[发明专利]一种基于Bragg散射声子晶体的吸声型声屏障顶部结构

说明书

本发明公开了一种基于Bragg散射声子晶体的声屏障顶部吸声结构，包括直立屏体(1)、固定底板(3)、第一散射吸声体(4)和第二散射吸声体(5)，其特征在于：固定底板(3)是一块平直硬质塑料板或金属板，用来连接散射吸声体和直立屏体(1)并起着支撑第一散射吸声体(4)和第二散射吸声体(5)的作用；第一散射吸声体(4)和第二散射吸声体(5)底部安装在固定底板(3)上，固定底板(3)安装在直立屏体(1)顶端并关于屏体(1)前后对称；在干涉消声机制和多种吸声机制的共同作用下，本发明设计的基于声子晶体的声屏障顶部吸声结构能够最大程度地对绕射声波进行有效衰减，从而降低受声点处的声压级，从整体上提高声屏障的降噪效果。

技术领域

本发明涉及交通降噪领域，特别涉及一种Bragg散射声子晶体的吸声型声屏障顶部结构。

技术背景

噪声污染己成为继大气污染和水污染之后的世界第三大污染，在众多的噪声种类中，交通噪声日益突出，危害严重。随着我国高速公路、铁路网建设的突飞猛进，城市道路和车流量的迅速发展，交通噪声的危害越来越大。

声屏障作为防治道路交通噪声污染的有效途径，在道路交通噪声污染防治中得到广泛的应用。如图1所示，噪声通过声屏障到达受声点有三条路径：绕射、透射以及反射。其中顶部绕射是最主要的路径，除少部分声波通过透射和多次反射到达受声点外，大部分声波通过声屏障顶部绕射到受声点。一个性能优异的声屏障，需要对顶部绕射声有足够大的衰减才能取得不错的降噪效果。

实际使用的道路声屏障以“直立型”为主，绕射衰减效果明显不足。为了改进这个缺点，常用的方法是在“直立型”声屏障的基础上增加顶部结构。这些顶部结构按照功能可以分成两大类：一类是改变声屏障顶端的角度和形状，增加声屏障的等效高度，如常见的“T型”“倒L型”“折臂型”等，图2是它们的结构简图。这种类型的顶部结构是目前我国应用最为普遍的声屏障结构类型，但存在附加降噪效果不理想，降噪能力有限的缺点。另一类是利用纤维吸声材料和共振吸声结构对顶部绕射声进行吸收衰减，常见的做法是在顶部添加纤维类吸声材料、将顶部设计成特殊的声波共振腔室结构。将纤维类吸声材料添加到顶部结构中可以增强声屏障的降噪效果，然而纤维类吸声材料容易受到自然的侵蚀，吸声效果逐渐变差，最终还会反过来对环境造成污染。目前共振吸声型顶部结构发展还不完善，共振频率范围有限，只能针对很窄的频率范围有较好的降噪效果。不同的噪声环境，频率特性可能相差很大，比如城市主干道和城市轻轨。但传统的声屏障在设计时，没有考虑根据具体的噪声环境做出调整，而在所有的噪声环境中使用一模一样的声屏障，导致声屏障的降噪性能在有些环境中明显不足。此外，传统声屏障顶部结构的增加使得声屏障整体高度变高，从而降低声屏障的透光性，影响自然光线条件下的行车视线，间接增大高速行车的危险系数。现有声屏障顶部结构存在如下问题：

1、目前已有的声屏障顶部结构对绕射声衰减有限，附加降噪效果不理想，导致声屏障整体降噪能力不足，不能满足降噪需求；

2、添加纤维类吸声材料的声屏障顶部结构，由于纤维类材料易被逐渐侵蚀，不但降噪效果变差，最终还会反过来污染环境；共振吸声型声屏障顶部结构只能针对很窄的频率范围有较好的降噪效果。

3、传统声屏障在设计时，没有考虑根据具体的噪声环境做出调整，而在所有的噪声环境中使用一模一样的声屏障，不能与具体噪声环境的频率特性相适应，达到最好的噪声衰减效果；

4、传统声屏障由于增加顶部结构会导致整体透光性能变差，对行车视野不利，长时间接触容易产生视觉疲劳和压抑感，间接增大高速行车的危险系数。

技术内容

噪声通过声屏障到达受声点的主要路径是顶部绕射，顶部绕射声的衰减效果很大程度决定了声屏障的整体降噪效果，传统声屏障降噪性能不好的原因正在于绕射声衰减能力不足。针对现有声屏障顶部结构绕射声衰减能力不足的问题，本发明提供了一种基于Bragg散射声子晶体的吸声型声屏障顶部结构，对绕射声进行有效衰减从而提高声屏障整体的降噪性能。