聲系數比玻璃纖維要大得多）。從表4可看出，微空磚對比玻璃纖維的吸聲降噪量多達3.7 dB，降噪效果相差很大。

3 結語

同一種吸聲屏障在不同的公路段降噪效果是不同的，一味地提高低頻的吸聲系數不一定會明顯提高吸聲降噪效果。因此，選擇吸聲屏障應依據噪聲頻譜的分布情況，分析計算各頻程Di值，確定對降噪的貢獻分布情況，再調整和選擇合適的吸聲屏障材料，提高其性價比。

［1］張英，周敬宣，夏鍇，等.聲屏障吸聲作用對繞射降噪量貢獻的分析［J］.噪聲與振動控制，2007.27（3）：100-102.

［2］張邦俊，翟國慶.環境噪聲學［M］.浙江：浙江大學出版社，2001.

［3］張武威，楊秀珍.室內混響時間頻率特性的計算［J］.電聲技術，2005，29（6）：25-27.

［4］洪宗輝.環境噪聲控制工程［M］.北京：高等教育出版社，2002.

［5］趙松齡.噪聲的降低與隔離：上冊［M］.上海：同濟大學出版社，1985.

Contribution of Frequency Characteristics of Sound Absorption Barrier to Noise Reduction

LUO Wenjun，CHEN Jing

So far the average sound absorption coefficient is taken as the only evaluation index for sound absorption barrier，in view of this problem，and combined with a variety of sound absorption materials，the results of noise spectrum calculation in two different line sections are given.On this basis，the contribution of absorption coefficient at various frequencies to the overall sound absorption and noise reduction is analyzed，the distribution of noise spectrum in different line sections is detected as the main cause for the changes of absorption coefficient.

railway noise；sound absorption barrier；noise reduction；sound absorption coefficient；frequency characteristics

TB535；U270.1+6

10.16037/j.1007-869x.2017.08.037

2015-09-21）

*國家自然科學基金項目（51468021）；江西省青年基金重點項目（20171ACB21037）；江西省自然科學基金項目（20161BAB206160）；江西省杰出青年人才資助計劃項目（20162BCB23048）