道路声屏障设计中的几个技术参数的确定方法
1、概述
随着我国交通路网的快速发展，声屏障作为当前解决交通噪声问题的一种方法，得到了越来越多的应用。但从目前国内建成的声屏障的效果看，一些不是很理想，给国家和人民造成不必要的浪费。造成这样的主要原因是，大多数声屏障的设计没科学依据，盲目性比较大。对什么地方适合设置声屏障，以及如何确定声屏障的长度（L），声屏障的高度（H）等参数都是凭感觉去确定。作者根据多年声屏障研究和设计实践经验，在本文中试图给出在声屏障的设计中上述参数的实用方法和经验公式，供设计人员在今后的声屏障设计中参考和使用。
2、什么样的周边环境适应设置声屏障
当前，在谈到交通噪声治理的问题时，总是首先想到应用声屏障解决问题。自从上个世纪九十年代，我国在上海市首先在城市的高架路使用声屏障后，在全国其它大都市竞相效仿，其高架桥上的声屏障像雨后春笋般地出现。其实像在城市市中心区建设声屏障其效果微乎其微。如果设计不当，还会增加噪声污染。这样不仅给国家造成令人心痛的损失，同时也对城市景观起到了破坏作用。
在什么地方以及什么样的周边环境适用设置声屏障，并使声屏障起到最好的降低交通噪声的作用呢？能不能设置声屏障可以依据以下几个方面确定：
2.1、声屏障保护的对象高度是否超过声屏障的高度。若保护的对象的高度低于声屏障的高度，则声屏障将起到比较好的效果，如国外高速公路边保护别墅的声屏障效果非常好；若所保护的对象高于声屏障，则不适应设置声屏障。如高层建筑林立的城区中心的高架桥上是不适应用声屏障来降低交通噪声的。在这种情况下，在建筑物的门窗上采取措施是既经济又效果好。目前在深圳、上海、广州等地安装的我国自主知识产权―自然通风降噪窗取得非常好的效果。
2.2、周边是否有声反射面。若周边环境存在着声反射面，则声屏障设计将变得非常困难。因为反射面反射的噪声不会和声屏障发生接触，将会大大降低声屏障的降噪效果。如在城市街道边设置声屏障效果不佳便是如此，由于街道两边的建筑都是反射面，高能量的反射声使声屏障效果大幅度降低。所以在设计声屏障时，首先要考虑周边环境是否有反射面，如果反射面过于复杂，则不应考虑声屏障的手段。
2.3、声源面是否过宽。交通噪声一般我们会以线声源来处理。现在高速公路有来往四车道、六车道、八车道，甚至有十二车道。这样的声源就不能按线声源来处理。若声源面过宽，与声屏障接触的噪声的成分会大幅度减少，其声屏蔽效果就会大幅下降。根据经验，当道路来往的车道超过六车道后，不应考虑声屏障，应考虑其它降噪手段。
3、声屏障高度的确定
现在设计声屏障时大多采用几何声学分析的方法来确定声屏障的高度（如图一）。如“声影区法”来确定声屏障有效区域。其实这种方法是不正确的。因为交通噪声的声波是机械波，其波长的单位在米级，和声屏障的几何尺寸在同一数量级。从波动学理论上讲，只有当波长λ>>H（反射面几何尺寸）时，才能按入射波的入射角等于反射波的反射角的几何声学的方法来分析波的传播路径。如光波就是这样的情况。光波的波长为Á米级，而反射镜的几何尺寸为米级或厘米级，光波的波长和反射镜的几何尺寸相比，光波波长可忽略不计。这样就满足λ>>H条件,利用反射原理来分析光波的传播路径就会准确。就声屏障而言，声波的波长和声屏障的高度方向为同一数量级，当噪声的声波和声屏障作用时就会产生散射和衍射，不会遵从入射角等于反射角的原理。只有声波频率很高时，（如4K以上的声波），才可近似地适用波的反射原理。在声屏障的长度方向，由于满足λ>>H的条件，所以在长度方向分析声波传播路径时，可采用几何声学的方法进行分析。
声屏障的高度采用如何方法确定的呢？据多年的设计和研究经验发现，声屏障的高度可采用“有效频率”进行确定。这里引入有效频率λE概念，是指声屏障对噪声的倍频程或1/3倍频率中某个波段频率衰减量为3dB（A）的频率。若噪声的波长比“有效频率”的波长长，则由于绕射和散射作用，声屏障对其声衰减作用会很低。而所有比“有效频率”波长短的噪声，则声屏障就会有很好的声衰减效果。声屏障高度可用以下经验公式确定：
H=2λE （1）
H为声屏障的高度，λE为有效频率。
例如，一般设计中，如果公路行驶的车辆中，大型车辆所占比例比较大，交通噪声低频声成份比较高，则有效频率应确定为125HE（λE=2.720米左右）比较合适。按照经验公式，则声屏障的高度应为
H=2λE=2×2720=5.450米
若马路上的行车车辆中为小型汽车，则交通噪声中频率高的噪声成份会比较高，则“有效频率”λE选取为倍频程频率为250HE（λ =1.360）会比较合适，则声屏障的高度可确定为：
H=2λE=2×1360=2.720米
这样，就会既节省投资，又取得比较好的降噪效果。
4、声屏障的长度确定
为了避免端头效应影响声屏障的降噪效果，在设计时应该对声屏障的长度有一个比较合理的选定。现在国内数量不少的声屏障都存在着端头效应问题。若保护 100米的区间，则声屏障就建100米长，端头效应严重，大大降低了声屏障的声衰减效果。从效果上来看，声屏障建得越长，其端头效应会越小，声屏障的效果也就越好。但是，声屏障建得过长会造成不必要的浪费。建造怎样长度的声屏障既能保证效果，又节省投资？笔者根据多年的设计研究实践经验，提出“15度夹角确定法”。其具体办法如下图所示：
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这样保护100米长的对象，且离声屏障垂直距离30米这种状况下，建声屏障330米长即可，若离声屏障垂直距离20米，则声屏障建249米长即可。按照公式（2）确定的声屏障长度既可保证避免端头效应的影响，从而提高了声屏障的声衰减效果，又能节省投资。
5、结语
本文给出的计算公式是笔者长期研究设计实践总结出来的，旨在为声屏障设计人员提供一种简便、可行的设计方法。这种方法在工程设计实践中得到比较好的验证。同时欢迎同行提出意见，以便总结一套更科学、系统的声屏障设计方法。
参考文献：
1、《一种耐高温、防尘消声器研究》文环凌《应用声学》2000年第一期。
2、《深圳市红树林自然保护区声屏障设计》文环凌 2002年全国声学学术会议论文集。
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