半封閉型聲屏障的特性研究分析

馬青波

摘 要：近年來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，人民生活水平日趨提升，居民們對(duì)于居住區(qū)環(huán)境質(zhì)量的期望也越來越高。然而隨著人口增多，交通道路網(wǎng)越來越密集，許多交通干道穿過居住區(qū)，交通噪聲嚴(yán)重影響道路兩側(cè)的居住區(qū)聲環(huán)境，對(duì)居民心理和生理上造成負(fù)面影響，如干擾睡眠、增大壓力等?；诖?，對(duì)于半封閉型聲屏障的特性研究具有實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)外研究；聲屏障；半封閉型；分析

改革開放以來，我國(guó)在各個(gè)方面均取得了偉大的成就。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市規(guī)模迅速增大，城市環(huán)境噪聲問題也逐漸成為了不得不重視的問題。城市環(huán)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(yán)重，在室內(nèi)方面，大型的開放式辦公室內(nèi)的聲環(huán)境也不容樂觀。無論是在室內(nèi)還是室外情況下，設(shè)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(cè)量點(diǎn)之間視線的某種固體物，它能造成聲影區(qū)。對(duì)于給定的直達(dá)聲，設(shè)置屏障后，在一定的距離范圍內(nèi)，繞射聲的聲級(jí)可以降至很低，即聲屏障對(duì)直達(dá)聲的衰減很強(qiáng)，這種低聲級(jí)的區(qū)域叫做聲影區(qū)。目前，對(duì)于交通噪聲控制，采用設(shè)置聲屏障的方式來降低交通噪聲己經(jīng)應(yīng)用到全國(guó)各大中小城市。

聲屏障在改善聲環(huán)境質(zhì)量方面被視為最經(jīng)濟(jì)、最有效的降噪工程設(shè)施。當(dāng)噪聲源發(fā)出的聲波抵達(dá)至聲屏障時(shí)，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(dá)受聲點(diǎn)；一部分透過聲屏障抵達(dá)受聲點(diǎn)；剩下的部分在壁面上被反射。聲源發(fā)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(fā)聲的頻率、聲源與接收點(diǎn)的位置關(guān)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(shè)置聲屏障前后在某特定測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)之差。

2室內(nèi)外半封閉型聲屏障的研究現(xiàn)狀及分析

2.1有關(guān)室內(nèi)聲屏障的相關(guān)研究

安裝有隔聲屏障的扁平室內(nèi)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(jié)構(gòu)上是由眾多小隔間組成，這些小隔間在辦公室的聲學(xué)環(huán)境方面起到了聲屏障的作用，因此，需要對(duì)這些聲屏障的聲學(xué)性能進(jìn)行探討，以優(yōu)化開放式辦公室的聲環(huán)境。

對(duì)于聲屏障在室內(nèi)空間的應(yīng)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(xiàn)對(duì)聲屏障高度、寬度、表面吸聲系數(shù)等因素的影響作了探討，這些文獻(xiàn)中的理論與分析方法在室內(nèi)聲環(huán)境的研究中也同樣適用。然而，對(duì)于水平方向尺度遠(yuǎn)大于高度的扁平空間和長(zhǎng)寬高的尺度可以相比擬同時(shí)又都很大的大空間，它們的聲場(chǎng)特性不能使用經(jīng)典的擴(kuò)散聲場(chǎng)理論來開展分析研究，因此，要對(duì)聲屏障在此類空間中的應(yīng)用的進(jìn)行分析，也會(huì)更為復(fù)雜。扁平空間的聲場(chǎng)既不同于自由場(chǎng)，又不同于混響場(chǎng)，從聲源發(fā)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(cè)墻的反射聲對(duì)整個(gè)空間聲場(chǎng)的影響幾乎可以忽略。有隔聲屏障的扁平空間內(nèi)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(xué)者建立了單個(gè)隔板的數(shù)學(xué)模型，研究了在扁平空間中隔聲屏的特性。

2.2有關(guān)室外聲屏障的相關(guān)研究

有學(xué)者對(duì)聲屏障的設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)闡述，內(nèi)容包括聲屏障設(shè)計(jì)的必要性、聲屏障設(shè)計(jì)總則、聲屏障的聲學(xué)設(shè)計(jì)、聲屏障承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、聲屏障的景觀設(shè)計(jì)和常用材料等，并指出聲屏障一般可降噪5-15dB。通過聲學(xué)軟件分析對(duì)比不同聲屏障材料和結(jié)構(gòu)對(duì)降噪的影響，因此即使不增加聲屏障的高度，也能夠?qū)崿F(xiàn)降噪性能的提升和對(duì)交通沿線居住區(qū)聲環(huán)境的保障。

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

3半封閉型聲屏障應(yīng)用于室內(nèi)外的典型場(chǎng)景

降低交通噪聲的常用有效措施之一是在道路兩側(cè)設(shè)置聲屏障。不管是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，聲屏障設(shè)置在貫穿居住區(qū)和城市中心的高架橋、鐵路、高速公路沿側(cè)的情況已經(jīng)不少見。然而，普通城市道路兩側(cè)很少設(shè)置聲屏障，尤其是我國(guó)東北地區(qū)現(xiàn)代農(nóng)村住宅，院落圍墻的材質(zhì)主要為低而通透的木柵欄、鐵藝欄桿等，對(duì)交通噪聲幾乎沒有阻隔作用，因此交通噪聲對(duì)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(nèi)的典型應(yīng)用

半封閉型聲屏障一般情況下主要是為了對(duì)主邊與兩側(cè)邊所圍合的區(qū)域進(jìn)行降噪，其聲影區(qū)的大小和半封閉型聲屏障的有效高度及主邊、側(cè)邊長(zhǎng)度有關(guān)。聲源一般來自主邊或/和側(cè)邊外側(cè)方向，聲源的類別可能是一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)聲源（例如辦公室內(nèi)電話鈴響或人員交談對(duì)某隔間內(nèi)辦公人員的影響），也可能是線聲源（例如來自車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲對(duì)道路沿線院落內(nèi)居民的影響）。而傳統(tǒng)的單側(cè)聲屏障只能對(duì)主邊外側(cè)聲源的聲壓級(jí)進(jìn)行衰減，對(duì)于來自兩側(cè)的噪聲的降低并不明顯，在使用上有一定局限性。因此，對(duì)于較長(zhǎng)的線聲源，或者來自多個(gè)方向的點(diǎn)聲源，可以考慮使用半封閉型聲屏障進(jìn)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(huán)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(dāng)中，可以考慮在候車設(shè)置一定數(shù)量的半封閉型聲屏障，為疲憊的旅客提供相對(duì)安靜的候車環(huán)境，同時(shí)提高廣播系統(tǒng)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(yīng)用

院落是半封閉型聲屏障在室外情況下的典型應(yīng)用場(chǎng)景。在村鎮(zhèn)院落當(dāng)中，半封閉型聲屏障可以以圍墻的形式存在，對(duì)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(duì)安靜的院落內(nèi)部空間。本研究選取東北地區(qū)典型村鎮(zhèn)院落作為研究對(duì)象，分析半封閉型聲屏障對(duì)院落內(nèi)部起到的降噪效果。

農(nóng)村院落是供農(nóng)村居民生活、居住和從事家庭副業(yè)生產(chǎn)、同時(shí)具有生活功能和生產(chǎn)功能的場(chǎng)所。我國(guó)東北地區(qū)村鎮(zhèn)院落通常包括住宅基地、倉房、衛(wèi)生間、柴火堆等為生活服務(wù)的設(shè)施和禽畜圈養(yǎng)舍、菜園、溫室等用于生產(chǎn)的設(shè)施等。東北地區(qū)的農(nóng)村宅院大多數(shù)具有生產(chǎn)功能且占地面積大，而且生產(chǎn)所用的土地與居民自家用于農(nóng)業(yè)的土地通常連接在一起。相比之下，非生產(chǎn)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(chǎn)，從而有更充足的空間供居民進(jìn)行休閑娛樂活動(dòng)。

北方傳統(tǒng)的合院式民居往往圍墻較高，院落進(jìn)深較大，而東北村鎮(zhèn)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(fā)展的過程里，厚重密實(shí)的圍墻逐漸虛化，變得輕盈通透?，F(xiàn)代東北村鎮(zhèn)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(wǎng)等等。低而通透的圍墻對(duì)于交通噪聲的衰減作用甚微，難以營(yíng)造適宜休閑娛樂的安靜院落空間。

4結(jié)語

總之，無論是在室內(nèi)還是室外情況下，設(shè)置聲屏障都能作為常用且有效的降噪手段。本文僅對(duì)半封閉型聲屏障在室外道路沿線院落和室內(nèi)扁平空間的應(yīng)用進(jìn)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(yīng)用范圍，對(duì)半封閉型聲屏障在其他特殊空間（如大空間、長(zhǎng)空間）內(nèi)的特性進(jìn)行研究，完善半封閉型聲屏障在不同場(chǎng)景下的應(yīng)用特性體系。

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