公路声屏障的参数分析及优化设计

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1、万方数据第3l卷第4期2010年8月河南科技大学学报：自然科学版JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology：NaturalScienceV01．3lNo．4Aug．2010文章编号：1672—6871(2010)04～0023一05公路声屏障的参数分析与优化设计赵春来，马心坦，郭志军(河南科技大学车辆与动力工程学院，河南洛阳471003)摘要：在声屏障声学设计和测量规范的基础上，提出公路交通声屏障的优化设计方法。通过分析位置、高度、长度等因素对声屏障降噪性及经济性的影响，建立以经济性为目标

2、函数，降噪要求为约束条件的数学模型，运用MATLAB软件进行优化计算。根据公路交通噪声1／3倍频程谱分析插入损失，使结果更精确。通过优化算例与传统方案对比，验证了优化方案在经济性和降噪性方面的优越性。并通过对比声源与受声点距离改变时的算例，分析声屏障建造位置的选择。关键词：交通噪声；插入损失；优化；降噪性中图分类号：TUll2．594文献标识码：AU刖吾近年来，我国机动车保有量持续上升，公路总里程不断增加，在提高车速，推动经济发展的同时，也造成了严重的噪声污染问题，直接影响人们的日常工作和生活。构筑声屏障是有效的降噪方式，目前在国内外运用

3、比较广泛。该方法降噪效果明显，占地面积小，f耳造价昂贵。声屏障尺寸及建筑位置等参数的选取是工程造价的主要影响因素。目前国内外对该领域的研究主要是考虑部分参数对声屏障插入损失的影响，通过增加吸声模块、改变声屏障类型等提高降噪性【1。3j，对位置、尺寸等参数的综合影响及声屏障的工程经济性考虑较少。本文在文献[4]的基础上，通过噪声预测模型综合分析声屏障位置、高度、长度等参数对声屏障经济性及降噪效果的影响。以经济性为目标函数，以声学要求及声屏障设计参数的客观要求等为约束条件建立数学模型，采用MATLAB软件进行优化计算，研究声屏障的优化设计方案

4、，探讨声屏障建造的经济性与降噪特性。该方法通过参数优化选取可以改善声屏障建筑经济性和降噪性能。1公路交通噪声预测与评价1．1交通噪声预测根据环境噪声标准，声压级和声功率"。’级之间的关系式为：￡，=￡，+>：△。。“。。‰。；(1)L。=￡。+10lgro+3，(2)其中：己m为参考点声压级；L。为声源声功率级；∑△，。嗍“。‰。为噪声传播过程中衰减和修正的总和；r。为声源到参考点的距离。声压级的预测模型可以分为两部分：．(1)声源。参考国内外对于公路交通噪声源的处理方法，声源的高度取决于车辆的种类，对于轻型、中型和重型车辆分别取0．35

5、m、0．85m、1．5m，计算中，交通噪声源一般取整体平均高度1m∽1。声源位置取在公路中心线处。车流量大于1000辆／h，长度按照无限长线声源处理¨1。(2)噪声的传播。噪声传播过程中的衰减通常有以下几个部分组成”1：扩散衰减△。，空气吸收衰减△。。地面吸收衰减△⋯。。，声屏障衰减△。。州。，，地面反射修正△。的劬：噪声的衰减与修正见表l。1．2噪声的评价基金项目：国家自然科学基金项目(0672107)作者简介：赵春来(1988一)，男，河南南阳人，硕士生收稿日期：2010—03—13万方数据·24·河南科技大学学报：自然科学版20lO

6、年(1)声压级。由方程(1)、(2)，受声点声压级L。为：Lp=L，0+10igr0+∑△propag。咖。f^cl。n+3，(3)该声压级￡。应当满足《城市区域环境噪声标准》中关于不同区域标准的规定。(2)等效声压级。大量噪声的监测数据表明：按A计权声级测出的声压级更接近人耳对噪声的总体评价，因此本文中受声点处的噪声声压级由其等效A声级来进行估算，轻型、中型、重型车辆分别记为f、m、h。昼问(06：00～22：00)和夜间(22：00—06：00)分别用d和n区别。L枷为第i种车辆在接收点处产生的等效声压级；T为监测时间；通常情况下为1

7、h；N；为第i种车辆在1h内的通过量；秽；为第i种车辆的行驶速度。其方程为¨J：Ⅳ￡。f=10lgi}+LP一16；(4)』l／i整体等效声级为：L。=10lg(ylon¨叫+lo0‘¨e)，(5)其中￡。为背景噪声级。2声屏障插入损失计算2．1无限长声屏障插入损失计算声屏障降噪效果分析是基于前文所述的预测模型，无限长声屏障的插入损失为‘91：△L：=⋯g[蕊瀛卜4百ofi8圳；㈤⋯g[舞】'㈦警呲6=A+B—S。(7)等效频率在计算插入损失时运用比较广泛，但是，有大量的计算结果表明，等效频率在插入损失计算时，精度不能满足要求，故本文中计

8、算时采用1／3倍频带法进行计算，以提高计算精度。式(6)中，△t为1／3倍频程中心频率处的插入损失，i取63—8000Hz∽为不同倍频带处的中心频率值；6为声程差，如图1所示；c为噪声传播的速