結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)的復(fù)合消音型聲屏障?-?[?交通世界2010?]

一．技術(shù)定位

為了使我國(guó)350公里時(shí)速的高速鐵路聲屏障滿足聲學(xué)和機(jī)械學(xué)要求，有效治理各種交通噪聲，我們與德國(guó)非標(biāo)機(jī)械設(shè)計(jì)的同事對(duì)DB（德國(guó)鐵路）K-F線（科隆-法蘭克福）ICE-3（城際特別快車）損傷聲屏障進(jìn)行了研究。然而，對(duì)于一個(gè)國(guó)際性的課題，要結(jié)合中國(guó)市場(chǎng)情況才能為我所用，解決好高速鐵路聲屏障的技術(shù)問(wèn)題。

例如，各國(guó)的聲屏障選材都遵守“阻抗錯(cuò)配原則”，將選擇質(zhì)量大的材料作為聲屏障的面板。高密度鋼材的優(yōu)勢(shì)在于隔聲。而在共振吸聲結(jié)構(gòu)中使用低密度的鋁合金，共振頻率就會(huì)降低，能有效吸收低頻噪聲。低密度(2.8)的發(fā)泡鋁吸聲材料正逐漸體現(xiàn)強(qiáng)度高、韌性好、耐候、受熱無(wú)毒等優(yōu)勢(shì)。

再有，常規(guī)的“陰極電泳”涂裝工藝不易控制，很難滿足聲屏障各種帶孔鋼板中“孔壁”的抗腐蝕要求。德國(guó)的企業(yè)早已具有成本更低、質(zhì)量更可靠的涂裝技術(shù)，帶孔鋼板的鹽霧試驗(yàn)都能保證500小時(shí)以上。但是不清楚我國(guó)的市場(chǎng)準(zhǔn)入手續(xù)、產(chǎn)品樣件，要經(jīng)過(guò)我國(guó)有資質(zhì)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)出具技術(shù)指標(biāo)。

另外，國(guó)內(nèi)鋼材市場(chǎng)的材質(zhì)差別較大，影響設(shè)計(jì)計(jì)算。五金市場(chǎng)很難找到德國(guó)使用的環(huán)槽鉚釘；而結(jié)構(gòu)型鉚釘很難鑒別，通常出具的達(dá)克羅（DACROMET）鹽霧試驗(yàn)指標(biāo)，與鉚接之后的變形、斷裂面、表面破壞等因素并不相干。

因此，聲屏障產(chǎn)業(yè)貫穿物理、數(shù)學(xué)、機(jī)械、電子、自動(dòng)化等學(xué)科。而聲屏障的課題首先要突破高速鐵路的問(wèn)題，再向其它軌道交通等方面發(fā)展，范圍要鎖定在以下題目：

1. ICE在空曠平直的線路行駛時(shí)，空氣繞流列車外表面起伏運(yùn)動(dòng)的摩擦產(chǎn)生噪聲，由各類近似正弦波的流場(chǎng)復(fù)合而成。

2. ICE駛?cè)胨淼酪鹂諝鈮嚎s后，復(fù)合正弦曲線變成由少數(shù)明顯脈沖曲線分割的密布紊亂曲線，稱作隧道微氣壓波或脈動(dòng)力。

3.低頻噪音經(jīng)多次反射便形成高能量、大振幅的駐波，以簡(jiǎn)正振動(dòng)方式傳播。

4.消聲量隨氣流速度的增大而減少，當(dāng)氣流速度達(dá)到70米/秒時(shí)，阻性消音、多孔吸聲結(jié)構(gòu)的基本功能已經(jīng)所剩無(wú)幾，所以聲屏障的使用環(huán)節(jié)要與性能配套。

5.高頻噪音隨著距離的增加就能衰減，其點(diǎn)聲源每10米距離就能下降6分貝，氣流在障礙物后產(chǎn)生卡門渦旋并輻射噪聲，所以聲屏障的質(zhì)量取決于對(duì)低頻噪聲的治理手段。

6.低頻噪聲的特點(diǎn)是：聲波長(zhǎng)，能量遞減緩慢，能輕易穿越障礙物，長(zhǎng)距離奔襲和穿墻透壁直達(dá)人的耳骨，對(duì)人體傷害最大。

二．技術(shù)原則

首先，確定聲屏障應(yīng)用環(huán)節(jié)在自然環(huán)境中遭遇地震、臺(tái)風(fēng)等最大破壞因素的數(shù)據(jù)，及其在路基震動(dòng)工況的力學(xué)分析，研究有軸向壓力梯度流動(dòng)的高速氣流和不同簡(jiǎn)正振動(dòng)方式傳播的聲波與脈動(dòng)力的關(guān)系，從改造“脈動(dòng)力”作用曲、吸聲系數(shù)與頻率關(guān)系曲線入手，確定聲屏障的機(jī)械結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)，建立近似這些性能條件的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；其次，高速鐵路聲屏障要滿足時(shí)速420公里的技術(shù)要求，以適應(yīng)各種交通條件應(yīng)用為目標(biāo)檢驗(yàn)抗震性能，即通過(guò)地震試驗(yàn)臺(tái)輸入有代表性的地震波，直至摧毀性的大震實(shí)驗(yàn)；再參照16級(jí)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)正面襲擊等極端數(shù)據(jù)，做各種破壞性試驗(yàn)，提煉出具有減震降噪功能的復(fù)合型聲屏障系列產(chǎn)品及其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，完善市場(chǎng)準(zhǔn)入。

三．高速鐵路聲屏障

我國(guó)的高速鐵路已躍居世界第一，與之進(jìn)行環(huán)保配套的聲屏障，也要無(wú)愧于世界第一的國(guó)際形象。高速鐵路聲屏障是抵御地震、臺(tái)風(fēng)等自然破壞因素，瓦解高壓氣流和噪聲能量，分離出有害的低頻噪聲進(jìn)行治理的技術(shù)裝置。

圖1是一份聲屏障降噪系數(shù)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，顯示該產(chǎn)品NRC0.85與玻璃纖維（圖2）、發(fā)泡鋁（圖3）不同的是，具有明顯的共振區(qū)。但是，在歐盟委托慕尼黑聯(lián)邦國(guó)防軍大學(xué)解決K-F線（科隆-法蘭克福）聲屏障事故開(kāi)始，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為這種穿孔板組成的亥姆霍茲共振體曲線（圖1），以及吸聲材料的吸聲系數(shù)曲線（圖2、圖3），給人印象深刻的不是NRC，而是低頻區(qū)逃逸的低頻噪聲。它是在放掉危害程度最大的低頻噪聲的情況下，隨著頻率的增加，逐漸減少放掉的量，只是在共振頻率上有較高的吸聲系數(shù)（αm），吸聲頻帶很窄。圖1共振體的穿孔率已經(jīng)不會(huì)改變，吸聲系數(shù)隨頻率的增加呈線性下降趨勢(shì)，說(shuō)明隨著高頻聲波波動(dòng)幅度減小，使推動(dòng)板材作振動(dòng)的幅度也變小，結(jié)果吸聲系數(shù)變小了，這三種曲線的NRC最多維持在0.85左右。

如今，用聲級(jí)計(jì)的A聲級(jí)來(lái)測(cè)量和評(píng)價(jià)環(huán)境噪聲，缺少針對(duì)低頻噪音的標(biāo)準(zhǔn)。A計(jì)權(quán)的頻率特性曲線是對(duì)噪聲的低頻段和高頻段大幅度衰減，對(duì)中頻段沒(méi)有衰減。它的頻率特性曲線只突出了中間的共振區(qū)，低頻噪音的聲級(jí)都被大幅度衰減，儀器儀表沒(méi)有顯示設(shè)定，檢測(cè)結(jié)果理想化。

圖1  聲屏障降噪系數(shù)的檢測(cè)數(shù)據(jù)

圖2  維密度為50 kg/m³玻璃纖維的吸聲系數(shù)

圖3 密度300 kg/m³發(fā)泡鋁的吸聲系數(shù)

四．結(jié)構(gòu)安全隱患分析

目前，一些文獻(xiàn)將聲屏障的受力變形集中在：H型鋼立柱在受到行駛風(fēng)壓縮和膨脹變形時(shí)受交互彎曲力矩的作用（如圖4所示），但用在高速鐵路的情況是：

圖4

1. 在路基震動(dòng)、高速列車壓力波的作用下，立柱正壓變形到上止點(diǎn)后，開(kāi)始向負(fù)壓變形的初期，存在剛性體的回彈內(nèi)力，產(chǎn)生伴隨負(fù)壓變形的交互彎曲力矩（如圖5），而且H型鋼立柱受到正壓力時(shí)，從根部至頂端的彈性變形程度逐漸增大，立柱的腹板和翼板產(chǎn)生拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，但應(yīng)變不同，與底座的結(jié)合面存在應(yīng)力集中，易被撕裂。

圖5

圖6

2. 立柱兩側(cè)連接的單元板受力變形后，將產(chǎn)生圍繞立柱壓力變形軸線的扭矩，伴隨著兩側(cè)單元板變形后回彈的力偶矩（如圖6）。由于相鄰兩截面的翹曲不同，引起材料縱向纖維長(zhǎng)度的改變，導(dǎo)致界面上產(chǎn)生正應(yīng)力，使立柱成為扭桿彈簧，慣性力的加速度受到單元板拉伸彈性階段的阻力。

3. 國(guó)產(chǎn)普通的H型鋼是由全能軋機(jī)熱軋成型的邊寬、腰薄經(jīng)濟(jì)斷面型材，腹板承受扭曲變形的能力差，做立柱存在強(qiáng)度不足的缺陷。圖7示出對(duì)高度140毫米、腹板12毫米，Q235材質(zhì)的H型鋼立柱與底座之間的焊接形式進(jìn)行破壞性試驗(yàn)的變形曲線。

圖7  立柱、底座焊接強(qiáng)度破壞試驗(yàn)的變形曲線

圖7的曲線說(shuō)明，在立柱幾何中心施加5.2噸的垂直壓力時(shí)，如果焊接強(qiáng)度足夠，則立柱根部的焊口的過(guò)度部位發(fā)生永久變形。這樣就可以推算與立柱相互作用的單元板在受到最大沖擊氣流時(shí)的承載能力，以便進(jìn)行經(jīng)濟(jì)選材。

五．脈動(dòng)力

（一）影響因素

要解析高速列車行駛在半封閉的聲屏障環(huán)境中不同頻率和不同簡(jiǎn)正方式在壓縮、膨脹、衰減因素中傳播的問(wèn)題，由于不定性太多，通常是通過(guò)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)方法，尋找有意義的參數(shù)。

其中，北京航空航天大學(xué)針對(duì)京津城際鐵路聲屏障發(fā)表的震動(dòng)模態(tài)（圖6），與東南大學(xué)高速鐵路研發(fā)中心在K-F線（科隆-法蘭克福）聲屏障拆除前的實(shí)錄形態(tài)基本一致，但結(jié)構(gòu)瞬態(tài)響應(yīng)最大位移比實(shí)錄情況要小，類似正弦曲線。

綜上，鋼結(jié)構(gòu)聲屏障環(huán)境中，震動(dòng)方式和脈動(dòng)力的綜合破壞因素為：

1．每次列車駛過(guò)，都要沖擊聲屏障，使聲線繞射線，按類似正弦曲線的變形方式傳播彎曲變形（圖8），造成頂部彎曲開(kāi)裂的趨勢(shì)。

2. 高速列車進(jìn)入半封閉（頂部開(kāi)放）的聲屏障時(shí)，如果聲線繞射線沒(méi)有氣流緩釋措施，受脈動(dòng)力彎曲變形的同時(shí)，還會(huì)遭遇聲爆和卡門渦旋輻射能的共同作用，加速頂部損毀。

 圖8  聲屏障脈動(dòng)力的振動(dòng)模態(tài)

3．低頻噪音經(jīng)多次反射會(huì)形成駐波，以簡(jiǎn)正振動(dòng)方式傳播，能夠與含有脈沖波的高壓氣流和聲波的脈動(dòng)力一起沖擊聲屏障，加速薄弱點(diǎn)損毀。。

3. 駐波及微氣壓波入射頻率在單元板彎曲變形的過(guò)程中，某些入射角會(huì)激發(fā)吸音板彎曲共振（吻合效應(yīng)），同時(shí)形成隔聲量的低谷，反射波的能量又促進(jìn)損毀吸音板。

（二）突破方向

從高速列車外表面的穩(wěn)定流場(chǎng)到脈動(dòng)力的破壞因素，我們發(fā)現(xiàn)：

1. 高速列車在空曠地帶行駛時(shí)，存在繞流表面的復(fù)合正弦波流場(chǎng)。

2. 脈動(dòng)力震動(dòng)模態(tài)的結(jié)構(gòu)瞬態(tài)響應(yīng)形態(tài)、實(shí)錄變形均似正弦曲線。

3. 每次列車駛過(guò)，都要沖擊聲屏障，使聲線繞射線按（圖6）正弦曲線傳播彎曲變形，造成頂部開(kāi)裂的趨勢(shì)。

因此，只要糾正這種產(chǎn)生正弦曲線變形的行為方式，就能夠避免彎曲變形。

破壞因素是：高速列車行駛時(shí)的氣流場(chǎng)和摩擦噪聲被墻體壓縮后，形成以高壓氣流為載體的脈沖波及簡(jiǎn)正振動(dòng)方式傳播，在通過(guò)聲屏障的聲波繞射線釋放時(shí)，突然膨脹的能量與車尾負(fù)壓的先后作用，使聲波繞射線按近似正弦曲線的形狀傳播彎曲變形。

同時(shí)說(shuō)明，H型鋼立柱與單元板之間無(wú)論靠彈簧、橡膠等任何形式的壓緊固定，或使用貫穿兩側(cè)翼板的螺栓連接，都無(wú)法回避振動(dòng)松動(dòng)、摩擦銹蝕、隨季節(jié)溫度伸縮變形、脈動(dòng)力等損毀因素。

所以，《高速鐵路聲屏障設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：從設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和材料兩方面來(lái)保證總成在受壓失穩(wěn)前個(gè)別部位首先屈曲，產(chǎn)品要像樹(shù)干、樹(shù)枝、樹(shù)杈、葉片那樣，成為能夠各自獨(dú)立彈性變形，相互關(guān)聯(lián)的機(jī)體，將能量分解、削弱，避免硬性抗擊造成自我損傷，靠單元板相對(duì)立柱的橫向彈性變形功能，使聲波繞射線按梯形曲線傳播變形。

六．試驗(yàn)、檢測(cè)方法

（一）抗地震試驗(yàn)

1.    試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用三條實(shí)測(cè)的地震波，包括有代表性的唐山波，另外選擇EI-Centro波、Taft波，輸入加速度峰值分別取為0.1g、0.2g、0.4g和0.62g。這里給出天津（唐山）地震波一軸的時(shí)程和自譜（圖9、圖10）。

 圖9  天津（唐山）波-Z時(shí)程圖

圖10  天津（唐山）波-Z自譜圖

2.    實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器

振動(dòng)臺(tái)使用美國(guó) MTS 公司設(shè)計(jì)、制造的設(shè)備，試驗(yàn)?zāi)Ｐ屯ㄟ^(guò)底座牢固安放在模擬地震振動(dòng)臺(tái)上（圖11），振動(dòng)臺(tái)用電液伺服方式通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行加載控制，電子模擬控制系統(tǒng)提供臺(tái)面運(yùn)動(dòng)的閉環(huán)控制以及液壓和輸出訊號(hào)的控制。反饋傳感器為每個(gè)作動(dòng)器附帶的加速度傳感器，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析。

圖11  振動(dòng)臺(tái)上的聲屏障

 圖12  測(cè)試儀器

測(cè)試儀器使用丹麥 B&K 公司生產(chǎn)的 4381V 型電荷加速度計(jì)配合NEXUS2692-014 電荷放大器測(cè)量加速度和位移，德國(guó) HBM 公司產(chǎn)的 SPIDER8 應(yīng)變儀、Catman軟件，日本歐姆龍公司的 Z4M-W100 激光位移傳感器。各項(xiàng)傳感器試驗(yàn)前在振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行一致性準(zhǔn)確標(biāo)定（圖12），目地是通過(guò)得到的數(shù)據(jù)檢測(cè)驗(yàn)證設(shè)計(jì)、工藝指標(biāo)，定型產(chǎn)品。

3.    性能分析

僅按毀滅性的大震（唐山波+Taft波）測(cè)試的情況說(shuō)明，其中：

動(dòng)力特性。9度大震地震波輸入前后，立柱頂部測(cè)點(diǎn)Y 向自振頻率下降的數(shù)值，單元板中部測(cè)點(diǎn)Y 向自振頻率的數(shù)值；9度大震后自振頻率下降的百分?jǐn)?shù)，最后認(rèn)定聲（風(fēng)）屏障的剛度有無(wú)變化。

應(yīng)變分析。在每根立柱的底部前后設(shè)置豎向應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，從應(yīng)變的相對(duì)值的變化定性的判斷結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化情況。測(cè)得9度設(shè)防烈度下，立柱底部測(cè)點(diǎn)最大應(yīng)變均值，相應(yīng)的最大應(yīng)力均值，可以看出是否小于所用鋼材的屈服強(qiáng)度。測(cè)得9度大震下，立柱底部測(cè)點(diǎn)最大應(yīng)變均值，相應(yīng)的最大應(yīng)力均值，可以看出是否小于所用鋼材的屈服強(qiáng)度。

（二）      抗臺(tái)風(fēng)試驗(yàn)

例如，3.15×2=6.3（m²）的單元板，受到風(fēng)速52 m/s的16級(jí)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)正面襲擊時(shí)，聲屏障的正面壓強(qiáng)P：

P=2.58×V²=6976 (Pa)    6976×6.3=4.4（噸）

即作用在單元板上的壓力達(dá)到4.4噸，所以高速鐵路聲屏障要做單元板與立柱之間承受壓力的試驗(yàn)（圖13）。

圖13  單元板加載4.5噸壓力試驗(yàn)

無(wú)論抗地震試驗(yàn)還是單元板加載試驗(yàn)，按《高速鐵路聲屏障生產(chǎn)規(guī)程》實(shí)施機(jī)器人工作站焊接的產(chǎn)品，在外觀上都不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，但存在內(nèi)部的工藝隱患。要求實(shí)驗(yàn)一周（消應(yīng)）后解體，會(huì)發(fā)現(xiàn)降壓擴(kuò)容腔的密封面會(huì)發(fā)生翹曲，一些桿件相對(duì)發(fā)生塑性變形。此時(shí)，要對(duì)照焊接變形計(jì)算分析報(bào)告，分析錨桿受力，調(diào)整連接位置及焊接參數(shù)，修改進(jìn)廠材料的材質(zhì)分析工藝。

七．復(fù)合型消音聲屏障手段分析

（一）方向

西方發(fā)達(dá)國(guó)家在上世紀(jì)90年代就開(kāi)始推廣使用聲屏障聲影區(qū)和亮區(qū)分界線及聲波繞射線三位一體環(huán)節(jié)的新技術(shù)，效果等于將聲屏障的高度增加2米。為此，美國(guó)將聯(lián)邦公路局（FHWA）90年代前豎立在道路邊緣的平面反射型障板稱作“傳統(tǒng)聲屏障”。

中國(guó)馬大猷院士1964年提出“微穿孔板”吸聲結(jié)構(gòu)，只增加孔的聲阻，不必外加多孔材料即得到滿意的吸聲系數(shù)；采用不同穿孔率和孔徑的多層結(jié)構(gòu)，可展寬頻率范圍和提高吸聲效果(圖14，缺點(diǎn)是無(wú)共振區(qū))。國(guó)外正在將這種技術(shù)應(yīng)用在高速鐵路及各種減震降噪領(lǐng)域。

   圖14

實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)中，穿孔板材料振動(dòng)吸聲理論、板振動(dòng)吸聲頻譜受到實(shí)際結(jié)構(gòu)的諸多限制，導(dǎo)致實(shí)測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)差異較大，尤其存在較低的反共振吸聲系數(shù)，經(jīng)驗(yàn)不足時(shí)，難以拓展吸聲頻帶范圍。但是利用機(jī)器人工作站等高度自動(dòng)化工藝，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定統(tǒng)一的產(chǎn)品質(zhì)量，就能更接近試驗(yàn)確定的聲學(xué)方案，靠近理想聲學(xué)技術(shù)指標(biāo)。

將聲屏障提高2米的技術(shù)非常適合我國(guó)的高速鐵路，因?yàn)楦咚倭熊囋肼暱偭康?0%左右，是由列車頂部的集電系統(tǒng)產(chǎn)生。

技術(shù)方向在于博采眾長(zhǎng)，借助中國(guó)的“微穿孔板”吸聲技術(shù)，以及前述將聲屏障剛性體轉(zhuǎn)化成彈性體的機(jī)械學(xué)技術(shù)，與聲學(xué)的板材振動(dòng)吸聲相結(jié)合，根據(jù)有源消聲原理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)找到控制實(shí)際聲場(chǎng)的措施，創(chuàng)造聲波在無(wú)源時(shí)疊加時(shí)發(fā)生干涉、相互抵消減弱聲強(qiáng)的條件。

（二）技術(shù)措施分析

聲屏障的聲學(xué)技術(shù)主要取決于試驗(yàn)確定的滿足結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的減噪手段，其中關(guān)鍵是要弄明白理論與試驗(yàn)相的矛盾現(xiàn)象。

例如，某種結(jié)構(gòu)共振材料質(zhì)量增加，共振頻率隨之增加。如果按照微孔吸音的理論，穿孔率不變時(shí)，吸聲系數(shù)不可能改變。可事實(shí)是在共振區(qū)，材料質(zhì)量增加后的吸聲系數(shù)明顯高于未增加時(shí)的吸聲系數(shù)。

針對(duì)這種現(xiàn)象，采用布置在振動(dòng)材料幾何中心的1個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，配套德國(guó) HBM 公司產(chǎn)的 SPIDER8 應(yīng)變儀（屬于通過(guò)與 PC 打印機(jī)端口簡(jiǎn)單連接就可使用的 PC 儀表），每個(gè)通道均提供到傳感器、放大器、濾波器和自己的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的激勵(lì)。這樣，通過(guò)實(shí)驗(yàn)就能找到共振頻率。在共振頻率下，能夠從測(cè)點(diǎn)不同頻率的應(yīng)變相對(duì)值，得到相應(yīng)的最大應(yīng)力，驗(yàn)證選用的振動(dòng)材料是否在屈服強(qiáng)度極限內(nèi)振動(dòng)。值得注意的是，這樣在共振頻率下的試驗(yàn)不經(jīng)點(diǎn)撥很難進(jìn)行。

這個(gè)變化說(shuō)明：在這種特定的結(jié)構(gòu)下，是穿孔板板材振動(dòng)產(chǎn)生了吸聲作用。而通常聲波不可能推動(dòng)板材，只有在系統(tǒng)共振時(shí)，才能引起板材振動(dòng)，才能將能量吸收掉。反映穿孔板的吸聲作用是承受大多數(shù)聲壓的板材表面體現(xiàn)出的功能，而不是少數(shù)的孔在起作用。

事實(shí)上，穿孔率確實(shí)決定著吸聲系數(shù)的大小，因?yàn)楫?dāng)穿孔率過(guò)大時(shí)，空腔內(nèi)受壓迫的空氣很容易從孔板中排出。此時(shí)，對(duì)有爭(zhēng)議的“穿孔面材的穿孔率是否20%”要視具體情況而定。在空腔距離較小和共振頻率較高時(shí)，共振吸聲曲線會(huì)出現(xiàn)第二個(gè)峰值。

這說(shuō)明，無(wú)論使用穿孔板還是微穿孔板的實(shí)用技術(shù)，試驗(yàn)的手段是要從中取得最有價(jià)值數(shù)據(jù)，建立薄板的面密度、空氣層厚度、共振頻率三者關(guān)系式，將聲學(xué)要素用工程語(yǔ)言表示出來(lái)，才能使產(chǎn)品形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)事半功倍的效果。

（三）產(chǎn)品方案

針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為了減少重復(fù)性的爭(zhēng)議，在設(shè)計(jì)改變脈動(dòng)力作用的正弦曲線后，《高速鐵路聲屏障設(shè)計(jì)規(guī)范》將聲屏障結(jié)構(gòu)分為：

1. 針對(duì)高速氣流的低頻噪音工作區(qū)；

2. 針對(duì)中高頻噪聲的阻性吸聲材料工作區(qū)；

3. 針對(duì)噪聲總量40%左右的車頂集電系統(tǒng)的聲波繞射線工作區(qū)。

為了實(shí)現(xiàn)中國(guó)人以四兩撥千斤的哲學(xué)，《設(shè)計(jì)規(guī)范》明確了具體仿生學(xué)的行為基礎(chǔ)。例如，從控制聲場(chǎng)入手，限制速度較高的聲波突然改變傳播的幾何路徑，產(chǎn)生破壞性聲爆，及其對(duì)脈動(dòng)力的推波助瀾作用，使聲屏障反射波和透射波均在疊加時(shí)發(fā)生干涉、相互抵消減弱聲強(qiáng)；充分發(fā)揮高聲阻的微穿孔板共振吸聲特點(diǎn)，以及在低頻具有較好吸聲性能的薄板共振吸聲特征，合理利用突變界面，使產(chǎn)品三維數(shù)學(xué)模型、產(chǎn)品圖紙、產(chǎn)品技術(shù)要求、材料力學(xué)以及有限元分析，基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，應(yīng)用靶向物質(zhì)引導(dǎo)進(jìn)入多孔材料聲能的轉(zhuǎn)換，增加“賽賓”值，得到結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)保證的寬頻帶高吸收效果聲屏障。

八．低碳、智能化產(chǎn)品

環(huán)保產(chǎn)品低碳的技術(shù)手段在于服從基本熱力學(xué)定律。“貌似簡(jiǎn)單的聲屏障，囊括了全世界的音符，卻要壓制和聲的旋律”。就是說(shuō)，被壓制的音符要沿著耗散的方向進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，必定帶來(lái)消耗(熵)、產(chǎn)生污染。而且越是大型的項(xiàng)目，造成的污染就越是嚴(yán)重。

低碳的措施就是要將聲屏障吸收的機(jī)械能迅速轉(zhuǎn)化成熱能。這種迅速要靠靶向物質(zhì)實(shí)現(xiàn)。而這個(gè)熱能的減排，是審定履行環(huán)保社會(huì)責(zé)任的指標(biāo)。它需要行之有效的能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的技術(shù)。德國(guó)企業(yè)成功用于聲屏障的就是壓電陶瓷（標(biāo)準(zhǔn)DIN IEC61253-2-1：1994），我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T3389-2008使用的載體就是本文一再論述的“共振頻率”。希望國(guó)內(nèi)的企業(yè)以此開(kāi)發(fā)出更先進(jìn)的智能聲屏障。

因?yàn)閴弘娞沾蛇€能把電能轉(zhuǎn)換成超聲波，用來(lái)對(duì)聲屏障金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行無(wú)損探傷，以及清除聲屏障工作表面的結(jié)垢，甚至通過(guò)電子線路控制與共振板一體的壓電陶瓷，就可產(chǎn)生不同頻率的振動(dòng)，大幅度提高聲屏障的設(shè)計(jì)水平和產(chǎn)品質(zhì)量。

九. 結(jié)論

在定義高速鐵路聲屏障和脈動(dòng)力定義的前提下，通過(guò)地震、超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)正面襲擊等極端數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)，以瓦解高能的理念，將剛性的金屬材料通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成組織有序的彈性體，改變“脈動(dòng)力”作用曲線；提高低頻段吸聲能力；經(jīng)500小時(shí)鹽霧試驗(yàn)，確定防腐工藝；通過(guò)建立高度現(xiàn)代化的機(jī)器人工作站、數(shù)控加工流水線保證產(chǎn)能。最終將聲屏障產(chǎn)業(yè)從中國(guó)制造步入中國(guó)創(chuàng)造。

作者單位：寧波瑞祥軌道交通設(shè)施有限公司