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声屏障设计
`目录
第一章总论1
设计目的1
设计任务和内容1
设计内容1
设计要求1
设计原则2
噪声基本知识3
噪声来源3
噪声的危害3
噪声控制技术4
第二章声屏障的相关知识5
声学原理5
绕射5
透射6
反射6
声屏障设计要点7
声屏障设计目标值的确定7
噪声标准7
噪声保护对象的确定8
代表性受声点的确定8
声屏障设计目标值8
位置的确定9
几何尺寸的确定9
绕射声衰减计算9
透射声修正量△Lt的计算13
反射修正量计算13
障碍物声衰减的确定13
地面吸收衰减的确定13
吸声降噪量的确定14
声屏障实际插入损失14
小结15
第四章声屏障的选材16
声屏障的形状的选择16
直立型声屏障16
折板型和弯曲型声屏障16
半封闭型声屏障16
全封闭型声屏障16
声屏障材料的选择16
FC板17
彩钢复合板17
金属隔声板17
本设计采用的声屏障材料18
总结19
参考文献20
第一章总论
设计目的
设计任务和内容
设计内容
本道声屏障主要是保护某小学以及周边居民正常的生活，消减交通噪声对其的干扰影响。
关键受声点选择该小学第一排教学房窗户前一米处为关键受声点。
噪声现场测量值73—75dB，频率为500Hz。
该小学所处路段声环境敏感点现状见表1-1。
表1-1小学所处路段高速公路重要敏感点一览表
敏感点名称
起止桩号
路面与地面高差（m）
与路位置及首排距路中心距离（m）
学校规模、基本情况
备注
某小学
K42+225-k42+380
学校共四栋房，两栋教室、两栋教室宿舍，教室面向公路，宿舍侧向公路。
填方路基，路高房低。
公路南侧紧邻地方公路，两路平行。
设计要求
（1）结合我国《声环境质量标准》（GB3096-2008），设计一生态声屏障；
（2）完成噪声敏感建筑物有关参数和使用标准的确定；根据降噪量设计声屏障尺寸、选择声屏障类型、确定声屏障结构及材料；确定两座建筑物及声屏障之间的相对位置；声屏障的设计除了达到预期的降噪指标外，还应符合景观、结构、造价和养护等方面的要求。
（3）编写设计说明书；
（4）绘制声屏障结构尺寸简图及受声点、声源点及声屏障相对位置图。
设计和计算声屏障结构、材料及在两座建筑物之间的相对位置；声屏障的设计除了达到预期的降噪指标外，还应符合景观、结构、造价和养护等方面的要求。
设计原则
（1）科学性：
首先应正确分析发生机理和声源特性。
是空气动力学噪声、机械噪声或电磁噪声、还是高频噪声或中低频噪声。
然后确定针对性的相应措施。
（2）控制技术的先进性：
这是设计追求的重要目标，但应建立在有可能实施的基础上。
控制技术不能影响原有设备的技术性能或工艺要求。
（3）经济性：
经济上的合理性也是设计追求的目标之一。
噪声污染属物理性污染即声能量污染，控制目标为达到允许的标准值，但国家制定标准有其阶段性，必须考虑当时在经济上的承受能力。
设计依据
（1）《中华人民共和国环境保护法》，2015年1月1日；
（2）《中华人民共和国环境影响评价法》，2016年9月1日；
（3）《中华人民共和国环境噪声污染防治法》，1996年10月29日；
（4）《声环境质量标准》（GB3096-2008）；
噪声基本知识
噪声来源
噪声因其产生的条件不同而分为很多种类，既有来源于自然界的（如火山爆发、地震、潮汐和刮风等自然现象所产生的空气声、地声、水声和风声等），又有来源于人类活动的（如交通运输、工业生产、建筑施工、社会活动等）。
但总的说来，噪声的来源主要有三种，它们是交通噪声、工业噪声和城市环境噪声。
交通噪声主要是由交通工具在运行时发出来的。
如汽车、飞机、火车等都是交通噪声源。
调查表明，机动车辆噪声占城市交通噪声的85%。
车辆噪声的传播与道路的多少及交通量度大小有密切关系。
在通路狭窄、两旁高层建筑物栉比的城市中，噪声来回反射，显得更加吵闹。
同样的噪声源在街道上较空旷地上，听起来要大5-10dB。
工业噪声主要来自生产和各种工作过程中机械振动、摩擦、撞击以及气流扰动而产生的声音。
城市中各种工厂的生产运转以及市政和建筑施工所造成的噪声振动，其影响虽然不及交通运输广，但局部地区的污染却比交通运输严重得多。
因此，这些噪声振动对周围环境的影响也应予重视。
城市环境噪声主要指街道和建筑物内部各种生活设施、人群活动等产生的声音。
如在居室中，儿童哭闹，大声播放收音机、电视和音响设备；户外或街道人声喧哗，宣传或做广告用高音喇叭等。
这些噪声又可以分为居室噪声和公共场所噪声两类，它们一般在80分贝以下，对人没有直接生理危害，但都能干扰人们交谈、工作、学习和休息。
噪声的危害
噪声对人体的影响是多方面的，首先是听觉方面。
噪声强度在85dB以上时，对人体的健康将有危害，最常见的是听觉的损伤。
人们在较强的噪声环境中工作和生活时会感到刺耳难受，时间久了会使听力下降和听觉迟钝，甚至会引起噪声性耳聋。
据调查，在锻工和发动机车间的工人中患噪声性耳聋者可达90%，突然而来的极其强烈的噪声（如150dB）可使人鼓膜破裂、内耳出血而引起爆振性耳聋。
噪声不仅影响人们正常工作，妨碍睡眠和干扰谈话，而且还能诱发多种疾病。
噪声作用于人的中枢神经系统使大脑皮层的兴奋和抑制功能失调，导致条件反射异常，会引起头晕脑胀、反应迟钝、注意力分散、记忆力减退，是造成各种意外事故的根源。
噪声还影响人的整个器官，造成消化不良、食欲不振、恶心呕吐，致使胃溃疡发病率增高。
近年来又发现噪声对心血管系统有明显影响，长期在高噪声车间工作的工人中有高血压、心动过速、心律不齐和心血管痉挛等症状的可能性，要比无噪声时高2-4倍。
噪声对视觉器官也会造成不良影响。
据调查，在高噪声环境下工作的人常有眼痛、视力减退、眼花等症状。
此外，强烈的噪声影响会使仪器设备不能正常运转，灵敏的自控、遥控设备会失灵或失效。
特强的噪声还能破坏建筑物。
噪声控制技术
声学系统的主要环节是声源、传播途径、接受者。
因此，控制噪声必须从这三方面系统综合考虑，采取合理措施，消除噪声影响。
1、噪声源治理：
改进机械设备结构，应用新材料、新工艺来降噪。
改进生产工艺和，或者改变噪音源的运动方式（如用阻尼、隔振等措施降低固体发声体的振动）。
2、在噪声传播途径上降噪：
如采用吸声技术、隔声技术、消声技术、阻尼技术等。
利用地形和声源的指向性降低噪声。
利用绿化降低噪声。
利用闹静分开的方法降低噪声。
3、接受者保护：
在声源和传播途径上无法采取措施，或采取的声学措施仍不能达到预期效果时，就需要接受者进行个体防护的措施。
常用的防声器具有耳塞、耳罩、防声棉或头盔等，它们主要是利用隔声原理来阻挡噪声传入人耳。
第二章声屏障的相关知识
声屏障是降低地面运输噪声的有效措施之一。
一般3～6m高的声屏障，其声影区内降噪效果在5～12dB之间。
当噪声源发出的声波遇到声屏障时，它将沿着三条路径传播（见图：
一部分越过声屏障顶端绕射到达受声点；一部分穿透声屏障到达受声点；一部分在声屏障壁面上产生反射。
声屏障的插入损失主要取决于声源发出的声波沿这三条路径传播的声能分配。
声学原理
绕射
越过声屏障顶端绕射到达受声点的声能比没有屏障时的直达声能小。
直达声与绕射声的声级之差，称之为绕射声衰减，其值用符号△Ld表示，并随着Φ角的增大而增大（见图。
声屏障的绕射声衰减是声源、受声点与声屏障三者几何关系和频率的函数，它是决定声屏障插入损失的主要物理量。
图2-1声屏障绕射、反射路径图
透射
声源发出的声波透过声屏障传播到受声点的现象。
穿透声屏障的声能量取决于声屏障的面密度、入射角及声波的频率。
声屏障隔声的能力用传声损失TL来评价。
TL大，透射的声能小；TL小，则透射的声能大，透射的声能可能减少声屏障的插入损失，透射引起的插入损失的降低量称为透射声修正量。
用符号ΔLt表示。
通常在声学设计时，要求TL—△Ld≥10dB，此时透射的声能可以忽略不计，即△Lt≈0。
当道路两侧均建有声屏障，且声屏障平行时，声波将在声屏障间多次反射，并越过声屏障顶端绕射到受声点，它将会降低声屏障的插入损失，由反射声波引起的插入损失的降低量称之为反射声修正量，用符号△Lr表示。
为减小反射声，一般在声屏障靠道路一侧附加吸声结构。
反射声能的大小取决于吸声结构的吸声系数α，它是频率的函数，为评价声屏障吸声结构的整体吸声效果，通常采用降噪系数NRC。
第三章声屏障设计与计算
声屏障设计要点
（1）声屏障本身必须有足够的隔声量，声屏障对声波有三种物理效应：
隔声（透射），反射和绕射效应，因此声屏障的隔声量应比设计目标大。
（2）设计声屏障时，应尽可能采用配合吸声型屏障，以减弱反射声能其绕射声能。
（3）声屏障主要用于阻断直达声，有效地防止噪声的发散。
（4）作为交通道路声屏障，应注意景,观造型和材质的选用应与周围环境相协调。
（5）声屏障的结构设计，其力学性能应符合有关的国家标准。
声屏障设计目标值的确定
噪声标准
本道声屏障主要是保护某小学以及周边居民正常的生活，消减交通噪声对其的干扰影响。
关键受声点选择该小学第一排教学房窗户前一米处为关键受声点。
该小学所处路段声环境敏感点现状见表1-1。
声屏障设计目标值的确定与受声点处的道路交通噪声值、受声点的背景噪声值以及环境噪声标准值的大小有关。
我国对非城市区域公路未规定噪声排放限值标准，因此，在环境影响评价中，对公路两侧评价范围内所涉及的学校、医院、居民集中的村镇执行的环境标准，可参考公路两侧评价范围环境标准表3-1标准执行：
表3-1 公路两侧评价范围环境标准表
类别
昼间
夜间
0
50
40
1
55
45
2
60
50
3
65
55
4
70
55
0类标准适用于疗养区、高级别墅区、高级宾馆区等特别需要安静的区域。
1类标准适用于以居住、文教机关为主的区域。
2类标准适用于居住、商业、工业混杂区。
3类标准适用于工业区。
4类标准适用于城市中的道路交通干线道路两侧区域，穿越城区的内河航道两侧区域。
穿越城区的铁路主、次干线两侧区域的背景噪声（指不通过列车时的噪声水平）限值也执行该类标准。
由于本设计的设计内容属于以文教机关为主的设计，所以该区域属于1类标准，昼间声压级为55dB（A）。
噪声保护对象的确定
根据声环境评价的要求，确定噪声防护对象，它可以是一个区域，也可以是一个或一群建筑物。
本设计中的噪声保护对象是该小学以及周边的居民区，起止桩号为K42+225-K42+380。
代表性受声点的确定
代表性受声点通常选择噪声最严重的敏感点，它根据道路路段与防护对象相对的位置以及地形地貌来确定，它可以是一个点，或者是一组点。
通常，代表性受声点处插入损失能满足要求，则该区域的插入损失亦能满足要求。
本设计中，考虑道路路段与该小学的相对位置及地形地貌，选择一个敏感点作为受声点进行分析，即测点S，
为距路面边线距离为4m，受声点高度为。
声屏障设计目标值
声屏障设计目标值的确定与受声点处的道路交通噪声值（实测或予测的）、受声点的背景噪声值以及环境噪声标准值的大小有关。
如果受声点的背景噪声值等于或低于功能区的环境噪声标准值时，则设计目标值可以由道路交通噪声值（实测或预测的）减去环境噪声标准值来确定。
本设计中背景噪声值低于功能区的环境噪声标准值，所以，设计目标值为道路交通噪声值与环境噪声标准值得差值。
根据设计参数中测量得到的预测点昼间的最大声压级为75dB，知：
道路交通噪声值为75dB；根据我国1993年颁布实施的《城市区域环境噪声标准》（GB3096-93）中规定的五类区域的城市区域噪声标准值，知：
教学区属1类区，环境噪声标准值为55dB。
即声屏障设计目标值为：
75-55=20dB
位置的确定
根据道路与防护对象之间的相对位置、周围的地形地貌，应选择最佳的声屏障设置位置。
选择的原则或是声屏障靠近声源，或者靠近受声点，或者可利用的土坡、堤坝等障碍物等，力求以较少的工程量达到设计目标所需的声衰减。
根据以上的选择原则，本设计将声屏障设在人行车道与自行车道交接边，即靠近受声点一侧。
几何尺寸的确定
根据设计目标值，可以确定几组声屏障的长与高，形成多个组合方案，计算每个方案的插入损失，保留达到设计目标值的方案，并进行比选，选择最优方案。
当声源为一无限长不相干线声源时，其绕射声衰减为：
（3-1）
式中：
f—声波频率，Hz
δ=A+B-d为声程差，m
c—声速，m/s
（3-2）
m（3-3）
H为声屏障的高度，
为有效频率
图3-1各方案相对位置图
方案一：
受声点高度为，声源即车辆平均高度为，等效频率f=500Hz,由公式3-3，可选取声屏障的总高度为3m，长度为（经
夹角理论计算），声屏障距公路中心为7m，受声点距公路中心线为11m，位置如图3-1（a）所示。
A=
=
B=
=
d=
=11
δ=A+B-d=
=
=
有限长声屏障的遮蔽角百分率=
，由图3-2查得修正后
。
方案二：
受声点高度为，声源即车辆平均高度为，等效频率f=500Hz，声屏障的总高度为，长度为（经
夹角理论计算），声屏障距公路中心7m，受声点距公路中心为11m，位置如图3-1（b）所示。
A=
=
B=
=
d=
=11
δ=A+B-d=
=
=
有限长声屏障的遮蔽角百分率=
，所以，经修正后
dB
方案三：
：
受声点高度为，声源即车辆平均高度为，等效频率f=500Hz，声屏障的总高度为，长度为（经
夹角理论计算），声屏障距公路中心8m，受声点距公路中心为11m，位置如图3-1（c）所示。
A=
=
B=
=
d=
=11
δ=A+B-d=
=
=
有限长声屏障的遮蔽角百分率=
%，经
dB。
图3-2有限长度的声屏障及线声源的修正图
透射声修正量△Lt的计算
若声屏障的传声损失TL-△Ld＞10dB，此时可忽略透射声影响，即△Lt≈0。
若TL—△Ld＜10dB，则可按照下面公式计算透射声修正量△Lt。
（3-4）
其中TL为声屏障的传声损失，它表示构件隔声性能的大小。
根据前面计算所得目标值再加上安全值15dB，则TL-△Ld＝35—＝＞10dB。
此时可忽略透射声影响，即△Lt≈0
反射修正量计算
反射声修正量取决于声屏障、受声点及声源的高度，两个平行声屏障之间的距离，受声点至声屏障及道路的距离以及靠道路内侧声屏障吸声结构的降噪系数NRC。
因为反射声修正量与隔声屏计算关系不大，所以可以不考虑。
障碍物声衰减的确定
如果在声屏障修建前，声源和受声点间存在其他屏障或障碍物，则可能产生一定的绕射声衰减，由它们产生的声衰减称之为障碍物声衰减，用符号
表示。
由于教室与马路之间没有什么建筑物和其它障碍物，所以障碍物声衰减
≈0dB。
地面吸收衰减的确定
如果地面不是刚性的，则会对传播过程中的声波产生一定的吸收，从而会使声波产生一定的衰减。
由地面吸收产生的声衰减称之为地面吸收声衰减，用符号△LG表示。
因为小学离公路较近，地面吸收衰减可忽略不计。
隔声屏外侧贴一层由微空穿板构成的吸声材料，由材料吸声系数表3-2可以查到当声波的频率500Hz时吸声材料的吸声系数α=。
则隔声屏障吸声降噪量可由公式
（2）确定。
表3-2几种材料的吸声系数表
材料
频率（Hz）/吸声系数
125
250
500
1000
2000
4000
超细玻璃棉
双层阻抗复合板
微穿孔板
本设计选用微穿孔板作为吸声材料，吸声系数
=
（3-5）
式中：
—吸声系数；
—吸声前的总声压；
—吸声后的总声级。
则隔声屏障吸声降噪量△dB=-10lg（）=-10
（）=（A）
声屏障实际插入损失
考虑到其它障碍物和地面声吸收的影响，方案一声屏障实际插入损失为：
因为教室前的声压级
方案二声屏障实际插入损失为：
因为教室前的声压级
方案三声屏障实际插入损失为：
因为教室前的声压级
所以，三个方案皆可达到降噪目标。
小结
综合考虑经济性和插入损失计算的比较，选择方案一。
声屏障的高度为3m，长度为192m，声屏障距离受声点4m，距离马路中心线7m。
但是由于路高房低,高出1m，而声屏障又处在马路上面，加上防撞墙的高度，所以声屏障在马路上面的实际高度只有，这样大大的节约了材料成本，而且还能达到降噪目的。
第四章声屏障的选材
声屏障的形状的选择
声屏障按几何形状一般可分为直立型、折板型、弯曲性、半封闭性和全封闭型。
指竖立在道路边缘的平面反射型障板。
由于直壁型声屏障用材简易、施方便、造价较低、与环境有较好的融合性，在国内外有广泛的应用。
其特性一般可通过增加其高度进行有效的改善,尽管高度增加1m可带来IL增加（A）的效益。
但同样带来了降低教学区采光度、干扰司机视线等负效应。
折板型和弯曲型声屏障
一般用于降噪要求较高但声屏障高度又有一定限制的场合。
把声屏障上部折向道路方向，面向道路的一侧做成吸声表面，可以达到很好的降噪效果。
声屏障的支撑件多采用H型钢。
折壁型声屏障可增加声程差，提高降噪效果。
半封闭型声屏障适用于城市交通干道和两侧高层建筑密集区,其降噪效果非常好。
全封闭型声屏障适用于城市的高架桥,既有效地降,又可防止高空杂物坠落,但其造价低了交通噪声较高。
声屏障材料的选择
国内的声屏障如按声学性能分类可分为吸声型（金属吸隔声板）、隔声型（PC板）、混合型（吸声与隔声的混合型），这些声屏障其实际效果一般为3-5dB。
FC板
FC纤维水泥加压板简称FC板，声屏障生产单位用FC穿孔板作声屏障面板，用在高速公路上，主要优点成本低、声学效果一般，最大问题由于其吸水率大于17%，用在室外易风化，寿命短，且不美观。
PC板
PC板又称为聚碳酸酯耐击板，PC板具有耐冲击、阻燃的特性。
6mm厚的PC板平均隔声量，隔声指数24dB，国内第一代声屏障用的较多，主要优点制作方便，有一定隔声效果，最大缺点成本不低，有眩光，吸声效果不佳。
彩钢复合板
彩钢复合板具有结构形式灵活，式样多，美观，自重轻，隔声性能好，安装简便、快速等优点。
它是两面采用厚度－mm的彩涂钢板，中间填入阻燃型聚苯乙烯板，测试结果进一步显示吸声彩钢复合板在400～800Hz频段上其吸声系数均大于，表明本材料对中频声吸收效果更佳。
因公路交通噪声主要为中低频声音，其能量分布在500Hz附近，所以本材料良好的吸声性能对降低公路交通噪声较为有利。
因此用彩钢复合板制成的声屏障吸声构件，在具体公路声屏障建设使用中能有效地降低在双侧屏障存在时，因声反射对行车道区域声环境所产生的污染。
金属隔声板
它的结构设计，综合了薄板共振吸声结构及穿孔板吸声结构。
主要特点：
吸隔声板由前板与后板组成，其厚度由50－200mm，中间由吸声材料与空腔组成，空腔的厚薄根据噪声的声源频率来决定。
本设计采用的声屏障材料
根据目标值20dB，需要加上10~15dB的安全值，此设计中选取安全值为15dB，因此需要选隔声量为35dB或更高的声屏障。
经过表4-1选择比较
表4-1常见双层墙的平均隔声量
材料及结构的厚度
（mm）
面密度
（kg/
）
平均隔声量
（dB）
双层1厚铝板（中空70）
30
双层1厚铝板涂三厚石漆（中空70）
双层1厚铝板+厚镀锌铁皮（中空70）
双层2厚铝板（中空70）
双层2厚铝板填70厚超细棉
50厚五合板蜂窝板+56中空+30厚五合板蜂窝板
双层厚钢板（中空70）
综上所述，考虑到隔声量、是否产生吻合效应的比较，本设计选择双层厚钢板（中空70），其面密度为
，平均隔声量为。
声屏障参数见表4-2：
表4-2声屏障参数
隔声屏障参数
数值
形状
直立型
材料
双层厚钢板（中空70mm），
面密度
m
高度
3m
长度
192m
地基深度
1m
总结
本次课程设计，我们的主要任务是设置一个声屏障，来保护小学以及周边居民正常的生活，减轻交通噪声对其的干扰影响。
关键受声点选择该小学第一排教学楼窗前1米处，起止桩号K42+225-K42+380,实质是进行声屏障的声学计算和声屏障位置、材料和形状的选择。
经过计算分析和比较，选择了方案一，确定了本次设计的降噪目标值为20dB，声屏障高度为3m，但由于路高房低1m，又设置了米的防撞墙，实际上所用的材料高度为米，声屏障的长度由15度夹角理论算出为192m，受声点高度为，声源即车辆平均高度为，等效频率f=500Hz,声屏障位置距公路中心为7m，受声点距公路中心线为11m，形状为直立型，材料选择双层厚钢板（中空70mm），其平均隔声量大于35dB，符合降噪目标。
同时也可以在声屏障外面绘制广告或其它宣传画等，以增加隔声墙的美观性。
通过这次课程设计，让我对噪声控制工程这门课有了进一步的认识。
这次课设是对这门课程的一个总结，对噪声控制知识的应用。
设计时要有一个明确的思路，要考虑多种因素包括环境条件和材质的性质等再选择合适的设计参数，通过这次设计对我独自解决问题的能力也有所提高。
参考文献
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化学工业出版社，2001，5
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海洋出版社，1992
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