引言
隨著我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展以及人民生活水平的提高和環(huán)保意識的加強,環(huán)境噪聲影響問題日益突出。據(jù)環(huán)保部門統(tǒng)計,在有關(guān)污染問題的投訴中,噪聲干擾投訴占將近一半左右,說明噪聲污染影響范圍甚廣。為此對各種噪聲污染源進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測,是各項建設(shè)工程中欲采取有關(guān)噪聲控制措施的必要前提,也是環(huán)境保護(hù)工作者必須深入研究的問題之一。
噪聲預(yù)測是噪聲評價工作中的重要組成部分,計算預(yù)測或測量同類聲源在一定工況下、一定邊界條件下向外界輻射噪聲能量,再依據(jù)待預(yù)測地區(qū)的邊界條件計算一定范圍內(nèi)的噪聲影響。噪聲評價則是根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),評定該聲源對評價區(qū)域內(nèi)的影響程度及范圍以及超標(biāo)后所應(yīng)采取的相應(yīng)措施。
環(huán)境噪聲預(yù)測計算由于預(yù)測區(qū)域一般具有較復(fù)雜的地形,而且在預(yù)測區(qū)域面積較大時,計算、繪圖工作量甚大使其變得異常煩瑣。如需考慮不同條件下的防護(hù)措施效果,欲得到較精確的計算結(jié)果將是一種非常困難的工作。隨著電子計算機仿真技術(shù)的飛速發(fā)展,將人們從復(fù)雜煩瑣的計算工作中解放出來已成為可能。國際上在該領(lǐng)域比較著名的軟件有比利時LMS公司開發(fā)的RAYNOISE,丹麥技術(shù)大學(xué)的推出ORDENS以及德國的Braunstein+Bendt GmbH公司的Sound PLAN等。本文結(jié)合應(yīng)用實際,給出應(yīng)用RAYNOISE軟件所得到的預(yù)測計算結(jié)果與實際測量結(jié)果的驗證比較,供有關(guān)技術(shù)人員參考。
1 RAYNOISE軟件簡介
RAYNOISE是國際上在聲學(xué)振動軟件開發(fā)比較著名的比利時LMS公司為聲學(xué)工程師研制的聲學(xué)CAD軟件,主要用于建筑聲學(xué)計算機輔助設(shè)計。
計算模型所采用的方法為鏡像聲源法和聲線跟蹤法。可在封閉空間、半封閉空間、開敝空間內(nèi)進(jìn)行眾多聲學(xué)參數(shù)的計算,該軟件有如下特點:
(1)計算模型表面數(shù)量無限制,因此可盡可能地模擬待預(yù)測聲場的表面形狀;
(2)吸聲材料使用的數(shù)量無限制,有多少模型表面就可定義多少種吸聲材料;
(3)DATA BASE是開放式的,用戶可隨時對其修改,且接受文本文件格式的數(shù)據(jù)文件;
(4)基于賽賓系數(shù)的墻吸聲模擬計算;
(5)模型中聲源的數(shù)量無限制,并可在所定義的聲源中任意選取數(shù)個聲源進(jìn)行計算;
(6)聲像法中的反射階數(shù)及聲線法中的聲線數(shù)皆可自定義等;
(7)內(nèi)含各種CAD接口,如AUTOCAD、AN-SYS、I-DEARS等;
(8)友好的用戶界面;
(9)彩色圖或等高線圖輸出。
(10)計算結(jié)果有:聲壓級、A聲級、混響時間、混響半徑、語音清晰度等。
圖1 RAYNOISE主要功能框圖可由下圖表示
2 在聲場預(yù)測中的應(yīng)用
首先將待預(yù)測的整個聲場進(jìn)行三維建模處理。由于RAYNOISE擁有眾多的軟件接口,因此用戶可用AUTOCAD等通用軟件建立模型,由于該軟件
的特點,用戶可以較詳盡地模擬整個聲場的地形地貌,包括聲場內(nèi)的各種建筑物。隨后將定義聲波傳輸介質(zhì)特性,各種吸聲材料特性,分配吸聲材料,定義聲源特性:包括聲源性質(zhì)(點、線、面、體聲源)、聲源位置、聲源頻響特性、聲源發(fā)射方位角、聲源指向性特性,定義衍射邊等,最后將定義預(yù)測計算區(qū)域,據(jù)此軟件將建立計算模型。計算時用戶可根據(jù)需要選定全部或部分聲源,選定計算頻率段。該軟件有較高的效率,一次計算將得到全部結(jié)果,包括線性聲壓級、頻帶聲壓級、計權(quán)A聲級、計權(quán)頻帶A聲級、NC/NR曲線等一系列建聲、電聲結(jié)果。
在南方某城鎮(zhèn)鐵路沿線附近擬建一住宅小區(qū),要求評估列車通過時小區(qū)的聲環(huán)境。按其要求,筆者應(yīng)用RAYNOISE進(jìn)行了預(yù)測。建立2200m×1600m的預(yù)測區(qū)域,表面材料定義為草地,建立距地面8m高的高架橋梁,表面材料定義為混凝土;聲源的高度設(shè)定為距橋面0.5m處,聲源性質(zhì)為線聲源。經(jīng)計算得到距地面1.5m處整個預(yù)測區(qū)域上的等聲級曲線分布圖,見圖2(圖中每格距離為50m)。經(jīng)驗證在距離鐵路中心線30m處,該預(yù)測值與現(xiàn)場實測值誤差不高于1dBA。
圖2 等聲級曲線分布圖
當(dāng)聲場預(yù)測后發(fā)現(xiàn)某些區(qū)域聲環(huán)境不理想,需要采取屏障防護(hù)措施時,RAYNOISE亦能輕松地完成該項內(nèi)容。一城市高架輕軌鐵路在距一樓房15m處通過,經(jīng)預(yù)測計算,在距樓房墻面1m處的列車運行輻射噪聲A聲級從地面到頂層在70-78dBA之間,見圖3(圖中每格距離為1m)。
圖3 聲場分布圖
經(jīng)數(shù)個不同高度聲屏障方案的比較計算,有效高度為3.5m的聲屏障可使樓房前1m處頂層的聲級值下降8dBA左右。最終預(yù)測結(jié)果見圖4。(由于篇幅所限,各種屏障高度下的聲場分布未能一一列出)。
圖4 聲場分布圖
高噪聲車間內(nèi)的聲場預(yù)測由于要考慮混響的影響較之室外聲場計算就更復(fù)雜,此時使用RAYNOISE軟件則更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。某車間內(nèi)有8臺設(shè)備布置于車間一角,墻面均為混凝土,頂棚為木質(zhì)吊頂。經(jīng)計算得到整個車間的A聲級分布圖,見圖5。
圖5 車間內(nèi)A聲級分布圖
3 結(jié)束語
聲學(xué)量預(yù)測計算應(yīng)用計算機模擬是近十年來發(fā)展起來的新技術(shù),與傳統(tǒng)的方法相比,不僅效率高,而且可以得出傳統(tǒng)方法不能實現(xiàn)的結(jié)果,同時為聲學(xué)設(shè)計的定量化提供了有效的手段?梢灶A(yù)見到,隨著各種模擬算法的不斷改進(jìn),相應(yīng)的模擬軟件也將日趨完善。國內(nèi)也已引進(jìn)了各類聲學(xué)仿真計算軟件,在聲學(xué)設(shè)計計算中應(yīng)用計算機仿真技術(shù)必將會越來越廣泛。
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本文標(biāo)題:聲學(xué)仿真軟件在噪聲預(yù)測和評價中的應(yīng)用
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