某小学交通道路声屏障设计噪声控制工程课程设计

课程设计任务书

学院（系）：能源与动力工程课程名称：环境噪声控制工程指导教师（签名）：专业班级：学生姓名：学号：

摘要

交通噪声是由发动和运行的各种汽车、摩托车、拖拉机造成的，它是一种不稳定的噪声，而且声源具有流动性，影响面较广，约占城市噪声源的40%，具有感觉公害、局限性、分散性、能量性、波动性和难避性、危害潜伏性。隔声是噪声控制中最常用的技术之一，主要是用隔声构件使声源和接受者分开，阻断空气声的传播，从而达到降噪目的的噪声控制技术。本设计为直立型高度为3.0m声屏障，采用的材料为双层1.5mm厚钢板，保护了小学以及周边居民正常的生活，降噪后使噪声降到符合国家标准，给教学区与居民区一个安静舒适的环境。

关键词：交通噪声；隔声；声屏障

Abstract

Traffic noise is caused by launching and running of various automobile, motorcycle, tractor caused, it is an unstable, noise, and the sound source with liquidity, the effect of surface is wide, about 40% city noise sources, with feeling, limitations, pollution，dispersion, energy, wave and difficult avoidance, latent harm. Sound insulation is one of the most commonly used technology of noise control, sound insulation member is mainly used to make the sound source and receiver separately, transmission blocking air sound, so as to achieve the purpose of noise control technology. Method for setting the sound barrier is simple, economic, convenient disassembly and movement, widely used in noise control engineering. The design for the vertical height of 3.5m sound barrier, adopts the materials of double layer 1.5mm thick steel plate, the protection of the primary school and the life of the surrounding residents normal, noise reduction after the noise is reduced to meet the national standard, to the teaching area and residential area in a quiet and comfortable environment.

Keywords: traffic noise; sound insulation; ecological acoustic barrier

`目录

第一章总论 (1)

1.1 设计目的 (1)

1.2 设计任务和内容 (1)

1.2.1 设计内容 (1)

1.2.2 设计要求 (1)

1.2.3 设计原则 (2)

1.2.4 设计依据 (2)

1.3 噪声基本知识 (3)

1.3.1 噪声来源 (3)

1.3.2 噪声的危害 (3)

1.3.3 噪声控制技术 (4)

第二章声屏障的相关知识 (5)

2.1 声学原理 (5)

2.1.1 绕射 (5)

2.1.2 透射 (6)

2.1.3 反射 (6)

第三章声屏障设计与计算 (7)

3.1 声屏障设计要点 (7)

3.2 声屏障设计目标值的确定 (7)

3.2.1 噪声标准 (7)

3.2.2 噪声保护对象的确定 (8)

3.2.3 代表性受声点的确定 (8)

3.2.4 声屏障设计目标值 (8)

3.3 位置的确定 (9)

3.4 几何尺寸的确定 (9)

3.4.1 绕射声衰减计算 (9)

3.4.2 透射声修正量△Lt的计算 (13)

3.4.3 反射修正量计算 (13)

3.4.4 障碍物声衰减的确定 (13)

3.4.5 地面吸收衰减的确定 (13)

3.4.6 吸声降噪量的确定 (14)

3.4.7 声屏障实际插入损失 (14)

3.5 小结 (15)

第四章声屏障的选材 (16)

4.1 声屏障的形状的选择 (16)

4.1.1 直立型声屏障 (16)

4.1.2 折板型和弯曲型声屏障 (16)

4.1.3 半封闭型声屏障 (16)

4.1.4 全封闭型声屏障 (16)

4.2 声屏障材料的选择 (16)

4.2.1 FC板 (17)

4.2.2 PC板 (17)

4.2.3 彩钢复合板 (17)

4.2.4 金属隔声板 (17)

4.3 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

1.1 设计目的

通过本课程设计的进行，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的能力，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，培养学生的独立设计能力，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 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500赫兹。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

1.2.2 设计要求

（1）结合我国《城市区域环境噪声标准》（GB3096-93），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，还应付和景观、结构、造价和养护等方面的要求。

1.2.3 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。

1.2.4 设计依据

（1）《中华人民共和国环境保护法》，1989年12月26日；

（2）《中华人民共和国环境影响评价法》，2002年10月28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）《城市区域环境噪声标准》（GB3096-2008）；

（5）《城市区域环境噪声测量方法》(GB/T 14623－93)；

（6）《城市区域环境噪声适用区划分技术规范》（GB/T 15190-94）。

1.3 噪声基本知识

1.3.1 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。

1.3.2 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。

1.3.3 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。

2.1声学原理

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Φ角的增大而增大(见图2-1.b)。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。

道路声屏障

图（a）声波传播路径

图2-1声屏障绕射、反射路径图

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量。用符号ΔL t 表示。通常在声学

设计时，要求TL —△L d ≥10dB ，此时透射的声能可以忽略不计，即△L t ≈0。

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△L r 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 。

S R o ? 图(c) 声波的反

直达波 绕射波

第三章声屏障设计与计算

3.1 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。

3.2 声屏障设计目标值的确定

3.2.1 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

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）。

3.2.2 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。

3.2.3 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，S 为距路面边线距离为4m，受声点高度为1.2m。

3.2.4 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75 dB ，知：道路交通噪声值为75 dB ；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

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人行车道与自行车道交接边，即靠近受声点一侧。

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。

3.4.1绕射声衰减计算

当声源为一无限长不相干线声源时，其绕射声衰减为：

1340,)1()1( 4)1(3lg 102≤=??????????????+--c f t t t tg arc t δπ

(3-1)

1340,)1ln(2)1(3lg 1022>=???

?????-+-c f t t t t δπ 式中：f — 声波频率，Hz

δ= A+B-d 为声程差，m

=?d L

c —声速，m/s

68.0500340c ===E E f λ （3-2） 36.12==E H λm （3-3）

H 为声屏障的高度，e λ为有效频率 A B

d

图3-1（a）A B

d

图3-1（b）A B

d

图3-1（c）

图3-1 各方案相对位置图

方案一：受声点高度为1.2m ，声源即车辆平均高度为1.5m ，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192.3m （经?15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 =22)5.13(7-+ = 7.16

B =22)2.13(4-+ =4.39

d =22)2.15.1(11-+ = 11

δ= A+B-d = 0.55

178.10340

355.050040c 3δ40≥=???=?=e f t

=?1d L ???

?????-+-)1ln(2)1(3lg 1022t t t π = ???

?????-+-?)178.1078.10ln(2178.1014.33lg 1022 = 12.2dB

=?d L 有限长声屏障的遮蔽角百分率=%7.98180

7113.192arctan 2=-=θβ，由图3-2查得修正后=?1d L 11.6dB 。

方案二：受声点高度为1.2m ，声源即车辆平均高度为1.5m ，等效频率f=500Hz ，声屏障的总高度为3.5m ，长度为192.3m （经?15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 =22)5.15.3(7-+ = 7.28

B =22)2.15.3(4-+ = 4.61 d =22)2.15.1(11-+ = 11

δ= A+B-d = 0.89

145.17340

389.050040c 3δ40≥=???=?=e f t =?2d L ???

?????-+-)1ln(213lg 1022t t t π = ???

?????-+-?145.1745.17ln(2145.1714.33lg 1022 = 13.64dB

=?d L 有限长声屏障的遮蔽角百分率=%7.98180

7113.192arctan 2=-=θβ，所以，经修正后=?2d L 12.4 dB

方案三：：受声点高度为1.2m ，声源即车辆平均高度为1.5m ，等效频率f=500Hz ，

声屏障的总高度为3.5m ，长度为214.7m （经?15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 =22)5.15.3(8-+ = 8.25

B =223)2.15.3(+- = 3.78

d =22)2.15.1(11-+ = 11

δ= A+B-d = 1.03

12.20340303

.150040c 3δ

40≥=???=?=e f t

=?3d L ??

?

?

????-+-)1ln(213lg 1022t t t π

= ???

?????-+-?)12.202.20ln(212.2014.33lg 1022

= 14.1dB

=?d L 有限长声屏障的遮蔽角百分率=1.991808

117

.214arctan 2=-=θβ%，

经 =?3d L 12.8 dB 。

图3-2 有限长度的声屏障及线声源的修正图

3.4.2 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。若TL —△Ld ＜10dB ，则可按照下面公式计算透射声修正量△Lt 。

)1010(lg 1010/10/TL L d t d L L -?-++?=? （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—12.8＝22.2dB ＞10dB 。此时可忽略透射声影响，即△Lt ≈0

3.4.3 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计算关系不大，所以可以不考虑。

3.4.4 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s L ?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s L ?≈0dB。

3.4.5 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△L G 表示。因为小学离公路较近，地面吸收衰减可忽略不计。

3.4.6吸声降噪量的确定

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=0.86。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

本设计选用微穿孔板作为吸声材料，吸声系数α=0.86

()α--=-=?1lg 10'

T T L L dB （3-5）

式中：

α—吸声系数；

T L —吸声前的总声压；

'

T L —吸声后的总声级。

则隔声屏障吸声降噪量△dB=-10lg （1-0.86）=-10?（-0.854）=8.54dB （A ）

3.4.7 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： ()A dB L l dB L IL G s d 14.200054.86.11=+++=?+?+?+?=

因为教室前的声压级()()A dB A dB IL Lp L P 5586.5414.2075'

?=-=-=

方案二声屏障实际插入损失为：

()A dB L l dB L IL G s d 94.200054.84.12=+++=?+?+?+?=