不同性质噪声源声屏障应用研究
噪声污染与水污染、大气污染一起构成当代三种主要污染。近年来，随着人民生活水平的逐步提高以及环保意识的逐步增强，人们对生存环境的质量要求越来越高，噪声对周围环境的影响已越来越引起人们的重视，如何控制噪声问题，已成为我国目前迫切需要解决的问题之一。
解决和控制噪声问题主要从噪声源、传播途径、接受点三方面考虑。但不管在噪声源和传播途径上如何采取措施，噪声均不可避免地产生。当噪声源附近有医院、学校、住宅区等需要限制噪声的区域时，根据国外的先进技术，最有效的控制方法是建立防噪声屏障。
声屏障的设计是一项很复杂的系统工程，涉及到声学设计、结构设计和景观设计等多学科知识，其中声学设计要考虑噪声源的种类、噪声传播途径及声屏障材料性能；结构设计是指声屏障的设计尺寸要满足刚度和强度要求；景观设计是声屏障要和城市有机地融合。
1 移动噪声分析及声屏障应用
1.1 公路噪声特性分析
汽车在行驶运动过程中发出的噪声由多种成份组成，如：发动机噪声、排气噪声、传动系噪声、轮胎噪声和气流噪声(也称风噪)等。
汽车空腔外部运动噪声包括机械振动噪声、轮胎噪声和气动噪声。汽车是一个由激励源、振动传递器和噪声发射器组成的系统，在外界激励（如不平路面、发动机工况的突然改变、汽车行驶工况的突然改变）的作用下，各子系统及子系统内部各零件相对运动，因摩擦、碰撞而振动产生机械运动噪声；泵气效应和轮胎振动产生轮胎噪声；高速气流与汽车表面作用引起的表面压力脉动则产生了气动噪声。这3类噪声随车速的提高呈现不同的变化规律。当汽车启动时即产生机械运动噪声，如发动机噪声随车速提高而增大；
当汽车行驶速度大于50km/h时，轮胎噪声逐渐显现，当车速超过80km/h时，轮胎噪声则成为汽车行驶噪声的主要成分；当汽车行驶速度超过100km/h时，气动噪声会迅速增大，当汽车速度在120km/h左右，气动噪声会与轮胎噪声声级相同，当汽车速度再继续增加，此类噪声就会超过其它噪声成为主要的噪声源。有研究指出，气动噪声与车速的六次方成正比，即车速增加一倍，声压级增加18 dB。[1]
总体来说，不同等级性质的公路，其交通噪声主要因素不同[2]：
⑴ 车辆组成种类：不同公路上交通组成是不同的，但在一定时期，某一公路其交通组成相对固定。相对比较而言，交通组成中大型载重车、柴油车比重较大时，由于其发动机的噪声及车身振动噪声大，则对两侧噪声污染也最严重。
⑵ 行车速度：车辆的行驶速度越快，噪声越大。注意区分不同限速的路段。
⑶ 路面结构：由于轮胎噪声直接与路面有关，可见路面结构与噪声关系密切，由于路面结构的空隙率以及表面纹理、摩擦系数等和车辆轮胎花纹的不同组合就会产生不同声级的噪声。
⑷ 路堤高度：例如我国高速公路一般为高填路基，在填方路段，周围越空旷，车辆噪声传播的距离越远。
⑸ 路面宽度：交通噪声随路宽的减小而增大，即路宽对交通噪声为负影响。
⑹ 车辆鸣笛：车辆过多使用喇叭，特别是高音喇叭，可使噪声声级升高7-10dB。
⑺ 受声点距噪声源的距离。
另外，由于车辆加减速以及爬坡下坡等都会对交通噪声大小产生影响，所以交通噪声还与公路的线形、坡度等有关。
1.2 公路噪声声屏障应用要点
① 声屏障的高度：
当声屏障无限长，声源、声屏障和受声点的相对位置确定后，声屏障的降噪效果主要取决于屏障高度。随高度的增加，声程差增加，屏障降噪量增大，当声程差在3m以内变化时，降噪效果变化明显；当声程差高于3m时，随声程差的增加，降噪效果趋于平缓，不如先前明显。
同时，声屏障高度与工程造价、工程可行性密切相关。随声屏障高度增大，工程造价也随之大幅上升。制约声屏障高度的是工程可行性因素，尤其是安全性问题。桥基段声屏障在防撞墙上，要考虑在最大风荷载条件下，分析防撞墙结构强度，确定声屏障高度；路基段声屏障，其桩基施工受路边空间、地下管线等因素限制。
② 声屏障的长度：
由于实际声屏障不可能无限长，因此噪声会从屏障两端绕射至敏感点处，从而降低屏障的实际降噪效果。为减少声屏障两端外侧的交通噪声对敏感点的辐射，声屏障需向敏感点两端外侧延伸一定长度，随着延伸长度增加，屏障降噪量增加，但延伸至一定长度后，进一步的延伸对降噪效果影响不明显，因此要从性价比角度确定合理的延伸长度。由于多普勒效应，车辆迎面驶来时的等效频率要高于车辆背离驶去时的等效频率，车辆迎面驶来时敏感点处的等效A声级要大于车辆背离驶去时的等效A声级，由于敏感点两端分别对应车辆的迎面端及背离端，这就要求敏感点处的声屏障两端需取不同的延伸长度，由于对迎面端，一般延伸70 m，因此对于背离端，可较迎面端缩短延长距离，以延伸50 m为宜[3]。
③ 声屏障的材料：
当道路两侧均建有声屏障，且声屏障平行时，声波将在声屏障间多次反射，并越过声屏障顶端绕射到受声点，为减小反射声，一般在声屏障靠道路一侧附加吸声结构。反射声能的大小取决于吸声结构的吸声系数a，它是频率的函数，因而根据特定路段的噪声频谱特性选择吸声结构尤为重要。
国内现有的吸声型声屏障多为板式结构，结构形式较为单一，而且面密度大，耐久性较差，降噪效果欠佳，特别是中低频吸声性能很差[4,5]。由于交通噪声主要频率分布范围很宽，单纯阻性吸声或抗性材料都难以在如此宽的频率范围内达到满意的吸声效果。因此，国内外都研究阻抗复合型声屏障作为拓宽吸声频带、提高降噪效果的主要方向[4,6]。
1.3 城市轨道交通噪声特性分析
城市轨道交通系统的运行噪声根据声源不同通常
可分为轮轨系统噪声、牵引动力系统噪声、制动系统噪声、气动噪声和轨道结构物噪声等[7]。
在不同的行驶条件下，各种声源对整体噪声的贡献都有所区别。一般在启动或低速行驶条件下，车辆动力设备噪声为主要声源，不受速度的影响，其峰值频率一般在63Hz～100Hz之间；当车速超过50km/h-60km/h时，轮轨噪声为主要声源。一般速度越快，轮轨噪声越大，作用频率也越高，其峰值频率为600Hz-800Hz[8]之间 ；制动噪声主要在列车制动减速时产生，其频率较高，在2000Hz-5000Hz之间[9]；轨道结构振动噪声主要产生于高架段，频率较低；随着列车行驶速度的增加，气流噪声会越来越显著。
总体来说，城市轨道交通的噪声级与系统的特性有关：轨道设置的位置是影响噪声级的决定因素，高架铁路轨道产生的路边噪声级比地面轨道的噪声级要高。此外，列车的运行速度、采用轨道类型、车轮踏面上的擦伤、钢轨表面局部粗糙状况以及线路小半径曲线等其他因素，均影响噪声级的强度。
1.4 城市轨道交通噪声声屏障设计
① 声屏障的高度：
与公路噪声相同。
② 声屏障的长度：
对于一般路堤线路，声屏障加长量与受声点距线路距离有关，当受声点距线路30m，其加长量宜为40-45m；在60m距离时，宜为70-90m。对于高架桥，声屏障加长量不是声屏障降噪效果的主要控制参数，两侧加长量选取50m即可[10]。
③ 声屏障的位置：
在声源强度不变的情况下，随着声屏障距离线路中心线距离的增加，降噪效果下降。因此，工程中应用应该尽可能将其设置在距离线路更近的位置，以达到较好的降噪效果[11]。
④ 防撞墙的利用：
由于设置防撞墙的初衷是为了防止列车脱轨，并没有从声环境质量考虑降噪问题。当需要降低桥梁线路周围环境噪声时，就可以充分利用桥上无砟轨道的防撞墙，在防撞墙的内侧设置吸声层，降低轮轨噪声，起到声屏障的降噪作用。必要时可适当加高防撞墙的高度，提高降噪效果。
⑤ 声屏障的材料：
根据轨道交通地面段和高架段、列车加速出站、站间匀速和减速进站时噪声的频率特性，进行轨道交通声屏障的分段优化设计。
⑥ 问题：
ⅰ值得注意的是，虽然采取声屏障措施可以有效降低列车下部的轮轨噪声，但是，对于车辆上部的集电系统噪声的降噪作用十分有限[12]。
ⅱ声屏障在轨道降噪的同时，可能会产生新的问题。由于声屏障具有一定的高度（一般在2m以上），如果处理不当，会使司机的视线受到限制，容易产生视觉疲劳和行车事故；乘客在车内的乘车环境和对外眺望空间受到限制易产生压抑感，进而造成乘车舒适度下降；同时沿线两侧居民区的光线不足使其居住环境受到影响。因此提出在轨道两侧设置声屏障的同时，在轨道之间设置道间声屏障，而将两侧声屏障的高度降低列车窗以下，这样既不影响降噪效果，又不影响车内视线，并且由于道间声屏障离主要噪声源——轮轨系统更近，更有利于吸声[13,14]。但要求这样设置的道间声屏障具有双面吸声的性能，因此应用吸声材料设计出组合型双面吸声屏障也是声屏障设计中需要解决的问题之一。
2 固定噪声源分析及声屏障设计
2.1 固定噪声源特性分析
固定源噪声污染，系指各种相对固定的设备和器材，在操作使用时发出的具有相当强度，超过规定标准，影响正常生活，危害公民身体健康的持续性声响。
根据统计数据并结合群众近期投诉情况，以工业噪声、社会生活噪声中餐饮业油烟净化及通风装置、商业鼓引风机和冷冻机组、办公写字楼冷却塔等为主的固定源噪声扰民反映激烈、社会影响非常恶劣，个别案例久拖未决，群众重复上访长达2-3年之久，饱受噪声污染之苦。根据《中华人民共和国环境噪声污染防治法》规定，工业噪声、社会生活噪声中冷却塔、风机噪声等为主的固定源噪声污染防治应由各级环保部门实施监督管理[15]。
以电厂噪声为例。风机噪声以空气动力性噪声为主，其频谱具有宽阔的连续性，且在低、中频段有峰值。冷却塔噪声主要是淋水噪声，以中、高频率成分为主（500-8000Hz）。水泵噪声主要属于低频和次低频噪声。空压机是一个多声源发声体，其中进气噪声约为100 dB(A)，是其主要噪声源。
2.2 固定噪声声屏障设计
由于固定噪声源一般属于工业、商业等性质，分属于各企事业单位。在声屏障设计时，主要考虑：
⑴ 厂界外环境影响区域、声屏障、固定噪声源之间的距离。在保证达标的基础上，确定声屏障的位置及有效高度，并有效利用厂界围墙及建筑物，实现效果最优、费用最省的目标。
⑵ 因为是固定噪声源，根据其与环境影响区域的距离可视为点源或有限线源，声屏障可根据声源对称分布，并确定声屏障距声源张角，即确定了声屏障的有效长度。
⑶ 在选择吸声材料时，视声源对环境影响区域的影响程度及声源特性，确定是以中、高频噪声为主还是以低频噪声为主。
4 结 语
声屏障的设计是一项复杂的系统工程，要注意区分固定源噪声和移动源噪声，并分析特定区段噪声源特性，选择设计参数，进行声屏障的优化应用。
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