噪声课程设计噪声控制工程课程设计.docx
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噪声课程设计噪声控制工程课程设计
第一章概述
1.1西配楼西侧噪声污染状况
由于西配楼位于内蒙古工业大学校园最西侧，临街。
且该路段在昼夜车流量较大，昼间达到每小时1800辆，声压级达到70.34dB,严重影响教室内学生正常学习，且无法对车辆进行降噪处理，所以需要对该楼进行保护。
1.2课程设计的主要内容和要求
1.2.1相关内容
内蒙古工业大学西配楼西侧面临马路中心距4.5米（双向四车道），路面为沥青路面，西配楼是四层教室和一层会议室（会议室在5楼）。
总长度为50米。
车流量为昼间1800辆/h，大型车与小型车比例为1／3，车速限制为60㎞／h。
根据道路交通噪声预测方法和区域环境噪声测量方法，实际测量该区域的噪声值。
测量点S1、S2距路面中心线距离18.5米、20.5米。
测量点处噪声实际测量值列于下表.如简图1-1
图1-1屏障位置简图
表-1：
噪声实际测量值
预测点位置
预测点高度
预测点声级
昼间
夜间
S11
1.2
S12
S13
S14
S15
S16
S17
S18
S19
S110
S21
5.0
S22
S23
S24
S25
S26
S27
S28
S29
S210
1.2.2.设计内容及要求
⑴结合我国相关标准，为该教学楼楼设计一声屏障；
⑵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。
第二章降噪处理措施的选择
2.1降噪措施对比
2.1.1低噪声路面
对于中、小型汽车，随着行驶速度的提高，轮胎噪声在汽车产生噪声中的比例越来越大，因此修筑低噪声路面对于控制交通噪声具有重要的实际意义。
所谓低噪声路面，也称多空隙沥青路面，又称为透水（或排水）沥青路面。
它是在普通的沥青路面或水泥混凝土路面结构层上铺筑一层具有很高空隙率的沥青混合料，其空隙率通常在15％－25％之间，有的甚至高达30％。
此种路面可降低交通噪声3－8dB。
优点是：
由于混合料孔隙率高，不但能降低噪声，还能提高排水性能，在雨天能提高行驶的安全性。
局限性是：
耐久性差，集料、粘结料要求高，使用一段时间后，孔隙易被堵塞。
由于路面孔隙率大、密实度低，其寿命相对缩短等问题未能较好解决，因此，还处于继续对于这种路面结构的研究阶段。
2.1.2种植降噪绿化林带
树木及绿化植物形成的绿带，能有效降低噪声。
在公路两侧植树绿化，是防治交通噪声的有效措施之一。
选择合适树种、植株的密度、植被的宽度，可以达到吸纳声波，降低噪声的作用。
同时绿化林带还可以起到吸收二氧化碳及有害气体、吸附微尘的作用，能改善小气候，防止空气污染，截留公路排水、防眩和美化环境等作用。
当绿化林带宽度大于10m时，可降低交通噪声4—5dB。
噪声的降低与林带的宽度、高度、位置、配置方式以及植物种类都有密切关系。
该方法的优点是：
生态效益明显。
局限性是：
占地较多，早期降噪效果不显著。
2.1.3声屏障技术
采用设置声屏障的方式来降低公路交通噪声是目前应用比较广泛的降噪方式。
声屏障降噪主要是通过声屏障材料对声波进行吸收、反射等一系列物理反应来降低噪音，据测试采用声屏障降噪效果可
达10dB以上。
声屏障作为一种通过控制交通噪声传播途径来降低交通噪声的措旋，由于其简单、实用、可行、有效，成为交通环境保护中的一项重要手段。
特别是在城市的繁华地段两侧，修建专门屏障构造物来减少交通噪声，能对周围的环境起到明显的防护作用。
优点是节约土地、降噪明显，同时由于采用拼装式而具有可拆装的优点。
缺点是：
声屏障使行车有压抑及单调的感觉，造价较高，如使用透明材料，又易发生眩目和反光现象，同时还要经常清洗。
2.2本次设计所选方法
本次设计采用声屏障技术对该处交通噪声进行降噪处理。
噪声控制要从噪声源，传播途径，受声位置三方面入手。
而对于降低声源的噪声辐射，即对车辆本身进行噪声控制，耗资巨大。
对于近年来国外提出的用低噪声路面来降低公路交通噪声具有经济合理、保持环境原有风貌和行车安全等特性，处于研究发展阶段，还不是很成熟。
从实际情况分析，从声源上降低噪声比较困难。
所以，从传播途径减少噪声的传播成为降噪方法的首选。
声屏障是采用吸声材料和隔声材料制造出特殊结构，设置在噪声源与接受点之间的声学屏障。
它能够阻止噪声的传播，从而降低受声点的声能量，使受声点得到保护，一般可降低15—20dB。
它具有降噪效果显著、节约土地、建筑灵活、对周围环境干扰少等优点。
而且道路设计都已经固定，没办法在两侧种植绿化带，所以用声屏障降低交通噪声就成为首选方案。
对于西配楼来说，用声屏障就是最好的选择。
2.3声屏障降噪原理
2.3.1声学原理
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2-1.a）：
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。
2.3.2绕射
声源发出的声波透过声屏障传播到受声点的现象。
如图（2-1b）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。
2.3.3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（见图2-1c），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。
2.3.4障碍物和地面的声衰减
此外，声屏障的衰减还受其周围障碍物和地面吸收等影响。
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，由这些障碍物的声屏蔽产生的声衰减称之为障碍物声衰减，用符号△Ls表示；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。
由地面声吸收产生的声衰减称之为地面吸收声衰减，用符号△LG来表示。
第三章声屏障的设计计算
3.1噪声标准
表-2：
噪声标准值
类别
昼间
夜间
0
50
40
1
55
45
2
60
50
3
65
55
4
70
60
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。
乡村居住环境可参照执行该类标准。
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。
由此标准知，内蒙古工业大学西配楼属于1类标准区，而且昼间标准值为55dB。
3.2确定声屏障设计目标值
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，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内蒙古工业大学西配楼这样一个教学区。
3.2.2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，考虑道路路段与西配楼的相对位置及其平坦的地形地貌，选择两个敏感点即可，分别是测点S11、S12、测点S11为距路面中心线距离为20.5m，高度为1.5m；测点S12为距路面中心线距离为20.5m，高度为5.0m。
3.2.3声屏障建造前背景噪声值的确定
对现有道路，代表性受声点的背景噪声值可由现场实测得到。
若现场测量不能将背景噪声值和交通噪声区分开，则可测量现场的环境噪声值（它包括交通噪声和背景噪声），然后减去交通噪声值得到。
交通噪声值可由现场直接测量。
设计过程中经现场测量知，预测点夜间的交通噪声的最大声压级为75.7dB。
3.2.4声屏障设计目标值的确定
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，设计目标值为道理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70.34dB，知：
道路交通噪声值为75.7dB；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：
西配楼属1类区，环境噪声标准值为55dB。
即声屏障设计目标值为：
70.34-55=15.34dB
3.3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马路边缘正好是西配楼围墙栏杆的地方，即靠近受声点一侧。
西配楼到马路边缘为4.5m,人行道宽为7.0m,车道宽为9.0m,则声屏障设置在距公路中心距离为18.5m处，受声点距公路中心水平距离s为20.5m。
声屏障位置布置图见附图一。
由于声屏障通常设置在道路一旁，而这些区域的地下通常埋有大量管线，故应该作详细勘察，避免造成破坏。
3.4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。
设计中的目标值为15.34dB。
声屏障一般的高度为3～7m，试选取声屏障高度为6m，声屏障长度为50m，计算其插入损失知不符合要求。
后重新选取上屏障高度为7m，声屏障长度没有改变，计算如下。
3.5声屏障插入损失的计算
3.5.1声屏障绕射声衰减的计算
声屏障的绕射声衰减可用等效频率fe求得。
通常道路交通噪声的等效频率fe=500Hz，按下面公式计算，则得到近似的声屏障绕射声衰减△Ld。
当线声源的长度远远小于声源至受声点的距离时（声源至受声点的距离大于线声源长度的3倍），可以看成点声源，此设计中声源至受声点的距离为20.5m，此声源为无限长线声源及有限长声屏障。
当声源为一无限长不相干线声源时，其绕射声衰减为：
（3-1）
式中：
f—声波频率，Hz
δ=A+B-d为声程差，m
d—声源与受声点间的直线距离，m
A—声源至声屏障顶端的距离，m
B—受声点至声屏障顶端的距离，m
c—声速，m/s
其中声程差辅以图3-1进行计算
然后根据图3-2进行修正。
修正后的△Ld取决于遮蔽角β/θ。
图（3-2a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3-2有限长度的声屏障及线声源的修正图
S11点（距离声源20.5m）绕射声衰减的计算：
该受声点高度h1为1.5m,声源（车辆）平均高度h2为0.8m，等效频率fe为500Hz，声屏障的总高度h为7.0米。
公路宽度为32m。
声屏障长度为50m，声屏障距公路中心
为18.5m，受声点距公路中心水平距离
为20.5m。
>1
（）
设计声屏障长为50m，设受声点位于声屏障中心处，θ角为180°
（）
因为遮蔽角百分率为95%，则修正后的△Ld=12dB
S12点（距离声源20.5m）绕射声衰减的计算：
该受声点高度h1为5.0m,声源（车辆）平均高度h2为0.8m，等效频率fe为500Hz，声屏障的总高度h为7.0m。
公路宽度为32m。
声屏障长度为50m，声屏障距公路中心
为18.5m，受声点距公路中心水平距离
为20.5m。
>1
设计声屏障长为65m，θ角为180°
因为遮蔽角百分率为95%，则修正后的△Ld=12dB
3.5.2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。
一般TL取20～30dB。
若TL—△Ld＜10dB，则可按照下面公式计算透射声修正量△Lt。
（3—2）
其中TL为声屏障的传声损失，它表示构件隔声性能的大小。
根据选择的材料，查处TL=30.3dB，则TL-△Ld＝30.3—12＝18.3dB＞10dB。
此时可忽略透射声影响，即△Lt≈0
3.5.3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。
因本设计现场测量有困难，可由下图3-3来确定。
受声点至等效行车线距离
图3-3地面吸收声衰减
图3-3中的等效距离DE由下列公式计算：
（3—3）
式中：
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
本设计中S1、S2、S3点（距离声源21m），DN=13.75m,DF=27.25m
由上图查得△LG＝0.22dB
3.5.4声屏障实际插入损失的计算
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、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：
（3—4）
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（3—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。
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。
IL＝△Ld-△Lt-△LG＝12－0.22＝11.78dB
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。
4.1.1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。
但同样带来了降低教学区采光度、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。
4.1.3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,但其造价低了交通噪声较高。
本设计中，考虑到教学区的采光、降噪效果等方面问题，选用屏体上部向内倾斜的折板形声屏障。
见附图二。
4.2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。
一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。
二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21.5dB，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。
三彩色夹芯板
它是两面采用厚度0.5－0.6的彩涂钢板，中间填入阻燃型聚苯乙烯板，其隔声量为30dB，由于其隔声量较大，成本也较低，外型也较美观，用在高速公路上较多。
四金属吸隔声板
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。
本设计中采用PC板，PC板具有耐冲击、阻燃的特性。
6mm厚的PC板平均隔声量21.5dB，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。
4.3声屏障设计的其他辅助措施
若设计得到的插入损失IL达不到降噪的设计目标值，则需要调整声屏障的高度、长度或声屏障与声源或受声点的距离，或者调整降噪系数NRC。
经反复调整计算直至达到设计目标值。
内蒙古工业大学西配楼昼间超标值为55dB。
测得西配楼最大噪声级75.7dB，则西配楼最大理论衰减量为70.34－55＝15.34dB。
声屏障实际插入损失经修正后为12dB小于此值，不符合要求，还应采取其他吸声措施予以弥补。
弥补方法：
1.可以选取路面铺设沥青可降噪2－8dB；2.在西配楼上粘贴吸声材料可较原来衰减2－8dB
综上所述，最大噪声衰减量为12＋（2－8）+（2－8）＝16－28dB>15.34dB,符合要求。
4.3.1使用沥青路面
黑色路面是广泛采用的高级路面。
相对水泥混凝土路面而言，沥青路面有噪声低，粉尘少，行车舒适。
维修方便，交通恢复快等优点。
一般来说，汽车行驶在沥青混凝土路面比行驶在水泥混凝土路面噪声要低1～3dB（A）。
疏水沥青混凝土路面的降噪效果更为明显，可降噪2～8dB（A）。
使用低噪声路面可有效的降低交通噪声污染。
4.3.2在西配楼墙体上粘贴吸声材料
粘贴具有较强的吸收声能、减低噪声性能的材料。
吸声材料按吸声机理分为：
①靠从表面至内部许多细小的敞开孔道使声波衰减的多孔材料，以吸收中高频声波为主，有纤维状聚集组织的各种有机或无机纤维及其制品以及多孔结构的开孔型泡沫塑料和膨胀珍珠岩制品。
②靠共振作用吸声的柔性材料（如闭孔型泡沫塑料，吸收中频）、膜状材料（如塑料膜或布、帆布、漆布和人造革，吸收低中频）、板状材料（如胶合板、硬质纤维板、石棉水泥板和石膏板，吸收低频）和穿孔板（各种板状材料或金属板上打孔而制得，吸收中频）。
以上材料复合使用，可扩大吸声范围，提高吸声系数。
用装饰吸声板贴壁或吊顶，多孔材料和穿孔板或膜状材料组合装于墙面，甚至采用浮云式悬挂，都可改善室内音质，控制噪声。
多孔材料除吸收空气声外，还能减弱固体声和空室气声所引起的振动。
将多孔材料填入各种板状材料组成的复合结构内，可提高隔声能力并减轻结构重量。
谢辞
本次噪声控制工程课程设计的进行过程中非常感谢马涛老师对我严格要求和悉心指导，导师渊博的学识、非凡的气质、敬业的工作作风、独特的人格魅力，始终感染着我、激励着我，这些都将成为宝贵的财富让我享用终身。
在题为内蒙古工业大学西配楼声屏障的设过程中，马老师多次帮助我分析思路，开拓视角，在我遇到困难的时候给予我最大的支持和鼓励。
马老师严谨求实的治学态度，踏实坚韧的工作精神，将使我终生受益。
再多华丽的言语也显苍白。
在此，谨向马老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
参考文献
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化学工业出版社，2001，5
[2]马大猷主编.《噪声控制学》.北京：
科学出版社，1987
[3]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，1999
[4]周新祥编著.《噪声控制应用实例》.北京：
海洋出版社，1992
[5]中华人民共和国声屏障声学设计和测量规范
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