一、吸声型屏障(Absorptive barrier)
吸声型屏障即在声屏障面向道路的一侧外表面布置吸声材料(其吸声系数应大于0.5),做成吸声表面,降低反射声,从而改善屏障的降噪效果。
MayD.N等人在Toronto高速公路一侧分别安设4m高的吸声型屏障和反射型屏障,测得吸声型屏障降噪量比反射型屏障多不到1dB,这表明附着的吸声材料并不能明显改善单侧声屏障的降噪性能;但同时研究表明,吸声型屏障能避免因反射而引起道路对侧的接收点声压级升高。Watts,G.R利用缩尺模型试验研究表明吸声材料能改善道路两侧声屏障的降噪效果。总之,应用各种形式表面吸声的声屏障可降低反射声及混响声。
二、“软表面”结构形式屏障
按照声学原理,声学软表面的特性阻抗远远小于空气的特性阻抗,这样,软表面的声压远远小于一般吸声表面,理想的软表面声压几乎为0。
早在1976年,Rawlins,A.D首次提出,附在刚性障板的边缘上的“声学软表面”能阻碍声屏障顶部绕射声的传播。后来,AlfredsonR.J.、Fujiwara.K等人继续研发“软表面”结构声屏障,这些声屏障的一个共同特征是,在原声屏障上边缘附着一层或一个带管状“声学软表面”结构。
用常规材料难以制成软表面,该类声屏障开发的关键问题是寻找一种合适的“软表面”材料。
三、特殊形状屏障
1、T形屏障(T-shape barrier)
自从1980年May和Osman等人首先得出T形屏障比普通屏障(方形反射型屏障)具有更好的声学性能的观点至今,一直有许多学者从事T形屏障的研究。
Hothersall等人用数值计算和缩尺模拟试验方法研究得出一点重要的结论:相对于高度相同的普通屏障,T形屏障插入损失增大2~3dB。
实际应用中,考虑有限长声屏障对无限不连续的线声源情形,该声屏障顶冠的附加声衰减量为2~3dB(视衍射角及声传播路径情况而定)。
2、带管状顶部的屏障(Tubular-topbarrier)
带管状顶部的屏障即在原有方形屏障的顶部加置一个管状单元,该单元常见有圆柱形和蘑菇形两种形式。
Fujiwara和Furuta分别从理论、缩尺试验及高速公路声屏障现场测试上,对顶部带吸声柱体的屏障进行了系统的研究。该研究指出,声屏障顶部安置的吸声体可降低声屏障顶部的声压,从而减小声屏障背后衍射区2~3dB的声压值。
Yamamoto等人沿原声屏障顶部安置一个直径为0.5m的蘑菇形吸声体,测得该声屏障附加的声衰减量为2dB。
顶部带蘑菇形吸声体的屏障将逐渐取代顶部带圆柱形吸声体的屏障,成为现代声屏障建设的主流。因为前者景观效应更好。
3、Y形屏障(Y-shapedbarrier)
Y形屏障的结构形式设计比T形屏障更合理,因为前者排水性能更好。
Crombie等人是综合运用边界元和缩尺模型试验法预测Y形屏障的附加插入损失的,其研究结论是:在垂直形声屏障顶部附加板,形成“叉形”结构(fork-like profile),不仅能提高屏障的降噪效果,而且能降低屏障的高度,造价也合理。
ShimaH.等人在传统Y形屏障的基础上开发出一种声学性能更好的新颖Y形屏障。他们利用实体模型(Full-Scale Model)、边界元对比研究此种声屏障与等高度的普通方形声屏障的插入损失,表明在1000Hz频段(交通噪声中心频率),前者的声衰减比后者高10dB。
4、多重边缘声屏障(Multiple-Edge Noise Barriers)
CrombieD.H.及FujiwaraK.等学者先后对多重边缘的声屏障进行了研究,以尽可能多地降低衍射声。
多重边缘屏障设计的基本思想是,在原有单层屏障板上面增加二道(或更多)边板,边板最好置于原主障板的声源一侧,这明显增大屏障的声衰减量,一般可获得3dB左右的附加衰减量(高频区的附加衰减量比低频区大)。多重边缘屏障板上一般不加吸声材料,因为吸声材料对该类屏障降噪作用不大。
四、有源声屏障(Actively controlled noise barrier)
1991年,Ise等人首次证明了有源声屏障对降低声影区的声压级(主要是低频噪声)有较大的附加衰减。之后,Omoto等人继续进行研究,他们在考虑初级源是点源的情形时,通过引入多个点次级源,使屏障上边缘多个离散点处声压为零(声压相消)来实现有源控制的目的,并用数值模拟手段研究屏障上边缘声压相消点间隔大小和次级源排布两参数对有源控制效果的影响,获得了两条有价值的结论:(1)相邻声压相消点的间隔必须小于声波波长的一半,有源控制才能稳定而有效;(2)次级源应尽可能地靠近初级源,以取得较好的控制效果。
在前人基础上,Duhamel等人 研究了有源控制效果与次级源个数及其位置的关系。为此,他们对声屏障的主动控制降噪效果进行了现场测试。
研究结果表明:(1)开空间中声屏障噪声有源控制是合理的,且受外界环境干扰较少;(2)至少可获得10dB的衰减量,预估此类屏障与传统的屏障相比,低频声衰减明显;(3)距声屏障40m范围内噪声都能得到有效控制。