本文数据成果仅为试验条件下降噪效果，实际降噪效果应综合各实际场地的环境条件全面考虑，降噪效果数值必然与本文数据存有差异。该文通过试验对声屏障的降噪进行规律性总结，可为声屏障的设计、材料选择及应用提供一定的参考。 通过对美国的FHWA噪声预测模型、德国RLS90噪声预测模型和我国HJ2.4-2009声导则噪声预测模型等国内外常见的交通噪声预测模型预测结果对比表明，各个预测模型计算结果大致相当，尤其是我国的HJ2.4-2009声导则噪声预测模型和德国“RLS-90”预测模型。
本文数据成果仅为试验条件下降噪效果，实际降噪效果应综合各实际场地的环境条件全面考虑，降噪效果数值必然与本文数据存有差异。该文通过试验对声屏障的降噪进行规律性总结，可为声屏障的设计、材料选择及应用提供一定的参考。
通过对美国的FHWA噪声预测模型、德国RLS90噪声预测模型和我国HJ2.4-2009声导则噪声预测模型等国内外常见的交通噪声预测模型预测结果对比表明，各个预测模型计算结果大致相当，尤其是我国的HJ2.4-2009声导则噪声预测模型和德国“RLS-90”预测模型。
通过SoundPLAN噪声预测模拟软件及其提供的德国“RLS-90”预测模型对扩建条件下声屏障结构形式和材料特性的降噪效果开展有关研究。经高速公路扩建前后噪声图谱变化规律研究表明：扩建前后的噪声在距离道路中线30米以内变化较大，故而在研究竖直方向建筑物时，选取受声建筑距离道路中心25米。
一、基于实测的声屏障阻隔效应对比分析
为了验证SoundPLAN噪声预测软件的计算可靠性以及建模的正确性，研究选取了宁宣高速南京航天航空大学段进行实地测试，并在SoundPLAN中进行建模和噪声预测计算。
宁宣高速南京航天航空大学段声屏障形式为顶部圆柱形屏障，声屏障上下部材料为吸声铝板，中间为有机玻璃面板，属于吸声型声屏障，见图1。实测场景、设备、环境条件、车流量、模型建立、数值计算等详见原文。
图1实测区段声屏障实景图
实测中，共选取了5个测点进行实测，分别为1号教学楼楼底（1号测点，距地0.5m）、过街天桥桥头公园（2号测点，距地1m）、道路西侧声屏障上方（3号测点，距地9.5m）、体育馆（4号测点，距地1m）及排球场（5号测点，距地1.5m）。示意图见图2、图3。
图2实测区段卫星图
图3实测区域建模图及受声点示意图
各个测点实测值与数值模拟值的声压级对比情况见表8，数值模拟结果见图4。
图4在SoundPLAN中建立的实测区域模型及噪声云图
表1 各个测点实测值、数值模拟值的声压级情况表
测点 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
实测测点的声压级/dB(A) |
60.9 |
62.7 |
76.4 |
62.1 |
59.4 |
数值模拟结果各个测点的声压级/dB(A) |
60.3 |
61.2 |
77.3 |
61.4 |
58.8 |
各测点实测声压级与数值模拟声压级的比值 |
1.01 |
1.02 |
0.99 |
1.01 |
1.01 |
通过以上数据可以得到，德国“RLS-90”道路噪声预测模型所计算得到的交通噪声与实测值相差不大，可知“RLS-90”预测模型的计算结果符合实际情况，有较高的可靠性。同时，SoundPLAN噪声预测软件能够对道路噪声在复杂情况下的传播进行精确的模拟，模拟结果的可靠性较高。
二、声屏障高度变化降噪效果
选取了1m、2m、3m及4m四种高度下的直立形声屏障进行模拟分析。以六车道高速公路为例，不同的声屏障高度下的受声点的声压级如图5所示。
图5声屏障高度变化对受声点声压级的影响
可以看出，由于声屏障的设置，声屏障后的受声点处的噪声有了明显的削弱效果，而且随着声屏障高度的增加，降噪效果越好。声屏障每增高1m，低楼层受声点声压级降低2～4dB(A)。降噪效果最为明显的区域是位于声屏障后的声影区，尤其是绕射角较大的一楼和二楼，这是由于声屏障的降噪能力主要取决于绕射衰弱，当绕射路程长时，绕射衰减也较大。3m高的声屏障，其声影区内降噪效果能达到为3～11dB(A)。对于声亮区（9层及以上），提高声屏障高度带来的降噪效果几乎没有；对于声影区中较高的区域（绕射角较小的区域，也叫绕射区，5层及以上），由于设置声屏障对其声程差的影响较小，所以提高声屏障高度带来的降噪效果也比较微弱。
图6声屏障隔声效果示意图
因此，声屏障高度的增加能够带来其阻隔效应的增加，然而主要作用区域仅仅是位于声影区的下部，即声屏障周边低楼层；对于较高楼层，如本例中9层及以上，声屏障高度的变化对其受声点的噪声声压级影响几乎没有，并不能带来较为理想的插入损失。而且声屏障的造价普遍较贵，并不能盲目的增加高度来提高降噪效果。
三、声屏障形式变化的影响
本节研究了不同的声屏障结构形式，包括直立形、倒L形（60度倒角与90度倒角两种情况）、弧形、Y形与T形；除直立形外的所有形状的直立段都为3m；其中倒L形、弧形、Y形与T形的有效高度相同，都为4.42m，此处的直立形声屏障高度也为4.42m。受声建筑距离道路中心25米。
声屏障的降噪性能强弱在于声波从声源传播至受声点的三条传播路径上的声能分配。其中越过声屏障顶部，绕射至受声点的声波能量占主导地位。因此，声屏障顶部的结构对绕射声波的削弱能力的强弱极大地影响了声屏障对噪声的阻隔效应。本部分中的声屏障全都统一有效高度（4.42m），吸声性能按照一般吸声材料处理，将反射损失设为4dB(A)，主要分析在有效高度相同的情况下，不同的声屏障顶部结构形式对声波绕射及反射衰减的影响效果。
（一）双侧声屏障
通过SoundPLAN软件的计算，在有效高度相同、不同声屏障顶部结构形式下，声屏障周围建筑物各楼层的受声点昼夜等效声压级如表2所示。声屏障周围建筑物各楼层的受声点昼夜等效声压级的插入损失如表3所示。
表2不同声屏障结构形式下的受声点的声压级
层数 |
各楼层受声点声压级/dB(A) |
|||||||
无屏障 |
直立形 |
弧形 |
60°倒L形 |
90°倒L形 |
Y形 |
T形 |
圆柱形 |
|
1 |
80.0 |
67 |
68.4 |
69.2 |
70.2 |
69.1 |
70.2 |
65.9 |
2 |
80.6 |
70.9 |
72.5 |
73.8 |
74.5 |
73.8 |
74.5 |
70.1 |
3 |
80.5 |
75.8 |
78.1 |
78.1 |
78.1 |
78.1 |
78.1 |
76.1 |
4 |
80.5 |
78.3 |
77.9 |
77.9 |
78 |
77.9 |
78 |
75.9 |
5 |
80.3 |
77.7 |
77.8 |
77.9 |
77.9 |
77.9 |
77.9 |
75.8 |
6 |
80.1 |
77.7 |
77.8 |
77.8 |
77.9 |
77.8 |
77.9 |
75.8 |
7 |
79.8 |
77.8 |
77.8 |
77.9 |
77.9 |
77.9 |
77.9 |
75.9 |
8 |
79.5 |
77.9 |
77.9 |
78 |
78 |
78 |
78 |
76 |
9 |
79.2 |
78 |
78 |
78.1 |
77.5 |
78.1 |
77.5 |
76.1 |
10 |
78.9 |
79.6 |
77.9 |
79.6 |
77.5 |
79.6 |
77.5 |
77.6 |
11 |
78.7 |
79.3 |
79.3 |
79.3 |
78.8 |
79.3 |
78.8 |
77.3 |
12 |
78.6 |
79 |
79 |
78.6 |
78.5 |
78.6 |
78.5 |
76.6 |
13 |
78.5 |
78.8 |
78.3 |
78.3 |
78.2 |
78.3 |
78.2 |
76.3 |
14 |
78 |
78.5 |
78 |
78 |
77.9 |
78 |
77.9 |
76 |
15 |
77.7 |
78.3 |
77.7 |
77.7 |
77.6 |
77.7 |
77.6 |
75.7 |
表3不同声屏障结构形式在不同楼层处的插入损失
层数 |
各楼层受声点插入损失/dB(A) |
|||||||
无屏障 |
直立形 |
弧形 |
60°倒L形 |
90°倒L形 |
Y形 |
T形 |
圆柱形 |
|
1 |
0 |
13.0 |
11.5 |
10.7 |
9.7 |
10.8 |
9.7 |
14 |
2 |
0 |
9.7 |
8.1 |
6.8 |
6.1 |
6.8 |
6.1 |
10.5 |
3 |
0 |
4.7 |
2.4 |
2.4 |
2.4 |
2.4 |
2.4 |
4.4 |
4 |
0 |
2.2 |
2.6 |
2.6 |
2.5 |
2.6 |
2.5 |
4.6 |
5 |
0 |
2.6 |
2.5 |
2.4 |
2.4 |
2.4 |
2.4 |
4.5 |
6 |
0 |
2.4 |
2.3 |
2.3 |
2.2 |
2.3 |
2.2 |
4.3 |
7 |
0 |
2 |
2 |
1.9 |
1.9 |
1.9 |
1.9 |
3.9 |
8 |
0 |
1.6 |
1.6 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
3.5 |
9 |
0 |
1.2 |
1.2 |
1.1 |
1.7 |
1.1 |
1.7 |
3.1 |
10 |
0 |
-0.7 |
1 |
-0.7 |
1.4 |
-0.7 |
1.4 |
1.3 |
11 |
0 |
-0.6 |
-0.6 |
-0.6 |
-0.1 |
-0.6 |
-0.1 |
1.4 |
12 |
0 |
-0.4 |
-0.4 |
0 |
0.1 |
0 |
0.1 |
2 |
13 |
0 |
-0.3 |
0.2 |
0.2 |
0.3 |
0.2 |
0.3 |
2.2 |
14 |
0 |
-0.5 |
0 |
0 |
0.1 |
0 |
0.1 |
2 |
15 |
0 |
-0.6 |
0 |
0 |
0.1 |
0 |
0.1 |
2 |
总体来看，圆柱形声屏障的插入损失最大，降噪效果好，弧形屏障为弯折型屏障中降噪效果最好的形状，其次就是60度倒L形及90度倒L形。Y形屏障与T形屏障的降噪效果和倒L型的降噪效果几乎一样。考虑到建造成本和安装难度，圆柱形屏障的安装难度较高，因此直立形声屏障，及单向弯折结构中的弧形声屏障更为合理和经济。
（二）单侧声屏障
另一方面，设置声屏障之后，高层建筑的高楼层所接受到的声压级比不设声屏障下更高。这是道路另一侧声屏障对声波的反射所导致。为研究单侧声屏障和双侧声屏障对降低道路交通噪声的异同，本研究设置了不同外型形式的单侧声屏障，并进行计算。
表4是仅在靠近建筑物的道路一侧布置声屏障情况下的插入损失。由表4中数据可得，在仅设置一侧声屏障的情况下弧形声屏障的降噪效果仍好于其他弯折型声屏障。且对于道路一侧的受声点，单侧声屏障的降噪效果优于双侧声屏障。
表4不同形式的单侧声屏障在不同楼层处的插入损失
层数 |
各楼层受声点插入损失/dB(A) |
|||||||
无屏障 |
直立形 |
弧形 |
60°倒L形 |
90°倒L形 |
Y形 |
T形 |
圆柱形 |
|
1 |
0 |
14.7 |
13.4 |
12.6 |
11.7 |
12.7 |
11.7 |
13.8 |
2 |
0 |
12.3 |
10.5 |
9.5 |
8.4 |
9.5 |
8.4 |
11 |
3 |
0 |
8.2 |
4.2 |
4.2 |
4.2 |
4.2 |
4.2 |
4.3 |
4 |
0 |
4 |
4 |
4 |
3.9 |
4 |
3.9 |
4 |
5 |
0 |
3.8 |
3.8 |
3.7 |
3.7 |
3.7 |
3.7 |
3.7 |
6 |
0 |
3.5 |
3.5 |
3.4 |
3.4 |
3.4 |
3.4 |
3.5 |
7 |
0 |
3.1 |
3.1 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3.1 |
8 |
0 |
2.6 |
2.7 |
2.6 |
2.5 |
2.6 |
2.5 |
2.5 |
9 |
0 |
2.1 |
2.2 |
2.1 |
2.1 |
2.1 |
2.1 |
2.1 |
10 |
0 |
0 |
2 |
0 |
1.7 |
0 |
1.7 |
0 |
11 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
12 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
13 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
14 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
15 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
双侧弧形声屏障与单侧弧形声屏障的插入损失对比见图7。可知，仅考虑道路一侧受声点的情况下，单侧声屏障在各个楼层的插入损失略高于双侧声屏障的插入损失，声影区内两者的插入损失相差1～2.4dB(A)，这是由于双侧声屏障下，到达受声点的声波不仅包括从声源出发，绕射至受声点的声波，还包括从声源出发，经过另一侧声屏障反射之后绕射至受声点的声波，示意图见图8。
图7 单侧弧形声屏障及双侧弧形声屏障的插入损失
图8 单侧声屏障与双侧声屏障下声波传播路径示意图
（三）全封闭声屏障
无论声屏障的顶部设计如何变化，对于高层建筑的高层区域，声屏障的降噪效果几乎没有。随着城市化的发展，高层建筑尤其是高层居民楼、高层医院的建立，对声屏障的降噪要求进一步提升，部分城市的部分敏感道路区段已经设置了全封闭式声屏障。本文对高架道路进行了全封闭式声屏障的建模，见图9、图10，计算结果见图11。
图9 全封闭式声屏障三维模型图
图10 全封闭式声屏障模型尺寸图
图11 不同形式声屏障下的受声点声压级
由图11可得，全封闭式声屏障的降噪效果优秀，尤其对于高层的声敏感建筑，全封闭式声屏障能够有效降低高楼层的声压级，降噪效果在20～25dB(A)。随着城市化的发展以及城市居民对声环境要求的提高，全封闭式声屏障是降低城市交通噪声的一种优秀的解决方案。
四、声屏障材料类型变化的影响
本文中涉及的声屏障材料包括：普通钢筋混凝土、微孔吸声材、加芯金属板、生态型声屏障（屏障表面种植植物）、声子晶体。
从SoundPLAN噪声预测软件数据库中已有的材料吸声频谱以及王武祥（2005年）在研究中得到的各材料的吸声倍频谱，抽取本文所涉及的几种材料吸声频谱，见图12。
图12 各材料吸声频谱
通过吸声材料的吸声频谱、各个频段的声压级,可计算声屏障的反射损失（计算方法见其原文）。各个材料的反射损失值如表5所示。
表5 不同材料声屏障的反射损失
将各个材料的反射损失值输入SoundPLAN噪声预测软件中，声屏障后的受声点的声压级见表6，声屏障后的受声点的插入损失见表7。
表6 不同材料声屏障下的受声点声压级
层数 |
各楼层受声点声压级/dB(A) |
||||||
无屏障 |
混凝土 |
微孔吸声材料 |
加芯金属板（玻璃棉） |
加芯金属板（微孔塑料） |
生态型 |
声子晶体 |
|
1 |
77.9 |
70.3 |
68.6 |
67.9 |
67.7 |
66.8 |
67.6 |
2 |
78.6 |
75.8 |
73.5 |
72.4 |
72.2 |
70.8 |
71.5 |
3 |
78.6 |
77.8 |
76.2 |
75.5 |
75.4 |
74.6 |
75.1 |
4 |
78.5 |
77.2 |
76 |
75.6 |
75.5 |
75 |
75.5 |
5 |
78.3 |
77.5 |
76.4 |
76 |
75.9 |
75.4 |
75.7 |
6 |
78.1 |
77.7 |
76.7 |
76.3 |
76.3 |
75.8 |
76 |
7 |
77.8 |
79.1 |
78.4 |
78.1 |
78.1 |
77.8 |
77.5 |
8 |
77.5 |
78.8 |
78.1 |
77.8 |
77.8 |
77.5 |
77.3 |
9 |
77.2 |
78.6 |
77.8 |
77.5 |
77.5 |
77.2 |
77.1 |
10 |
76.9 |
78.3 |
77.5 |
77.3 |
77.2 |
76.9 |
76.6 |
11 |
76.7 |
78 |
77.3 |
77 |
76.9 |
76.7 |
76.2 |
12 |
76.4 |
77.8 |
77 |
76.7 |
76.7 |
76.4 |
75.9 |
13 |
76.1 |
76.1 |
76.1 |
76.1 |
76.1 |
76.1 |
75.5 |
14 |
75.8 |
75.8 |
75.8 |
75.8 |
75.8 |
75.8 |
75.3 |
15 |
75.6 |
75.6 |
75.6 |
75.6 |
75.6 |
75.6 |
75.3 |
表7 不同材料声屏障在各楼层的插入损失
层数 |
各楼层受声点声压级/dB(A) |
||||||
无屏障 |
混凝土 |
微孔吸声材料 |
加芯金属板（玻璃棉） |
加芯金属板（微孔塑料） |
生态型 |
声子晶体 |
|
1 |
0 |
7.6 |
9.3 |
10 |
10.2 |
11.1 |
10.3 |
2 |
0 |
2.8 |
5.1 |
6.2 |
6.4 |
7.8 |
7.1 |
3 |
0 |
0.8 |
2.4 |
3.1 |
3.2 |
4 |
3.5 |
4 |
0 |
1.3 |
2.5 |
2.9 |
3 |
3.5 |
3 |
5 |
0 |
0.8 |
1.9 |
2.3 |
2.4 |
2.9 |
2.6 |
6 |
0 |
0.4 |
1.4 |
1.8 |
1.8 |
2.3 |
2.1 |
7 |
0 |
-1.3 |
-0.6 |
-0.3 |
-0.3 |
0 |
0.3 |
8 |
0 |
-1.3 |
-0.6 |
-0.3 |
-0.3 |
0 |
0.2 |
9 |
0 |
-1.4 |
-0.6 |
-0.3 |
-0.3 |
0 |
0.1 |
10 |
0 |
-1.4 |
-0.6 |
-0.4 |
-0.3 |
0 |
0.3 |
11 |
0 |
-1.3 |
-0.6 |
-0.3 |
-0.2 |
0 |
0.5 |
12 |
0 |
-1.4 |
-0.6 |
-0.3 |
-0.3 |
0 |
0.5 |
13 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0.6 |
14 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0.5 |
15 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0.3 |
对于单侧声屏障，声波不能在两侧屏障内多次反射降低声能，到达受声点的声波不经过多次反射损耗，因此不同吸声材料的声屏障的阻隔效应几乎一致。
吸声型声屏障除了对受声点产生一定的降噪效果之外，也可以对驾驶汽车的司机及车上乘客的周围环境产生一定的降噪效果。具体效果如表8（受声点布置于道路中心线上1m处，表中降噪效果的比较对象为全反射双侧声屏障）。
表8不同材料声屏障的降噪效果
材料类型 |
混凝土 |
微孔吸声材料 |
加芯金属板(玻璃棉) |
加芯金属板（多孔塑料板） |
生态型 |
声子晶体 |
降噪效果 |
0.1 |
0.7 |
1.0 |
1.0 |
1.2 |
0.8 |
由表8可得，布置吸声型声屏障的情况下，路中噪声可以得到一定改善但降噪量不明显。除特殊情况，可以不用过于追求声屏障的吸声性能，高吸声性能可以带来一定的降噪效果，但是提高吸声性能带来的降噪效应的提升并不明显，声屏障的降噪效果主要来源于声屏障顶部绕射声波的衰减。对于仅布置单侧声屏障的区段，没有必要使用高吸声性能的声屏障。
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知识点：声屏障结构形式和材料特性的降噪效果
