聲屏障
關注創建者：海克斯康設計與仿真 創建時間：2021-03-02
聲屏障的視頻教程
來一場形散神凝的聲學旅行
本課程同樣適用于非聲學仿真的對結構、流體等設計和仿真工程師，用以了解聲學的基本概念和聲學仿真的基礎知識，對擴展知識面有很大的幫助。 主要內容包括： - 聲學基本方程與現象概述 - 聲級與頻程-噪音與樂音 - 聲學數值仿真方法概述 - 聲學仿真行業應用案例：法拉利汽車、空中客車、中國鐵設軌道聲屏障等
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聲屏障的實例教程
<p class="ql-align-justify">聲屏障，主要用于公路、高速公路、鐵路、高架、橋梁和其它噪聲源的隔聲降噪，是一種重要交通設施。道路工程中應用較廣泛的聲屏障有三種：直立式聲屏障、微弧式聲屏障和折板式聲屏障。</p><p class="ql-align-justify">聲屏障主要由支撐結構、吸聲板及連接構件組成。工程上多采用H型立柱作為支撐結構，以確保聲屏障具備良好的結構強度并便于安裝和維護。由于聲屏障迎風面積大，為保其安全可靠，需進行抗風計算。其中，支撐結構風載荷下的強度與穩定性尤為關鍵，已成為聲屏障設計的主要內容和基本要求。根據《聲屏障結構技術標準》(GB/T 51335-2018）和《公路聲屏障 第2部分：總體技術要求》(JT/T 646.2-2016) 的規定，聲屏障結構設計應考慮聲屏障材料本身結構的強度與剛度、支撐結構的強度與穩定性，以及聲屏障連接系統的強度及耐久性。</p><p class="ql-align-justify">傳統的聲屏障結構設計主要依賴經驗公式和理論計算，存在估算較為粗略、主體設計保守而關鍵部位設計不足等缺陷。隨著科技的進步，有限元仿真技術的應用使得聲屏障結構計算更加快速、直觀、科學和準確，仿真技術在聲屏障結構形式、材料應用、風載模擬、抗風性能和安全性能分析等方面可以發揮巨大作用。
展開 過去半解析公式只能粗略計算直立式非吸聲屏障。目前我們可以通過Actran精確模擬聲屏障復雜的形狀和吸聲邊界，確定聲屏障有效高度與結構形式，提高聲屏障降噪效率。
——胡文林博士，中國鐵路設計集團有限公司減振降噪實驗室研發工程師
背景
高速鐵路的發展為社會帶來了巨大的出行便利。而高鐵運行時的噪聲會對環境產生重要負面影響，噪聲控制已然成為高速鐵路環境治理面臨的首要問題。高速鐵路噪聲由輪軌區噪聲、車體空氣動力噪聲、集電系統噪聲等組成，其中輪軌區是最主要的噪聲來源。聲屏障能有效抑制輪軌區域的噪聲傳播，從而降低總體噪聲輻射水平，因此得到廣泛應用。實際工程中，中國高速鐵路大多采用2米或3米直立式聲屏障，此高度來源于長期工程經驗的總結和出于結構安全性等方面的考慮。
近年來，工程師試圖尋找更合理的聲屏障高度或更佳的幾何形式，從而實現更高的降噪量和更為經濟的建造成本，因此迫切需要一種精確有效的數值模擬方法指導聲屏障設計改良。
行業挑戰
中國鐵路設計集團有限公司（簡稱中國鐵設，原鐵道第三勘察設計院集團有限公司）減振降噪實驗室主要任務是減振降噪工程技術研發（測試技術與仿真技術研發應用），減振降噪產品開發及推動工程化應用，振動、噪聲測試技術服務。
在高鐵聲屏障設計過程中，采用半解析公式計算聲屏障降噪量（插入損失），由于不能充分描述聲源和邊界條件信息，導致預測結果偏差較大，因此需要能夠模擬高速鐵路聲源特性、反映聲屏障吸聲系數、復雜幾何形式和聲學邊界條件的預測方法。
展開 在高鐵聲屏障設計過程中，采用半解析公式計算聲屏障降噪量（插入損失），由于不能充分描述聲源和邊界條件信息，導致預測結果偏差較大，因此需要能夠模擬高速鐵路聲源特性、反映聲屏障吸聲系數、復雜幾何形式和聲學邊界條件的預測方法。
減振降噪實驗室的胡文林博士表示：“在沒有使用Actran之前，我們很難將聲學研發融入到聲屏障設計中。在設計過程中用半解析公式計算只能驗證一個點聲源或線生源的插入損失，不能計算復雜的幾何形狀和吸聲邊界，研究的產品也只限于直立式非吸聲屏障。”
注：插入損失指保持噪聲源、地形、地貌、地面和氣象條件不變情況下安裝聲屏障前后在某特定位置上的聲壓級之差，是描述聲屏障降噪量的指標。
解決方案
在聲屏障降噪設計過程中仿真對象主要是高速鐵路輻射噪聲，需要建立大尺度、外場、寬頻域的模型。Actran 的無限元技術，二維模型分析技術，阻抗邊界定義，多聲源輸入，近場遠場分布云圖，模擬復雜幾何形狀和阻抗邊界等功能可以滿足這些需求。胡文林補充道：“除了無限元技術外，能夠模擬聲屏障復雜的形狀、吸聲邊界和頂部端頭的形式（彎折、帶有頂部干涉器）是我們選擇這款產品的主要原因。Actran能夠滿足產品研發和預測降噪的需求。”
仿真結果噪聲分布云圖
由于高鐵聲源的復雜性，在仿真模型中需要定義數量非常多的線聲源用來模擬分布在列車兩側和橋梁腹板外側的噪聲源。使用Actran的API語言可以方便的通過命令行或者腳本文件快速定義多聲源。
展開 最近有朋友在群里問聲屏障，說聲屏障計算沒效果，所以搭建了一個聲屏障模型給大家看一下有無聲屏障之后的效果。對比的是聲屏障之后的某個點的聲壓曲線，位置參考圖片所示。
另外這個模型中也加了一個對稱面，模擬地面的反射作用。
單層均質墻板在不同頻率下的隔聲量(dB)一般參照以下經驗公式計算：
R=16lgM+14lgf-29
100-3150Hz的平均隔聲量(dB)一般參照以下經驗公式計算：
R=16lgM+8 ( M≥200Kg/m^2)
R=13.5lgM+14 (M<200Kg/m^2)
② 聲屏障
在空氣中傳播的聲波遇到聲屏障時，就會產生反射、透射和繞射現象。一部分越過聲屏障頂端繞射到達受聲點；損失主要取決于聲源發出的聲波沿著三條道路傳播的聲能分配。聲屏障的作用就是阻擋直達聲的傳播，隔離透射聲，并使繞射聲有足夠的衰減。當聲波撞擊到聲屏障的壁面上時，會在聲屏障邊緣產生繞射現象，而在屏障背后形成“聲影區”。
我們所期待的聲屏障的減噪效果就在“聲影區”的范圍內。與光影區相比較，由于聲波波長比光波波長大的多，因此，這種“聲影區”的邊界并不明顯，經過屏障邊緣之外，聲源發出來的聲波可以直接到達的范圍，叫做“亮區”。從亮區到聲影區之間還有一小段“過渡區”。位于“聲影區”內的噪聲級低于未設置聲屏障時的噪聲級，這就是聲屏障降噪的基本原理。
聲屏障的聲繞射原理圖
對于一個無限長聲屏障、點聲源的繞射聲衰減為：
聲屏障的繞射損失計算示意圖
從上式中可以看出，聲屏障的繞射損失完全取決于菲涅爾指數N，即取決于聲源和受聲點之間的聲程差，聲程差A+B-d越大，λ聲波波長越小(頻率越高)則聲屏障的繞射損失越大，也就是說聲屏障的效果越好。
4、消聲原理
消聲原理是利用吸聲材料和護面材料及隔聲材料設計成一定結構——消聲器來降低噪聲的一種方法。
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聲屏障的最新內容
指導選用低噪聲構件、優化幾何造型（如導流鰭片）、設置聲屏障，有效降低室內外噪聲污染，提升聲環境舒適度。
03 神工坊?應用案例
基于swOpenFOAM的智慧風場平臺
某風電整機領域的頭部企業，為實現對風場風機發電量的實時精準評估，對風資源分析的分辨率提出了極高的要求，并需要開展大規模的仿真分析。然而，現有的硬件和軟件資源無法滿足現場高效運作的需求。
屋頂冷水機組氣動噪聲分析7個月前
冷水機組原理圖
屋頂冷水機組實物圖
如果噪聲源距離人員較近，可以安裝聲屏障，或在風扇出口加裝通風斗，引導氣流到相反方向。
冷水機組原理圖
屋頂冷水機組實物圖
如果噪聲源距離人員較近，可以安裝聲屏障，或在風扇出口加裝通風斗，引導氣流到相反方向。
指導選用低噪聲構件、優化幾何造型（如導流鰭片）、設置聲屏障，<strong style="color: rgb(15, 133, 214);">有效降低室內外噪聲污染，提升聲環境舒適度</strong>。
利用這種新方法，能夠基于獲取的等效聲源，帶入新的安裝環境，預測實際的噪聲分布，在虛擬環境中測試多種噪音控制解決方案，如吸聲墻或聲屏障。
聲屏障主要由支撐結構(如H型立柱)、吸聲板及連接構件組成。</span></p><p><br></p><p><span style="color: rgb(25, 27, 31); background-color: rgb(255, 255, 255);">常見的聲屏障有直立式聲屏障、微弧式聲屏障和折板式聲屏障，這三種聲屏障在道路工程中應用較廣泛。
<p class="ql-align-justify">聲屏障，主要用于公路、高速公路、鐵路、高架、橋梁和其它噪聲源的隔聲降噪，是一種重要交通設施。道路工程中應用較廣泛的聲屏障有三種：直立式聲屏障、微弧式聲屏障和折板式聲屏障。</p><p class="ql-align-justify">聲屏障主要由支撐結構、吸聲板及連接構件組成。
高速列車穿隧道的沖擊波響應，高速列車運行中引起的空氣脈動力對聲屏障結構的作用，車輛過橋的動態響應以及其他瞬態高速過程仿真。
高密度EVA形成強大隔聲屏障，抵御中低頻噪聲入侵，而中高頻噪聲則會在類似蜂巢結構的PU中振蕩消弭，帶來了極致安靜的座艙環境。
此外，針對電驅的高頻嘯叫聲，聲學包設計部分增加了電機聲學包裹方案，二道防火墻、塔頂隔音墊也有效隔絕了增程器噪聲。以理想L9為例，在全覆蓋零死角的豪華聲學包方案加持下，整車環境隔聲量31dB(A)，達到同級領先水平。
為確保噪聲測量結果的準確性與可靠性，懿朵科技建議對試驗臺架進行如下準備工作：放置聲屏障、隔離循環回路、將閥門遠離機組、在距離最近的反射面上布置吸音材料、測試過程中同一房間避免其他機組工作等。
為獲得最佳測試效果，撬塊應安裝在一個空場中，距離墻壁、反射面至少4米。
若在室外環條件下進行測量，則需要保證撬塊周圍沒有任何障礙物遮擋。
