交通噪声声屏障研究进展综述

2022-08-18黄日明

运输经理世界 2022年15期

黄日明

（广西交通职业技术学院，广西南宁 530023）

0 引言

大量的研究数据证实，机动车所带来的噪声污染以重型车、大型车为主。这些车辆在行驶过程中，其产生噪声量为普通小轿车、非机动车辆的2 倍。交通噪声污染是城市建设改进的重点方向，作为一种污染公害，周边居民若长期生活在噪声环境下，情绪很容易出现躁动不安、失眠、心慌等问题。而对于健康的影响，包含但不限于听力衰退、神经衰弱等，会显著降低居民的生活幸福感以及生活质量。随着我国科学技术的发展以及工业水准的提升，声屏障有效地解决了噪声污染的问题，满足城市的发展需要，达到合理的治理目的。

1 噪声污染的相关研究

噪声污染泛指发声体做无规则振动时所发出的声音，以声波的形式通过介质进行传播。噪声污染通常是人为造成，从生理学角度而言，噪声污染会严重干扰居民的日常休息、工作以及学习。噪声污染有公害特性以及声学特性。

公害特性。由于噪声与其他有毒有害物质所引起的公害不同。噪声属于一种声源污染，无实际污染体现。噪声在空气中传播，并给周围环境带来干扰因素。噪声对于环境的影响不持久，传播距离有限。且噪声的声源分散，一旦相应的声源停止发声，噪声也便随之消失。因此，对于噪声污染的处理不能以常规污染物处理，必须采用特殊的方法实现控制。

声学特性。噪声具有一切声学的特性以及规律，且噪声对环境的影响与自身的强度有明显关联，噪声越强，影响越大。

噪声污染中交通噪声所造成的污染以及影响最大。交通噪声污染对于周围环境影响最为显著的便是居民生活幸福感的下降，交通噪声污染不仅会干扰居民的听力，甚至有可能会诱发多种疾病。因此，防治交通噪声成为目前备受关注的社会问题之一。

2 交通噪声污染防治的关键点

2.1 交通噪声范围广的特点

交通噪声影响范围极广，通常包含所有车辆，如机动车辆以及非机动车辆。交通噪声有带状特点，随着道路的不断延伸，交通噪声污染也会随之延伸。随着交通道路网络的完善，噪声污染现象也会加剧，严重干扰周边居民的居住质量。车辆发出的噪声有随机性以及不稳定性，机动车在行驶过程中，发动机出现声源振动，噪声也随各机动车车辆的型号不同而不同。对于车流量较大的路段，此起彼伏的交通噪声会对周围环境产生持续影响，该影响通常为长期性的。

2.2 交通噪声因果性的特点

交通噪声还具备因果性的特点，交通噪声与车速、车况、路况等因素具有明显关联。因此，各环节均是导致交通噪声出现的重要原因。例如，路面结构的空隙率、路面使用寿命、路面是否出现车辙等因素与噪声的出现有关联。此外，还与摩擦系数以及车辆轮胎花纹不同等有关。而大型载重车以及柴油动力车辆的噪声污染极大，车辆行驶速度越快噪声越大。但车辆行驶速度变慢，噪声时间会延长。对于繁忙的交通道路而言，堵车也是导致噪声声级增加的重要因素。

针对交通噪声的特点，目前防治交通噪声的重要措施之一就是在必要的位置设置声屏障。

3 有关声屏障的相关研究

声屏障就是在声源和接收者之间，用于阻挡声波传播，减弱接收者所在区域内噪声影响的设施。对声屏障的研究在国外开始较早，美国在20世纪70年代开始沿高速公路修建声屏障，发展速度非常快，到2000年底美国已经建成了约5000km 的高速公路声屏障。日本声屏障的建设始于20世纪60年代和70年代，在20世纪70年代中期发展迅速，到2000年底，已经完成了约1600km 的道路声屏障。

中国的声屏障产业起步较晚，即1992年。在贵州省贵黄高速公路安装了100m 的试验声屏障，成为中国第一条道路声屏障。迄今为止，我国大中城市已经建成了许多不同的声屏障，以解决噪声污染问题。建成了近千道铁路声屏障，包括不同类型、材料和结构，在各类声屏障的设计、制造、安装方面积累了一定的经验。现阶段，高铁是声屏障最大的消费市场，高铁声屏障在产业跨越式发展中作用越来越重要。随着居民生活水平的提高，市政道路交通噪声对居民睡眠质量、听力疲劳、听力损伤等造成负面影响，声屏障越来越多地应用于市政道路噪声控制区域。从声屏障行业的生命周期来看，目前正处于成长阶段。

声屏障外部应用的种类和特点较多，声屏障降噪主要是通过几种物理反应来实现，如声屏障材料的吸收、反射、透射和衍射。根据形状、材料和表面特性，声屏障的类型也各不相同。最初，砌体和钢筋混凝土砌块等材料被用于建筑，声屏障投资少，易于维护。随着技术的发展，标准化的金属结构、玻璃纤维结构和带有吸音材料的复合结构被广泛使用。此外，不同的国家也有自己应用声屏障的特点。例如，德国安装的声屏障具有各种形状，直或折线，高或低。同时，对阻隔颜色的要求由道路的类型和位置决定，声屏障色彩鲜艳、和谐，与自然和周围环境融合，可以减少噪声，点缀景观。不同路段使用声屏障的形状和材料也不同，如金属板、金属板和吸音纤维复合结构、吸音板和能吸收空气中声音的新型建材等。美国的道路声屏障通常简单朴实、实用，而且由廉价材料制成。

4 声屏障对交通噪声污染整治的原理

声屏障对于交通噪声污染有明显的整治效果。不同的交通污染防治措施各有特点，声屏障基于这些噪声防治特点诞生，具有降噪效果好、造价适中且易于管理的优势。声屏障在声源以及接收者之间插入一定密度的板或墙，使声源能够由大至小的衰减。且多余的声波将会被吸收，减弱接收者所在区域内的噪声影响。声波在空气中传播，一旦遇到相关的声屏障，便会出现透射、衍射、反射等现象。声屏障的主要作用便是阻止直达声的传播，使直达声通过隔离、透射以及衍射，声波将会衰减，实现降噪效果（见表1）。

表1 不同类型、不同高度、材质的声屏障对比

根据相关数据统计显示，声屏障能够有效地降低噪声，可降低5～20dB。不同材质的声屏障噪声损失值大小有一定差别，最大的噪声值不会超过20dB。声波在传播过程中，有部分噪声会因声屏障材质等因素绕过声屏障继续传播，但该类噪声将对周围环境影响不大。从不同类型以及声屏障高度、材质进行分析，使用全透明的声屏障或金属透明的复合型声屏障，降噪效果极为理想，能够隔绝交通噪声对于周边城区造成的干扰。选择声屏障时，着重选择密度较大的材质。

5 声屏障的相关设计

5.1 声屏障的设计思路

关于声屏障的设计思路，需要分析声屏障降噪的原理。根据交通噪声的声屏障设计因素，考虑道路的实际情况。在城市道路周边可以种植树木，利用树叶的密度，吸收多余的噪声。此外，树叶还可吸收尾气，起到一举多得的作用。着重加宽道路的绿化带，并在绿化带两端设置声屏障，改善路况。同时，沥青路面也可以有效地吸收车辆在行驶过程中所出现的车辆轮胎噪声。针对特殊的时间段，限制道路通行车辆，降低噪声。此外，根据建筑物设计声屏障，如城市建筑密度增大，设置声屏障的空间较小。考虑到美观性以及透光性的要求，可以根据道路周围建筑特点设置声屏障。例如，考虑到建筑物的高度、噪声指数等级，设置反射区域，在声屏障设置棚体，降低噪声。

5.2 声屏障的设计方案

分析道路与敏感点、空间关系，提升声屏障的降噪效果。设置相应模型，以对比不同情况下声屏障的降噪特点。如“F”表示声波频率、“S”表示声程差，“C”表示声速。在该模型中，通过计算地面路段以及高架路段的距离，设置不同的敏感点，分析不同高度的降噪效果，从而得出声屏障的有效性以及适用范围。其主要包含以下两点。

其一，当路基高度为0 时，第1 层楼的声屏障降噪效果理想。而随着楼层的增加，效果逐渐衰减。因此，在路基高度为0 的路段设置声屏障，对于道路两边高楼层建筑加盖棚顶设施。

其二，高架或高铁路段路基与相近楼层距离较近，声屏障降噪效果极佳。而对于距离较远的敏感点，也有一定的降噪效果。伴随着楼层增加，降噪效果呈现衰减的趋势。因此，在高架或路堤较高的路段敏感点，应设置与道路高度相近的声屏障，能够起到极佳的降噪效果，对于高层建筑物考虑辅助设施。

5.3 声屏障的补充设计方案

在补充设计方案中，发挥道路的自建功能。合理种植绿化林带，如改善路面性能，设计抗噪声路面，使用疏水沥青混凝土路面。该路面具有极佳的降噪效果，通过小孔的多孔吸声材料，有效地吸收车辆轮胎在行驶过程中出现的噪声。进行道路通行设计时，对于声环境敏感的区域以及路段，避免使用陡坡、爬坡车道等，这类路况会增加噪声污染。需要将路面设置成平、纵等指标，确保提升车辆的通行速度，缩短车辆的通行时间，以降低车辆噪声对于周围环境的不良影响。合理的布置绿化林带，选择乔灌木搭配密植。通过研究数据表明，当绿化林带宽度为10m 时，噪声可降低1～3dB，当宽度达30m 时，噪声可降低3～5dB。需要根据所在区域的实际情况，合理地设置绿化林带的宽度。

6 声屏障的发展趋势

根据声屏障的发展趋势，我国目前着重推广纤维性吸声材料。矿物性纤维吸声效果极佳，但其对于周围环境有一定的影响，因此已被弃用。近年来，多孔性吸声材料在声屏障的应用中逐渐被无纤维吸声材料所取代。声屏障通常在露天环境下使用，因此材料必须具有坚固性、抗腐蚀性、抗老化性、防潮等性能。研究高性能的吸声材料，有效降低声屏障所带来的损失，是我国未来主要的发展方向。现有的声屏障多为板式结构，因此形状较为单一，耐久性较差，降噪效果欠佳。而对于中低、频声源吸收性能较差，且会受到交通噪声频率范围的影响，通常维持在0.5～5kHz，单纯的阻性吸声材料或抗声材料无法在该频率内达到满意的吸声效果。因此，研究复合型吸声屏障，以拓宽吸声频带，提高降噪效果，减少厚度等尺寸参数，减轻重量，降低成本，有效地提高使用寿命。在实际应用中，针对轨道两侧的声屏障，考虑到司机视线以及乘客对于沿线风景的观赏，在轨道之间声屏障高度通常降至车窗以下，既能保障降噪效果，又不影响车内的视线。且轨道声屏障的主要噪声源来自轨道系统在运行过程中的噪声，因此设置声屏障有双面吸收的优势，解决目前在设计过程中出现的各项不足。