半封閉型聲屏障的特性研究分析

馬青波

摘 要：近年來，我國經濟高速發展，人民生活水平日趨提升，居民們對于居住區環境質量的期望也越來越高。然而隨著人口增多，交通道路網越來越密集，許多交通干道穿過居住區，交通噪聲嚴重影響道路兩側的居住區聲環境，對居民心理和生理上造成負面影響，如干擾睡眠、增大壓力等。基于此，對于半封閉型聲屏障的特性研究具有實際意義。

關鍵詞：室內外研究；聲屏障；半封閉型；分析

改革開放以來，我國在各個方面均取得了偉大的成就。隨著經濟的高速發展，城市規模迅速增大，城市環境噪聲問題也逐漸成為了不得不重視的問題。城市環境噪聲影響著人們的正常生活、工作與身心健康，在室外方面，道路沿線的住宅及院落受交通噪聲影響嚴重，在室內方面，大型的開放式辦公室內的聲環境也不容樂觀。無論是在室內還是室外情況下，設置聲屏障都能作為常用且有效的降噪手段。

1聲屏障的降噪理論

所謂聲屏障是指阻擋聲源和測量點之間視線的某種固體物，它能造成聲影區。對于給定的直達聲，設置屏障后，在一定的距離范圍內，繞射聲的聲級可以降至很低，即聲屏障對直達聲的衰減很強，這種低聲級的區域叫做聲影區。目前，對于交通噪聲控制，采用設置聲屏障的方式來降低交通噪聲己經應用到全國各大中小城市。

聲屏障在改善聲環境質量方面被視為最經濟、最有效的降噪工程設施。當噪聲源發出的聲波抵達至聲屏障時，其傳播路徑分為三條：一部分繞過聲屏障頂部，通過繞射抵達受聲點；一部分透過聲屏障抵達受聲點；剩下的部分在壁面上被反射。聲源發出的聲波分別通過這三條傳播路徑的聲能分配決定了聲屏障的插入損失大小。

通過透射途徑傳播的聲能往往較低，因此聲屏障的特性主要取決于繞射的聲能。繞射聲能主要由聲源發聲的頻率、聲源與接收點的位置關系和聲屏障高度決定。聲屏障的特性通常由插入損失來衡量，所謂插入損失，指的是在噪聲源、地形、地貌、地面和氣象條件都保持不變的情況下，設置聲屏障前后在某特定測點的聲壓級之差。

2室內外半封閉型聲屏障的研究現狀及分析

2.1有關室內聲屏障的相關研究

安裝有隔聲屏障的扁平室內空間中最典型的例子即為開放式辦公室。開放式辦公室在結構上是由眾多小隔間組成，這些小隔間在辦公室的聲學環境方面起到了聲屏障的作用，因此，需要對這些聲屏障的聲學性能進行探討，以優化開放式辦公室的聲環境。

對于聲屏障在室內空間的應用，早期的聲屏障模型主要來源于交通噪聲方面的研究，目前已有諸多文獻對聲屏障高度、寬度、表面吸聲系數等因素的影響作了探討，這些文獻中的理論與分析方法在室內聲環境的研究中也同樣適用。然而，對于水平方向尺度遠大于高度的扁平空間和長寬高的尺度可以相比擬同時又都很大的大空間，它們的聲場特性不能使用經典的擴散聲場理論來開展分析研究，因此，要對聲屏障在此類空間中的應用的進行分析，也會更為復雜。扁平空間的聲場既不同于自由場，又不同于混響場，從聲源發出的聲，在頂面和地面之間來回反射，曲折地向外傳播，而來自側墻的反射聲對整個空間聲場的影響幾乎可以忽略。有隔聲屏障的扁平空間內聲波傳播的主要途徑為天花板反射、隔板邊緣衍射和透射。有多位學者建立了單個隔板的數學模型，研究了在扁平空間中隔聲屏的特性。

2.2有關室外聲屏障的相關研究

有學者對聲屏障的設計進行了系統闡述，內容包括聲屏障設計的必要性、聲屏障設計總則、聲屏障的聲學設計、聲屏障承重結構設計、聲屏障的景觀設計和常用材料等，并指出聲屏障一般可降噪5-15dB。通過聲學軟件分析對比不同聲屏障材料和結構對降噪的影響，因此即使不增加聲屏障的高度，也能夠實現降噪性能的提升和對交通沿線居住區聲環境的保障。

我國中原一帶的北方典型農村住宅的平面布局，除北側的正房之外，一般也在其他兩個或三個方位布置有廂房，在對高速公路沿線村莊布局及院落形式對交通噪聲衰減影響的研究中，發現在院落靠近道路一側有廂房的平面布局形式降噪效果更優，并且用聲屏障理論解釋了房屋建筑高度對交通噪聲的衰減。

3半封閉型聲屏障應用于室內外的典型場景

降低交通噪聲的常用有效措施之一是在道路兩側設置聲屏障。不管是國內還是國外，聲屏障設置在貫穿居住區和城市中心的高架橋、鐵路、高速公路沿側的情況已經不少見。然而，普通城市道路兩側很少設置聲屏障，尤其是我國東北地區現代農村住宅，院落圍墻的材質主要為低而通透的木柵欄、鐵藝欄桿等，對交通噪聲幾乎沒有阻隔作用，因此交通噪聲對于沿街院落的的干擾不可忽視。

3.1半封閉型聲屏障在室內的典型應用

半封閉型聲屏障一般情況下主要是為了對主邊與兩側邊所圍合的區域進行降噪，其聲影區的大小和半封閉型聲屏障的有效高度及主邊、側邊長度有關。聲源一般來自主邊或/和側邊外側方向，聲源的類別可能是一個或多個點聲源（例如辦公室內電話鈴響或人員交談對某隔間內辦公人員的影響），也可能是線聲源（例如來自車輛發動機的噪聲對道路沿線院落內居民的影響）。而傳統的單側聲屏障只能對主邊外側聲源的聲壓級進行衰減，對于來自兩側的噪聲的降低并不明顯，在使用上有一定局限性。因此，對于較長的線聲源，或者來自多個方向的點聲源，可以考慮使用半封閉型聲屏障進行降噪。

半封閉型聲屏障模型可作為開放式辦公室常見的辦公隔間形式，為辦公室的工作人員提供更安靜私密的工作環境，也可以作為大型展廳中的展位隔間。而在典型的大空間建筑，如大型交通樞紐當中，可以考慮在候車設置一定數量的半封閉型聲屏障，為疲憊的旅客提供相對安靜的候車環境，同時提高廣播系統的語言清晰度，以有利于緊急情況下的人群疏散。

3.2半封閉型聲屏障在室外的典型應用

院落是半封閉型聲屏障在室外情況下的典型應用場景。在村鎮院落當中，半封閉型聲屏障可以以圍墻的形式存在，對交通噪聲起到一定的掩蔽作用，從而獲得更適宜居民生活的相對安靜的院落內部空間。本研究選取東北地區典型村鎮院落作為研究對象，分析半封閉型聲屏障對院落內部起到的降噪效果。

農村院落是供農村居民生活、居住和從事家庭副業生產、同時具有生活功能和生產功能的場所。我國東北地區村鎮院落通常包括住宅基地、倉房、衛生間、柴火堆等為生活服務的設施和禽畜圈養舍、菜園、溫室等用于生產的設施等。東北地區的農村宅院大多數具有生產功能且占地面積大，而且生產所用的土地與居民自家用于農業的土地通常連接在一起。相比之下，非生產性宅院通常占地面積小、布局較緊湊，院落由于不需要用來生產，從而有更充足的空間供居民進行休閑娛樂活動。

北方傳統的合院式民居往往圍墻較高，院落進深較大，而東北村鎮院落的圍墻幾乎沒有防御作用，其最主要功能為劃分空間。在不斷演變發展的過程里，厚重密實的圍墻逐漸虛化，變得輕盈通透。現代東北村鎮院落的圍墻高度普遍較低，高度在1～2米之間。院落圍墻較普遍的建造材料是木材、石材、磚、鐵藝欄桿和鐵絲網等等。低而通透的圍墻對于交通噪聲的衰減作用甚微，難以營造適宜休閑娛樂的安靜院落空間。

4結語

總之，無論是在室內還是室外情況下，設置聲屏障都能作為常用且有效的降噪手段。本文僅對半封閉型聲屏障在室外道路沿線院落和室內扁平空間的應用進行了研究，具有一定的局限性。今后還需再開拓思路，增大研究的應用范圍，對半封閉型聲屏障在其他特殊空間（如大空間、長空間）內的特性進行研究，完善半封閉型聲屏障在不同場景下的應用特性體系。

參考文獻：

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