绿化声屏障对交通噪声影响效果研究①

曹谦

(中设设计集团股份有限公司 江苏南京 210001)

交通繁忙的道路附近可以通过设置声屏障来减轻噪声污染。以往的研究中，学者使用多种方法对不同特性的噪声屏障进行了广泛的研究，包括几何分析、理论建模、现场测试。但是，沿路设置的声屏障之间的多次反射可能会导致交通噪声屏蔽性能的显著下降。Daltrop对几种不同类型平行布置的声屏障隔音效果进行研究，结果表明平行对立声屏障会使得隔音效果降低4dB(A)。

绿色植物的多孔性和共振吸声结构使得它不仅能吸声噪声还能减少其反射[1]。但是研究表明厚度1.5m的植物屏障才能达到高于5dB(A)的噪声衰减。于是，植被和传统声屏障相结合的解决方案应运而生。采用植物和固体屏障相结合降低交通噪声是一种有效的新技术[2]，植物的反射、散射和吸收特性，以及植被与固体屏障之间的空气产生的衰减效应，都可以提高这种新组合屏障对噪音的隔离效果。本文在实验室进行了绿化声屏障噪声反射的现场测量，估算其吸收系数。再通过CadnaA软件评估绿色屏障的降噪效果，并分析其今后需改善的方向。

1 研究方法

分别在有无绿色植被的实验声屏障上进行声发射的原位测量，在声源和声障之间放置第一个麦克风，在声源异向相同距离的位置放置第二个麦克风，噪声源到麦克风的距离为1m，到声屏障的距离为1.4m。每个脉冲持续时间为3ms，间隔为1s。在距离墙体1.4m处放置传声器，并选取不同的麦克风放置高度。对直接信号和反射信号进行光谱分析，在8ms的时间窗口内进行评估，并对路径长度的差异进行校正，得到每个频段的表面反射系数RP(f)：直达波和反射波路径之间的差异，Pr：横杆反射的声压波频谱，Pd(f)：直接声压波的频谱。反射因子其中Pr,green(f)和Pr,wall分别表示有无绿色植物的声屏障墙。得出相对反射因子后再计算相对吸收因子在此基础上，根据相对系数和参考声障的已知吸收系数，估算出绿化植物墙的实际吸收系数。并利用环境噪声预测软件CadnaA评估使用绿色环保屏障代替低吸收率屏障的效果。

图1 不同设置下的预测声图

2 结果与分析

2.1 小尺度实验结果分析

两个麦克风分别接收到不同高度的直接和反射信号的相同脉冲序列，在无绿色屏障的情况下，声音的反射清晰且相对于直接入射波延迟约8ms。在绿色植被存在的情况下，声波反射比较微弱。声屏障的第一次反射比直接信号延迟了14ms到第二个麦克风，植被对反射波的影响显而易见。

实验给出了对应于反射波的八频带解析脉冲的平均声压级和相对吸收系数。比较了有无绿色植物屏障时噪声的水平，结果显示绿化声屏障降噪水平较高。数据显示，所有频率和测量点的相对吸收系数都高于0.5，标准差是0.05。在中高频范围内的吸收系数近似为0.65。在较低的频率下，吸收系数较高，但应注意的是，由于研究所用的时间窗值较小，在这种低频率下的吸收系数有一定误差。

图2 声级对不同屏障的函数

2.2 CadnaA软件评估

当声屏障安装在道路两侧时，声屏障之间发生的多次反射可能导致严重的性能衰减。以绿色植物作为声屏障时，这一衰减将得以改善。为此，使用环境噪声软件CadnaA 对上文所述的测量方法进行了改进。设计了不同距离和高度的接收器。图1是单一声屏障、平行声屏障、平行绿化声屏障在预设条件下的声图。

图1中颜色的变化表明了声音遭遇屏障后发生了减弱。当在设置平行屏障时，多个反射的出现反而增加了道路噪声，导致第一个屏障后面的衰减明显减弱（色调逐渐变为橙色）。设置平行的绿化声屏障之后，其衰减得以恢复。图2显示了距离与噪声声级之间的关系。对三种分析配置结果的比较表明，绿色植物屏障的使用虽然不能完全消除反射效应，但在很大程度上减轻了反射效应。最后，研究了植被与基质之间的距离与屏障设置距离之间的关系，当两者间隔越小时，反射的效果就越明显，绿化屏障所带来的声衰就更好。

3 结语

在实验室进行了声反射和吸声特性的测量。比较了有无绿色植物覆盖时声屏障的隔声效果，发现存在绿色植物时噪声有明显的下降。实测的吸收系数平均值为0.7。所得到的噪声吸收结果合理的考虑了基质和植被的种类。表明了绿化声屏障具有良好的声学特性，可作为道路交通噪声处理的一种新措施。

利用CadnaA软件进行数值预测，验证了绿化系统的有效性，结果表明该系统在一对平行屏障中使用时，能提高噪声屏蔽的性能。绿色植物有效地减少了障碍物之间的多重反射。所提高的吸收能力取决于接收端与声屏障之间的距离，其最大值为4dB(A)。

今后还可以分析不同基质对于噪声吸收能力的影响。数值模拟可以更好地理解各种噪声源环境下的声景，作为一种辅助工具，有助于噪声问题的解决，以及预测噪声源的影响范围。综上所述，绿化屏障可以替代其他类型的传统声屏障，不仅有良好的生态效益和社会效益，还能有效地降低道路交通噪声水平。