交通噪聲聲屏障研究進展綜述

黃日明

（廣西交通職業技術學院，廣西 南寧 530023）

0 引言

大量的研究數據證實，機動車所帶來的噪聲污染以重型車、大型車為主。這些車輛在行駛過程中，其產生噪聲量為普通小轎車、非機動車輛的2 倍。交通噪聲污染是城市建設改進的重點方向，作為一種污染公害，周邊居民若長期生活在噪聲環境下，情緒很容易出現躁動不安、失眠、心慌等問題。而對于健康的影響，包含但不限于聽力衰退、神經衰弱等，會顯著降低居民的生活幸福感以及生活質量。隨著我國科學技術的發展以及工業水準的提升，聲屏障有效地解決了噪聲污染的問題，滿足城市的發展需要，達到合理的治理目的。

1 噪聲污染的相關研究

噪聲污染泛指發聲體做無規則振動時所發出的聲音，以聲波的形式通過介質進行傳播。噪聲污染通常是人為造成，從生理學角度而言，噪聲污染會嚴重干擾居民的日常休息、工作以及學習。噪聲污染有公害特性以及聲學特性。

公害特性。由于噪聲與其他有毒有害物質所引起的公害不同。噪聲屬于一種聲源污染，無實際污染體現。噪聲在空氣中傳播，并給周圍環境帶來干擾因素。噪聲對于環境的影響不持久，傳播距離有限。且噪聲的聲源分散，一旦相應的聲源停止發聲，噪聲也便隨之消失。因此，對于噪聲污染的處理不能以常規污染物處理，必須采用特殊的方法實現控制。

聲學特性。噪聲具有一切聲學的特性以及規律，且噪聲對環境的影響與自身的強度有明顯關聯，噪聲越強，影響越大。

噪聲污染中交通噪聲所造成的污染以及影響最大。交通噪聲污染對于周圍環境影響最為顯著的便是居民生活幸福感的下降，交通噪聲污染不僅會干擾居民的聽力，甚至有可能會誘發多種疾病。因此，防治交通噪聲成為目前備受關注的社會問題之一。

2 交通噪聲污染防治的關鍵點

2.1 交通噪聲范圍廣的特點

交通噪聲影響范圍極廣，通常包含所有車輛，如機動車輛以及非機動車輛。交通噪聲有帶狀特點，隨著道路的不斷延伸，交通噪聲污染也會隨之延伸。隨著交通道路網絡的完善，噪聲污染現象也會加劇，嚴重干擾周邊居民的居住質量。車輛發出的噪聲有隨機性以及不穩定性，機動車在行駛過程中，發動機出現聲源振動，噪聲也隨各機動車車輛的型號不同而不同。對于車流量較大的路段，此起彼伏的交通噪聲會對周圍環境產生持續影響，該影響通常為長期性的。

2.2 交通噪聲因果性的特點

交通噪聲還具備因果性的特點，交通噪聲與車速、車況、路況等因素具有明顯關聯。因此，各環節均是導致交通噪聲出現的重要原因。例如，路面結構的空隙率、路面使用壽命、路面是否出現車轍等因素與噪聲的出現有關聯。此外，還與摩擦系數以及車輛輪胎花紋不同等有關。而大型載重車以及柴油動力車輛的噪聲污染極大，車輛行駛速度越快噪聲越大。但車輛行駛速度變慢，噪聲時間會延長。對于繁忙的交通道路而言，堵車也是導致噪聲聲級增加的重要因素。

針對交通噪聲的特點，目前防治交通噪聲的重要措施之一就是在必要的位置設置聲屏障。

3 有關聲屏障的相關研究

聲屏障就是在聲源和接收者之間，用于阻擋聲波傳播，減弱接收者所在區域內噪聲影響的設施。對聲屏障的研究在國外開始較早，美國在20世紀70年代開始沿高速公路修建聲屏障，發展速度非常快，到2000年底美國已經建成了約5000km 的高速公路聲屏障。日本聲屏障的建設始于20世紀60年代和70年代，在20世紀70年代中期發展迅速，到2000年底，已經完成了約1600km 的道路聲屏障。

中國的聲屏障產業起步較晚，即1992年。在貴州省貴黃高速公路安裝了100m 的試驗聲屏障，成為中國第一條道路聲屏障。迄今為止，我國大中城市已經建成了許多不同的聲屏障，以解決噪聲污染問題。建成了近千道鐵路聲屏障，包括不同類型、材料和結構，在各類聲屏障的設計、制造、安裝方面積累了一定的經驗。現階段，高鐵是聲屏障最大的消費市場，高鐵聲屏障在產業跨越式發展中作用越來越重要。隨著居民生活水平的提高，市政道路交通噪聲對居民睡眠質量、聽力疲勞、聽力損傷等造成負面影響，聲屏障越來越多地應用于市政道路噪聲控制區域。從聲屏障行業的生命周期來看，目前正處于成長階段。

聲屏障外部應用的種類和特點較多，聲屏障降噪主要是通過幾種物理反應來實現，如聲屏障材料的吸收、反射、透射和衍射。根據形狀、材料和表面特性，聲屏障的類型也各不相同。最初，砌體和鋼筋混凝土砌塊等材料被用于建筑，聲屏障投資少，易于維護。隨著技術的發展，標準化的金屬結構、玻璃纖維結構和帶有吸音材料的復合結構被廣泛使用。此外，不同的國家也有自己應用聲屏障的特點。例如，德國安裝的聲屏障具有各種形狀，直或折線，高或低。同時，對阻隔顏色的要求由道路的類型和位置決定，聲屏障色彩鮮艷、和諧，與自然和周圍環境融合，可以減少噪聲，點綴景觀。不同路段使用聲屏障的形狀和材料也不同，如金屬板、金屬板和吸音纖維復合結構、吸音板和能吸收空氣中聲音的新型建材等。美國的道路聲屏障通常簡單樸實、實用，而且由廉價材料制成。

4 聲屏障對交通噪聲污染整治的原理

聲屏障對于交通噪聲污染有明顯的整治效果。不同的交通污染防治措施各有特點，聲屏障基于這些噪聲防治特點誕生，具有降噪效果好、造價適中且易于管理的優勢。聲屏障在聲源以及接收者之間插入一定密度的板或墻，使聲源能夠由大至小的衰減。且多余的聲波將會被吸收，減弱接收者所在區域內的噪聲影響。聲波在空氣中傳播，一旦遇到相關的聲屏障，便會出現透射、衍射、反射等現象。聲屏障的主要作用便是阻止直達聲的傳播，使直達聲通過隔離、透射以及衍射，聲波將會衰減，實現降噪效果（見表1）。

表1 不同類型、不同高度、材質的聲屏障對比

根據相關數據統計顯示，聲屏障能夠有效地降低噪聲，可降低5～20dB。不同材質的聲屏障噪聲損失值大小有一定差別，最大的噪聲值不會超過20dB。聲波在傳播過程中，有部分噪聲會因聲屏障材質等因素繞過聲屏障繼續傳播，但該類噪聲將對周圍環境影響不大。從不同類型以及聲屏障高度、材質進行分析，使用全透明的聲屏障或金屬透明的復合型聲屏障，降噪效果極為理想，能夠隔絕交通噪聲對于周邊城區造成的干擾。選擇聲屏障時，著重選擇密度較大的材質。

5 聲屏障的相關設計

5.1 聲屏障的設計思路

關于聲屏障的設計思路，需要分析聲屏障降噪的原理。根據交通噪聲的聲屏障設計因素，考慮道路的實際情況。在城市道路周邊可以種植樹木，利用樹葉的密度，吸收多余的噪聲。此外，樹葉還可吸收尾氣，起到一舉多得的作用。著重加寬道路的綠化帶，并在綠化帶兩端設置聲屏障，改善路況。同時，瀝青路面也可以有效地吸收車輛在行駛過程中所出現的車輛輪胎噪聲。針對特殊的時間段，限制道路通行車輛，降低噪聲。此外，根據建筑物設計聲屏障，如城市建筑密度增大，設置聲屏障的空間較小。考慮到美觀性以及透光性的要求，可以根據道路周圍建筑特點設置聲屏障。例如，考慮到建筑物的高度、噪聲指數等級，設置反射區域，在聲屏障設置棚體，降低噪聲。

5.2 聲屏障的設計方案

分析道路與敏感點、空間關系，提升聲屏障的降噪效果。設置相應模型，以對比不同情況下聲屏障的降噪特點。如“F”表示聲波頻率、“S”表示聲程差，“C”表示聲速。在該模型中，通過計算地面路段以及高架路段的距離，設置不同的敏感點，分析不同高度的降噪效果，從而得出聲屏障的有效性以及適用范圍。其主要包含以下兩點。

其一，當路基高度為0 時，第1 層樓的聲屏障降噪效果理想。而隨著樓層的增加，效果逐漸衰減。因此，在路基高度為0 的路段設置聲屏障，對于道路兩邊高樓層建筑加蓋棚頂設施。

其二，高架或高鐵路段路基與相近樓層距離較近，聲屏障降噪效果極佳。而對于距離較遠的敏感點，也有一定的降噪效果。伴隨著樓層增加，降噪效果呈現衰減的趨勢。因此，在高架或路堤較高的路段敏感點，應設置與道路高度相近的聲屏障，能夠起到極佳的降噪效果，對于高層建筑物考慮輔助設施。

5.3 聲屏障的補充設計方案

在補充設計方案中，發揮道路的自建功能。合理種植綠化林帶，如改善路面性能，設計抗噪聲路面，使用疏水瀝青混凝土路面。該路面具有極佳的降噪效果，通過小孔的多孔吸聲材料，有效地吸收車輛輪胎在行駛過程中出現的噪聲。進行道路通行設計時，對于聲環境敏感的區域以及路段，避免使用陡坡、爬坡車道等，這類路況會增加噪聲污染。需要將路面設置成平、縱等指標，確保提升車輛的通行速度，縮短車輛的通行時間，以降低車輛噪聲對于周圍環境的不良影響。合理的布置綠化林帶，選擇喬灌木搭配密植。通過研究數據表明，當綠化林帶寬度為10m 時，噪聲可降低1～3dB，當寬度達30m 時，噪聲可降低3～5dB。需要根據所在區域的實際情況，合理地設置綠化林帶的寬度。

6 聲屏障的發展趨勢

根據聲屏障的發展趨勢，我國目前著重推廣纖維性吸聲材料。礦物性纖維吸聲效果極佳，但其對于周圍環境有一定的影響，因此已被棄用。近年來，多孔性吸聲材料在聲屏障的應用中逐漸被無纖維吸聲材料所取代。聲屏障通常在露天環境下使用，因此材料必須具有堅固性、抗腐蝕性、抗老化性、防潮等性能。研究高性能的吸聲材料，有效降低聲屏障所帶來的損失，是我國未來主要的發展方向。現有的聲屏障多為板式結構，因此形狀較為單一，耐久性較差，降噪效果欠佳。而對于中低、頻聲源吸收性能較差，且會受到交通噪聲頻率范圍的影響，通常維持在0.5～5kHz，單純的阻性吸聲材料或抗聲材料無法在該頻率內達到滿意的吸聲效果。因此，研究復合型吸聲屏障，以拓寬吸聲頻帶，提高降噪效果，減少厚度等尺寸參數，減輕重量，降低成本，有效地提高使用壽命。在實際應用中，針對軌道兩側的聲屏障，考慮到司機視線以及乘客對于沿線風景的觀賞，在軌道之間聲屏障高度通常降至車窗以下，既能保障降噪效果，又不影響車內的視線。且軌道聲屏障的主要噪聲源來自軌道系統在運行過程中的噪聲，因此設置聲屏障有雙面吸收的優勢，解決目前在設計過程中出現的各項不足。

7 結語

綜上所述，交通噪聲已成為城市噪聲的主要構成因素之一。如何有效地控制城市交通噪聲，是我國目前亟待解決的一個重點問題。國內外的研究經驗表明，聲屏障可以作為一種有效的降噪措施，控制交通噪聲。聲屏障在未來應面向無纖維化、結構多樣化的方向發展，發揮自身的獨特優勢。