高速公路噪声预测及声屏障降噪效果研究

李新洪

（广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司，广东 广州 440111）

在高速公路中，交通的格局正在不断变化，导致噪声污染的影响范围变大，人们在长时间的噪声污染中生活，就会对听力产生损伤，甚至会出现耳鸣、头痛等情况，严重的会完全丧失听力。所以，对高速公路进行降噪处理是刻不容缓的，为了保证人们的健康，噪声的允许范围是在55 ～70 分贝，通过声屏障的方法进行降噪，可以使噪声稳定控制在这一范围内，保证了降噪的效率。

1 声屏障的降噪方法及设计

1.1 声屏障的降噪方法

声屏障主要是采用隔声和吸声这2 个方法来进行降噪处理，其中隔声就是当噪声的声波达到屏障后，一部分会绕过屏障达到接收点，还有一部分就是直接穿过屏障，剩下的大部分会在屏障的表面产生折射，返回到原来发出噪声的位置上，从而达到隔声降噪的方法。在进行反射的时候，声波通过在道路两旁设立的隔声屏障时，会出现多次反射的情况，直至屏障某一点对损坏，丧失了反射的功能，导致声波透过屏障直达接受噪声的位置，所以声屏障在进行建造的时候，要保证屏障的质量，减少损失。吸声降噪的方法则是在声屏障的面向噪声的那一面粘贴相关的吸声材料或者是安装吸声的结构，当噪声想透过声屏障的时候，一大部分会被吸声材料所吸收，还有一部分被折射，剩下的一部分才会继续传播，提升了降噪的效率。在采用这一吸声降噪的方法时，吸声材料的选择就尤为的重要，要选择吸声效果好的，例如，可以选择多孔吸声材料，这一材料对高频噪声的吸收效果非常好，因为高频噪声是能保证吸声孔内的空气迅速流动，消耗比较多的声能，从而保证了降噪的效果。

1.2 主要设计流程

在对声屏障进行建造和设计的时候，首先，要确定通过声屏障进行降噪的主要目标，也就是声屏障的损失值，这是分析其降噪效果的主要数值。在确定目标的时候，要根据高速公路上的交通噪声和背景环境噪声来确定，如果环境噪声低于交通噪声，那么，目标值就有交通噪声来确定，交通噪声主要包括车的数量、车速、鸣笛的频率等。其次，就是要利用公路所处的地形特点和地貌特征来进行设计，要对想设置屏障周围的环境和地形特点进行调查，通过不同的地形来设计出与之相吻合的声屏障，使得降噪效果大大增强。最后，就是要对声屏障设置的位置和其自身的尺寸进行确定，通过对公路位置、噪声危害的对象位置进行调查，并详细地了解公路旁的建筑、地貌，选择出最优的声屏障位置，尽量选择靠近高速公路的位置，由于高速公路上的噪声，具有持续性、噪声强度大、频率高等特点，所以屏障设置的越近，降低噪声的效果也就越好，例如，可以设在高速公路的路肩外侧位置上。而声屏障的尺寸设计，由于要基于道路形式安全条例来进行设计，所以就不能把声屏障设计的过高过长，一般在高速公路上，声屏障的高度尽量在6m 以下，按照其实际情况来进行调整，长度则与高速公路的长度相同就可以，这样的设计就会保证其降噪效果更好，也符合了高速公路自身的特点。

2 高速公路中的噪声预测

2.1 预测数值的确定

为了保证高速公路上的噪声不会影响远处居民的生活，就要对其产生的噪声进行预测，要根据噪声的数值来进行降噪处理。由于汽车在高速公路行驶的过程中，加速、刹车、鸣笛等一系列的操作都会对人们产生噪声方面的污染，在预测的时候也会出现一些不稳定的因素，所以就可以将其简化成模拟汽车沿着公路直线均匀行驶，使得噪声的预测更加稳定。在进行模拟预测的时候，也要考虑噪声在传递的过程中存在的空气、地面、声屏障等方面的影响。在调查的过程中，行驶在高速公路上的汽车大体分为大型车、中型车以及小型车，其中小车在昼间的流量为1950 辆/小时，夜间的数量为391 辆/小时，中型车在昼间为590 辆/小时，夜间为120 辆/小时，大型车的昼间数量为850 辆/小时，夜间为172 辆/小时。在对速度进行测量后发现，小型车昼间的行驶速度最快，达到了100km/h，中型车次之，大型车最慢，为80km/h，在夜间行驶的时候，各类型汽车由于受到视线的影响，速度都会下调20%。

2.2 噪声预测模型

通过上述对高速公路上汽车数量及行驶速度的测量，得到了相关的预测数据，根据这一数据就可以构建出噪声预测的模型，根据我国规定的声音环境标准，将交通干线，包括高速公路、一级公路、二级公路、城市快速路、城市主干路、城市次干路、城市轨道交通（地面段）、内河航道等边界线外一定距离内的区域划分为4a 类声环境功能区。距离的确定方法如下：（1）相邻区域为1 类声环境功能区，距离为50m±5m；（2）相邻区域为2 类声环境功能区，距离为35m±5m；（3）相邻区域为3 类声环境功能区，距离为20m±5m。（4）各地划分时，应按照以上规定的距离范围确定具体值。当临街建筑高于三层楼房以上（含三层）时，将临街建筑面向交通干线一侧至交通干线边界线的区域定为4a 类声环境功能区。4a 类区昼间噪声标准低于70 分贝，夜间噪声小于55 分贝；2 类区昼间噪声标准需小于60 分贝，夜间噪声需要小于50 分贝。在噪声预测的时候，公路两边40m 以内的范围采用的是4a 类的标准，其他的区域则可以根据实际的情况和当地的要求进行选择。在进行预测的过程中，要根据噪声的预测公式来进行计算，预测公式主要包括车速、车流量、车道中心到预测点的距离、等效声级的时间等等内容，通过计算可以了解不同汽车所产生的噪声级别，由LOE来表示。

式中，VL、VM、VH表示了各个车型的行驶速度，所处的公式就是这一车型造成的噪声，通过计算就可以了解公路中实际产生的噪声情况，为后续的降噪提供了数据基础。

2.3 噪声预测结果

通过对噪声的预测发现，越靠近高速公路两侧，噪声值越大。在距离公路35m 的位置，昼间噪声达到了76 分贝，夜间噪声也达到了66 分贝，大大地超过了国家规定的噪声范围。而在距离高速公路650m 的位置居住了大量的居民，这部分居民深受噪声的污染，通过预测发现，这一位置在昼间的噪声有62 分贝，夜间的噪声为52 分贝，也高出了国家规定的2 类噪声限制标准。在距离高速公路950m 的地方，昼间的噪声仍没有得到缓解，仍然处于60 分贝以上，严重影响了居民的日常生活，具体的噪声预测如图1 所示。

图1 高速公路噪声预测结果

通过上述的结果可以发现，高速公路一公里范围内，噪声的分贝值是非常大的，严重地影响了正常的生活。而随着社会的不断发展，各个土地资源的利用率逐渐上升，高速公路两侧的土地也要得到充分的运用，但是在运用前，就要先解决噪声污染严重这一问题，只有进行了降噪处理，避免对公路两侧产生影响，才能对此区域进行开发。

3 高速公路声屏障降噪效果及措施分析

3.1 声屏障处理的效果

预测了高速公路的噪声后，发现噪声是非常大的，而且严重影响了社会的发展，那么就要对噪声进行降低，采用了声屏障的方法对其降噪处理。主要是在高速公路两侧35m 的距离内设置声屏障，在设置声屏障的时候，尽量利用两侧的土坡、障碍物等位置，使其能够提升自己的高度，从而减少屏障的阴影区域，达到降噪的效果。如果高速公路中出现了通道等结构，需要在声屏障附近设置防护栏，既保护了人员的安全，也保证了声屏障不被破坏。如果高速公路路线较长，那么，声屏障也会适当延长。声屏障投入使用后，效果显著，图2 是加入声屏障后的噪声预测结果。

图2 加入声屏障后的噪声预测结果

从图2 中可以发现加入声屏障后，靠近高速公路的地方，昼间噪声已经可以控制在65 分贝以下了，夜间的噪声也低于了55 分贝，符合国家规定的噪声限制。而在距离高速公路650m 的位置，昼间的噪声在58 分贝左右，夜间的噪声降低至48 分贝，也满足了国家2 类噪声限制的要求。通过这些数值就可以发现，加入声屏障之后，公路产生的噪声大大的降低，不仅可以满足周围居民对噪声的要求，同时也能丰富高速公路两侧的使用功能，利于城市可持续的发展。虽然目前声屏障的降噪效果已经符合国家标准，但是如果想居住的环境更加舒适，就需要对声屏障的结构进行完善，尽量减少屏障在建设后对周围地面环境的影响，提升屏障吸音的效果，尽量把噪声降至45 分贝以下，这样才能保障了人们的日常生活，减少噪声污染的产生。

3.2 声屏障结构优化

采用声屏障的方法进行降噪处理，虽然可以有效降低噪声的产生，但是还可以进一步进行优化。通过调查发现，目前，在高速公路的设置中，隔声屏障的方式使用的比较多，但是这种降噪方法需要比较多的建筑空间，而且容易对行驶汽车的司机产生影响，所以尽量采用吸声屏障的方式来进行降噪。可以采用空腔共振的结构，进行吸声降噪，要确定共振的频率，同时，根据声屏障的材料，来确定空腔的深度，然后就要确定穿孔的长度，如果空腔内不填充相关的吸声材料时，那么频带的宽度需要在一个合适的范围内进行，一般不超过共振频率的2 倍范围。选择吸声材料的时候，要选择吸声系数比较高的材料，这样在空腔内进行填充时，就能更好地控制声音的传播，实现降噪效果。在对吸声材料进行填充后，会使得共振的频率逐渐降低，降低的幅度和材料的吸声系数有一定的关系。在选择穿孔板结构的时候，不仅要选择吸声系数高的，而且频带宽度也比较大，这样才能更好地控制声音阻止的频率，频率的数值一般是在1.5～2.0 的范围内。综上来看，进行声屏障优化的时候，要优化穿孔板本身的声阻功能，在穿孔板的背后采用具有阻挡声音的材料，同时在空腔内填充吸声效果好的材料，从多方面来对声屏障的结构进行优化，从而使得其降噪效果得到大幅提升。

3.3 降噪的主要措施

噪声传播的过程大体分为3 个部分，分别是声源、传播途径以及接收点，所以在进行降噪的时候，选择的材料尽量是低噪声的，同时，进行交通管制这一辅助措施，从材料、人员等多方面进行降噪处理，既保证了高速公路的造价成本，也降低了噪声的产生。但是，由于交通管制会影响一部分高速公路的正常运行，造成堵车的情况，所以在进行辅助使用的时候，也要根据实际情况来选择，尽量避免节假日等车流量较多的时间。降噪处理的时候，要确定噪声处理的负责人，一旦高速公路的噪声超过了国家规定的范围，那么就要对这部分人员进行追责，从而使人员在进行降噪处理的时候更加负责，从根本上提升了降噪的效果。在噪声传播的过程中，使用声屏障是可以大大地减少噪声的传播，既不影响公路两侧的环境，不占用过多的土地资源，也能使降噪效果明显，只要投入使用就会稳定地降低噪声传播，抗干扰的能力比较强，尤其是在声屏障的结构优化后，降噪的效果会更好。从接收点的角度来看，进行降噪的主要措施就是可以安装隔声窗，尽量把卧室的位置调整到背向噪声区域的地方，减少噪声的污染，可以满足高速公路周围居民的声音需求，但这一措施可能影响空气流通，不利于长久使用。此外，声屏障的建造并不是一劳永逸的，所以在后续开发高速公路周围土地的时候，还应该对四周的区域进行合理布局，尽量减少车流量的增多，可以在声屏障的外侧再种植一些绿植，尽量起到辅助降噪的作用。沿线区域在建造的时候，可以选择建设体育馆、运动场等对噪声标准没有那么高的建筑设施。

4 结语

综上所述，对高速公路上的噪声进行预测，并通过声屏障等方法来进行降噪处理，可以保障噪声稳定在允许的范围内，减少了噪声的危害。在对噪声预测的时候，发现，距离高速公路600m 的位置仍然存在噪声，导致大片的区域不能得到多功能使用，可能造成资源的浪费。所以在进行声屏障降噪后，缩短了噪声的影响距离，丰富了高速公路两侧的使用功能，利于城市的可持续发展。