Y型声屏障仿真设计

蔡伟明

(漳州职业技术学院 智能制造学院, 福建 漳州 363000)

0 引 言

随着城市道路交通的高速发展以及车流量的急剧上升，伴随而来的交通噪声直接或间接对居民的身心健康产生损害，严重影响人们正常的工作和生活。相比其他降噪措施，不破坏城市整体景观、占地小、成本低、施工周期短等优点让声屏障在国内外得到大规模应用，成为国际广泛认可的首选降噪手段。目前，国内外对声屏障的传统研究方法主要包括实测研究法、预测模型研究法、比例模型试验法等，随着计算机技术和模态分析技术的飞速发展与成熟，利用计算机声学软件对声屏障的现场噪声环境和降噪效果进行模拟计算已被广泛应用[1-5]，为声屏障的研究和设计提供了一定的参考依据。

1 声学设计

声屏障是针对某一特定声源和特定保护位置(或区域)专门设计的噪声源和受声点之间的声学障板[6]。声屏障的设计是一个复杂的系统工程，其设计步骤如图1所示。

设计内容主要包括声学设计、结构设计和景观设计，其中声学设计是声屏障有效降噪的重要基础和保证。声学设计是在经实地测量调查，依据标准评估环境噪声影响，确定目标降噪值的基础上进行声屏障的位置、几何尺寸、顶部造型、材料等方面的设计，并对提出的方案进行模拟和预测，经过反复比较调整以满足声学要求。

图1 声屏障设计步骤

1.1 测量评估、确定降噪值

根据声环境监测标准要求，在昼、夜车辆噪声高峰期，对该主干道实地噪声测试，见表1。

表1 XX大道交通噪声监测数据

根据该处交通噪声昼间最大超标值，将理论设计降噪值设定为10 dB(A)。

1.2 位置尺寸设计

为了提高降噪效果，在不破坏地下管线的前提下，声屏障的布设位置应尽可能靠近声源。通过该主干道的详细勘察，声屏障设置在路肩外0.5 m处。

声屏障尺寸包括高度、厚度和长度，结合降噪标准、结构强度和技术要求等，根据声学经验公式计算[7]，最终设计的声屏障尺寸为3 m×0.1 m×678 m。

1.3 造型设计

顶端结构造型是声屏障设计的首要考虑因素，主要分为直立型、折壁型(包括T型、Y型等)、半封闭型和全封闭型。直立型结构简单、易于施工，但降噪效果最差；半封闭型和全封闭型降噪效果最好，但造价高、视觉效果差，容易给人造成压抑；折壁型可增加声程差和高频区域的绕射声衰减，降噪效果明显，一般用于降噪要求较高，但声屏障高度又有一定限制的场合，研究表明，Y型声屏障更适用于城市道路[8]，故本设计采用Y型结构，具体的规格参数如图2所示。

1.4 材料选用

城市道路声屏障面板材料的选用需考虑物理性能、声学性能、成本造价和环境协调性等。

物理性能包括材料的强度、防火、防潮、防腐、防尘等。材料按声学性能划分为隔声和吸声材料，隔声材料本身具有一定的隔声量，以保证透射声比衍射声小得多，一般要求其隔声量比降噪量大10 dB(A)以上[9]，造价较低，便于维护；吸声材料可以降低双屏间来回反射的混响声，提高单屏的降噪效果，一般要求中心频率125～4 000 Hz的平均吸声系数大于0.5[10]，造价和维护成本高。考虑到城市道路声屏障与周围环境的协调性，本设计的材料选用透明、强度高、隔声好、施工和维护成本较低的隔声型亚克力板。

图2 Y型声屏障规格参数

2 仿真分析

利用LMS Virtual.Lab Acoustic非耦合声学直接边界元法，对Y型隔声型声屏障的降噪结果进行仿真，根据检测的车流量将城市道路交通噪声视为线声源，在全反射地面上求解，得到我国道路交通噪声等效频率(400 Hz)下的场点声压分布云图，如图3所示。

监测点的频率响应曲线如图4所示。

图3 Y型声屏障在400 Hz时的场点声压分布云图

图4 Y型声屏障在监测点位置上的响应曲线

3 结 语

1)由于声波经过Y型分叉处发生衍射和多次反射，造成声能消耗，故从场点声压分布云图可见，Y型隔声型声屏障在交通噪声等效频率(400 Hz)时形成的声压级分布层次清晰，声影区的声压级明显降低，且覆盖范围广，适合于改善城市道路两侧高层建筑的声环境质量。

2)监测点位置的噪声值在计算频率不超过400 Hz时,均小于70 dB(A)，符合城市4a类噪声执行标准。在交通噪声等效频率400 Hz时，Y型声屏障在监测点位置的噪声值为67.30 dB(A)，其插入损失为12.56 dB(A)，故设计的Y型隔声型亚克力板声屏障符合预期要求，可结合非声学设计和工程造价分析进入下一阶段的综合评价。

3)为城市道路沿线声屏障的声学设计和降噪效果分析提供一定的参考价值。