Y型聲屏障仿真設(shè)計

蔡偉明

(漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 智能制造學(xué)院, 福建 漳州 363000)

0 引 言

隨著城市道路交通的高速發(fā)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(chǎn)生損害，嚴(yán)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(yōu)點讓聲屏障在國內(nèi)外得到大規(guī)模應(yīng)用，成為國際廣泛認(rèn)可的首選降噪手段。目前，國內(nèi)外對聲屏障的傳統(tǒng)研究方法主要包括實測研究法、預(yù)測模型研究法、比例模型試驗法等，隨著計算機(jī)技術(shù)和模態(tài)分析技術(shù)的飛速發(fā)展與成熟，利用計算機(jī)聲學(xué)軟件對聲屏障的現(xiàn)場噪聲環(huán)境和降噪效果進(jìn)行模擬計算已被廣泛應(yīng)用[1-5]，為聲屏障的研究和設(shè)計提供了一定的參考依據(jù)。

1 聲學(xué)設(shè)計

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

設(shè)計內(nèi)容主要包括聲學(xué)設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和景觀設(shè)計，其中聲學(xué)設(shè)計是聲屏障有效降噪的重要基礎(chǔ)和保證。聲學(xué)設(shè)計是在經(jīng)實地測量調(diào)查，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)評估環(huán)境噪聲影響，確定目標(biāo)降噪值的基礎(chǔ)上進(jìn)行聲屏障的位置、幾何尺寸、頂部造型、材料等方面的設(shè)計，并對提出的方案進(jìn)行模擬和預(yù)測，經(jīng)過反復(fù)比較調(diào)整以滿足聲學(xué)要求。

圖1 聲屏障設(shè)計步驟

1.1 測量評估、確定降噪值

根據(jù)聲環(huán)境監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)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(jiān)測數(shù)據(jù)

根據(jù)該處交通噪聲晝間最大超標(biāo)值，將理論設(shè)計降噪值設(shè)定為10 dB(A)。

1.2 位置尺寸設(shè)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(shè)位置應(yīng)盡可能靠近聲源。通過該主干道的詳細(xì)勘察，聲屏障設(shè)置在路肩外0.5 m處。

聲屏障尺寸包括高度、厚度和長度，結(jié)合降噪標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和技術(shù)要求等，根據(jù)聲學(xué)經(jīng)驗公式計算[7]，最終設(shè)計的聲屏障尺寸為3 m×0.1 m×678 m。

1.3 造型設(shè)計

頂端結(jié)構(gòu)造型是聲屏障設(shè)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(jié)構(gòu)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(qū)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(shè)計采用Y型結(jié)構(gòu)，具體的規(guī)格參數(shù)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(xué)性能、成本造價和環(huán)境協(xié)調(diào)性等。

物理性能包括材料的強(qiáng)度、防火、防潮、防腐、防塵等。材料按聲學(xué)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(hù)；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(shù)大于0.5[10]，造價和維護(hù)成本高?？紤]到城市道路聲屏障與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性，本設(shè)計的材料選用透明、強(qiáng)度高、隔聲好、施工和維護(hù)成本較低的隔聲型亞克力板。

圖2 Y型聲屏障規(guī)格參數(shù)

2 仿真分析

利用LMS Virtual.Lab Acoustic非耦合聲學(xué)直接邊界元法，對Y型隔聲型聲屏障的降噪結(jié)果進(jìn)行仿真，根據(jù)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(jiān)測點的頻率響應(yīng)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(jiān)測點位置上的響應(yīng)曲線

3 結(jié) 語

1)由于聲波經(jīng)過Y型分叉處發(fā)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(qū)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(cè)高層建筑的聲環(huán)境質(zhì)量。

2)監(jiān)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(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。在交通噪聲等效頻率400 Hz時，Y型聲屏障在監(jiān)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(shè)計的Y型隔聲型亞克力板聲屏障符合預(yù)期要求，可結(jié)合非聲學(xué)設(shè)計和工程造價分析進(jìn)入下一階段的綜合評價。

3)為城市道路沿線聲屏障的聲學(xué)設(shè)計和降噪效果分析提供一定的參考價值。