1、内蒙古工业大学噪声控制工程课程设计 第一章 绪论1.1 设计目的 通过本课程设计环节的进行，目的是使学生通过对环境噪声控制技术基础课程学习中的理论、原理部分有更深入的认识，培养学生的科学研究能力，在一定程度上具备分析问题和解决问题能力，具备简单的工程设计能力。通过简单的噪声控制技术的设计，培养学生独立设计能力，掌握基本的设计方法，学会查阅技术资料，树立正确的设计思想和严谨的工作作风。1.2设计任务和内容1.2.1相关内容某高速公路按双向四车道高速公路标准建设，村舍住宅与道路的位置符合住宅楼与道路交通干线两侧区域，本道声屏障主要是保护村舍居民正常的生活，消减高速公路交通噪声对其的干扰影响。敏感点
2、位于村庄距路肩最近点为5m，噪声现场测量值6875dB，频率为500赫兹。该村舍所处路段声环境敏感点现况见表。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）村舍首排距路肩距离（m）基本情况村舍K12+230K12+3802.05住宅面向公路，填方路基，路高房低。1.2.2设计要求 结合我国城市区域环境噪声标准（GB3096-93） ，设计一声屏障；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
3、护等方面的要求。 编写设计说明书； 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。1.2.3设计原则（1）声屏障要与周围景观相协调；（2）提倡在声屏障前后种植各种植物；（3）声屏障形状要具有多变性和适应性；（4）注重声屏障材料的选用等原则。1.2.4噪声的来源高速公路交通噪声（机动车辆）1.3噪声基本知识1.3.1噪声来源噪声的来源主要有三种，它们是交通噪声、工业噪声和生活噪声。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
4、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5-10分贝。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。生活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
5、害，但都能干扰人们交谈、工作、学习和休息。1.3.2噪声危害危害一：噪声对听力的影响、声疲劳(暂时性听力阈移)、 噪声性耳聋(永久性听力阈移)、暴振性耳聋(急性噪声性耳聋)。危害二：噪声可以诱发疾病、心脏病、高血压、消化系统方面的疾病、神经系统方面的疾病、伤害视觉功能。危害三：影响正常交流、工作和休息。危害四：对儿童的智力发育造成影响危害五：噪声损害设备和建筑物 1.4噪声控制技术形成噪声污染主要是三个因素，即：声源、传播媒介和接收体。只有这三者同时存在，才能对听者形成干扰。从这三方面入手，通过降低声源、限制噪声传播、阻断噪声的接收等手段来达到控制噪声的目的，在具体的噪声控制技术上，可采用吸声
6、、隔声和消声三种措施。(1)吸声降噪。吸声降噪是一种在传播途径上控制噪声强度的方法。物体的吸声作用是普遍存在的，吸声的效果不仅与吸声材料有关，还与所选的吸声结构有关。这种技术主要用于室内空间。(2)消声降噪。消声器是一种既能使气流通过又能有效地降低噪声的设备。通常可用消声器降低各种空气动力设备的进出口或沿管道传递的噪声。不同消声器的降噪原理不同。常用的消声技术有阻性消声、抗性消声、损耗型消声、扩散消声等。(3)隔声降噪。不同的隔声结构类型适用于不同的场合。第二章 声屏障的相关知识2.1声学原理一部分越过声屏障顶端绕射到达受声点，一部分穿过声屏障到达受声点；一部分在声屏障壁面上产生反射。声屏障的
7、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。2.1.1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，并随着角的增大而增大。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。2.1.2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
8、量。用符号Lt表示。通常在声学设计时，要求TLLd10dB，此时透射的声能可以忽略不计，即Lt0。2.1.3反射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，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。 2.2声屏障插入损失计算2.2.1 绕射声衰减Ld的计算无限长线声源，无限长声屏障 当声源为一无限长不相干线声源时，其绕射声衰
9、减为： （2-1） 式中：f 声波频率，Hz = A+B-d为声程差，m c声速，m/s 无限长线声源及有限长声屏障 Ld仍由公式（2-1）计算。然后根据图1进行修正。修正后的Ld取决于遮蔽角/。图1(a)中虚线表示：无限长屏障声衰减为8.5dB，若有限长声屏障对应的遮蔽角百分率为92%，则有限长声屏障的声衰减为6.6dB。 （b）遮蔽角 （a）修正图 图1有限长度的声屏障及线声源的修正图2.2.2透射声修正量Lt的计算透射声修正量Lt由下列公式计算： （2-2） 2.2.3反射声修正量Lr的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
10、以及靠道路内侧声屏障吸声结构的降噪系数NRC，具体步骤见规范性附录A。2.2.4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LS表示。LS由2.2.1，2.2.2和2.2.3来确定。2.2.5地面吸收声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。 地面吸收声衰减LG通常应由现场测量得到。具体测量方法是：在地面上方1.5m和67.5m高处设两个测点，同时测量现场有声源的倍频带(中心频率
11、2502000Hz)或13倍频带(中心频率2002500Hz)的频带声压级或A计权声级。两测点声压级或A声级之差即为LG。若现场声源不存在(如未建道路)，则可采用人工声源，但必须测量倍频带或13倍频带声压级，以便对未来声源的A计权LG进行计算。 若现场测量有困难，可由图2来确定。 图2中的等效距离DE由下列公式计算： (2-3) DN受声点至最近的车道中心线距离，m DF受声点至最远的车道中心线距离，m 一般，在DE=55m时，LG为2.5dBA, 在DE=150m时，LG为5dBA。考虑到其它障碍物和地面声吸收的影响，声屏障实际插入损失为 (2-4) max表示取LS和LG中的最大者，这是因
12、为一般两者不会同时存在。如果有其他屏障或障碍物存在，地面效应LG会被破坏掉，因为只有贴近地面，地面声吸收的衰减才会明显。式(2-4)中减去(LS, LG)max，是因为一旦设计的声屏障建成，原有屏障或障碍物或地面声吸收效应都会失去作用。 第三章 声屏障设计与计算3.1声屏障设计要点 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。 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。 声屏障主要用于阻断直达声，有效地防止噪声的发散。 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。 声
13、屏障的结构设计，其力学性能应符合有关的国家标准。3.2 目标值的确定3.2.1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，本设计中的噪声保护对象是居民区。3.2.2声屏障设计目标值城市区域环境噪声标准（GB3096-93）对各个分区噪声标准做了如下规定：表3-1 城市5类环境噪声标准值类别昼间夜间0类50401类55452类60503类65504类7055各类标准的适用区域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。位于城郊和乡村的这一类区域分别按严于 0类标准 5dB执行。 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。
14、 3类标准适用于工业区。 4类标准适用于城市中的道路交能干线道路两侧区域，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)限值也行该类标准。 因为在本次设计计算中，应该居住区2类标准。依据上表可知，60 dB 50 dB 2类标准昼夜等效声级 Ldn=10lg+ （3-1） =58.21dB噪声现场测量值6875dB,取75Db,所以目标值为=75-58.21=16.79 dB （3-2） 3.3声屏障插入损失计算3.3.1绕射声衰减计算 150m 15度 1.8m声屏障长度：L=150+2*6.71=163.4m经过计算选择，以下三个方案可
15、行较好。方案一：声屏障在村舍首排距路肩距离正中心线，距公路边2.5m时。受声点高度为1.2m，声源即车辆平均高度为0.8m，等效频率fe=500Hz，声屏障的总高度为1.8m，长度为163.4m，公路宽度22m，声屏障距公路中心为13.5m，受声点距公路中心线为16m。A = =2.69m B = =3.61md = =5.25m = A+Bd =2.69+3.615.25= 1.05m （3-3） （3-4） t =20.59无限长声屏障的绕射声衰减 （3-5） =10lg =14.16dB方案二：声屏障位于公路边1m时。受声点高度为1.2m，声源即车辆平均高度为0.8m，等效频率fe=50
16、0Hz，声屏障的总高度为1.8m，长度为163.4m，公路宽度22m，声屏障距公路中心为12m，受声点距公路中心线为16m。A = =1.41m B = =4.77md = =5.25m = A+Bd =1.41+4.775.25=0.93m t= =18.24dB无限长声屏障的绕射声衰减 Ld2 = =10lg =13.78dB方案三：声屏障位于公路边4m时。受声点高度为1.2m，声源即车辆平均高度为0.8m，等效频率fe=500Hz，声屏障的总高度为1.8m，长度为163.4m，公路宽度22m，声屏障距公路边4m，受声点距公路中心线为16m。A = =4.12m B = =2.79md =
17、 =5.25m = A+Bd =4.12+2.795.25=1.66m t= =32.55dB无限长声屏障的绕射声衰减 Ld3= =10lg =15.65dB3.3.2透射修正量的Lt的计算 （3-6）TL=16.79+12=28.79dB方案一：Lt1=14.16+10lg（+）=0.11dB方案二：Lt2=13.78+10lg（+）=0.15dB方案三：Lt3=15.65+10lg（+）=0.61dB3.3.3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
18、计算关系不大，所以可以不考虑。3.3.4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。3.3.5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。而本设计中，地面为刚性地面，所以可以忽略地面吸收声衰减，即LG 0dB。 3.3.6声屏障实际插入损失声屏障的总降噪量用插入损失IL来表示， 其定义为在保持噪声声源
19、、地形、地面、背景噪声和气候条件等不变的情况下，安装声屏障前后受声点的声压级之差。声屏障的插入损失主要取决于声屏障的绕射声衰减Ld、透射减少量Lt和反射降低量Lr，考虑到其他障碍物和地面吸收的影响，声屏障实际插入损失为： (37)max表示取LS和LG中的最大者，这是因为一般两者不会同时存在。如果有其他屏障或障碍物存在，地面效应LG会被破坏掉，因为只有贴近地面，地面声吸收的衰减才会明显。式(34)中减去(LS, LG)max，是因为一旦设计的声屏障建成，原有屏障或障碍物或地面声吸收效应都会失去作用。 本设计中在声屏障修建前，声源和受声点间不存在其他屏障或障碍物，只考虑地面的吸收声衰减即可。所以
20、三个方案中，声屏障的插入损失分别为：IL1Ld1Lt1LG14.16-0.11-0=14.05dBIL2Ld2LtLG13.78-0.15-0=13.63dB IL3Ld3LtLG15.65-0.61-0=15.04dB经计算可知，选择方案三。方案三具体内容如下：声屏障的总高度为1.8m，长度为187.04m，声屏障距公路中心为15m，距住宅区首排为1m，插入损失为15.04dB。因其插入损失未达到目标值，所以可以在声屏障之间填加吸声材料，或者通过绿化带来进一步降噪使其达到标准。第四章 声屏障的选型4.1 声屏障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。4
21、.1.1 直立型声屏障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1.5dB(A)的效益 。但同样带来了降低居民区、干扰司机视线等负效应。4.1.2 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。本课设选取r型。 30度 05m h（当量高度）2.23m H声屏障1.8m 声
22、源点 0.8m受声点 0.8m 结构简图4-14.1.3 半封闭型声屏障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;4.1.4 全封闭型声屏障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, 所以本课设所选声屏障形状为弯曲型声屏障即r型4.2 声屏障材料的选择4.2.1 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。4.2.2 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
23、的PC 板平均隔声量21.5dB，隔声指数24 dB ，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。4.2.3 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0.50.6 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400800Hz频段上其吸声系数均大于0.85，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，
24、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。4.2.4 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50200mm，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。4.3本设计采用的声屏障材料根据目标值声16.79dB，声屏障的插入损失15.04dB，可知此声屏障没有达到设计要求，需要采用填充吸声材料的声屏障，所以需要加上10 15 dB的安全值，此设计中选取安全值为15dB，因此需要选隔声量为30.04dB或更高隔声量的声屏障。根据环境噪声控制工程85页表4-
25、2常见双层墙的隔声量，则屏障材料选用双层2mm铝板填，声屏障的形状选取为弯曲型（r型），声屏障参数见下表：表4-1声屏障参数隔声屏障参数数值形状弯曲型(r型)材料双层2mm铝板面密度10.4kg/m高度1.8m长度163.4m 填充吸声材料中空超细绵70防撞墙0.4m总结本设计声屏障为无限长线声源计算，有限长修正声屏障，小区居民住宅楼首排距声屏障处的水平距离为1m，声屏障长度为 163.4m，声屏障所选材料的隔声量为30.04，达到设计要求。通过本次课设，使我对环境噪声技术基础课程学习中的理论，原理部分有了更深的认识。李老师也教会了我们无论做什么事情都要学会认真，认真就不会出错。我在这次噪声课设中学会很多，也提高了分析问题，解决问题的能力，具备了简单的工程设计能力。参考文献1李耀中主编噪声控制技术北京：化学工业出版社，2001，52马大猷主编噪声控制学北京：科学出版社，19873秦佑国，王炳麟编著噪声控制技术基础北京：清华大学出版社，19994周新祥编著噪声控制应用实例北京：海洋出版社，19925中华人民共和国声屏障声学设计和测量规范6刘银生等，生态声屏障方案研究及应用，中南公路工程，2005年3月；78 中华人民共和国行业标准-工艺系统工艺设计技术规定（GBJ87-85）9魏先熏主编的环境工程设计手册（修订版）长沙：湖南科学技术出版社，2002
