干涉型消音板(声屏障)的研究
干涉型消音板(声屏障)的研究[20200406123516]
摘要
目前噪音污染的来源主要来自于交通噪声，本文主要根据公路噪声特点对声屏障（消音板）进行研究。
声屏障顶端结构多种多样，其中静区干涉型声屏障依据波的干涉原理并针对公路噪声特点设计制造而成，降噪效果主要体现在声影区和亮区之间的过渡区域（亦称灰色区域）。
Virtual.Lab Acoustics是LMS公司集成在sysnoise开发出的专门用于声学仿真计算的工具，支持计算各种辐射声场的声学响应（如声压，声强等），其主要依赖于声学有限元和声学边界元两种数值方法。
插入损失可以很好地描述声屏障的降噪效果，为体现出干涉型声屏障提出的合理性，本文将通过利用Virtual.Lab Acoustics并采用边界元法计算直立型，T型，干涉型三种声屏障的插入损失，并通过对比总结干涉型声屏障的优缺点。。
试验结果表明，在某些频率上，静区干涉型声屏障有很好的表现，相比于其他两种声屏障具有一定的优越性，但在某些频率表现不怎么好，甚至加大了噪声，针对此重大缺陷，本文也尝试构思了一下设想方案，并初步具有了一定的成效。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:声屏障静区干涉Virtual.LabAcoustics边界元法改进方案
目录
第1章 绪论 6
1.1选题背景 6
1.2目前主流声屏障结构研究动态 6
1.2.1我国声屏障的结构形式 7
1.2.2国外声屏障结构形式进展 8
1.2.3研究干涉型声屏障目的及意义 11
1.3本论文主要研究内容 12
第2章 干涉型声屏障设计的声学理论基础 13
2.1 声学基本量 13
2.2 声屏障的评价指标 14
2.3 研究声屏障插入损失的影响因素 16
2.4 干涉降噪原理理论分析 18
2.4.1干涉降噪原理 18
2.4.2干涉降噪结构 18
第3章 Virtual.Lab Acoustics简介 20
3.1概述 20
3.2 Virtual.Lab Acoustics基于的理论基础 20
3.2.1 声学有限元法 20
3.2.2边界元法 21
3.3声学建模基本知识 22
3.3.1声学网格的要求 22
3.3.2声学单元类型 22
3.3.3声学计算的基本流程图 22
第4章 声屏障的仿真分析 25
4.1 仿真分析前的必要准备 25
4.1.1静区干涉的顶部结构设计(部分内容参考[31]) 25
4.1.2对比声屏障设定 25
4.1.3声屏障模型设定 26
4.1.4结构布置 28
4.1.5 声屏障材料及模态设定 29
4.2数据仿真分析 30
4.2.1数据仿真步骤 30
4.2.2数据仿真结果 31
4.2.3对比进行优缺点分析 36
4.3 静区干涉结构改进及其效果分析 37
4.3.1改进设想方案 37
4.3.2改进后的仿真结果 38
4.3.3仿真后的效果及使用可行性分析 39
4.4 小结： 40
总结与心得 42
参考文献 43
第1章 绪论
1.1选题背景
随着现代化工业的发展，各类环境污染越来越严重，其中就包括噪音污染。噪声的危害是极大的，它不仅容易造成人类听力上的损伤、降低人类的生活质量外，甚至还会对人体的神经系统等产生一定影响，诱发各种疾病。据世界卫生组织统计，每年，在美国因噪声影响带来的损失损失（包括工伤事故，工作效率的降低等）将近四十亿美元[1]。
在我国，随着城市现代化建设的加快，噪声扰民的现象也在不断的发生。据环保部门的反应，在所有投诉的污染事件中，噪声污染所占的比例一直居高不下，长时间占据第一。目前，我国的噪声主要来自于交通噪声、工业噪声、施工噪声以及生活噪声，其中仅仅是交通噪声就已经占据高达35％[2]。因此，如何能够很好控制道路带来的噪音，已成为我国乃至全球都迫切需要解决的问题。
控制噪声污染一般主要是从声源、传播途径、受声点三处考虑，目前最广泛的做法是设置声屏障、种植树林和草地。这三种措施中，声屏障是最高效的方法，其具有建设时间短，降噪效率高，可与周围环境相融合，美化环境等优势。
目前，国内外应用在工程中的声屏障大多具有结构单一的缺点，他们的结构大多以直立型为主，通常仅增加障板高度或寻找更好的吸音材料提高隔声屏障的降噪效果,因此伴随而来的是提高对结构的要求,也大大提高声屏障的应用成本,并且较高的障板也会让人感觉到空间压抑,不具有好的视觉效果。
建立高效，全面，协调，可持续的，具有生态型的声屏障迫在眉睫。
1.2目前主流声屏障结构研究动态
目前国际上主流的增加障板的隔声性能的方法是通过改善声屏障几何形状及吸声性能、在竖直障板顶端加上一些简单几何结构来实现 [3]。这样做主要是为了使声能在声屏障的顶端处能更多地耗散掉。因此声屏障顶部结构的研究一直是重点话题。
目前通过使用计算机技术模拟计算技术来模拟声屏障影响区域的降噪效果越来越得到认可,越来越多的被使用，其大大提高了计算效率和准确性[4~6] 。比较常见的声学分析软件主要有比利时LMS公司开发的Virtual.Lab Acoustics（集成Raynoise）, 德国Braunstein Bendt GmbH 公司的SoundPLAN以及丹麦技术大学的ORDENS等。我国在计算机模拟这块起步较晚，在利用计算机解决声屏障降噪问题方面表现得较为薄弱,但近年来随着国内研究人员越来越重视计算机模拟技术,也为设计高效声屏障提供了强有力的依据[ 7~8] 。
对声屏障插入损失的理论计算方法有很多种，基础的波动声学理论、经验与半经验公式、前川曲线和诺模图法、及边界元法等[9]。本文将利用的就是边界元法，此方法可以将外界的影响因素(如地面、流体等)，及声屏障的材料、形状全部考虑进去，能够很好的减少实验的误差。
1.2.1我国声屏障的结构形式
目前我国的结构形式依旧还是以直立型为主，研究内容集中在高度、长度、材料选择等方面[10-13]。此外在中国得到广泛应用的还有折壁式结构和圆弧式结构。王小鹏等人[14]通过计算机模拟发现，声屏障折壁角的参数也能影响降噪性能，但还存在解决不同类型材料的方程求解问题，以及未考虑其他影响因素时对声学模型修正问题[14]。
声屏障顶部结构的采用，不仅能帮助降低噪声，而且还能减少高度，提高了降噪效率，因此声屏障顶部结构在中国也越来越得到重视：毛东兴等人[15]对带有顶部吸声柱体的微穿孔声屏障进行了模型试验?模型试验表明，其能达到7dB(A)的附加降噪效果。朱晓天等人[7]应用了欧洲标准委员会2002年公布的对顶端结构衍射性能进行实地和实验室测量的标准(prCEN／TSl793-4)对T型、橄榄型、弧形、L型等4种顶端结构的声屏障进行了插入损失分析，并也取得了较好的成果。
国内声屏障的主要形式还是以直立型和折壁式或圆弧式顶部结构为主，在顶部结构的研究和应用方面还有很长的路要走。
1.2.2国外声屏障结构形式进展
相比于中国，美国、日本、欧洲等许多国家在很早的时候就在声屏障的顶部研究上比较重视，从多方面进行了研究，取得了很大的进展，并且得到了广泛的应用。
以下是关于声屏障研究的主要成果。
1. 多重边缘顶部结构
如图1所示，在直立型声屏障顶端附近增加与声屏障平行的轻型障板，使噪声经过顶端时反复反射，从而消耗掉噪声的能量，具有结构简化，安装方便的特点。D.H.Crombie等[16]应用边界元技术建立的数学模型对不同尺寸、层数及形状的多重边声屏障结构进行了研究，。通过对噪声频谱的分析显示，增加障板对所有频段都起作用，其中对高频的作用更大；另外根据试验测试数据发现，在声屏障顶部增加很小的板就可以附加3—4dB的降噪效果，而在噪声源一侧增加则会相对较低一些，在附加边底部加上时会更差，而在附加边内部加上吸声材料则附加的降噪效果十分不明显了。而P.A.Morgan、G.R.Watts等人[17-18]也对此结构研究过，发现顶部多重边缘的采用，可以使得声屏障在不增加高度的情况下，最高可以增加额外的插入损失3dB。当他们加上吸声材料后，最高可以达到7.5dB，也很好的证明了多重边对声屏障附加降噪效果的正面影响。
摘要
目前噪音污染的来源主要来自于交通噪声，本文主要根据公路噪声特点对声屏障（消音板）进行研究。
声屏障顶端结构多种多样，其中静区干涉型声屏障依据波的干涉原理并针对公路噪声特点设计制造而成，降噪效果主要体现在声影区和亮区之间的过渡区域（亦称灰色区域）。
Virtual.Lab Acoustics是LMS公司集成在sysnoise开发出的专门用于声学仿真计算的工具，支持计算各种辐射声场的声学响应（如声压，声强等），其主要依赖于声学有限元和声学边界元两种数值方法。
插入损失可以很好地描述声屏障的降噪效果，为体现出干涉型声屏障提出的合理性，本文将通过利用Virtual.Lab Acoustics并采用边界元法计算直立型，T型，干涉型三种声屏障的插入损失，并通过对比总结干涉型声屏障的优缺点。。
试验结果表明，在某些频率上，静区干涉型声屏障有很好的表现，相比于其他两种声屏障具有一定的优越性，但在某些频率表现不怎么好，甚至加大了噪声，针对此重大缺陷，本文也尝试构思了一下设想方案，并初步具有了一定的成效。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:声屏障静区干涉Virtual.LabAcoustics边界元法改进方案
目录
第1章 绪论 6
1.1选题背景 6
1.2目前主流声屏障结构研究动态 6
1.2.1我国声屏障的结构形式 7
1.2.2国外声屏障结构形式进展 8
1.2.3研究干涉型声屏障目的及意义 11
1.3本论文主要研究内容 12
第2章 干涉型声屏障设计的声学理论基础 13
2.1 声学基本量 13
2.2 声屏障的评价指标 14
2.3 研究声屏障插入损失的影响因素 16
2.4 干涉降噪原理理论分析 18
2.4.1干涉降噪原理 18
2.4.2干涉降噪结构 18
第3章 Virtual.Lab Acoustics简介 20
3.1概述 20
3.2 Virtual.Lab Acoustics基于的理论基础 20
3.2.1 声学有限元法 20
3.2.2边界元法 21
3.3声学建模基本知识 22
3.3.1声学网格的要求 22
3.3.2声学单元类型 22
3.3.3声学计算的基本流程图 22
第4章 声屏障的仿真分析 25
4.1 仿真分析前的必要准备 25
4.1.1静区干涉的顶部结构设计(部分内容参考[31]) 25
4.1.2对比声屏障设定 25
4.1.3声屏障模型设定 26
4.1.4结构布置 28
4.1.5 声屏障材料及模态设定 29
4.2数据仿真分析 30
4.2.1数据仿真步骤 30
4.2.2数据仿真结果 31
4.2.3对比进行优缺点分析 36
4.3 静区干涉结构改进及其效果分析 37
4.3.1改进设想方案 37
4.3.2改进后的仿真结果 38
4.3.3仿真后的效果及使用可行性分析 39
4.4 小结： 40
总结与心得 42
参考文献 43
第1章 绪论
1.1选题背景
随着现代化工业的发展，各类环境污染越来越严重，其中就包括噪音污染。噪声的危害是极大的，它不仅容易造成人类听力上的损伤、降低人类的生活质量外，甚至还会对人体的神经系统等产生一定影响，诱发各种疾病。据世界卫生组织统计，每年，在美国因噪声影响带来的损失损失（包括工伤事故，工作效率的降低等）将近四十亿美元[1]。
在我国，随着城市现代化建设的加快，噪声扰民的现象也在不断的发生。据环保部门的反应，在所有投诉的污染事件中，噪声污染所占的比例一直居高不下，长时间占据第一。目前，我国的噪声主要来自于交通噪声、工业噪声、施工噪声以及生活噪声，其中仅仅是交通噪声就已经占据高达35％[2]。因此，如何能够很好控制道路带来的噪音，已成为我国乃至全球都迫切需要解决的问题。
控制噪声污染一般主要是从声源、传播途径、受声点三处考虑，目前最广泛的做法是设置声屏障、种植树林和草地。这三种措施中，声屏障是最高效的方法，其具有建设时间短，降噪效率高，可与周围环境相融合，美化环境等优势。
目前，国内外应用在工程中的声屏障大多具有结构单一的缺点，他们的结构大多以直立型为主，通常仅增加障板高度或寻找更好的吸音材料提高隔声屏障的降噪效果,因此伴随而来的是提高对结构的要求,也大大提高声屏障的应用成本,并且较高的障板也会让人感觉到空间压抑,不具有好的视觉效果。
建立高效，全面，协调，可持续的，具有生态型的声屏障迫在眉睫。
1.2目前主流声屏障结构研究动态
目前国际上主流的增加障板的隔声性能的方法是通过改善声屏障几何形状及吸声性能、在竖直障板顶端加上一些简单几何结构来实现 [3]。这样做主要是为了使声能在声屏障的顶端处能更多地耗散掉。因此声屏障顶部结构的研究一直是重点话题。
目前通过使用计算机技术模拟计算技术来模拟声屏障影响区域的降噪效果越来越得到认可,越来越多的被使用，其大大提高了计算效率和准确性[4~6] 。比较常见的声学分析软件主要有比利时LMS公司开发的Virtual.Lab Acoustics（集成Raynoise）, 德国Braunstein Bendt GmbH 公司的SoundPLAN以及丹麦技术大学的ORDENS等。我国在计算机模拟这块起步较晚，在利用计算机解决声屏障降噪问题方面表现得较为薄弱,但近年来随着国内研究人员越来越重视计算机模拟技术,也为设计高效声屏障提供了强有力的依据[ 7~8] 。
对声屏障插入损失的理论计算方法有很多种，基础的波动声学理论、经验与半经验公式、前川曲线和诺模图法、及边界元法等[9]。本文将利用的就是边界元法，此方法可以将外界的影响因素(如地面、流体等)，及声屏障的材料、形状全部考虑进去，能够很好的减少实验的误差。
1.2.1我国声屏障的结构形式
目前我国的结构形式依旧还是以直立型为主，研究内容集中在高度、长度、材料选择等方面[10-13]。此外在中国得到广泛应用的还有折壁式结构和圆弧式结构。王小鹏等人[14]通过计算机模拟发现，声屏障折壁角的参数也能影响降噪性能，但还存在解决不同类型材料的方程求解问题，以及未考虑其他影响因素时对声学模型修正问题[14]。
声屏障顶部结构的采用，不仅能帮助降低噪声，而且还能减少高度，提高了降噪效率，因此声屏障顶部结构在中国也越来越得到重视：毛东兴等人[15]对带有顶部吸声柱体的微穿孔声屏障进行了模型试验?模型试验表明，其能达到7dB(A)的附加降噪效果。朱晓天等人[7]应用了欧洲标准委员会2002年公布的对顶端结构衍射性能进行实地和实验室测量的标准(prCEN／TSl793-4)对T型、橄榄型、弧形、L型等4种顶端结构的声屏障进行了插入损失分析，并也取得了较好的成果。
国内声屏障的主要形式还是以直立型和折壁式或圆弧式顶部结构为主，在顶部结构的研究和应用方面还有很长的路要走。
1.2.2国外声屏障结构形式进展
相比于中国，美国、日本、欧洲等许多国家在很早的时候就在声屏障的顶部研究上比较重视，从多方面进行了研究，取得了很大的进展，并且得到了广泛的应用。
以下是关于声屏障研究的主要成果。
1. 多重边缘顶部结构
如图1所示，在直立型声屏障顶端附近增加与声屏障平行的轻型障板，使噪声经过顶端时反复反射，从而消耗掉噪声的能量，具有结构简化，安装方便的特点。D.H.Crombie等[16]应用边界元技术建立的数学模型对不同尺寸、层数及形状的多重边声屏障结构进行了研究，。通过对噪声频谱的分析显示，增加障板对所有频段都起作用，其中对高频的作用更大；另外根据试验测试数据发现，在声屏障顶部增加很小的板就可以附加3—4dB的降噪效果，而在噪声源一侧增加则会相对较低一些，在附加边底部加上时会更差，而在附加边内部加上吸声材料则附加的降噪效果十分不明显了。而P.A.Morgan、G.R.Watts等人[17-18]也对此结构研究过，发现顶部多重边缘的采用，可以使得声屏障在不增加高度的情况下，最高可以增加额外的插入损失3dB。当他们加上吸声材料后，最高可以达到7.5dB，也很好的证明了多重边对声屏障附加降噪效果的正面影响。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/gdxx/337.html
