綠化聲屏障對交通噪聲影響效果研究①

曹謙

(中設(shè)設(shè)計集團(tuán)股份有限公司 江蘇南京 210001)

交通繁忙的道路附近可以通過設(shè)置聲屏障來減輕噪聲污染。以往的研究中，學(xué)者使用多種方法對不同特性的噪聲屏障進(jìn)行了廣泛的研究，包括幾何分析、理論建模、現(xiàn)場測試。但是，沿路設(shè)置的聲屏障之間的多次反射可能會導(dǎo)致交通噪聲屏蔽性能的顯著下降。Daltrop對幾種不同類型平行布置的聲屏障隔音效果進(jìn)行研究，結(jié)果表明平行對立聲屏障會使得隔音效果降低4dB(A)。

綠色植物的多孔性和共振吸聲結(jié)構(gòu)使得它不僅能吸聲噪聲還能減少其反射[1]。但是研究表明厚度1.5m的植物屏障才能達(dá)到高于5dB(A)的噪聲衰減。于是，植被和傳統(tǒng)聲屏障相結(jié)合的解決方案應(yīng)運(yùn)而生。采用植物和固體屏障相結(jié)合降低交通噪聲是一種有效的新技術(shù)[2]，植物的反射、散射和吸收特性，以及植被與固體屏障之間的空氣產(chǎn)生的衰減效應(yīng)，都可以提高這種新組合屏障對噪音的隔離效果。本文在實(shí)驗室進(jìn)行了綠化聲屏障噪聲反射的現(xiàn)場測量，估算其吸收系數(shù)。再通過CadnaA軟件評估綠色屏障的降噪效果，并分析其今后需改善的方向。

1 研究方法

分別在有無綠色植被的實(shí)驗聲屏障上進(jìn)行聲發(fā)射的原位測量，在聲源和聲障之間放置第一個麥克風(fēng)，在聲源異向相同距離的位置放置第二個麥克風(fēng)，噪聲源到麥克風(fēng)的距離為1m，到聲屏障的距離為1.4m。每個脈沖持續(xù)時間為3ms，間隔為1s。在距離墻體1.4m處放置傳聲器，并選取不同的麥克風(fēng)放置高度。對直接信號和反射信號進(jìn)行光譜分析，在8ms的時間窗口內(nèi)進(jìn)行評估，并對路徑長度的差異進(jìn)行校正，得到每個頻段的表面反射系數(shù)RP(f)：直達(dá)波和反射波路徑之間的差異，Pr：橫桿反射的聲壓波頻譜，Pd(f)：直接聲壓波的頻譜。反射因子其中Pr,green(f)和Pr,wall分別表示有無綠色植物的聲屏障墻。得出相對反射因子后再計算相對吸收因子在此基礎(chǔ)上，根據(jù)相對系數(shù)和參考聲障的已知吸收系數(shù)，估算出綠化植物墻的實(shí)際吸收系數(shù)。并利用環(huán)境噪聲預(yù)測軟件CadnaA評估使用綠色環(huán)保屏障代替低吸收率屏障的效果。

圖1 不同設(shè)置下的預(yù)測聲圖

2 結(jié)果與分析

2.1 小尺度實(shí)驗結(jié)果分析

兩個麥克風(fēng)分別接收到不同高度的直接和反射信號的相同脈沖序列，在無綠色屏障的情況下，聲音的反射清晰且相對于直接入射波延遲約8ms。在綠色植被存在的情況下，聲波反射比較微弱。聲屏障的第一次反射比直接信號延遲了14ms到第二個麥克風(fēng)，植被對反射波的影響顯而易見。

實(shí)驗給出了對應(yīng)于反射波的八頻帶解析脈沖的平均聲壓級和相對吸收系數(shù)。比較了有無綠色植物屏障時噪聲的水平，結(jié)果顯示綠化聲屏障降噪水平較高。數(shù)據(jù)顯示，所有頻率和測量點(diǎn)的相對吸收系數(shù)都高于0.5，標(biāo)準(zhǔn)差是0.05。在中高頻范圍內(nèi)的吸收系數(shù)近似為0.65。在較低的頻率下，吸收系數(shù)較高，但應(yīng)注意的是，由于研究所用的時間窗值較小，在這種低頻率下的吸收系數(shù)有一定誤差。

圖2 聲級對不同屏障的函數(shù)

2.2 CadnaA軟件評估

當(dāng)聲屏障安裝在道路兩側(cè)時，聲屏障之間發(fā)生的多次反射可能導(dǎo)致嚴(yán)重的性能衰減。以綠色植物作為聲屏障時，這一衰減將得以改善。為此，使用環(huán)境噪聲軟件CadnaA 對上文所述的測量方法進(jìn)行了改進(jìn)。設(shè)計了不同距離和高度的接收器。圖1是單一聲屏障、平行聲屏障、平行綠化聲屏障在預(yù)設(shè)條件下的聲圖。

圖1中顏色的變化表明了聲音遭遇屏障后發(fā)生了減弱。當(dāng)在設(shè)置平行屏障時，多個反射的出現(xiàn)反而增加了道路噪聲，導(dǎo)致第一個屏障后面的衰減明顯減弱（色調(diào)逐漸變?yōu)槌壬?。設(shè)置平行的綠化聲屏障之后，其衰減得以恢復(fù)。圖2顯示了距離與噪聲聲級之間的關(guān)系。對三種分析配置結(jié)果的比較表明，綠色植物屏障的使用雖然不能完全消除反射效應(yīng)，但在很大程度上減輕了反射效應(yīng)。最后，研究了植被與基質(zhì)之間的距離與屏障設(shè)置距離之間的關(guān)系，當(dāng)兩者間隔越小時，反射的效果就越明顯，綠化屏障所帶來的聲衰就更好。

3 結(jié)語

在實(shí)驗室進(jìn)行了聲反射和吸聲特性的測量。比較了有無綠色植物覆蓋時聲屏障的隔聲效果，發(fā)現(xiàn)存在綠色植物時噪聲有明顯的下降。實(shí)測的吸收系數(shù)平均值為0.7。所得到的噪聲吸收結(jié)果合理的考慮了基質(zhì)和植被的種類。表明了綠化聲屏障具有良好的聲學(xué)特性，可作為道路交通噪聲處理的一種新措施。

利用CadnaA軟件進(jìn)行數(shù)值預(yù)測，驗證了綠化系統(tǒng)的有效性，結(jié)果表明該系統(tǒng)在一對平行屏障中使用時，能提高噪聲屏蔽的性能。綠色植物有效地減少了障礙物之間的多重反射。所提高的吸收能力取決于接收端與聲屏障之間的距離，其最大值為4dB(A)。

今后還可以分析不同基質(zhì)對于噪聲吸收能力的影響。數(shù)值模擬可以更好地理解各種噪聲源環(huán)境下的聲景，作為一種輔助工具，有助于噪聲問題的解決，以及預(yù)測噪聲源的影響范圍。綜上所述，綠化屏障可以替代其他類型的傳統(tǒng)聲屏障，不僅有良好的生態(tài)效益和社會效益，還能有效地降低道路交通噪聲水平。