公路交通噪声频率特性与预测模式研究

摘要

随着我国车辆制造业的迅速发展以及汽车保有量的不断增加，车辆噪声辐射声级和公路交通噪声频率特性也发生着改变。20世纪80年代以来，各国相继开发了公路交通噪声的预测模式。然而，这些模式通常以不同频率下的声能平均值为噪声评价基础，忽略了噪声的频率分布特性。另外，在目前普遍使用的FHWA预测模式中，假设车辆是以恒定速度行驶的单极源，忽略了其自身构造以及车速的差异性，对于车身较长或处于低速行驶状态的机动车辆的预测存在较大误差。针对上述公路交通噪声研究中存在的问题，论文从单个机动车辆产生的噪声频率分布规律入手，通过考察噪声通过声屏障的等效频率以及其通过绿化带时不同频率下噪声的衰减规律，分析公路交通噪声的频率特性，构建出公路交通噪声源强分频谱预测模式。并改进了现有Leq(20s)预测模式，评价了现有基于能量平均辐射声级的FHWA预测模式的预测准确性。主要研究结论如下：
　　（1）明确了不同类型车辆的噪声频率分布特性及等效频率值。小型车和中型车产生的噪声总体呈中、高频特性；大型车总体呈中、低频特性。因此，现有交通噪声评价及声屏障设计中采用500 Hz作为等效频率并不能反映对受声点的真实影响。对于以小型车为主的城市道路声屏障设计和以大、中、小型车混合交通为主的高速公路声屏障设计，采用不同的等效频率更能反映实际情况。经过绿化带后，在中低频范围内，噪声消减量随倍频程中心频率的增加呈逐渐上升趋势，在500Hz附近出现峰值吸收；在高频区域，交通噪声的最大衰减出现在4000Hz处，这主要与植被枝干和茎叶的吸收、散射等作用有关。
　　（2）构建出公路交通噪声源强分频谱预测模式。给定机动车辆行驶速度、倍频带中心频率以及机动车辆的类型，可以实现不同倍频带下公路交通噪声源强的预测，并通过与实测数据的对比分析，证实了模式具有较高的准确性和一定的适用性。
　　（3）利用FHWA预测模式推导得出Leq(20s)模式的准确表达式，得到了两种车辆基础噪声Leq(20s)和(L0)Ei之间的关系。指出了Leq(20s)模式的误差和限制，通过补充有限长路段修正项和将常数项-22.55修改为-22，对现有Leq(20s)模式进行了改进，从而使模式更加完整且适用范围更广，预测结果也更加准确。
　　（4）通过将Leq(20s)、Leq(10s)以及Leq(5s)的测量值与基于机动车辆最大辐射声级计算得到的计算值进行对比分析，评价了能量平均辐射声级的测量准确性以及FHWA模式点源假说的合理性。对于小型车，我国现行的公路交通噪声预测模式和FHWA预测模式，按照单极源假设进行公路交通噪声影响预测均是合理的。对于中型车和大型车，噪声监测点在距行车道中心线7.5m和15m处，其在行驶过程中产生的交通噪声均呈现一定程度的混合声源辐射特性，且随着噪声辐射声级的增加，按照单极源假设的预测误差总体上呈现下降趋势。
　　因此，在FHWA模式中，如果将Leq(20s)代替能量平均辐射声级(L0)Ei作为基本车辆噪声，可有效规避由于假设车辆噪声为单极源，尤其是对于行驶速度较低的中型车和大型车，对预测准确性的影响，模式的预测精度将被提高。另外，通过对声压级与时间的关系分析，间接证实了中型车和大型车单极源和偶极源混合声源辐射特性的结论，并依据20s等效连续声级和速度间存在一定的相关性，采用最小二乘法进行拟合分析确定了二者的对数关系。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 公路交通噪声的频率特性

1.3 公路交通噪声预测模式研究进展

1.4 研究意义与内容

第二章 公路交通噪声频率特性研究

2.1 公路车辆车速与频率声压级的关系

2.2 交通噪声等效频率的确定

2.3 绿化带对不同频率交通噪声的消减效果研究

2.4 本章小结

第三章 公路交通噪声源强分频谱预测模式的构建

3.1 监测位置与方法

3.2 源强分频谱预测模式的构建

3.3 源强分频谱预测模式的准确性和适用性评价

3.4 本章小结

第四章 Leq(20 s)公路交通噪声预测模式的评价和改进

4.1 Leq(20 s)模式的精确表达式推导

4.2 Leq(20 s)模式的分析与改进

4.3 本章小结

第五章 基于Leq(20 s)的能量平均辐射声级准确度评价

5.1 单极声源和偶极声源分析

5.2 能量平均辐射声级测量准确度评价

5.3 声压级与时间和与速度的关系分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 主要创新点

6.3 展望

参考文献

附录：等效频率计算过程–以100 km/h的中型车为例

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢