吸声型声屏障的频率特性对降噪的贡献研究*

罗文俊陈靖

吸声型声屏障的频率特性对降噪的贡献研究*

罗文俊陈靖

（华东交通大学铁路环境振动与噪声教育部工程研究中心，330013，南昌//第一作者，副教授）

针对目前吸声型声屏障仅用平均吸声系数作为评价吸声性能指标的缺点，结合多种吸声材料，给出了两个不同路段的噪声频谱计算结果，分析了吸声型屏障各频程吸声系数对整体吸声降噪的贡献，得出了各频程吸声系数的改变对整体降噪的影响程度依赖于路段的噪声频谱分布情况的结论。

铁道噪声；吸声屏障；吸声降噪量；吸声系数；频率特性

Author′addressEast China Jiaotong University，330013，Nanchang，China

工程中，为了降低声屏障对反射声波的影响，通常会使用吸声屏障来代替反射式声屏障，同时吸声屏障可以使声能减弱，减弱的声能表现为吸声降噪量，从而提高了声绕射衰减量。吸声屏障对不同频率声波的吸声系数不同，即对不同频段声波有不同程度的吸声降噪量。已有研究发现，吸声降噪量不仅与吸声屏障各频程的吸声系数存在一定的函数关系［1］，且通过算例发现，吸声屏障选取仅看材料的平均吸声系数还不够，需吸声屏障在低、中、高各频段的吸声系数都要好，才能对整体的降噪性能贡献大。

吸声屏障各个频段吸声系数对整体降噪贡献量的影响程度，目前还未见公开报道。本文将探讨吸声屏障各频段对整体降噪的贡献。由于吸声屏障的造价比反射式声屏障要高，因此，施工单位需要考虑吸声屏障的性价比，而目前在噪声控制工程中，只能根据平均吸声系数来进行粗略的吸声屏障选择，故本项研究对施工单位在合理选取和制作吸声屏障方面具有现实意义。

1 基本理论

声波传播至吸声屏障，其吸声降噪量与各频程吸声系数有以下函数关系式［1］：

式中：

Δd BT——吸声总降噪量；

ai——各个频段下的吸声系数；

Li——各个频段吸声前的声压级；

LT——吸声前的总声压级。

由式（1）可以看出，吸声降噪量的大小仅与上述参数有关，且由对数函数表征，故降噪量要想获得最大，则D值也要达到最大。

令Di=100.1（）Li-LT

，则：

其中：

又因

且LT为定值，则：

①填充的部分越大，则吸声降噪效果就越好，全部填充，吸声降噪效果达到最大；

②D3最大，在吸声系数相同的情况下，被填充的部分最大，对总的吸声降噪量的贡献也最大，故提高D3值对应频程的吸声系数，能够显著提高吸声降噪量。

图1 不同吸声系数下各频段的吸声贡献量图

2 算例分析

由于吸声材料种类繁多，为方便分析和讨论，将吸声材料分成两种（玻璃纤维、微空砖），其各频程吸声系数见图2和图3。

算例给出了甲、乙公路交通噪声Li甲和Li乙值，各频率声级分布见表1。应用式（4）分别求得总声级，同时由式（2）求得各频程对应的Di值（见表2）。由此可以做出的Di贡献分布图（如图4所示，图中数字代表对应的频率）。应用式（1）对各种吸声材料进行吸声降噪量计算，计算结果见表3、表4。

图2 两种吸声材料在不同频段的吸声系数对比

图3 不同体积质量的超细玻璃棉在不同频段的吸声系数对比

表1 甲、乙两公路交通噪声频谱分布值

表2 甲、乙两公路交通噪声Di的分布值

从表3、表4可以看出，对于不同噪声频谱分布值，吸声材料的降噪效果是不尽相同的。从图3中可知，超细玻璃棉随着体积质量的增大，吸声系数曲线逐渐向低频段方向移动；低频段吸声系数增大，高频段的吸声系数减小。

图4 甲、乙两公路Di贡献分布图

表3 甲公路不同吸声材料对声屏障的降噪情况

表4 乙公路不同吸声材料对声屏障的降噪情况

在甲公路段，20 kg/m3的超细玻璃棉吸声降噪量最高，对比甲公路段的Di值分布，可知低频段（250～400 Hz）吸声系数的变化对吸声降噪量影响不大，在中、高频段会有较大影响，尤其在中频段贡献量最大；对照20 kg/m3的超细玻璃棉，该材料在中高频段（500～2 000 Hz）吸声系数大都在0.9左右，反观30 kg/m3和40 kg/m3的超细玻璃，在低频段（250～400 Hz）吸声系数会逐渐增大，但对降噪贡献影响不大；在中、高频段（500～2 000 Hz），各频段吸声系数大都在0.8～0.7左右分布,对降噪贡献影响较大。超细玻璃棉的吸声降噪效果为20 kg/m3超细玻璃棉＞30 kg/m3超细玻璃棉＞40 kg/m3超细玻璃棉。

在乙公路段，低中频段（250～630 Hz）吸声系数变化对降噪量贡献较大，尤其在315、400 Hz频段，吸声系数的提高对降噪效果明显；在高频段（800～2 000 Hz）吸声系数变化对降噪量贡献极小。若有多种吸声屏障提供作为选择，应选择使用低频段吸声系数高的吸声屏障。对比玻璃纤维和微空砖两种平均系数都为0.6的吸声材料（见图2），两者在低、高频段的吸声系数差别很大，但由于高频段的吸声系数对降噪贡献极小，则应选低频段吸声系数大的微空砖（低频段处微空砖的吸声系数比玻璃纤维要大得多）。从表4可看出，微空砖对比玻璃纤维的吸声降噪量多达3.7 dB，降噪效果相差很大。

3 结语

同一种吸声屏障在不同的公路段降噪效果是不同的，一味地提高低频的吸声系数不一定会明显提高吸声降噪效果。因此，选择吸声屏障应依据噪声频谱的分布情况，分析计算各频程Di值，确定对降噪的贡献分布情况，再调整和选择合适的吸声屏障材料，提高其性价比。

［1］张英，周敬宣，夏锴，等.声屏障吸声作用对绕射降噪量贡献的分析［J］.噪声与振动控制，2007.27（3）：100-102.

［2］张邦俊，翟国庆.环境噪声学［M］.浙江：浙江大学出版社，2001.

［3］张武威，杨秀珍.室内混响时间频率特性的计算［J］.电声技术，2005，29（6）：25-27.

［4］洪宗辉.环境噪声控制工程［M］.北京：高等教育出版社，2002.

［5］赵松龄.噪声的降低与隔离：上册［M］.上海：同济大学出版社，1985.

Contribution of Frequency Characteristics of Sound Absorption Barrier to Noise Reduction

LUO Wenjun，CHEN Jing

So far the average sound absorption coefficient is taken as the only evaluation index for sound absorption barrier，in view of this problem，and combined with a variety of sound absorption materials，the results of noise spectrum calculation in two different line sections are given.On this basis，the contribution of absorption coefficient at various frequencies to the overall sound absorption and noise reduction is analyzed，the distribution of noise spectrum in different line sections is detected as the main cause for the changes of absorption coefficient.

railway noise；sound absorption barrier；noise reduction；sound absorption coefficient；frequency characteristics

TB535；U270.1+6

10.16037/j.1007-869x.2017.08.037

2015-09-21）

*国家自然科学基金项目（51468021）；江西省青年基金重点项目（20171ACB21037）；江西省自然科学基金项目（20161BAB206160）；江西省杰出青年人才资助计划项目（20162BCB23048）