CN102622518A - 一种基于建筑物群密度的室外声预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提一种基于建筑物群密度的室外声预测方法。考虑了建筑物群对声音的遮挡衰减和反射补偿，以建筑物体积与空间体积的比率作为变量来衡量道路交通噪声的衰减。方法计算了邻近道路前排建筑物对声音衰减的决定性影响，前排建筑物在道路所在竖直平面上的投影面积所占的比率也被考虑在内。另外，算法对声音在传播过程中地面反射及吸收对衰减项的影响做出了修正，得到了三维建筑物群的声衰减的通用形式。本发明应用于建筑物群对室外声的噪声衰减计算，解决了高密度建筑物大区域噪声衰减计算计算量大的问题。

Description

一种基于建筑物群密度的室外声预测方法

技术领域

本发明属于室外声排放和传播以及空间几何的技术领域，特别是涉及一种基于建筑物群密度的室外声预测方法。

背景技术

现在在研究的领域和环境评估以及市政规划等方面，特别是道路建设时，都会先对周围的环境做出评估，通过各种方法评估进行道路建设后对周围环境的影响，通过评估结果，实时的调整项目的进度以及采取有效的措施保护周遭的环境，特别是噪声对周围环境的影响是整个道路建设项目中的重点，因此通过怎样的规划和建设尽量减低噪声等因素对周围环境的影响是非常重要的，而对此有着重要影响的就是如何准确的判断室外声在建筑物之间传播时的衰减。

由于道路交通线两侧一般分布有许多建筑区，这些区域内的建筑物群对室外的声音的传播具有明显的减弱作用，使到声音在传播过程中逐渐的衰减。在考虑到道路周边建筑物群布局的复杂性，利用声音传播的实际路线来计算室外声音在传播过程中的衰减将会需要巨大的计算量，而且很难通过计算获得室外声衰减的简便通用算法。目前对于室外声在传播过程中的衰减的研究主要分为两类：基于声传播理论的具体细化衰减算法以及以建筑物面积比率为参数的简化算法。

目前的国际标准还提出了室外声在建筑物群之间衰减简化算法。通过引入沿声线传播路径上建筑物的密度B和相对于在建筑物邻近道路的总长度的建筑物正面的长度的百分数p，提出了二维情况下建筑物群对室外声的衰减算法。中国也引用这种方法为国家标准。一些室外声的三维计算方法解决了部分情况下的建筑物群间的噪声衰减问题，但对于某些情况，尤其是大规模不规则建筑物群之间的衰减则存在计算量很大的问题，特别是对于存在其他干扰因素时，使得对于衰减的计算结果与实际的结果存在极大的差距，不能获取有效的数据，对于研究和环境评估等等有着重大影响。而且现有的室外声的计算方法中，对于室外声的衰减也没有计算地面反射声音对室外声衰减产生的影响。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种能在通过计算声音传播过程中建筑物，店面等对其影响进而计算出到达接收点时衰减了多少，从而准确预测接收点的噪声值的基于建筑物群密度的室外声预测方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于建筑物群密度的室外声预测方法，包括声源和接收点，所述声源发出声音，所述接收点用于接收所在位置的声音值，所述方法包括以下步骤：

计算接收点无遮挡状态下的声音值；

获取声源和接收点之间环境参数，所述环境参数包括：声线传播路径上建筑物的总体积、声源和接收点之间的声线传播路径上的空间体积、声源两侧前排建筑物在声源所在竖直平面上的面积、声源和接收点之间的直线距离；

根据声线传播路径上建筑物的总体积、声源和接收点之间声线传播路径上的的空间体积、声源和接收点之间的直线距离计算出声源和接收点之间的第一衰减参数；

根据声源两侧前排建筑物在声源所在竖直平面上的面积计算出声源和接收点之间的第二衰减参数；

通过第一衰减参数与第二衰减参数求和计算出室外声衰减值；

计算出接收点中室外声值，所述室外声值为将接收点无遮挡状态下计算到的声音值减去室外声衰减值。

优选地，所述声源包括点声源和线声源，在计算第一衰减参数和第二衰减参数前，还包括将线声源其进行离散化，形成一系列的点声源，并用一组分区来表示，每一个分区代表一个离散后的点声源，每一个分区用处于中心位置的点声源表示的步骤。

优选地，所述第一衰减参数包括声源和接收点之间建筑物体积比率C和声线传播距离d_b，具体为A_hous1＝0.1Cd_b其中，体积比率C为沿声传播路径上的建筑物的密度，等于空间体积去除建筑物的总的立面体积所得的商。

优选地，所述第二衰减参数为根据声源两侧前排建筑物物在声源所在竖直平面的投影所占比率计算出衰减度，所述第二衰减参数为：A_hous2＝-10lg[1-(q/1000)]，式中，q为声源两侧前排建筑物物在声源所在竖平面的投影所占比率，

其中S_bil为前排建筑物投影面积，s为声源所在竖直平面的面积。

优选地，所述声音衰减值还包括地面对建筑物群衰减的影响参数r，所述声音衰减值具体为：A_hous，g＝A_hous(1-r)，其中，A_hous，g为声音衰减值，A_hous为第一衰减值和第二衰减值的和。

优选地，在计算室外声的衰减值，对于某些地形需要考虑地面反射对声音传播产生的影响，因此还需要计算虚声源衰减参数A′_hous，对室外声衰减进行修正，获得更好的结果，所述虚声源为声源以地面作为参照面得出的相对声源，所述虚声源衰减参数A′_hous为地面对室外声衰减产生影响的值；

所述室外声衰减值具体为：A_hous，g＝A_hous-A′_hous，其中，A_hous，g为室外声衰减值，A_hous为第一衰减参数和第二衰减参数的和。

优选地，所述虚声源衰减参数A′_hous包括：声线传播路径上建筑物的总体积、虚声源和接收点之间的声线传播路径上的空间体积、虚声源两侧前排建筑物在虚声源所在竖直平面上的面积、虚声源和接收点之间的直线距离；

根据声线传播路径上建筑物的总体积、虚声源和接收点之间声线传播路径上的的空间体积、声源和接收点之间的直线距离计算出声源和接收点之间的第三衰减参数；

根据声源两侧前排建筑物在声源所在竖直平面上的面积计算出声源和接收点之间的第四衰减参数；

通过第三衰减参数与第四衰减参数求和计算出虚声源衰减参数A′_hous。

优选地，所述第三衰减参数包括虚声源和接收点之间建筑物体积比率C和声线传播距离d_b，具体为A_hous1＝0.1Cd_b其中，体积比率C为沿声音传播路径上的建筑物的密度，由建筑物的总体积空间体积除以所得。

优选地，所述第四衰减参数为根据虚声源两侧前排建筑物物在声源所在竖直平面的投影所占比率计算出衰减度，所述第四衰减参数为：

A_hous2＝-10lg[1-(q/1000)]，式中，q为声源两侧前排建筑物物在声源所在竖直平面上的投影所占比率。具体为

其中S_bil为前排建筑物投影面积，s为声源所在竖平面的面积，

其中S_bil为前排建筑物投影面积，s为虚声源所在竖直平面的面积。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本方法从考虑建筑物群对声音的遮挡衰减和反射补偿出发，以建筑物总体积与空间体积的比率和前排建筑物在道路所在竖直平面上的投影面积所占的比率作为变量来衡量交通噪声在建筑物群之间的衰减。并且，本发明还可以根据实际的地理情况，在合适的地理情况下，可以选择通过对声音在传播过程中地面反射和吸收对衰减项的影响做出了修正，使到预测的结果更为准确和合理。

本发明是一种高效可行的室外声传播计算方法，解决了高密度建筑物大区域噪声衰减计算计算量大的问题，并且地面影响校正也提高了该方法的精度。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明中虚声源与声源的位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供一种基于建筑物群密度的室外声预测方法。通过以下步骤实现：

S100计算接收点无遮挡状态下的声音值；

S110获取声源和接收点之间环境参数，所述环境参数包括：建筑物的总的立面体积、声源和接收点之间的空间体积、声源两侧前排建筑物在声源所在竖直平面上的面积、声源和接收点间的空间直线距离；

S120计算声源和接收点之间的声音衰减值，所述声音衰减值包括：第一衰减参数和第二衰减参数；

根据建筑物的总的立面体积、声源和接收点之间的空间体积、声源和接收点间的空间直线距离计算出声源和接收点之间的第一衰减参数；

根据声源两侧前排建筑物在声源所在竖直平面上的面积计算出声源和接收点之间的第二衰减参数；

S130通过第一衰减参数与第二衰减参数求和计算出室外声衰减值；

S140引进虚声源对得到的室外声衰减进行修正；

S150将无遮挡状态下的声音值减去室外声衰减值获取接收点中室外声值。

实施例1

本发明适用于点声源的声衰减。对于道路交通噪声这类线声源，将对其进行离散化，形成一系列的点声源，这些点声源用一组分区来表示，每一个分区代表一个离散后的点声源，有一定的声功率及指向特性，在每一个分区内以一个代表点的声音所计算的衰减用来表示这一分区的声衰，每一个分区用处于中心位置的点声源表示。

声源和接收点中一个或两个位于建筑物群之间时，建筑物会对噪声的传播有反射以及衍射作用，具体考虑声音的实际传播情况会带来较大的计算量，本发明则在ISO标准算法的基础上，提出了以沿声线传播路径上的建筑物体积比率C和声源两侧前排建筑物物在声源所在竖直平面的投影所占比率q两个参数，以此作为声音在通过建筑物群衰减的参数，得到噪声在建筑物群衰减的三维算法。对于建筑物群对噪声的衰减A_hous的近似A声级值可按下式来进行估算

A_hous＝A_hous1+A_hous2。

衰减量A_hous有两个贡献，对于A_hous1的计算如下式所示。

A_hous1＝0.1Cd_b

式中，C-沿声传播路径上的建筑物的密度，等于空间体积(包括房屋所占体积)去除房屋的总的立面体积所得的商；d_b-通过房屋群区的声线长度，此长度是空间的生源点和接收点之间的距离。路线长d_b可包括声源附近的部分和接收点附近的部分。

在道路两侧的前排建筑对噪声的衰减作用是最为明显的，当存在这种情况是，需要对噪声传播衰减进行修正。对于A_hous2的计算采用下式。

A_hous2＝-10lg[1-(p/1000)]

式中，q为声源两侧前排建筑物物在声源所在竖平面的投影所占比率。

其中S_bil为前排建筑物投影面积，s为虚声源所在竖直平面的面积，q值应小于或等于80％。实际情况下，在同一位置插入与建筑物等高的声屏障时，得到的噪声衰减将大于等于前排建筑物的遮挡衰减，故A_hous2的值小于在同一位置上插入一个与建筑物的平均高度等高的声屏障所造成的噪声衰减值。当声源很小，而且可以从声源经房屋彼此之间的走道直接看到接收点时，即声源的声音可以无障碍直线到达接收点时，可置A_hous为零。

最后将无遮挡状态下的声音值减去室外声衰减值获取接收点中室外声值。

实施例2

道路交通噪声的传播过程，并不是声能的全空间球面扩散，在实际情况下，地面会对声音的传播产生吸收和反射。当考虑有地面影响的情况时，此算法需要修正。

通过引入地面对建筑物群衰减的影响参数r来体现地面衰减A_hous的影响。则附加地面后的建筑物群衰减算法为：

A_hous，g＝A_hous(1-r)

在实际情况中，地面声学性质的不同会使得r有很大的不同。对于r有如下讨论：

1)若地面可以将到达的声音全部吸收，则显然接收点并没有得到地面的反射声补偿，地面对衰减A_hous没有影响，此时r为零。

2)如图2所示，假若地面可以对到达的声音进行镜面反射且没有能量损失，则可将声源点相对于地面得到虚声源点，由虚声源点到达接收点的声能将对衰减项A_hous产生影响，假设虚声源点到达接收点的声衰减为A′_hous，则有：

$A_{\mathrm{hous},g}=A_{\mathrm{hous}}-{A^{\′}}_{\mathrm{hous}}=A_{\mathrm{hous}}(1-\frac{{A^{\′}}_{\mathrm{hous}}}{A_{\mathrm{hous}}})$

可令 $\frac{{A^{\′}}_{\mathrm{hous}}}{A_{\mathrm{hous}}}=r,$

基于以上讨论，可知在实际情况下r的取值范围是

虚声源是声源点以地面为镜面的镜像点，如图2中S’所示。根据上述可以得到接收点相对于虚声源点的声音衰减项A′_hous，在实际中，接收点相对于声源点和虚声源点的声音衰减值分别由各自的环境参数(距离、声线传播路线的体积面积等)确定，即如采用计算声源和接收点之间的第一衰减参数和第二衰减参数以及两个参数的和一样的方法。

其中A_hous为声源点到接收点的声音衰减项，A′_hous为虚声源点到接收点的声音衰减项。

最后将通过A_hous＝A_hous1+A_hous2的衰减值乘以(1-r)的值得出室外声衰减的修正值，将无遮挡状态下的声音值减去室外声衰减值的修正值获取接收点中室外声值。

Claims (8)

1.一种基于建筑物群密度的室外声预测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

计算接收点无遮挡状态下的声音值；

获取声源和接收点之间环境参数，所述环境参数包括：声线传播路径上建筑物的总体积、声源和接收点之间的声线传播路径上的空间体积、声源两侧前排建筑物在声源所在竖直平面上的投影面积、声源和接收点之间的直线距离；

根据声线传播路径上建筑物的总体积、声源和接收点之间声线传播路径上的的空间体积、声源和接收点之间的直线距离计算出声源和接收点之间的第一衰减参数；

根据声源两侧前排建筑物在声源所在竖直平面上的面积计算出声源和接收点之间的第二衰减参数；

通过第一衰减参数与第二衰减参数求和计算出室外声衰减值；

计算出接收点中室外声值，所述室外声值为将接收点无遮挡状态下计算到的声音值减去室外声衰减值。

2.根据权利要求1所述的基于建筑物群密度的室外声预测方法，其特征在于，所述声源包括点声源和线声源，在计算第一衰减参数和第二衰减参数前，还包括将线声源其进行离散化，形成一系列的点声源，并用一组分区来表示，每一个分区代表一个离散后的点声源，每一个分区用处于中心位置的点声源表示的步骤。

3.根据权利要求2所述的基于建筑物群密度的室外声预测方法，其特征在于，所述第一衰减参数包括声源和接收点之间建筑物体积比率C和声线传播距离d_b，具体为A_hous1＝0.1Cd_b其中，体积比率C为沿声音传播路径上的建筑物的密度，由建筑物的总体积除以空间总体积所得。

4.根据权利要求3所述的基于建筑物群密度的室外声预测方法，其特征在于，所述第二衰减参数为根据声源两侧前排建筑物在声源所在竖直平面的投影所占比率计算出衰减度，所述第二衰减参数为：A_hous2＝-10lg[1-(q/1000)]，式中，q为声源两侧前排建筑物物在声源所在竖直平面上的投影所占比率，

其中S_bil为前排建筑物投影面积，s为声源所在竖平面的面积。

5.根据权利要求2所述的基于建筑物群密度的室外声预测方法，其特征在于，还包括虚声源衰减参数A′_hous，所述虚声源为声源以地面作为参照面得出的相对声源，所述虚声源衰减参数A′_hous为地面对室外声衰减产生影响的值；

所述室外声衰减值具体为：A_hous，g＝A_hous-A′_hous，其中，A_hous，g为室外声衰减值，A_hous为第一衰减参数和第二衰减参数的和。

6.根据权利要求5所述的基于建筑物群密度的室外声预测方法，其特征在于，

所述虚声源衰减参数A′_hous包括：声线传播路径上建筑物的总体积、虚声源和接收点之间的声线传播路径上的空间体积、虚声源两侧前排建筑物在虚声源所在竖直平面上的面积、虚声源和接收点之间的直线距离；

根据声线传播路径上建筑物的总体积、虚声源和接收点之间声线传播路径上的的空间体积、声源和接收点之间的直线距离计算出声源和接收点之间的第三衰减参数；

根据声源两侧前排建筑物在声源所在竖直平面上的面积计算出声源和接收点之间的第四衰减参数；

通过第三衰减参数与第四衰减参数求和计算出虚声源衰减参数A′_hous。

7.根据权利要求6所述的基于建筑物群密度的室外声预测方法，其特征在于，所述第三衰减参数包括虚声源和接收点之间建筑物体积比率C和声线传播距离d_b，具体为A_hous1＝0.1Cd_b其中，体积比率C为沿声音传播路径上的建筑物的密度，由建筑物的总体积除以空间体积所得。

8.根据权利要求7所述的基于建筑物群密度的室外声预测方法，其特征在于，所述第四衰减参数为根据虚声源两侧前排建筑物物在声源所在竖直平面的投影所占比率计算出衰减度，所述第四衰减参数为：

A_hous2＝-10lg[1-(q/1000)]，式中，q为声源两侧前排建筑物物在声源所在竖直平面上的投影所占比率，

其中S_bil为前排建筑物投影面积，s为虚声源所在竖直平面的面积。

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