Page 44 - 《应用声学》2024年第6期

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concrete sound barrier on the Shexian section of the Rongwu freeway. The results show that the insertion loss
of the optimized composite noise barrier is increased by 6.3 dB (A), 40.9%, of which the added value of sound
absorption is 5.8 dB(A); The construction cost of noise barrier has been reduced by 5.9%; The column top
displacement has been reduced by 96.2%, meeting the standard maximum safety control displacement. The
research results can provide reference for the design of noise barriers on freeway.
Keywords: Freeway; Composite noise barrier; Multi-objective optimization; Transfer matrix method
声屏障综合成本最小为目标进行了优化，优化后的
0 引言
声屏障降噪效果与优化前相差不大，但综合成本降
低。吴小萍等 [12] 将声屏障插入损失和最大有效风
我国高速公路在 20 万以上人口城市的覆盖率
压作为目标函数对声屏障建设高度进行了双目标
超过 98%，极大提高了沿线居民的生活质量与经济
优化。Grubeša 等 [13−14] 利用边界元法和遗传算法
发展，但因此产生的交通噪声污染已逐渐成为人们
对声屏障经济可行系数和插入损失两个目标进行
最为关注的环境污染问题之一。
了优化。
在高速公路路侧建设声屏障是控制道路交通
综上所述，全隔声声屏障的降噪效果有限，而
噪声最有效的方法之一。邓友生等 [1] 基于遗传算法
组合式声屏障较其有较大优势。因此，提出新型组
与边界元理论对声屏障的组合结构形式进行了优
合式声屏障，同时将声屏障的降噪性、安全性和经
化，结果表明优化后的复合型声屏障插入损失比吸
济性三个目标进行组合优化。本文以高速公路声
声型声屏障高 2 dB(A)。卢洋 [2] 利用边界元法研究
屏障的插入损失、建设成本和立柱顶端位移作为目
了声屏障屏体吸声部分与隔声部分所占比例对声
标函数，以声屏障不同吸声结构的高度作为设计变
屏障插入损失的影响。郑聪等 [3] 针对吸声材料布局
量，采用 NSGA-II 算法，得到 Pareto 前端分布优化
对声屏障降噪效果的影响进行了研究，发现上部屏
解集，以得到声屏障不同结构的优化高度。研究成
体吸声布局对高频噪声影响较大，中部屏体吸声布
果可为实际工程中声屏障优化设计提供参考。
局对中频噪声影响较大，下部屏体吸声布局对低频
噪声的插入损失影响较大。在声屏障设计中，为了
1 组合式声屏障结构设计及性能分析
追求更好的降噪效果和更宽的有效作用频带，往往
需要组合多种吸声结构与吸声材料。杨菲等 [4] 针对 1.1 组合式声屏障结构设计
变参数分空腔单层微穿孔板结构参数进行了优化， 目前高速公路声屏障多采用百叶式吸声板、金
得到了不同目标范围频率下的最优设计参数。吴佳 属隔声板或混凝土单元板，其形式单一，降噪效果

康等 [5] 和王飞萌等 [6] 将微穿孔板吸声结构与多孔 有限。因此，考虑到高速公路大型车辆较多、产生的
材料复合，得到了在中低频吸声性能较好的声学结 交通噪声能量集中在低频段的特点，设计了一种集
构。吴越等 [7] 将单一泡沫铝多孔板与二次余数扩散 吸声复合板、多重锥形吸声结构、透明隔声结构以
体(Quadratic residue diffuser, QRD) 复合，得到了 及QRD复合结构于一体的组合式声屏障(如图1 所
在低频吸声性能较好且具有宽带吸声特点的吸声 示)，主要吸声结构参数如表1所示。其中，吸声复合
结构。同时为了减少行车压抑感，往往将声屏障屏 板为吸声材料与空腔的组合，能够有效吸收低频噪
体中部设置为透明隔声结构。 声；多重锥形吸声结构为微穿孔板、吸声材料及空
现有声屏障设计多为各种吸声结构或材料与 腔的组合，且将微穿孔板设置在凸起部分的底部，可
隔声结构的组合，为获取最优的组合形式，学者已进 以增加空腔厚度以提高低频吸声能力，也可以防止
行了部分优化研究。赵文畅等 [8] 采用边界元法和移 雨雪进入单元板结构内部影响其吸声效果与使用
动渐近线优化算法对声屏障表面吸声材料的分布 寿命；透明隔声结构由双层中空亚克力板构成，其
进行优化设计。Toledo等利用对偶边界元法和进化 隔声量优于相同厚度的单层亚克力板，同时亚克力
算法对声屏障的形状进行了优化 [9] ，并考虑噪声衰 板是一种透明材料，将其设置在声屏障屏体中部可
减的最大化和材料的最小化对薄声屏障进行了形 以提高道路内的采光与视觉效果；QRD复合结构为
状优化 [10] 。阮学云等 [11] 基于已有声衰减模型，以 QRD与微穿孔板的组合，相当于多个微穿孔板共振