一种高降噪效果的模块化声屏障及设计方法-尊龙凯时官方app下载

文档序号:36402777发布日期:2023-12-16 07:57阅读:12来源:国知局
一种高降噪效果的模块化声屏障及设计方法

1.本发明涉及一种高降噪效果的模块化声屏障及设计方法,属于声屏障降噪技术领域



背景技术:

2.随着经济社会的发展,城市交通噪音污染情况越发严重,声屏障作为一种成熟的噪音尊龙凯时官方app下载的解决方案,使用场景越来越多

相比于由于声反射影响降噪效果的隔声型声屏障,吸声型声屏障往往具有更好的降噪效果,因而逐渐获得了更多关注,具有广阔的应用前景

3.目前,大多数吸声型声屏障在实际工程应用场景中具有一定的局限性:
(1)
传统吸声型声屏障多采用玻璃棉等纤维类多孔材料,此类吸声材料在中高频段吸声效果较好,对中低频交通噪声吸声性能一般,同时其耐候性和防火性能不足,且可能对环境和人体健康产生不良影响;
(2)
部分使用泡沫铝为代表的泡沫金属材料作为吸声材料的声屏障耐候

耐高温性能好,但价格高昂,不适合大规模生产;
(3)
部分应用穿孔板共振结构的声屏障仅对单一频率的噪声具有明显效果,吸声频带较窄;
(4)
大部分声屏障采用统一设计,针对不同场景不同特性的交通噪声的适应性一般,因此声屏障的总体降噪效果有限

4.鉴于以上问题,在吸声型声屏障的设计和应用过程中,可考虑采用微穿孔板共振结构实现良好的中低频交通噪声降噪效果,将不同结构参数的微穿孔板并联进一步拓宽整体结构的吸声频带;基于不同交通场景的噪声能量分布进行微穿孔板参数和面积分配方案设计,从而进一步提升声屏障的适应性和降噪效果



技术实现要素:

5.本发明提供一种高降噪效果的模块化声屏障及设计方法,基于交通噪声能量分布评估设计并联微穿孔板共振吸声屏体实现高降噪效果,解决目前吸声型声屏障降噪效果一般

材料耐久性和防火性能不足的问题

6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
7.一种高降噪效果的模块化声屏障,包括声屏障屏体支架,在声屏障屏体支架上安装若干微穿孔板共振降噪单元,若干微穿孔板共振降噪单元在垂直地面方向由上至下顺次叠设,每个微穿孔板共振降噪单元能够独立在不同频段发生共振;
8.所述微穿孔板共振降噪单元为面板构成的空腔,空腔为封闭构造,若干微穿孔板共振降噪单元叠设时通过刚性横隔板隔开;
9.空腔垂直于地面方向的侧板为微穿孔面板;
10.作为本发明的进一步优选,所述声屏障屏体支架包括混凝土支座,在其两端设置相对布设且垂直于地面的立柱,若干微穿孔板共振降噪单元位于两根立柱之间;
11.作为本发明的进一步优选,微穿孔面板的板面包含若干贯通的微孔,微孔的形状为圆形或者多边形或者条形;
12.根据所述高降噪效果的模块化声屏障的设计方法,
13.步骤
s1
:确定针对不同频段降噪的微穿孔板共振降噪单元的面积比例,将多个微穿孔板共振降噪单元安装在声屏障屏体支架上;
14.步骤
s2
:确定每个微穿孔板共振降噪单元的设计参数,包括微穿孔面板的阻抗

微穿孔板共振降噪单元中空腔的声阻抗率

微穿孔面板板面微孔的直径

构成微穿孔板共振降噪单元面板的厚度以及空腔深度;
15.作为本发明的进一步优选,步骤
s1
中微穿孔板共振降噪单元的面积比例设计依据为交通噪声能量集中的频段,获取交通噪声能量比例的步骤为:
16.步骤
s11
:在道路路肩外侧设置测点,采用噪声信号实时分析仪对测点位于的公路断面进行噪声频谱监测,得到三分之一倍频程频谱;
17.步骤
s12
:基于步骤
s11
中获取的三分之一倍频程频谱中若干频段,按照中心频率划分i个不同的噪声频段;
18.步骤
s13
:计算第n个中心频率对应的噪声声能相对值en
,计算公式为:
[0019][0020]
式中,
ln为第n个中心频率的噪声声压级,单位
db

[0021]
步骤
s14
:计算第m个频段内噪声声能相对总值em
(m

1-i)
,计算公式为:
[0022][0023]
步骤
s15
:计算第m个频段噪声能量比例
ηm,计算公式为:
[0024][0025]
作为本发明的进一步优选,步骤
s2
中每个微穿孔板共振降噪单元的设计参数满足:
[0026]iω
m zd=0[0027]
式中,i为虚数符号,
ω
为角频率,且
ω
=2πf,m为声质量,
zd为微穿孔板共振降噪单元中空腔的声阻抗率;
[0028]
作为本发明的进一步优选,当微孔的形状为圆形时,
[0029][0030]
ρ0为空气的密度,
c0为声波在空气中传播的速度,d为空腔深度;
[0031][0032]m为声质量,h为面板的厚度,
p
为穿孔率,穿孔率为微孔的面积占微穿孔面板的比,d为微穿孔面板的微孔直径,k为穿孔常数,
η
为空气的剪切粘滞系数;
[0033]
将微穿孔板共振降噪单元中空腔的声阻抗率

声质量的公式代入设计参数满足条件内,得到:
[0034][0035]
作为本发明的进一步优选,步骤
s2
中微穿孔面板的阻抗满足:
[0036]z=
r i
ωm[0037]
式中,z为微穿孔面板的阻抗,r为声阻,i为虚数符号,
ω
为角频率,且
ω
=2πf,m为声质量;其中,
[0038][0039]
η
为空气的剪切粘滞系数,h为面板的厚度,
p
为穿孔率,穿孔率为微孔的面积占微穿孔面板的比,d为微穿孔面板的微孔直径,k为穿孔常数,
[0040]
通过以上技术方案,相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
[0041]
1、
本发明提供的高降噪效果的模块化声屏障,采用若干微穿孔板共振降噪单元组合设置结构,弥补了单一穿孔板降噪频带窄的缺陷,对以中低频为主的交通噪声具有良好的降噪效果;
[0042]
2、
本发明提供的高降噪效果的模块化声屏障,构成屏障的结构均为金属以及混凝土,避免传统纤维类吸声材料的使用,提升了耐久性以及防火性能;
[0043]
3、
本发明提供的高降噪效果的模块化声屏障,微穿孔板共振降噪单元能够根据实际场景的噪声特性进行调整,适应性强,模块化的设计维护简便,且经济性高;
[0044]
4、
本发明提供的高降噪效果的模块化声屏障,基于不同场景交通噪声能量比例特征进行微穿孔面板参数设计,针对不同交通组成特征的道路提供专属方案,降噪效果好

附图说明
[0045]
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明

[0046]
图1是本发明提供的优选实施例整体结构主视图;
[0047]
图2是本发明提供的优选实施例整体结构侧视图;
[0048]
图3是本发明提供的优选实施例整体结构立体图;
[0049]
图4是本发明提供的优选实施例中某高速公路断面噪声能量比例图

[0050]
图中:1为混凝土支座,2为微穿孔面板,3为刚性横隔板,4为立柱,5为空腔

具体实施方式
[0051]
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明

本技术的描述中,需要理解的是,术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位

以特定的方位构造和操作,“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度,因此不能理解为对本发明的限制

本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案,并不限制本发明的保护范围

[0052]
如背景技术中阐述的,为了解决现有技术中关于吸声型屏障的问题,可以考虑采用微穿孔板共振结构的基础上,基于不同交通场景的噪声能量分布设计不同共振结构参数的微穿孔面板,并将不同结构参数的微穿孔板共振结构并联,以拓宽吸声频带,提高降噪效果

[0053]
首先从结构上看,如图
1-3
所示,本技术提供的高降噪效果的模块化声屏障包括声屏障屏体支架,在声屏障屏体支架上安装若干微穿孔板共振降噪单元,若干微穿孔板共振降噪单元在垂直地面方向由上至下顺次叠设
(
一般的叠设个数在
3-9
个为佳
)
,多个微穿孔板共振降噪单元就是为了匹配不同噪声能量进行针对性设计,每个微穿孔板共振降噪单元能够独立在不同频段发生共振

同时多个微穿孔板共振降噪单元作为模块化的设计方式,能够适应不同的交通场景

[0054]
结构中起到决定性作用的是微穿孔板共振降噪单元,从图中可以明显看出,微穿孔板共振降噪单元为面板构成的封闭式空腔,若干微穿孔板共振降噪单元叠设时通过刚性横隔板3隔开

空腔5垂直于地面方向的侧板为微穿孔面板2,即以图1视角看,正视的侧面即为安装微穿孔面板侧

结构中所有的板件均采用金属板制作

[0055]
微穿孔面板的板面包含若干贯通的微孔,微孔的形状为圆形或者多边形或者条形

[0056]
申请中关于声屏障屏体支架给了相关的优选实施例,声屏障屏体支架包括混凝土支座1,在其两端设置相对布设且垂直于地面的立柱4,若干微穿孔板共振降噪单元位于两根立柱之间

[0057]
在进行模块化声屏障设计时,为了达到最优效果,其微穿孔面板的阻抗

微穿孔板共振降噪单元中空腔的声阻抗率

微穿孔面板板面微孔的直径

构成微穿孔板共振降噪单元面板的厚度以及空腔深度这些都需要根据不同道路实际噪声特性进行参数设计,
[0058]
因此本技术给出了所述高降噪效果的模块化声屏障的设计方法,
[0059]
步骤
s1
:确定针对不同频段降噪的微穿孔板共振降噪单元的面积比例,将多个微穿孔板共振降噪单元安装在声屏障屏体支架上;
[0060]
这里微穿孔板共振降噪单元的面积比例设计依据为交通噪声能量集中的频段,获取交通噪声能量比例的步骤为:
[0061]
步骤
s11
:在道路路肩外侧设置测点,采用噪声信号实时分析仪对测点位于的公路断面进行噪声频谱监测,得到三分之一倍频程频谱;
[0062]
步骤
s12
:基于步骤
s11
中获取的三分之一倍频程频谱中若干频段,按照中心频率划分i个不同的噪声频段;
[0063]
步骤
s13
:计算第n个中心频率对应的噪声声能相对值en
,计算公式为:
[0064][0065]
式中,
ln为第n个中心频率的噪声声压级,单位
db

[0066]
步骤
s14
:计算第m个频段内噪声声能相对总值em
(m

1-i)
,计算公式为:
[0067][0068]
步骤
s15
:计算第m个频段噪声能量比例
ηm,计算公式为:
[0069][0070]
步骤
s2
:确定每个微穿孔板共振降噪单元的设计参数,包括微穿孔面板的阻抗

微穿孔板共振降噪单元中空腔的声阻抗率

微穿孔面板板面微孔的直径

构成微穿孔板共振降噪单元面板的厚度以及空腔深度

[0071]
首先每个微穿孔板共振降噪单元的设计参数满足:
[0072]iω
m zd=0[0073]
式中,i为虚数符号,
ω
为角频率,且
ω
=2πf,m为声质量,
zd为微穿孔板共振降噪单元中空腔的声阻抗率

[0074]
优选实施例中,选择微孔的形状为圆形,此时上述公式中各个参数需满足:
[0075][0076]
ρ0为空气的密度,
c0为声波在空气中传播的速度,d为空腔深度;
[0077][0078]m为声质量,h为面板的厚度,
p
为穿孔率,穿孔率为微孔的面积占微穿孔面板的比,d为微穿孔面板的微孔直径,k为穿孔常数,
η
为空气的剪切粘滞系数;
[0079]
将微穿孔板共振降噪单元中空腔的声阻抗率

声质量的公式代入设计参数满足条件内,得到:
[0080][0081]
同样的,微孔为圆形时微穿孔面板的阻抗满足:
[0082]z=
r i
ωm[0083]
式中,z为微穿孔面板的阻抗,r为声阻,i为虚数符号,
ω
为角频率,且
ω
=2πf,m为声质量;其中,
[0084][0085]
η
为空气的剪切粘滞系数,h为面板的厚度,
p
为穿孔率,穿孔率为微孔的面积占微穿孔面板的比,d为微穿孔面板的微孔直径,k为穿孔常数,
[0086]
在经过多次试验比对后,本技术总结了部分结构参数的范围,如微穿孔面板的微孔直径为
0.2-1.5mm
,穿孔率
0.5
%-6
%,面板厚
0.5-3mm
,空腔内空气层厚度为
40-100mm。
[0087]
为了验证本技术设计的模块化声屏障的优越性,针对某高速公路某断面进行具体案例分析,噪声频谱监测分析,得到
1/3
倍频程频谱,如下表所示

[0088]
噪声频谱监测分析表
[0089][0090][0091]
表中可知,将
1/3
倍频程频谱的
34
个频段按照中心频率
10-80hz、80-500hz、500-2000hz

2000-20000hz
划分为4个不同的噪声频段,分别对其噪声能量分布进行定量分析得到图4所示的噪声能量比例图

显然,该高速公路断面的交通噪声能量主要集中在
80-500hz
,结合不同车型交通噪声等效频率主要分布在
63-1000hz
,微穿孔板共振单元主要设计频率为
250-1000hz
,其中
250hz、500hz、750hz

1000hz
的微穿孔板共振单元面积比例为4:3:2:
1。
[0092]
实施例中,由于微孔采用圆形孔,基于前述的设计方法,确定每个微穿孔板共振降噪单元的设计参数,如下表所示:
[0093]
微穿孔板共振降噪单元参数表
[0094][0095]
考虑低频噪声绕射能力较强,安装时从上至下安装
1、2、3、4
号微穿孔板共振单元

[0096]
本技术领域技术人员可以理解,除非另外定义,这里使用的所有术语
(
包括技术术语和科学术语
)
具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义

还应该理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义,并且除非像这里一样定义,不会用理想化或过于正式的含义来解释

[0097]
本技术中所述的“和
/
或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内

[0098]
本技术中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接

[0099]
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改

本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围

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