綠化聲屏障對交通噪聲影響效果研究①

曹謙

(中設設計集團股份有限公司 江蘇南京 210001)

交通繁忙的道路附近可以通過設置聲屏障來減輕噪聲污染。以往的研究中，學者使用多種方法對不同特性的噪聲屏障進行了廣泛的研究，包括幾何分析、理論建模、現場測試。但是，沿路設置的聲屏障之間的多次反射可能會導致交通噪聲屏蔽性能的顯著下降。Daltrop對幾種不同類型平行布置的聲屏障隔音效果進行研究，結果表明平行對立聲屏障會使得隔音效果降低4dB(A)。

綠色植物的多孔性和共振吸聲結構使得它不僅能吸聲噪聲還能減少其反射[1]。但是研究表明厚度1.5m的植物屏障才能達到高于5dB(A)的噪聲衰減。于是，植被和傳統聲屏障相結合的解決方案應運而生。采用植物和固體屏障相結合降低交通噪聲是一種有效的新技術[2]，植物的反射、散射和吸收特性，以及植被與固體屏障之間的空氣產生的衰減效應，都可以提高這種新組合屏障對噪音的隔離效果。本文在實驗室進行了綠化聲屏障噪聲反射的現場測量，估算其吸收系數。再通過CadnaA軟件評估綠色屏障的降噪效果，并分析其今后需改善的方向。

1 研究方法

分別在有無綠色植被的實驗聲屏障上進行聲發射的原位測量，在聲源和聲障之間放置第一個麥克風，在聲源異向相同距離的位置放置第二個麥克風，噪聲源到麥克風的距離為1m，到聲屏障的距離為1.4m。每個脈沖持續時間為3ms，間隔為1s。在距離墻體1.4m處放置傳聲器，并選取不同的麥克風放置高度。對直接信號和反射信號進行光譜分析，在8ms的時間窗口內進行評估，并對路徑長度的差異進行校正，得到每個頻段的表面反射系數RP(f)：直達波和反射波路徑之間的差異，Pr：橫桿反射的聲壓波頻譜，Pd(f)：直接聲壓波的頻譜。反射因子其中Pr,green(f)和Pr,wall分別表示有無綠色植物的聲屏障墻。得出相對反射因子后再計算相對吸收因子在此基礎上，根據相對系數和參考聲障的已知吸收系數，估算出綠化植物墻的實際吸收系數。并利用環境噪聲預測軟件CadnaA評估使用綠色環保屏障代替低吸收率屏障的效果。

圖1 不同設置下的預測聲圖

2 結果與分析

2.1 小尺度實驗結果分析

兩個麥克風分別接收到不同高度的直接和反射信號的相同脈沖序列，在無綠色屏障的情況下，聲音的反射清晰且相對于直接入射波延遲約8ms。在綠色植被存在的情況下，聲波反射比較微弱。聲屏障的第一次反射比直接信號延遲了14ms到第二個麥克風，植被對反射波的影響顯而易見。

實驗給出了對應于反射波的八頻帶解析脈沖的平均聲壓級和相對吸收系數。比較了有無綠色植物屏障時噪聲的水平，結果顯示綠化聲屏障降噪水平較高。數據顯示，所有頻率和測量點的相對吸收系數都高于0.5，標準差是0.05。在中高頻范圍內的吸收系數近似為0.65。在較低的頻率下，吸收系數較高，但應注意的是，由于研究所用的時間窗值較小，在這種低頻率下的吸收系數有一定誤差。

圖2 聲級對不同屏障的函數

2.2 CadnaA軟件評估

當聲屏障安裝在道路兩側時，聲屏障之間發生的多次反射可能導致嚴重的性能衰減。以綠色植物作為聲屏障時，這一衰減將得以改善。為此，使用環境噪聲軟件CadnaA 對上文所述的測量方法進行了改進。設計了不同距離和高度的接收器。圖1是單一聲屏障、平行聲屏障、平行綠化聲屏障在預設條件下的聲圖。

圖1中顏色的變化表明了聲音遭遇屏障后發生了減弱。當在設置平行屏障時，多個反射的出現反而增加了道路噪聲，導致第一個屏障后面的衰減明顯減弱（色調逐漸變為橙色）。設置平行的綠化聲屏障之后，其衰減得以恢復。圖2顯示了距離與噪聲聲級之間的關系。對三種分析配置結果的比較表明，綠色植物屏障的使用雖然不能完全消除反射效應，但在很大程度上減輕了反射效應。最后，研究了植被與基質之間的距離與屏障設置距離之間的關系，當兩者間隔越小時，反射的效果就越明顯，綠化屏障所帶來的聲衰就更好。

3 結語

在實驗室進行了聲反射和吸聲特性的測量。比較了有無綠色植物覆蓋時聲屏障的隔聲效果，發現存在綠色植物時噪聲有明顯的下降。實測的吸收系數平均值為0.7。所得到的噪聲吸收結果合理的考慮了基質和植被的種類。表明了綠化聲屏障具有良好的聲學特性，可作為道路交通噪聲處理的一種新措施。

利用CadnaA軟件進行數值預測，驗證了綠化系統的有效性，結果表明該系統在一對平行屏障中使用時，能提高噪聲屏蔽的性能。綠色植物有效地減少了障礙物之間的多重反射。所提高的吸收能力取決于接收端與聲屏障之間的距離，其最大值為4dB(A)。

今后還可以分析不同基質對于噪聲吸收能力的影響。數值模擬可以更好地理解各種噪聲源環境下的聲景，作為一種輔助工具，有助于噪聲問題的解決，以及預測噪聲源的影響范圍。綜上所述，綠化屏障可以替代其他類型的傳統聲屏障，不僅有良好的生態效益和社會效益，還能有效地降低道路交通噪聲水平。