[发明专利]结合Bragg散射与吸声共振的波浪形高速公路声子晶体声屏障

说明书

本发明涉及一种结合Bragg散射与吸声共振的波浪形高速公路声子晶体声屏障，包括固定底板(1)、地脚螺栓（2）、连接系梁（3）、散射吸声体(4)及岩棉介质（5）；连接系梁（3）连接及固定相邻散射吸声体(4)；固定底板(1)连接、支撑并固定散射吸声体(4)；固定底板(1)与地面直接接触，并采用地脚螺栓（2）连接。本发明的散射吸声体采用高度不同的钢立柱，其呈正方形晶格布置；声屏障从正面看呈波浪状，逐层增高；散射吸声体内部填充岩棉介质吸声，在Bragg干涉消声机制和共振腔吸声机制的共同作用下，声子晶体的声屏障结构能最大程度地对高速公路主要噪声频段0‑500Hz、800‑1250Hz的交通噪声进行有效衰减，从而降低受声点处的声压级，使声屏障的降噪效果更有效，更具有针对性。

技术领域

本发明涉及高速公路交通噪声控制技术领域，具体涉及一种结合Bragg散射与吸声共振的波浪形高速公路声子晶体声屏障。

背景技术

高速公路建设在给社会带来巨大便利的同时也给公路沿线的居民带来了严重的噪声污染，我国交通干线中，路侧环境噪声白天高于70dB(A)噪声水平，夜间高于55dB(A)噪声水平的占80%。日益严重的公路噪声污染问题已经成为公路建设中万万不可轻视的环境问题。声屏障是解决高速公路噪声污染问题最有效的控制手段，然而传统声屏障多属于均匀介质结构，增加材料的面密度会带来材料成本以及施工难度的增大，周期性声子晶体结构提供了一种新思路。

声屏障的原理是把噪音的传播过程，即从噪声源到接收点可以看成一条直线，当我们把声屏障放置在噪声源和接收点之间时，该声屏障可以将噪音的传播路径阻断。一部分传输的声能被反射或散射回噪声源，而其他部分通过障碍物，从障碍物的边缘衍射或被材料吸收，声屏障使噪声在传播过程中有明显的附加衰减，一般可降噪5dB-15dB。

根据声屏障结构、材料以及声学特性等可分为不同种类。根据声屏障外观形状的差异，可以归类为直立型、折臂型、倾斜型、封闭型等。折臂型包括了圆弧、逆L型等；倾斜型包括了内倾和外倾；封闭型包括了全封闭型与半封闭型；部分声屏障还包括了单独的顶部装置，利于Y 型顶、多重边缘型顶、鹿角型顶、T 型顶等。根据材料差异能够归纳为混凝土、金属、亚克力等。根据降噪特性差异性能够归纳成吸收噪声与反射噪声型。

传统的声屏障所用材料种类繁多，目前金属板、复合板材及木板等的使用率相对较高，但这些材料多为均匀介质材料，降噪效果依靠质量密度定理，也就是材料的隔声性能和材料的面密度成正相关，研究显示，面密度增加一倍，降噪效果增加6dB。因此，想得到更高的降噪效果，只能够提高声屏障材料的密度，但在材料成本以操作难度水平上都有很大的提高，因此传统声屏障材料应用具有一定局限性。为在噪声传播过程中对噪声进行更高效的降噪，当前已经采用了一些新的隔声技术，如智能材料的引入。但智能材料费用昂贵，使用中也存在不同程度的困难，尚未广泛使用。

现有技术中，声屏障的常见结构如图2所示。此外，公开号为CN111270621A的中国发明专利提供了一种二维声子晶体声屏障结构，它包括立方体声子晶体元胞和固定板，立方体声子晶体元胞采用普通钢材料，固定板将立方体声子晶体元胞有规则的布置固定；该声子晶体声屏障结构主要用于铁路线路降噪，拆卸安装方便，对工作环境要求低，对由于铁路线路不平顺引起的轮轨振动和噪声起到减振降噪效果，降低铁路列车车轮产生的噪声，改善铁路列车车轮的噪声、振动特性，降低对周围环境的影响。

然而，近年来随着声屏障的大量采用，其存在的问题也逐渐显露。第一，现有的声屏障降噪缺乏针对性，不同种类的路段噪音产生的主导因素不同，特征噪声频谱也不相同，目前没有针对性的设置。第二，连续的声屏障阻碍了空气的流动，车辆在高速行驶过程中产生的持续脉动风压、以及自然环境中的风荷载会导致声屏障的使用寿命减短，无法满足安全性与稳定性，同时还可能造成声泄露。第三，高大封闭的声屏障会阻碍光线，影响驾驶员的视觉，造成孤立感，从美学角度来看，也不利于与沿线景观的交融。