声屏障的基本声学原理和插入损失

2017-11-21 15:23| 发布者: weixin| 查看: 1454| 评论: 7|原作者: weixin|来自: 声振之家公众号

摘要: 关于声屏障

　　声学原理

　　当噪声源发出的声波遇到声屏障时，它将沿着三条路径传播(见图1.a)：
　　    · 一部分越过声屏障顶端绕射到达受声点;
　　    · 一部分穿透声屏障到达受声点;
　　    · 一部分在声屏障壁面上产生反射。

　　声屏障的插入损失主要取决于声源发出的声波沿这三条路径传播的声能分配。

　　一、绕射
　　越过声屏障顶端绕射到达受声点的声能比没有屏障时的直达声能小。直达声与绕射声的声级之差，称之为绕射声衰减，其值用符号ΔLd表示，并随着Φ角的增大而增大(见图1.b)。声屏障的绕射声衰减是声源、受声点与声屏障三者几何关系和频率的函数，它是决定声屏障插入损失的主要物理量。

　　(a)声波传播路径

　　(b)声波绕射路径

　　(c)声波的反射

　　图1 声屏障绕射、反射路径图

　　二、透射
　　声源发出的声波透过声屏障传播到受声点的现象。穿透声屏障的声能量取决于声屏障的面密度、入射角及声波的频率。声屏障隔声的能力用传声损失TL来评价。TL大，透射的声能小;TL小，则透射的声能大，透射的声能可能减少声屏障的插入损失，透射引起的插入损失的降低量称为透射声修正量。用符号ΔLt表示。通常在声学设计时，要求TL-ΔLd ≥10dB，此时透射的声能可以忽略不计，即ΔLt≈0。

　　三、反射
　　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，它将会降低声屏障的插入损失(见图1.c)，由反射声波引起的插入损失的降低量称之为反射声修正量，用符号ΔLr表示。

　　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α，它是频率的函数，为评价声屏障吸声结构的整体吸声效果，通常采用降噪系数NRC。

　　声屏障插入损失计算

　　一、绕射声衰减ΔLr的计算
　　1. 点声源
　　当线声源的长度远远小于声源至受声点的距离时(声源至受声点的距离大于线声源长度的3倍)，可以看成点声源，对一无限长声屏障，点声源的绕射声衰减为：

　　N—菲涅耳数，N=±2/λ(A+B-d)

　　λ—声波波长，m

　　d—声源与受声点间的直线距离，m

　　A—声源至声屏障顶端的距离，m

　　B—受声点至声屏障顶端的距离，m

　　若声源与受声点的连线和声屏障法线之间有一角度β时，则菲涅耳数应为

　　工程设计中，ΔLd可从图2求得

　　图2 声屏障的绕射声衰减曲线

　　2. 无限长线声源，无限长声屏障
　　当声源为一无限长不相干线声源时，其绕射声衰减为：

　　式中：
　　f—声波频率，Hz
　　δ=A+B-d为声程差，m
　　c—声速，m/s

　　3. 无限长线声源及有限长声屏障
　　ΔLd仍由上式计算。然后根据图3 进行修正。修正后的ΔLd取决于遮蔽角β/θ 。图3(a)中虚线表示：无限长屏障声衰减为8.5dB，若有限长声屏障对应的遮蔽角百分率为92%，则有限长声屏障的声衰减为6.6dB。

　　(a) 修正图

　　(b) 遮蔽角

　　图3 有限长度的声屏障及线声源的修正图

　　二、透射声修正量ΔLd 的计算
　　透射声修正量ΔLd由下列公式计算：

　　三、反射声修正量ΔLr的计算
　　反射声修正量取决于声屏障、受声点及声源的高度，两个平行声屏障之间的距离，受声点至声屏障及道路的距离以及靠道路内侧声屏障吸声结构的降噪系数NRC。

　　四、障碍物声衰减的确定
　　如果在声屏障修建前，声源和受声点间存在其他屏障或障碍物，则可能产生一定的绕射声衰减，由它们产生的声衰减称之为障碍物声衰减，用符号ΔLS表示。

　　五、地面吸收声衰减的确定
　　如果地面不是刚性的，则会对传播过程中的声波产生一定的吸收，从而会使声波产生一定的衰减。由地面吸收产生的声衰减称之为地面吸收声衰减，用符号ΔLG表示。

　　图4 地面吸收声衰减

　　1. 地面吸收声衰减ΔLG通常应由现场测量得到。
　　具体测量方法是：在地面上方1.5m和6—7.5m高处设两个测点，同时测量现场有声源的倍频带(中心频率250—2000Hz)或1/3倍频带(中心频率200—2500Hz)的频带声压级或A计权声级。两测点声压级或A声级之差即为ΔLG。若现场声源不存在(如未建道路)，则可采用人工声源，但必须测量倍频带或1/3倍频带声压级，以便对未来声源的A计权ΔLG进行计算。

　　2. 若现场测量有困难，可由图 4 来确定。
　　图4 中的等效距离DE由下列公式计算：

　　DN—受声点至最近的车道中心线距离，m

　　DF—受声点至最远的车道中心线距离，m

　　一般，在DE=55m时，ΔLG为2.5dBA，在DE =150m时，ΔLG为5dBA。

　　考虑到其它障碍物和地面声吸收的影响，声屏障实际插入损失

　　max表示取ΔLS和ΔLG中的最大者，这是因为一般两者不会同时存在。如果有其他屏障或障碍物存在，地面效应ΔLG会被破坏掉，因为只有贴近地面，地面声吸收的衰减才会明显。上式中减去(ΔLS，ΔLG) max ，是因为一旦设计的声屏障建成，原有屏障、障碍物或地面声吸收效应都会失去作用。

　　来源：节选自《中华人民共和国环境保护行业标准——声屏障声学设计和测量规范》

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