公路隧道噪聲降噪案例研究

Highway tunnel noise reduce case studies

       （  香港新光國際有限公司 2007年8月 ）

(Hong Kong NewCom International Ltd. August 2007)

 梁志堅工學博士、闕秀明工程師

Dr. Xingchen acoustics, Dr. CK Engineer, Xiuming Que Engineer

摘               要

隧道型公共設施的聲環(huán)境，可以使用大量具有高吸聲係數的吸聲構造，鋪設於隧道拱壁及軌道鋪面，以降低混響時間及雜訊。在本文中以香港新光公司在湖南省常張高速公路關口啞隧道吸聲安裝工程為例，在鋪設吸聲構造後，其混響時間在裝吸聲構造後在各1/3倍頻帶約減少64%~84%，預估降噪量則為4.7~8.5 dB 之間，在200 Hz ~ 800 Hz 之間，降噪量則有7.1 ~ 8.5 dB之間，降噪效果顯著。如以實際公路雜訊特性預估，降噪量約有6.3 dB(A)，SIL(speech interference level)則有6.6 dB改善效果。

關鍵字：隧道噪聲，混響時間，吸聲構造，隧道降噪預估

Abstract

The reverberation time and noise level of tunnel-typed public works can be reduced by adding large amount of acoustical

structure with high absorptive coefficient.  These absorptive structures

can be applied on the curved wall and track bed.  After applying the

CEMCOM acoustical material, the reverberation time was reduced about

64%~84% and the noise reduction level was predicted about 4.7~8.5 dB in

the measured 1/3 octave bands for the guankouya tunnel of changzhang highway,Hu Nan province. Especially, the predicted noise reduction levels are about

7.1 dB to 8.5 dB between 200 Hz and 800 Hz in the measured 1/3 octave

band.  Using a noise spectrum from a current express way, the noise

reduction level is predicted about 6.3 dB(A) and the speech interference level is reduced about 6.6 dB.

keywords: tunnel noise, reverberation time, absorptive structure,

prediction of tunnel noise reduction

1. 前言

山下隧道、地下隧道、城市地底立交或跨海過江隧道等隧道型公共設施﹐它們的共同特色之一是其周圍環(huán)境多為水泥壁襯砌而成，屬於剛性聲學材料，極易將聲音反射，特別是對於低頻率聲音頻帶在隧道中容易形成極長的混響時間?；祉憰r間增加，除了會導致隧道內噪聲增加，也容易對身體易產生共鳴造成生理影響，也容易增加用路人心裡壓力與產生煩躁現象。此外，混響時間過長對於人耳聽覺也易產生遮蔽效應，干擾聽力導致誤判隧道內聲音資訊。

改善隧道型公共設施的聲環(huán)境，最適當的降噪方法之一就是鋪設大量且具有高吸聲係數的吸聲構造於隧道拱壁或是軌道鋪面以降低隧道內的混響時間及降低噪聲量。為了有最佳的降噪效果與最適成本，噪聲材料的吸聲係數頻率特性，必須參考噪聲源的頻率特性來選用。在選用隧道內的吸聲構造，除了須具有上述優(yōu)良的聲學特性，此外也必須考量到吸聲構造須具有高度的防火特性及對周遭環(huán)境的友善功能。

在本論文中，針對湖南省常張高速公路關口隧道，在鋪設吸聲構造後的降噪結果進行了研究。除了在隧道拱壁鋪設吸聲構造前後的混響時間進行現場檢測，並預估鋪設吸聲構造後隧道內的降噪量及言語交談背景噪聲(speech interference level)改善成效。

2. 隧道降噪理論預估

如前所述，隧道型公共設施內部表面多為剛性表面，隧道內的混響時間極長，形成一混響聲場。對一隧道混響聲場，其降噪量NR(noise reduction)估算可以使用以下方式[1]：

NR=Lp1-Lp2=10 log (RT2/RT1) (1)

此處：

RT:室內常數(room constant)，Sa/(1-a)

S:室內表面積

a：平均沙賓(Sabine)吸聲係數

Lp1:裝吸聲構造前噪聲級

Lp2:裝吸聲構造後噪聲級

其中平均沙賓吸聲係數a，可以由現場量測的混響時間，以下式計算得到

a=(55.26V)/(cST) (2)

此處

T:混響時間

V:室內體積

c:聲音速度

3. 案例：高速公路隧道混響時間量測及降噪量預估

湖南省常張高速公路關口隧道的北隧道，於2005年下半年進行了吸聲裝飾牆工程。本隧道長度為715m，截面半徑約為550cm，高度710cm，使用了具有高度吸聲能力的CEMCOM顆粒性吸聲構造，吸聲構造的厚度為8 cm，鋪設在拱壁的高度為350 cm，其鋪設位置示意圖，如圖1所示。厚度8 cm的CEMCOM吸聲構造在混響室的吸聲係數請參考表1，在頻率400 Hz以上，混響吸聲係數皆大於0.80，在頻率1250 Hz以上，混響吸聲係數皆大於0.90。

隧道混響時間現場檢測位置分布，如圖2所示，總計有5個測點位置，成一直線，每個測點相距約8 m。此5個測點位置在裝吸聲構造前後的混響時間檢測結果分別如表1及圖3所示。基本上，在裝吸聲構造後的混響時間皆有明顯的降低，混響時間減少約64%~84%之間。裝吸聲構造後的預估降噪量在每一個頻帶為4.7~8.5 dB 之間，特別是在200 Hz ~ 800 Hz 之間，降噪量在7.1 ~ 8.5 dB之間，降噪效果顯著。

為了預估可能的公路噪聲在隧道內的降噪量，使用了平均車速在60 km/hr的公路噪聲頻譜來預估，如圖4，此一公路噪聲頻譜最大值在1000 Hz頻帶，屬於以小型車為主的噪聲。經計算後，此一隧道內在全頻域(20Hz~20kHz)的降噪量預估值為 6.3 dB(A)，如圖4。另外為了評估在裝吸聲構造後對言語交談影響的改善成效，使用了SIL ( speech interference level )評估指標[2]。SIL指標是使用在500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz 及 4000 Hz的平均聲壓級，

SIL＝(L500＋L1000＋L2000＋L4000)/4  dB

在使用圖4的公路噪聲頻譜為計算基礎，SIL的改善成效為6.6 dB。

4. 結論

隧道內構造由於屬於聲學剛性材料，容易造成高混響時間，在依據既有隧道內的噪聲頻譜特性，使用最佳化的高度吸聲係數的吸聲構造應可以有效降低隧道內混響時間，其降噪效果應可以達到7 dB(A)以上。

5.  參考資料︰

[1] Noise and Vibration Control Engineering, Principles and Applications,

edited by Leo L. Beranek and Istvan L Ver , 1992.

[2] ISO/TR 3352 Acoustics-Assessment of Noise with Respect to its Effect on the

Intelligibility of Speech.

表1隧道吸聲裝飾牆工程混響時間檢測結果及降噪量預估

頻率(Hz)

裝吸聲構造前混響時間(s)

裝吸聲構造後混響時間(s)

裝吸聲構造後的預估降噪量,dB

備註：8cm厚度CEMCOM吸聲構造的混響室吸聲係數

湖南省常張高速公路關口隧道吸聲裝飾牆工程，2005/06/25～11/16，隧道長度715m

圖1 湖南省常張高速公路關口隧道斷面圖及吸聲構造安裝位置

圖2 混響時間檢測位置示意圖

圖3  湖南省常張高速公路關口隧道吸聲裝飾牆工程混響時間頻率特性曲線

圖4 實際公路噪聲預估降噪量