摘 要： 车辆噪声对沿线居民带来较大的噪声污染干扰和影响,当前主要采用声屏障的噪声控制措施,然而声屏障措施要花费较大的建设成本,且车辆噪声存在多普勒效应,增大了声屏障设计的复杂性和难度。为此,要重点探讨车辆噪声的多普勒效应,分析和研究声屏障的优化设计技术和方法,充分考虑交通车流的有效长度,计算昼夜间交通噪声的线声源和点声源,进行基于车辆噪声多普勒效应的声屏障优化设计,降低声屏障建造成本,提高声屏障的降噪效果。
关键词： 车辆噪声; 多普勒效应; 声屏障; 优化;
由于车辆高速行驶引发的噪声极大地干扰周边沿线居民的正常生活,造成极大的噪声污染,当前通常采用在临近住宅区的路段建造声屏障的方式进行降噪处理,以3-5 m左右的直立型、折角型声屏障进行降噪,能够使车辆噪声降低6-12dB(A),然而当前的声屏障建造成本较高,设计参数不够合理,影响了声屏障的应用效果。为此,要基于车辆噪声多普勒效应的研究前提,分析和探讨声屏障的优化设计技术,较好地提高声屏障的降噪效果,实质性地改善沿线居民的生活环境。
1. 车辆噪声多普勒效应及声屏障降噪原理
由于车辆在快速移动的过程中,移向受声点时的声波频率变高,而远离受声点时则频率变低,由此而产生车辆噪声的多普勒效应,除了车辆行驶至坐标零点处,其他时刻均存在不同程度的车辆噪声多普勒频移现象。同时,车辆行驶的多普勒频移对受声点声压级、频率响应均会产生不同程度的影响,经过实测分析可知:当迎面行驶的轻型车辆峰值频率为1600Hz时,频带声压级为85dB(A),总声级为88dB(A);当轻型车辆正驶过测点时,峰值频率为1250Hz,频带声压级为85.6dB(A),总声级为88.6dB(A);当其背离受测点时,峰值频率为1250Hz,频带声压级为82dB(A),总声级为85.6dB(A)。由此可知,车辆噪声多普勒效应受声点位置的影响、车辆行驶速度的影响、A计权频率响应的影响,导致车辆受声点噪声声压级出现变化[1]。
声屏障是在声源和受声点之间嵌入由密实材料制成的障碍物,使声波传播时绕射至保护区域,一部分声波通过声屏障顶端和两侧绕射受声点,一部分声波穿透声屏障传播至受声点,另一部分声波遇声屏障后产生反射,明显衰减噪声,通常将3-6 m高的声屏障设置在受声敏感路段,主要包括有吸隔声型屏障和中部透明声屏障,使受保护区域的车辆噪声声压级降低5-12dB。然而同时也使声屏障出现插入损失,如:声波绕射衰减.当无限长声屏障绕射声衰减为8.5dB时,有限长声屏障绕射声衰减为6.6dB;声屏障反射声衰减。主要考虑声源、声屏障及受声点三者的高度、平行声屏障间的距离、受声点至行车线的距离、受声点至声屏障的距离、声屏障吸声结构的降噪系数等,在综合考虑上述衰减的前提下,进行声屏障反射声的修正;声屏障透射声衰减等。
2. 基于车辆噪声多普勒效应的声屏障优化设计分析
2.1. 声屏障建造位置的设计
基于车辆噪声多普勒效应的降噪原理,当声屏障靠近声源/受声点的距离越小时,声波绕射路径与直达路径的声程差越大,插入损失也越大。为此,要使声屏障的建造位置尽量趋近于声源或受声点,并出于安装便利性和经济性的角度考虑,要将声屏障尽量设置于靠近声源的路旁,可以将声屏障建造位置设定为5 m。
2.2 .声屏障参数设计
要充分考虑夜间声环境质量标准,进行声屏障高度的合理优化设计,以夜间车辆噪声为点声源,通过计算可知:声屏障的高度为2.424 m,声屏障插入损失为11.86dB(A),夜间等效声压级为55dB(A)。同时,因昼间车辆噪声为线声源,因而要考虑线声源工况下声屏障插入损失,验证声屏障高度在线声源工况下的插入损失是否符合昼间降噪要求,通过计算可知,当声屏障高度设定为2.424 m、声屏障延伸长度为85 m时,声屏障插入损失为5.41dB(A),昼间等效声压级为69.99dB(A)。然而,夜间重型车辆日趋接近受声区域时,受声点处的噪声为直达声,其峰值噪声可能会超出标准,为此,有必要根据车辆行驶噪声多普勒效应和受声区域噪声标准限值,进行声屏障两端延伸长度的修正。
2.3. 多普勒效应对声屏障两端延伸长度的修正
当单个重型车辆以70 km/h的速度行驶时,受声点R距等效行车线30 m,可以计算获悉多普勒效应下车辆噪声在受声处声压级的变化,通过几何关系换算可知:车辆驶来端的声屏障延伸长度应当为63.75 m、车辆驶去端的声屏障延伸长度为55 m,基于多普勒效应的声屏障延伸长度设计为118.75 m,有效降低昼、夜间等效声压级,使之降至68.18dB(A),并使峰值噪声声压级满足声环境质量标准,使声屏障建造成本降低5.13%[2]。
3. 结语
要基于声学理论和车辆噪声多普勒原理,计算分析受声点处声压级与车辆行驶参数的关系,获悉车辆噪声多普勒效应对受声点声压级的影响,探讨基于车辆噪声多普勒效应的声屏障优化设计方法,考虑声屏障几何参数和受声区域噪声指标,合理设置声屏障的建造位置,确定合理的声屏障高度,计算获悉车辆驶来端和驶去端声屏障的延伸长度,降低声屏障的建造成本。后续还要补充和完善计算算例,通过不同交通工况进行设计验证,并利用软件进行声学仿真,精准模拟车辆噪声源强。
参考文献
[1]古丽君.成昆铁路峨眉至米易段扩能工程声屏障的声学设计及优化[D].西南交通大学,2016.
[2]乔跃.基于声频率的城市交通噪声声屏障结构研究[D].哈尔滨:东北林业大学,2016.
