隔聲屏障

隔聲屏障

隔聲的設施
隔聲屏障(sound insulation screen)是一個隔聲設施。它為了遮擋聲源和接收者之間直達聲,在聲源和接收者之間插入一個設施,使聲波傳播有一個顯著的附加衰減,從而減弱接收者所在的一定區域内的噪聲影響。随着我國車輛的急劇增加和道路交通的快速發展,道路噪聲影響日益嚴重,提高隔聲屏障降噪性能的研究成為重點。[1]
    中文名:隔聲屏障 外文名:Sound Insulation Screen 别名: 原理:聲源和接收者之間直達聲 分類:普通、阻性、微孔闆、複合式 效果:隔聲設施 選用原則:降噪效果好、結構安全、經濟等

定義

在聲源和接收點之間,垂直插入一個有足夠面密度的密實材料壁闆或牆壁,使聲波在傳遞中有一個顯著的附加衰減,這樣的“障礙物”即稱聲屏障。

作用

隔聲屏障的作用就是阻止直接聲的傳播,隔離透射聲、并使反射聲有足夠的衰減。因此,聲屏障的隔聲衰減也就是利用聲波反射原理設計建築的。聲波(噪聲)在傳播途中,若遇到障礙物(聲屏障)時,會發生反射,于是在障礙物背後的一定距離範圍内形成了“聲影區”,其區域的大小取決于聲音的大小(即頻率),從這一點看出,聲屏障隔聲衰減與各個中心頻率值有密切關系。

從圖中可以看出,由于高頻聲聲影區大,波長短,所以最容易被阻擋,其次是中頻聲、而在聲屏障後面形成的聲影區中所産生的低頻聲,由于波長長,盡在屏障周圍盤旋,它最容易繞射過去,因此對周圍的環境還是會産生一定的影響,所以聲屏障對其低頻噪聲的影響隔聲效果是較差的,經實測證明:聲屏障對于頻率在250Hz以下的低頻聲的隔聲衰減不明顯,但是對中、高頻聲隔聲衰減效果較好。

隔聲特性

聲音的頻率增加一倍,屏障的降噪量增加3分貝。屏障的高度加倍,其減噪量增加6分貝。如果接收點從遠場移近到和聲源到屏障的距離相等的地方,各頻率的降噪量均增加3分貝。如果聲源和接收點的距離以及屏障的高度都是固定的,屏障位于聲源和接收點之間的中間位置時,其降噪量最小。所以設立屏障的最佳位置是接近聲源或接近接收點。

減噪量計算

噪聲在傳播過程中遇到障礙物時,若障礙物的尺寸遠大于聲波波長,大部分聲能被反射,一部分發生衍射,而透射聲的影響可以忽略不計。通常,聲屏障的隔聲效果可以采用減噪量來表示。

在聲源S和接收點R之間插入一個聲屏障,設聲屏障無限長,其後形成一個聲影區。聲影區的減噪量與噪聲波長、聲源和接收點之間的距離等因素有關,引入參量菲涅耳數N,估算隔聲屏障的減噪量:

N=2δ/λ;δ=(α+b)-(r+d)

δ為有屏障和無屏障時聲源到接收點之間的最短距離之差;λ為聲波波長。

在半自由聲場(如室外開闊地)中,聲屏障的減噪量RN與N的關系表:

N

-0.1

-0.01

0

0.1

0.5

1

2

3

5

RN/dB

2

4

5

7

11

13

16

17

21

聲屏障的減噪量RN與N的關系表

當N為正值時,用波的衍射理論和邊緣的近場修正,可以得到聲屏障的減噪量近似計算公式:

由上式可知,當N趨近于0時,RN近似于5dB,也就是說,當屏障的高度接近聲源和接收點的高度時,還有5dB的減噪量。

N為負值時,表示屏障未遮擋聲源和接收點之間的直達聲,這時最大降噪效果為5分貝。N值增加,降噪量随之增加,但實測最大降噪量為24分貝。所使用的屏障材料,應使各頻率隔聲量比無限長屏障的隔聲量高6分貝以上。

如果聲源和接收者都在地平面上,聲源和屏障之間的距離為r,接收者和屏障之間的距離為d,屏障的高度為h,并且滿足d>=r>=h,則屏障的降噪量為:

對于點聲源,屏寬比屏高大出5倍以上,就可近似作為無限長屏障處理。

在室内(相當于半混響聲場),屏障的減噪量與聲源的性質以及室内的房間常數等因素有關。對于混響聲場,并且接受點在聲源的遠場範圍内的情況,聲屏障沒有減噪效果。因此,如果在室内設置聲屏障,應要求室内具有較高的聲吸收,減小室内混響,從而使聲屏障獲得較好的減噪效果。

室外的聲屏障一般采用磚或混凝土結構,室内的聲屏障可用鋼闆、木闆、塑料闆或石膏闆等結構,闆式聲屏障可用0.5-1.0mm厚的鋼闆附加阻尼層和吸聲層構成;簾幕式隔聲屏障可用人造革護面中間附加柔軟纖維材料構成。

結構

室外的隔聲屏障一般采用磚或混凝土結構,室内的隔聲屏障引用鋼闆、木闆,PMMA/POLYCARBONATE SHEET塑料扳、石膏闆和泡沫鋁等結構。隔聲屏障主要由鋼結構立柱和吸隔聲屏闆兩部分組成,立柱是隔聲屏障的主要受力構件,它通過螺栓或焊接固定在道路防撞牆或軌道邊的預埋鋼闆上;吸隔聲闆是主要的隔聲吸聲構件,它通過高強彈簧卡子将其固定在H型立柱槽内,形成聲屏障。隔聲屏障的設計已較為充分地考慮了高架高速道路、城市輕軌、地鐵的風載、交通車輛的撞擊安全和全天候的露天防腐問題。它外形美觀大方,制作精緻,運輸、安裝方便,造價低,使用壽命長,特别适用于高架高速道路和城市輕軌、地鐵的防噪聲使用,是現代化城市最理想的隔聲降噪設施。

隔聲屏障高度在1m一5m間,覆蓋有效區域平均降噪達10~15dB(125Hz~4000Hz,1/3倍頻程),最高達20dB。一般來講,隔聲屏障越高,或離隔聲屏障越遠,降噪效果就越好。

分類

根據材質分,主要有:全金屬隔聲屏障、全玻璃鋼隔聲屏障、耐力闆(PC)全透明隔聲屏障、高強水泥隔聲屏障、水泥木屑隔聲屏障等;

根據輪廓形式分,主要有:直立隔聲屏障、直立小弧隔聲屏障、全封閉隔聲屏障;

根據組合形式分,主要有:全透明隔聲屏障、全不透明隔聲屏障、吸隔聲闆與透明材料組合型隔聲屏障;

根據面闆形式分,主要有:波浪闆、百葉闆、平闆穿孔型隔聲屏障。

隔聲屏障常見的四種類型分别是,阻性聲屏障,普通透明聲屏障,微孔闆透明聲屏障以及複合式聲屏障。

阻性隔聲屏障

阻性隔聲屏障由前闆,後闆,側闆構成一個封閉的箱式結構,形成一個模塊化單元。前闆為穿孔率為穿孔率25%的鍍鋅鋼闆,後闆和側闆為不穿孔的鍍鋅鋼闆,(從美觀角度考慮,也可用彩色鋼闆)。兩層闆之間内填防潮離心玻璃棉闆,吸聲材料用聚氟乙烯薄膜覆蓋。立柱為12#工字鋼,柱間距2m。立柱插于鋼筋混凝土的基礎内。将标準闆插入工字鋼之間,用緊固件加以固定,安裝,維修,更換極為簡便。

普通透明隔聲屏障

普通透明隔聲屏障采用透明的聚碳酸酯闆(又稱PC闆),因為是透明,隔聲屏障的景觀感較好,比較容易溶入周圍的環境。顔色可選。

微孔闆透明隔聲屏障

微孔闆透明隔聲屏障有2層,它應用了微孔吸聲原理,在1層聚碳酸酯闆上穿許多直徑為0.8mm的小孔,穿孔率1%。另一層聚碳酸酯闆不穿孔,兩層闆之間的間距為100mm。它相當于一個單層微孔吸聲結構,解決了吸聲和透明之間的矛盾。由于聲波的作用,微孔并不會被灰塵堵塞。

複合式隔聲屏障

複合式隔聲屏障兼有透明和不透明隔聲屏障的優點。它的一半是阻性隔聲屏障,另一半是透明隔聲屏障,由兩者複合而成。以上4種隔聲屏障的高度可根據設計要求自由組合,亦可根據需求定制路屏。

選用原則

隔聲屏障材料選用總的原則是降噪效果性能良好、結構安全可靠、材料價格經濟、安裝成本低、經久耐用、使用壽命長、景觀協調、美觀大方等方面。具體說明如下:

(1)隔聲量大:平均隔聲量應不小于35dB;

(2)吸聲系數高:平均吸聲系數應不小于0.84;

(3)耐侯耐久性:産品應具有耐水性、耐熱性、抗紫外線、不會因雨水溫度變化引起降低性能或品質異常。産品采用鋁合金卷闆、鍍鋅卷闆、玻璃棉、H鋼立柱表面鍍鋅外理防腐年限在15年以上。

(4)美觀:可選擇多種色彩和造型進行組合,與周圍環境協調,形成亮麗風景線。

(5)經濟:裝配式施工,提高工作效率,縮短施工時間,可節省施工費及人工費。

(6)方便:與其它制品并行安裝,易維修,更新方便。

(7)輕便:吸音闆系列産品具有自重輕特點,可減輕高架輕軌、高架路的承重負荷,可降低結構造價。

(8)防火:采用超細玻璃棉,由于其熔點高,不可燃,完全滿足環保和防火規範的要求。

(9)高強度:結合我國各地區不同的氣候條件,在結構設計時充分考虛風荷載。通過生産線壓制凹槽增加強度。

(10)防水、防塵:材料設計時充分考慮防水、防塵,在揚塵或淋雨環境中其吸聲性能不受影響,構造中已設置排塵排水措施,避免構件内部積水。微穿孔共振空腔吸聲在淋雨環境中吸聲性能不受影響,針對中低頻降噪特别明顯。

(11)耐用:産品設計已充分地考慮了道路的風載、交通車輛的撞擊安全和全氣假的露天防腐。産品采用鋁合金卷闆、鍍鋅卷闆、玻璃棉、H鋼立柱表面鍍鋅處理。在質保期内不腐蝕、不變型、吸聲、隔聲效果不降低。

應用範圍

隔聲屏障主要用于鐵路和公路沿線,

隔聲屏障主要用于高速公路、高架複合道路、城市輕軌地鐵等交通市政設施中的隔聲降噪、控制交通噪聲對附近城市區域的影響,也可用于工廠和其它噪聲源的隔聲降噪。

隔聲屏障分為純隔聲的反射型聲屏障,和吸聲與隔聲相結合的複合型聲屏障,後者是更為有效的隔聲做法。大多數的隔聲屏障都選用吸聲和隔聲混合型的産品,該型産品的特點是對道路噪聲的産生和傳遞特征有針對性地控制。如汽車與道路摩擦聲或機車與軌道摩擦聲在道路下部,聲音有通過屏體上部繞射的特征,所以在設計上采用上下吸聲,中間隔聲的結構,這樣可以有效地減弱噪聲的繞射;隔聲屏障的中間使用透明的反射型隔聲闆,能有效地中斷聲波的傳播途徑;同時也為司機和居民提供一個開闊的視野環境。建築聲學領域,通過聲學治理,控制混響時間及室内聲環境,滿足專業場館要求。

注意事項

公路聲屏障安裝注意事項

公路聲屏障按照國家相關的檢驗标準進行材料、強度、工藝等方面進行現場檢查。檢查聲屏障安裝質量及外觀尺寸和效果,依照《公路工程質量檢驗評定标準》(JTG F80/1—2004)環境保護中聲屏障質量标準進行質檢。具體說明如下:

(1)基礎的埋置深度、材料質量符合設計要求。

(2)金屬立柱的規格、材質不應低于設計要求。

(3)所使用的焊接材料和緊固件必須符合設計要求和現行标準的規定。焊接不得有裂紋、未熔合、夾渣和未填滿弧坑缺陷。

(4)金屬立柱、聯接件和聲屏障屏體在發運裝卸車時,應采取可靠措施防止構件運輸途中變形或損壞防腐處理層。嚴禁安裝變形的構件。

(5)固定螺栓緊固,位置正确,數量符合設計要求,封頭平整無蜂窩、麻面。

(6)屏體與基礎的聯接縫要密實,符合設計要求。

鐵路、輕軌聲屏障安裝注意事項

鐵路、輕軌聲屏障除公路聲屏障安裝時提到的注意事項外,還應注意聲屏障工程與軌道交通特殊要求的協調,聲屏障基礎及屏體安裝相關的質量應符合《鐵路軌道工程質量檢驗評定标準》及《城市軌道交通工程質量驗收标準》相關部分要求。

相關研究

為解決采用無機纖維類多孔吸聲材料聲屏障存在低頻效果差的問題,開發了一種由微穿孔闆、共振闆、阻尼層加鍍鋅鋼闆組成的複合共振吸隔聲屏障,并基于仿真分析和實驗探讨了材料孔徑、組合結構、使用環境等對新型複合共振吸隔聲屏障的隔吸聲性能的影響。該複合共振吸隔聲屏障與常用材料相比,在成本基本相同的情況下,對變電站低頻噪聲的隔聲和吸聲性能均有了較大提高,并且材料更環保、耐腐蝕,便于施工和維護。

對帶有隔聲屏障的街道峽谷内流場和污染物濃度場進行了數值模拟,探讨了風速、隔聲屏障高度及與建築物間的距離對流場及污染物擴散的影響。街谷内由1個穩定的主渦及街角兩側隔聲屏障所在區域的3個附屬渦組成。隔聲屏障改變了街谷底部的流型,提高了街谷内的x、y方向速度峰值,但在隔聲屏障附近區域x方向速度場明顯減弱,這也是污染物聚集原因之一。

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