道路交通噪声的来源及影响因素

发布于：2022-10-10 13:19:10 来自：道路桥梁/道路工程 [复制转发]

一、公路交通噪声的来源

公路交通噪声的主要类型是运行中机动车辆发出的噪声，其强度大小与车型和车辆运行状态、车辆构造特征和轮胎花纹样式、道路交通状况和道路线性指标等有关。车辆噪声源主要分为驱动系统（进气和排气噪声、冷却风扇噪声、燃烧噪声和发动机结构噪声等）和运行系统（传动齿轮、车身或车架振动、轮胎摩擦和空气作用产生的噪声等），见图1。车辆驱动系统产生的噪声与发动机转速有关，运行系统与路面状况、线性指标和轮胎花纹有关，且随车辆行驶速度而变化。

图1 汽车噪声来源示意图

（一）进气噪声

进气门会发生周期性开闭，因此而引发进气管道内压力起伏变化，形成空气动力性噪声，即进气噪声。进气噪声频率范围主要分布在500～10000Hz之间；其噪声值可高出发动机本身发出的噪声约5dB(A)。同一台发动机的进气噪声主要受转速影响，每增加1倍的转速，则进气噪声就能增加10~13dB(A)。

（二）排气噪声

排气噪声是由发动机排气阀的周期性开闭引发压力脉冲从而激发气流振动所产生的，它是车辆噪声的主要来源。其噪声声级能量范围主要分布在200Hz以下的低频区区段内。发动机的负荷情况和转速影响排气噪声的大小：排气噪声声级在发动机转速每增加10倍的情况下增加45dB(A)左右，发动机处于全负荷时比空负荷时要高15～20dB(A)。

（三）风扇噪声

风扇噪声主要由涡流噪声和旋转噪声组成。风扇噪声与其转速有关，且随转速增加而增加：当转速增加1倍时，风扇噪声声级则增加11～17dB(A)；风扇噪声在风扇高速运转时成为主要的噪声来源。

（四）燃烧噪声

发动机气缸内的气体在燃烧时会产生燃烧噪声，其噪声与复杂的燃烧过程有着密切的关系。影响燃烧噪声的因素有很多，比如燃烧室的形状、供油系统的工作方式、燃油的辛烷值、发动机压缩比和运转状况以及进气压力等。

研究发现：在燃烧过程中，气缸压力交替变换引起发动机冲击荷载和动荷载而产生结构振动噪声；燃烧噪声通过活塞、连杆、曲轴、主轴承和气缸盖以及缸套侧壁而传递到机体的表面，能够辐射出比较强烈的燃烧噪声。

（五）发动机噪声

由于内燃机气缸内的气体受到压缩并燃烧产生气体压力，与机械力共同作用于活塞和气缸壁，引起发动机外表振动从而辐射出噪声。内燃机噪声与多种因素有关，比如燃烧方式、负荷、排量、发动机结构和转速，其中燃烧产生的噪声是主要来源。发动机表面所辐射噪声声级的能量范围主要集中在1600Hz~2000Hz之间。

（六）机械噪声

相对运动的零部件由于气体压力和部件的惯性作用而互相撞击和振动，便产生机械噪声。其噪声与作用力大小和发动机结构等因素有关。机械噪声由活塞敲击、配气机构、齿轮机构和轴承、高压油泵和不平衡惯性力引起的振动所产生的噪声组成。

（七）轮胎噪声

由轮胎直接辐射噪声和轮胎花纹与轮胎四周空气相互挤压而产生的噪声，它的频率在高频范围内。轮胎噪声主要由空气泵效应引发的噪声、轮胎胎体弹性变形引起的振动噪声、车辆在紧急制动和急转弯时与路面作用产生的振动噪声以及路面与轮胎摩擦作用产生的噪声等组成。

轮胎花纹的形状影响轮胎噪声的大小。研究发现，泵气噪声与花纹沟槽和接地区域构成的空腔大小有关，其轮胎花纹的尺寸和形状越大，形成的空腔所排出空气量就越多，轮胎噪声随之增大。花纹横槽产生的噪声最大，斜槽次之；纵槽产生的噪声最小，可忽略不计。轮胎噪声还与路面平整度和车速有关，随着车速的增加而增大。

相关资料表明：当车速小于60km/h时，对于以石油为燃料的车辆而言，其发动机噪声和排气噪声是主要的噪声来源；当车速大于60km/h时，车辆噪声的主要来源则是轮胎噪声。

（八）喇叭噪声

喇叭噪声属于不连续噪声源，但是噪声级特别高，一般超过车辆行驶噪声约为15～20dB(A)；离喇叭1m处测量其噪声，最大值可达124dB(A)。

（九）车身噪声

机动车辆在公路上高速行驶时，其车身与空气摩擦冲击及车体壁结构的振动而产生噪声。它是各种载货和客车等机动车辆驾驶室内部噪声的主要来源之一。

二、交通噪声的影响因素

对高速公路某个路段而言，一段时间内连续通过的车辆共同作用产生交通噪声等效声压级。当交通量为0或虽有车辆但是全部停止行驶时，其噪声影响可以忽略不计。

影响道路交通噪声的因素主要分为三类：一类是声源强度，包括车流量、车辆类型、车速、车辆新旧程度和外形尺寸、车辆性能和运行状态（加速、匀速、减速）以及载重量等；一类为道路的状况，包括道路路面材料即类型、道路的宽度和平整度、纵坡坡度、道路结构类型等；一类为噪声传播的方式和路径，主要包括预测点距车道中心的距离、高差、各类地形地物（如声屏障、建筑物、地面覆盖物的状况、林带、路堤和路堑等）对交通噪声的影响以及空气的湿度、温度、密度和流动情况等。

（一）车流量和车型比例

交通量是影响道路交通噪声的主要因素。由于一天中不同时段的车流量有所不同，具有很强的随机性，且会出现高峰值，并且昼夜间车流量差异较大，因此很难确定噪声声级和车流量之间确切的对应关系。目前，只能根据统计学分析确定不同交通量时的交通噪声统计值分布曲线。

道路交通噪声在高速公路达到最大通行能力之前随车流量的增加而增大；超过最大通行能力时，其影响程度随车流量的增加而减小。

车型比也是影响交通噪声的主要因素，重型客车和货车的比例决定了噪声峰值的大小。大中型车的比例越高，噪声影响程度就越大；还与载货重量有关。在不鸣笛的情况下，重型车的数量每增加一倍，其交通噪声峰值增加2~4dB(A)。

（二）车速

行驶在高速公路上机动车辆的速度决定着其噪声值的大小。同一种类型不同性能的车辆，其车速不同，噪声值也不同；同一辆车在不同道路状况下，速度也不相同，其噪声值不同；同一车辆在超车道的行驶速度比行车道行驶速度大。有关数据表明：高速行驶的车辆辐射噪声声级和速度呈线性关系；其噪声大小还与路面材料粗糙度有关，在小型车高速行驶时影响程度最明显。

汽车在行驶时受到的空气阻力随车速的增加而增大，同时轮胎与路面之间产生的洞穴进排气影响作用也加强，其噪声值随之增大。

（三）路面状况

（1）路面材料类型

规范模型中指出，行驶中的小型车在沥青路面上所产生的噪声值比在水泥混凝土路面上的噪声值稍小。经研究表明：小型车在同一车速条件下水泥混凝土路面产生的噪声比沥青路面上的噪声大1~2dB(A)；大中型车在两种路面上相同运动状况下行驶产生的噪声大致相同。

相关研究表明：橡胶颗粒沥青路面具有较好的吸声和减振性能，在一定范围内，其掺量越多，减振降噪效果越好。

国内外许多学者研究发现：影响低噪声路面降噪效果的主要因素是路面材料的空隙率，噪声的衰减程度随着孔隙率的增加而愈加明显。当多空隙沥青混凝土表面为沥青稳定碎石时，且孔隙率在15%～25%范围，交通噪声可降低3～8dB(A)。山东济菏高速某路段采用SMA降噪路面，其噪声降噪值为8~11dB(A)。

（2）路面平整度

路面平整度对动力噪声和轮胎噪声都会产生影响。路面为砂石路面或严重破损，即不平整度越高，行驶车辆震动越明显，其噪声强度也随之增加。研究发现：路面的平整度对噪声的影响随车速的增加而增大。

（3）路面粗糙度

路面粗糙度特别是对小型车辐射声级影响最为明显，一般会产生轮胎噪声。当路面粗糙度在0.4~0.7mm的基础上每增加或减少0.3mm时，小型车行驶时辐射的噪声声级相应增加或减少2dB(A)左右。

（四）道路纵坡

行驶的机动车辆在不同的行驶状态所产生的噪声也不同，在平坦路段和上下坡路段差异较大。汽车上坡时，发动机转速增加，排气噪声增加，则噪声辐射声级也加大；下坡制动，但比上坡时噪声较小。

规范模型中表明：道路纵坡对小型车的辐射噪声影响较小，可忽略不计；对大中型车影响较大。对大中型车而言，当纵坡坡度为4%~5%时，其噪声值增加1dB(A)左右；当坡度为6%~7%时，噪声值增加3dB(A)左右；当坡度大于7%时，噪声级增大约5dB(A)；但当坡度大于8%时，噪声值趋于稳定。因此，在进行公路交通噪声计算时需根据实际道路的纵坡值进行修正。

（五）噪声传播的方式和传播路径

声音在传播过程中，其频率不会改变，但是响度会因为距离的增加和介质吸声等因素而减小。

（1）预测点至声源的距离

交通噪声是一种无指向性声波，在半自由场内（假设无障碍物遮挡）以发散性的方式传播。声波随距离增加越来越发散，人耳能够接收到的声波能量也越来越小，则预测点处的等效声级也越来越小。反之，则越大。

（2）地面覆盖物状况

当噪声传播时，在预测点和路肩之间的地面类型主要分为三种：一种为声学硬地面，可被成为全反射地面，如沥青混凝土路面、水泥混凝土路面、块石或碎石地面，其吸声系数近似为0；一种为声学软地面，被称为吸声地面，如草地、灌木丛和农田等；一种为未经铺筑的地面，如泥地。不同地面类型吸收的噪声量不同，即吸声系数不同，它与植被种类和植被覆盖率有关。地面植被状况将影响噪声的传播特性，可以作为控制噪声污染的措施之一。

（3）各类障碍物对噪声的阻挡作用

在声源和预测点之间的实体障碍物，比如声屏障、房屋、林带、路堤或路堑等对噪声的传播都有一定的阻挡作用，从而引起声能量的衰减。

在传播过程中，若遇到障碍物时，部分声波被反射，部分被吸收，还有较少部分被绕射和透射；阻挡了声波的传播，使声波的扩散作用降低，从而使噪声值有所衰减，且能量损失比在无障碍物情况下大。

（六）其它衰减

除以上影响因素之外，还有其它多方面原因可以引起噪声的衰减，比如各类物体对声音的反射作用、空气吸收衰减、大气非均匀性衰减、雨雪雾以及风、温度自然条件引起的衰减等。

由于交通噪声的传播以空气为介质，因此空气的均匀程度和干湿程度、流动状态（风速和风向）等物理因素都会影响声音的传播特性，从而影响噪声声级的大小。

（七）车辆的不同行驶状态对交通噪声的影响

车辆在行驶过程中有以下几种特殊的状态：起步、加速、减速、刹车和鸣笛。同类型车辆在不同行驶状态下产生的噪声不同，不同车型在相同行驶状态下的噪声也不相同，且差异较大。表1是不同车型在加速、起步、减速、刹车情况下，距路中心线8.5m处测得的等效A声级。

表1 不同车型不同运行状态下的噪声值