Y型聲屏障仿真設計

蔡偉明

(漳州職業技術學院 智能制造學院, 福建 漳州 363000)

0 引 言

隨著城市道路交通的高速發展以及車流量的急劇上升，伴隨而來的交通噪聲直接或間接對居民的身心健康產生損害，嚴重影響人們正常的工作和生活。相比其他降噪措施，不破壞城市整體景觀、占地小、成本低、施工周期短等優點讓聲屏障在國內外得到大規模應用，成為國際廣泛認可的首選降噪手段。目前，國內外對聲屏障的傳統研究方法主要包括實測研究法、預測模型研究法、比例模型試驗法等，隨著計算機技術和模態分析技術的飛速發展與成熟，利用計算機聲學軟件對聲屏障的現場噪聲環境和降噪效果進行模擬計算已被廣泛應用[1-5]，為聲屏障的研究和設計提供了一定的參考依據。

1 聲學設計

聲屏障是針對某一特定聲源和特定保護位置(或區域)專門設計的噪聲源和受聲點之間的聲學障板[6]。聲屏障的設計是一個復雜的系統工程，其設計步驟如圖1所示。

設計內容主要包括聲學設計、結構設計和景觀設計，其中聲學設計是聲屏障有效降噪的重要基礎和保證。聲學設計是在經實地測量調查，依據標準評估環境噪聲影響，確定目標降噪值的基礎上進行聲屏障的位置、幾何尺寸、頂部造型、材料等方面的設計，并對提出的方案進行模擬和預測，經過反復比較調整以滿足聲學要求。

圖1 聲屏障設計步驟

1.1 測量評估、確定降噪值

根據聲環境監測標準要求，在晝、夜車輛噪聲高峰期，對該主干道實地噪聲測試，見表1。

表1 XX大道交通噪聲監測數據

根據該處交通噪聲晝間最大超標值，將理論設計降噪值設定為10 dB(A)。

1.2 位置尺寸設計

為了提高降噪效果，在不破壞地下管線的前提下，聲屏障的布設位置應盡可能靠近聲源。通過該主干道的詳細勘察，聲屏障設置在路肩外0.5 m處。

聲屏障尺寸包括高度、厚度和長度，結合降噪標準、結構強度和技術要求等，根據聲學經驗公式計算[7]，最終設計的聲屏障尺寸為3 m×0.1 m×678 m。

1.3 造型設計

頂端結構造型是聲屏障設計的首要考慮因素，主要分為直立型、折壁型(包括T型、Y型等)、半封閉型和全封閉型。直立型結構簡單、易于施工，但降噪效果最差；半封閉型和全封閉型降噪效果最好，但造價高、視覺效果差，容易給人造成壓抑；折壁型可增加聲程差和高頻區域的繞射聲衰減，降噪效果明顯，一般用于降噪要求較高，但聲屏障高度又有一定限制的場合，研究表明，Y型聲屏障更適用于城市道路[8]，故本設計采用Y型結構，具體的規格參數如圖2所示。

1.4 材料選用

城市道路聲屏障面板材料的選用需考慮物理性能、聲學性能、成本造價和環境協調性等。

物理性能包括材料的強度、防火、防潮、防腐、防塵等。材料按聲學性能劃分為隔聲和吸聲材料，隔聲材料本身具有一定的隔聲量，以保證透射聲比衍射聲小得多，一般要求其隔聲量比降噪量大10 dB(A)以上[9]，造價較低，便于維護；吸聲材料可以降低雙屏間來回反射的混響聲，提高單屏的降噪效果，一般要求中心頻率125～4 000 Hz的平均吸聲系數大于0.5[10]，造價和維護成本高。考慮到城市道路聲屏障與周圍環境的協調性，本設計的材料選用透明、強度高、隔聲好、施工和維護成本較低的隔聲型亞克力板。

圖2 Y型聲屏障規格參數

2 仿真分析

利用LMS Virtual.Lab Acoustic非耦合聲學直接邊界元法，對Y型隔聲型聲屏障的降噪結果進行仿真，根據檢測的車流量將城市道路交通噪聲視為線聲源，在全反射地面上求解，得到我國道路交通噪聲等效頻率(400 Hz)下的場點聲壓分布云圖，如圖3所示。

監測點的頻率響應曲線如圖4所示。

圖3 Y型聲屏障在400 Hz時的場點聲壓分布云圖

圖4 Y型聲屏障在監測點位置上的響應曲線

3 結 語

1)由于聲波經過Y型分叉處發生衍射和多次反射，造成聲能消耗，故從場點聲壓分布云圖可見，Y型隔聲型聲屏障在交通噪聲等效頻率(400 Hz)時形成的聲壓級分布層次清晰，聲影區的聲壓級明顯降低，且覆蓋范圍廣，適合于改善城市道路兩側高層建筑的聲環境質量。

2)監測點位置的噪聲值在計算頻率不超過400 Hz時,均小于70 dB(A)，符合城市4a類噪聲執行標準。在交通噪聲等效頻率400 Hz時，Y型聲屏障在監測點位置的噪聲值為67.30 dB(A)，其插入損失為12.56 dB(A)，故設計的Y型隔聲型亞克力板聲屏障符合預期要求，可結合非聲學設計和工程造價分析進入下一階段的綜合評價。

3)為城市道路沿線聲屏障的聲學設計和降噪效果分析提供一定的參考價值。