CN113378407A - 一种铁路全封闭声屏障降噪效果评价方法 - Google Patents

一种铁路全封闭声屏障降噪效果评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁路全封闭声屏障降噪效果评价方法，属于环境保护技术领域；其步骤如下：(1)全封闭声屏障内部混响声的确定；(2)全封闭声屏障内部总声场的确定；(3)全封闭声屏障区段噪声计算。本发明的铁路全封闭声屏障降噪效果评价方法基于高速气动偶极子以及轮轨噪声近似偶极子指向特性，计算列车通过时封闭式声屏障内部直达声，获得封闭式声屏障内部噪声特性，最后，以隔声理论以及有限长声源辐射模型为基础，构建了封闭式声屏障降噪效果简化计算模型，实现全封闭声屏障降噪效果的快速计算，为高速铁路封闭式声屏障的优化设计和推广应用提供支撑。

Description

一种铁路全封闭声屏障降噪效果评价方法
技术领域
本发明涉及一种铁路全封闭声屏障降噪效果评价方法，属于环境保护技术领域。
背景技术
声屏障是铁路行业最常用的噪声控制措施，声屏障控制技术措施的最基本出发点是阻断声源至受声点间的传播途径，从而达到降低铁路噪声影响的目的。
但是，大量应用的直立式声屏障，仅对声影区有一定降噪效果，对于噪声影响较大的区域，城市轨道交通已经大量采用全封闭声屏障、半封闭声屏障等进一步降低噪声的声屏障类型，铁路行业也在逐步研究全封闭、半封闭声屏障的可行性，半封闭声屏障在我国沪杭客运专线首次应用，全封闭声屏障用于深茂铁路，穿越小鸟天堂区段，但运行速度较低。
直立式声屏障存在顶端绕射衰减，其降噪效果基于声衍射理论，已经有明确的计算方法；但是，全封闭声屏障阻隔了声源与受声点之间的声传播，无法采用传统预测方法进行计算。
列车运行通过全封闭声屏障时，声屏障内同时受直达声和混响声的影响，声屏障长度一般远大于其宽度和高度，具备长空间的特征，无法形成扩散声场，传统的赛宾公式难以直接用于混响声计算。基于几何反射边界的长空间混响时间计算方法，已经大量用于地铁、公路等隧道内噪声传播及声场计算，但全封闭声屏障主要关注阻断声源后声屏障外部噪声，而不是噪声沿声屏障长度方向上的传播，且全封闭声屏障一般具备一定的吸声性，无法完全视为几何反射边界。采用市面上通用的声学计算软件难以准确定义铁路噪声源及其指向特性，直接用于铁路全封闭声屏障降噪效果计算，可能产生较大误差。
因此，提供一种快捷、简化的铁路全封闭声屏障降噪效果评价方法，实现全封闭声屏障、半封闭声屏障降噪效果的快速计算，为高速铁路封闭式声屏障的优化设计和推广应用提供支撑，就成为铁路声环境影响评价及控制领域急需解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种快捷、简化的铁路全封闭声屏障降噪效果评价方法，实现全封闭声屏障降噪效果的快速计算，为高速铁路封闭式声屏障的优化设计和推广应用提供支撑。
本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：
一种铁路全封闭声屏障降噪效果评价方法，其步骤如下：
(1)全封闭声屏障内部混响声的确定
1)首先计算全封闭声屏障内部平均自由程：
Figure BDA0003140737110000021
式中：y1、y2——声屏障两端至受声点距离(沿线路方向)；
a、b——全封闭声屏障断面宽、高。
2)计算混响声平均声能密度：
Figure BDA0003140737110000022
式中：W——单位长度线声源声功率；
L——动车组长度；
V——列车通过区域全封闭声屏障内部体积V＝LS，其中S为声屏障横断面面积；
Figure BDA0003140737110000023
——全封闭声屏障内平均吸声系数；
Figure BDA0003140737110000024
——平均声能密度；
c——声波波速；
Tp——列车通过时间；
(2)全封闭声屏障内部总声场的确定
对于全封闭声屏障内沿列车运行方向的不同点位，直达声平均声能密度:
Figure BDA0003140737110000025
式中：
Figure BDA0003140737110000026
——下部轮轨区域、车体区域以及集电系统辐射有效声压的平方，分别按照有限长不相干偶极子线声源、有限长不相干单极子线声源以及运动偶极子源进行计算；
ρ——空气密度；
c——声波波速；
因此，全封闭声屏障内平均声能密度
Figure BDA0003140737110000031
为直达声与混响声之和，总平均声强为：
Figure BDA0003140737110000032
式中：
c——声波波速；
(3)全封闭声屏障降噪效果计算
全封闭声屏障内噪声经透射传播至声屏障外，经透射传播至声屏障外的声强为：
Figure BDA0003140737110000033
式中：LIS——总平均声强级；
Is——声强；
I0——基准声强，10-12W/m2；
R——隔声量；
传播至声屏障外后，声屏障可视为线声源向远距离传播，因此，全封闭声屏障区段受声点处列车通过等效声级为：
Figure BDA0003140737110000034
式中：LIsi——声屏障外表面声强级；
d0——声屏障外表面距线路中心线距离，位于受声点与声源的直线距离连线上；
d——受声点距线路中心线距离；
无声屏障时，直达声为：
Figure BDA0003140737110000035
式中：P0——基准声压，2×10-5Pa；
全封闭声屏障降噪效果为：
IL＝LP1-LP2。
优选地，在低速状态下，无声屏障时，受声点处的噪声为：
Figure BDA0003140737110000041
式中：W——单位长度线声源声功率；
L——动车组长度；
d——受声点距线路中心线距离；
P0——基准声压，2×10-5Pa。
优选地，在低速状态下，全封闭声屏障区段，受声点处噪声为：
Figure BDA0003140737110000042
W——单位长度线声源声功率；
L——动车组长度；
d0——声屏障外表面距线路中心线距离，位于受声点与声源的直线距离连线上；
d——受声点距线路中心线距离；
P0——基准声压，2×10-5Pa。
优选地，在低速状态下，全封闭声屏障降噪效果如下：
Figure BDA0003140737110000043
有益效果：
本发明以统计声学理论为基础，构建列车通过时全封闭声屏障内混响声评价方法，基于高速气动偶极子以及轮轨噪声近似偶极子指向特性，计算列车通过时封闭式声屏障内部直达声，获得封闭式声屏障内部噪声特性，最后，以隔声理论以及有限长声源辐射模型为基础，构建了封闭式声屏障降噪效果简化计算模型，实现全封闭声屏障降噪效果的快速计算，为高速铁路封闭式声屏障的优化设计和推广应用提供支撑。
附图说明
图1为本发明实施例1中铁路全封闭声屏障内部声场示意图。
图2为本发明实施例1中高速铁路各区域噪声源划分示意图。
具体实施方式
实施例1(低速情况下，以轮轨噪声源为主时)
一种铁路全封闭声屏障降噪效果评价方法，其步骤如下：
(1)全封闭声屏障内部混响声的确定
1)全封闭声屏障内部平均自由程计算：
Figure BDA0003140737110000051
式中：y1、y2——声屏障两端至受声点距离(沿线路方向)；
a、b——全封闭声屏障断面宽、高。
2)混响声平均声能密度的计算：
Figure BDA0003140737110000052
式中：W——单位长度线声源声功率；
L——动车组长度；
V——列车通过区域全封闭声屏障内部体积V＝LS，其中S为声屏障横断面面积；
Figure BDA0003140737110000053
——全封闭声屏障内平均吸声系数；
Figure BDA0003140737110000054
——平均声能密度；
c——声波波速；
Tp——列车通过时间；
(2)全封闭声屏障内部总声场的确定
对于全封闭声屏障内沿列车运行方向的不同点位，直达声平均声能密度:
Figure BDA0003140737110000061
式中：
Figure BDA0003140737110000062
——下部轮轨区域、车体区域以及集电系统辐射有效声压的平方，分别按照有限长不相干偶极子线声源、有限长不相干单极子线声源以及运动偶极子源进行计算；
ρ——空气密度；
c——声波波速；
全封闭声屏障内平均声能密度
Figure BDA0003140737110000063
为直达声与混响声之和，
总平均声强为：
Figure BDA0003140737110000064
c——声波波速；
(3)全封闭声屏障降噪效果计算
全封闭声屏障内噪声经透射传播至声屏障外，经透射传播至声屏障外的声强为：
Figure BDA0003140737110000065
式中：LIS——总平均声强级；
Is——声强；
I0——基准声强，10-12W/m2；
R——隔声量；
传播至声屏障外后，声屏障可视为线声源向远距离传播，因此，全封闭声屏障区段受声点处列车通过等效声级为：
Figure BDA0003140737110000066
式中：LIsi——声屏障外表面声强级；
d0——声屏障外表面距线路中心线距离，位于受声点与声源的直线距离连线上；
d——受声点距线路中心线距离；
无声屏障时，直达声为：
Figure BDA0003140737110000067
式中：P0——基准声压，2×10-5Pa；
全封闭声屏障降噪效果为：
IL＝LP1-LP2；
本实施例1是在低速状态下(每小时120公里以下)的情况，无声屏障时，受声点处的噪声为：
Figure BDA0003140737110000071
式中：W——单位长度线声源声功率；
L——动车组长度；
d——受声点距线路中心线距离；
P0——基准声压，2×10-5Pa；
在低速状态下(每小时120公里以下)，全封闭声屏障区段，受声点处噪声为：
Figure BDA0003140737110000072
W——单位长度线声源声功率；
L——动车组长度；
d0——声屏障外表面距线路中心线距离，位于受声点与声源的直线距离连线上；
d——受声点距线路中心线距离；
P0——基准声压，2×10-5Pa；
在低速状态下(每小时120公里以下)，全封闭声屏障降噪效果计算：
Figure BDA0003140737110000073
应用实施例1：
根据上述模型，预测某线路全封闭声屏障降噪效果，计算参数为：金属吸声板降噪系数约为0.7，计权隔声量约为25dB，声屏障顶部为透光板，有砟轨道，全封闭声屏障内部整体吸声系数取为0.4，动车组长度L＝200m，通过对比测试结果和计算结果，结果表明：全封闭声屏障区段计算降噪效果与距线路的距离、高度关系不大，效果基本为21dB左右，现场测试全封闭声屏障降噪效果也较为稳定，平均在18～20dB左右。
本发明以统计声学理论为基础，构建列车通过时全封闭声屏障内混响声评价方法，基于高速气动偶极子以及轮轨噪声近似偶极子指向特性，计算列车通过时封闭式声屏障内部直达声，获得封闭式声屏障内部噪声特性，最后，以隔声理论以及有限长声源辐射模型为基础，构建了封闭式声屏障降噪效果简化计算模型，实现全封闭声屏障降噪效果的快速计算，为高速铁路封闭式声屏障的优化设计和推广应用提供支撑。

Claims (4)

1.一种铁路全封闭声屏障降噪效果评价方法，其步骤如下：
(1)全封闭声屏障内部混响声的确定
1)首先计算全封闭声屏障内部平均自由程：
Figure FDA0003140737100000011
式中：y1、y2——声屏障两端至受声点距离(沿线路方向)；
a、b——全封闭声屏障断面宽、高；
2)计算混响声平均声能密度：
Figure FDA0003140737100000012
式中：W——单位长度线声源声功率；
L——动车组长度；
V——列车通过区域全封闭声屏障内部体积V＝LS，其中S为声屏障横断面面积；
Figure FDA0003140737100000013
——全封闭声屏障内平均吸声系数；
Figure FDA0003140737100000014
——平均声能密度；
c——声波波速；
Tp——列车通过时间；
(2)全封闭声屏障内部总声场的确定
对于全封闭声屏障内沿列车运行方向的不同点位，直达声平均声能密度:
Figure FDA0003140737100000015
式中：
Figure FDA0003140737100000016
——下部轮轨区域、车体区域以及集电系统辐射有效声压的平方，分别按照有限长不相干偶极子线声源、有限长不相干单极子线声源以及运动偶极子源进行计算；
c——声波波速；
ρ——空气密度；
全封闭声屏障内平均声能密度
Figure FDA0003140737100000021
为直达声与混响声之和，总平均声强为：
Figure FDA0003140737100000022
c——声波波速；
(3)全封闭声屏障降噪效果计算
全封闭声屏障内噪声经透射传播至声屏障外，经透射传播至声屏障外的声强为：
Figure FDA0003140737100000023
式中：LIS——总平均声强级；
Is——声强；
I0——基准声强，10-12W/m2；
R——隔声量；
(4)传播至声屏障外后，声屏障视为线声源向远距离传播，全封闭声屏障区段受声点处列车通过等效声级为：
Figure FDA0003140737100000024
式中：LIsi——声屏障外表面声强级；
d0——声屏障外表面距线路中心线距离，位于受声点与声源的直线距离连线上；
d——受声点距线路中心线距离；
无声屏障时，直达声为：
Figure FDA0003140737100000025
式中：P0——基准声压，2×10-5Pa；
全封闭声屏障降噪效果为：
IL＝LP1-LP2。
2.根据权利要求1所述铁路全封闭声屏障降噪效果评价方法，其特征在于：所述步骤(4)中，全封闭声屏障区段受声点处列车通过等效声级为：
Figure FDA0003140737100000031
W——单位长度线声源声功率；
L——动车组长度；
d0——声屏障外表面距线路中心线距离，位于受声点与声源的直线距离连线上；
d——受声点距线路中心线距离；
P0——基准声压，2×10-5Pa。
3.根据权利要求2所述铁路全封闭声屏障降噪效果评价方法，其特征在于：所述步骤(4)中，直达声为：
Figure FDA0003140737100000032
式中：W——单位长度线声源声功率；
L——动车组长度；
d——受声点距线路中心线距离；
P0——基准声压，2×10-5Pa。
4.根据权利要求3所述铁路全封闭声屏障降噪效果评价方法，其特征在于：所述步骤(4)中，全封闭声屏障降噪效果为：
Figure FDA0003140737100000033
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