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1、基于车噪多普勒效应的声屏障改进设计关键词：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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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.