交通噪聲聲屏障研究進(jìn)展綜述

黃日明

（廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023）

0 引言

大量的研究數(shù)據(jù)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(chǎn)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(shè)改進(jìn)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(huán)境下，情緒很容易出現(xiàn)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(jīng)衰弱等，會顯著降低居民的生活幸福感以及生活質(zhì)量。隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及工業(yè)水準(zhǔn)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(fā)展需要，達(dá)到合理的治理目的。

1 噪聲污染的相關(guān)研究

噪聲污染泛指發(fā)聲體做無規(guī)則振動時所發(fā)出的聲音，以聲波的形式通過介質(zhì)進(jìn)行傳播。噪聲污染通常是人為造成，從生理學(xué)角度而言，噪聲污染會嚴(yán)重干擾居民的日常休息、工作以及學(xué)習(xí)。噪聲污染有公害特性以及聲學(xué)特性。

公害特性。由于噪聲與其他有毒有害物質(zhì)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(xiàn)。噪聲在空氣中傳播，并給周圍環(huán)境帶來干擾因素。噪聲對于環(huán)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(yīng)的聲源停止發(fā)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(guī)污染物處理，必須采用特殊的方法實現(xiàn)控制。

聲學(xué)特性。噪聲具有一切聲學(xué)的特性以及規(guī)律，且噪聲對環(huán)境的影響與自身的強度有明顯關(guān)聯(lián)，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(huán)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(fā)多種疾病。因此，防治交通噪聲成為目前備受關(guān)注的社會問題之一。

2 交通噪聲污染防治的關(guān)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(wǎng)絡(luò)的完善，噪聲污染現(xiàn)象也會加劇，嚴(yán)重干擾周邊居民的居住質(zhì)量。車輛發(fā)出的噪聲有隨機性以及不穩(wěn)定性，機動車在行駛過程中，發(fā)動機出現(xiàn)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(huán)境產(chǎn)生持續(xù)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(guān)聯(lián)。因此，各環(huán)節(jié)均是導(dǎo)致交通噪聲出現(xiàn)的重要原因。例如，路面結(jié)構(gòu)的空隙率、路面使用壽命、路面是否出現(xiàn)車轍等因素與噪聲的出現(xiàn)有關(guān)聯(lián)。此外，還與摩擦系數(shù)以及車輛輪胎花紋不同等有關(guān)。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(dǎo)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(shè)置聲屏障。

3 有關(guān)聲屏障的相關(guān)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(qū)域內(nèi)噪聲影響的設(shè)施。對聲屏障的研究在國外開始較早，美國在20世紀(jì)70年代開始沿高速公路修建聲屏障，發(fā)展速度非常快，到2000年底美國已經(jīng)建成了約5000km 的高速公路聲屏障。日本聲屏障的建設(shè)始于20世紀(jì)60年代和70年代，在20世紀(jì)70年代中期發(fā)展迅速，到2000年底，已經(jīng)完成了約1600km 的道路聲屏障。

中國的聲屏障產(chǎn)業(yè)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(jīng)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(jié)構(gòu)，在各類聲屏障的設(shè)計、制造、安裝方面積累了一定的經(jīng)驗?，F(xiàn)階段，高鐵是聲屏障最大的消費市場，高鐵聲屏障在產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)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(zhì)量、聽力疲勞、聽力損傷等造成負(fù)面影響，聲屏障越來越多地應(yīng)用于市政道路噪聲控制區(qū)域。從聲屏障行業(yè)的生命周期來看，目前正處于成長階段。

聲屏障外部應(yīng)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(yīng)來實現(xiàn)，如聲屏障材料的吸收、反射、透射和衍射。根據(jù)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(hù)。隨著技術(shù)的發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)化的金屬結(jié)構(gòu)、玻璃纖維結(jié)構(gòu)和帶有吸音材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)被廣泛使用。此外，不同的國家也有自己應(yīng)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(huán)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(fù)合結(jié)構(gòu)、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(yōu)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(qū)域內(nèi)的噪聲影響。聲波在空氣中傳播，一旦遇到相關(guān)的聲屏障，便會出現(xiàn)透射、衍射、反射等現(xiàn)象。聲屏障的主要作用便是阻止直達(dá)聲的傳播，使直達(dá)聲通過隔離、透射以及衍射，聲波將會衰減，實現(xiàn)降噪效果（見表1）。

表1 不同類型、不同高度、材質(zhì)的聲屏障對比

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，聲屏障能夠有效地降低噪聲，可降低5～20dB。不同材質(zhì)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(zhì)等因素繞過聲屏障繼續(xù)傳播，但該類噪聲將對周圍環(huán)境影響不大。從不同類型以及聲屏障高度、材質(zhì)進(jìn)行分析，使用全透明的聲屏障或金屬透明的復(fù)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(qū)造成的干擾。選擇聲屏障時，著重選擇密度較大的材質(zhì)。

5 聲屏障的相關(guān)設(shè)計

5.1 聲屏障的設(shè)計思路

關(guān)于聲屏障的設(shè)計思路，需要分析聲屏障降噪的原理。根據(jù)交通噪聲的聲屏障設(shè)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(shè)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(xiàn)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(jù)建筑物設(shè)計聲屏障，如城市建筑密度增大，設(shè)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(jù)道路周圍建筑特點設(shè)置聲屏障。例如，考慮到建筑物的高度、噪聲指數(shù)等級，設(shè)置反射區(qū)域，在聲屏障設(shè)置棚體，降低噪聲。

5.2 聲屏障的設(shè)計方案

分析道路與敏感點、空間關(guān)系，提升聲屏障的降噪效果。設(shè)置相應(yīng)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(shè)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(dāng)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(shè)置聲屏障，對于道路兩邊高樓層建筑加蓋棚頂設(shè)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(yuǎn)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(xiàn)衰減的趨勢。因此，在高架或路堤較高的路段敏感點，應(yīng)設(shè)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(shè)施。

5.3 聲屏障的補充設(shè)計方案

在補充設(shè)計方案中，發(fā)揮道路的自建功能。合理種植綠化林帶，如改善路面性能，設(shè)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(xiàn)的噪聲。進(jìn)行道路通行設(shè)計時，對于聲環(huán)境敏感的區(qū)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(shè)置成平、縱等指標(biāo)，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(huán)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(shù)據(jù)表明，當(dāng)綠化林帶寬度為10m 時，噪聲可降低1～3dB，當(dāng)寬度達(dá)30m 時，噪聲可降低3～5dB。需要根據(jù)所在區(qū)域的實際情況，合理地設(shè)置綠化林帶的寬度。

6 聲屏障的發(fā)展趨勢

根據(jù)聲屏障的發(fā)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(huán)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(yīng)用中逐漸被無纖維吸聲材料所取代。聲屏障通常在露天環(huán)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(fā)展方向。現(xiàn)有的聲屏障多為板式結(jié)構(gòu)，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(nèi)達(dá)到滿意的吸聲效果。因此，研究復(fù)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(shù)，減輕重量，降低成本，有效地提高使用壽命。在實際應(yīng)用中，針對軌道兩側(cè)的聲屏障，考慮到司機視線以及乘客對于沿線風(fēng)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(nèi)的視線。且軌道聲屏障的主要噪聲源來自軌道系統(tǒng)在運行過程中的噪聲，因此設(shè)置聲屏障有雙面吸收的優(yōu)勢，解決目前在設(shè)計過程中出現(xiàn)的各項不足。

7 結(jié)語

綜上所述，交通噪聲已成為城市噪聲的主要構(gòu)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(nèi)外的研究經(jīng)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(yīng)面向無纖維化、結(jié)構(gòu)多樣化的方向發(fā)展，發(fā)揮自身的獨特優(yōu)勢。