城市轨道交通微穿孔板式声屏障的研究

　　1　前言

　　噪声是城市轨道交通面临的主要环境问题之一。1996年我国通过了《环境噪声污染防治法》,其中第三十九条规定了应当减轻因铁路运行造成的环境噪声污染。噪声问题已经成为发展城市轨道交通的首要制约因素。上海地铁一号线距新龙华站200 m处的关于轨道噪声频谱的测试结果表明,最大A计权频带为630Hz[1]。上海地铁一号线的地面段的另一项测试结果表明,噪声主要成份是500Hz以下的低频噪声,如果以A计权谱来评定,噪声的主要范围是200~1600Hz[2]。

　　根据不完全统计,城市轨道交通中之高架轻轨声屏障的投资平均占土建工程总投资的9%左右。声屏障的降噪效果主要分为2部分:隔声效果和吸声效果。既有的声屏障有2个严重的缺陷:(1)既有非透明声屏障采用普通穿孔板内粘贴多孔吸声材料来获得吸声性能。多孔吸声材料在雨水、潮湿作用下吸声性能明显下降,还存在霉、蛀、耐高温较差、污染环境、耐高速气流冲击性能差、空气动力性能差等问题。(2)既有透明声屏障采用无穿孔夹胶玻璃或聚碳酸酯板,没有吸声性能。由于司机和乘客的视觉舒适性、附近建筑物的采光需要,在许多区段需要采用透明声屏障。但由于列车侧面积较大,如果声屏障没有吸声效果,轮轨噪声会在列车侧面和声屏障之间多次反射,相当于将噪声源提高到列车顶部,造成声屏障降噪效果显著降低。微穿孔板式声屏障能解决既有声屏障的这2个严重缺陷。至今尚未见城市轨道交通中应用微穿孔板式声屏障的报道。

　　2　微穿孔板吸声结构的基本原理

　　微穿孔板吸声结构的理论[3]是在普通穿孔板结构的基础上提出来的。

　　由于普通穿孔板(穿孔直径大于10 mm)的声阻很小,因此吸声频带很窄。为使普通穿孔板吸声结构在较宽的范围内有效地吸声,必须在穿孔板背后填充大量的多孔材料或敷上声阻较高的纺织物。但是,如果把穿孔直径减小到1mm以下,则不需另加多孔材料也可以使它的声阻增大,吸声系数明显提高,吸声带宽明显增大,这就是微穿孔板。微穿孔板是指在薄板上穿以孔直径小于1 mm的微孔,穿孔率一般为0·5%~5%,后部留有一定厚度空气层(也称空腔)。空气层内不填任何吸声材料。微穿孔板主要是利用声波传过时空气在小孔中来回摩擦消耗声能,并利用腔的大小来控制峰的共振频率,腔越大,共振频率越低。

　　3　计算分析

　　研究表明[3],表征微穿孔板吸声特性的吸声系数和频带宽度,主要由微穿孔板结构的声质量m和声阻r来决定。而这2个因素又与微孔直径d及穿孔率P有关,微穿孔板吸声结构的相对阻抗Z(声阻抗除以空气的特性阻抗ρ0c)用下式计算: