高速路噪音超标！声屏障降噪效果怎么样？声学仿真实操一清二楚

导读：大家好，我是阿飞，仿真秀专栏作者。专业从事降噪设计仿真优化技术研究，不管你是传统的结构振动噪声、摩擦振动噪声、电磁震动噪声还是气动的风扇噪声、射流噪声，这些我都可以提供技术服务。具体包括：LMS motion动力学/Workbench振动、摩擦 LMS acoustics振动噪声一条龙。还有Workbench流固耦合、Fluent流体 LMS acoustics气动噪声一条龙。我将在仿真秀平台为企业和个人（仿真学习者）提供噪声仿真视频教程、定制培训和咨询服务，欢迎大家通过仿真秀联系我。

当前，我在仿真秀发布了3套噪视频教程，分别是《COMSOL声学仿真》、《LMS virtual.lab声学仿真教程57讲》和《Simcenter 3D声学分析方法与工程应用技巧20讲》。以下是正文：

一、高速路噪声优化价值及应用场景

高速路作为现代交通的重要动脉，车流量持续攀升。大量车辆高速行驶产生的噪声，严重干扰了沿线居民的正常生活。长期处于噪声环境中，人们可能出现睡眠障碍、心烦意乱、听力受损等情况，对身心健康危害极大。而且，噪声污染也不符合当下对高品质生活环境的追求。

中国蓝新闻：调查 |宁波海曙高速噪音扰民多年无法破解

噪音指数超标 居民叫苦不迭

石家村自然村位于宁波绕城高速西段的东侧，3月8日下午，在村中一户距离高速100多米的居民家中，记者听到高速车流的噪音清晰可闻，用分贝仪测试，发现噪音指数持续超过了60分贝的标准限值。

因此，对高速路噪声进行优化，能够显著改善沿线居民的生活质量，为他们营造安静舒适的居住氛围。同时，这也有利于提升城市的整体环境形象，促进可持续发展，具有重要的现实意义和长远价值。

二、高速路噪声的原理与降噪方法

1、噪声产生原理

（1）车辆发动机运转、轮胎与路面摩擦以及车辆部件振动都会产生噪声。发动机在不同工况下，如加速、减速、匀速行驶时，发出的声音频率和强度各不相同。轮胎与路面的摩擦噪声则与车速、轮胎花纹、路面材质等密切相关。车速越快，摩擦噪声越大；不同的轮胎花纹设计，会导致空气在花纹槽内流动产生不同程度的噪声；而粗糙的路面会使轮胎与路面接触时产更多的振动和噪声。

（2）车辆高速行驶时，车身与空气相互作用，形成气流。气流在车身表面产生涡流，导致压力波动，从而产生噪声。像车辆的外后视镜、A 柱、雨刮片等部位，气流流动复杂，容易成为气流噪声的发源地。

2、噪声传播途径

噪声主要通过空气向四周传播，在传播过程中，遇到障碍物如建筑物、树木等，会发生反射、折射和衍射现象。当噪声遇到声屏障时，一部分声能被反射回去，一部分声能被吸收，只有少部分声能通过绕射传播到受声点。合理利用这些传播特性，可以采取相应措施来降低噪声影响。

3、常见降噪方法

（1）声屏障：在高速路两侧设置声屏障是常用的降噪手段。声屏障通过阻挡噪声的直接传播路径，使声能在传播过程中被反射和吸收，从而降低受声点的噪声值。例如嘉兴翁村段通过加设声屏障的顶部降噪结构，在现有声屏障基础上提质改造，显著提升了降噪效果。该顶部降噪结构能吸收绕射声能，并将单向绕射声能扩散到整个空间，大幅降低屏障后区域的声能量。

（2）优化路面材质：采用低噪声路面材料，可减少轮胎与路面摩擦产生的噪声。比如大空隙沥青路面，包括 25mmPUC - 10 薄层、25mmPUC - 10 + 45mmPAC - 13 双层等。现场路侧噪声检测结果显示，薄层路面降噪量达 4.2dB、双层路面 5.6dB、组合降噪路面 7.1dB 。

（3）种植降噪植物：利用植物或植被带作为隔音屏障，通过植物叶片和枝干吸收部分声波能量，密集植被将一部分声音反射回道路方向，复杂植被结构使声波发生多次折射与反射，土壤及植物根系吸收并转化声能为热能，从而减弱噪声强度。可结合乔木、灌木与地被植物，形成立体隔音结构。

三、高速路声屏障模仿真实操

众所周知，高速路噪声严重影响居民生活与身心健康，对其进行优化可改善居住环境、提升城市形象。噪声源于车辆行驶和气流扰动，通过空气传播，可采用声屏障、优化路面材质、种植降噪植物等方法降低噪声。借助 Simcenter 3D Ray Acoustics 分析模块，经导入模型、设置参数、求解计算与结果分析，能模拟噪声传播，评估降噪效果。

本案例使用简化高速路声屏障模型对simcenter 3D Ray Acoustics 分析模块仿真流程进行演示，希望对研发工程师和理工科学子有所帮助，更多内容请关注我的仿真秀专栏《Simcenter 3D声学分析方法与工程应用技巧20讲》，具体介绍见后文。

1、导入几何模型与场点平面

首先，准备好简化的高速路声屏障模型，确保几何建模符合一般有限元分析前处理要求，对于复杂模型要进行适当简化。然后将模型导入到 Simcenter 3D 软件中。绘制场点平面时，直接绘制曲面导入并画网格，赋予麦克风属性，这样操作最为便捷。在这个过程中，要注意模型的准确性和完整性，确保后续分析的可靠性。关于注意事项，几何建模符合一般有限元分析前处理即可，对于复杂模型需要进行相应简化。

2、新建仿真，设置相关参数

绘制声学网格：由于声线法基于几何声学，对声学网格的要求不像边界元有限元那样严格按照波长限制来划分。但仍要保证网格能够准确反映模型的几何特征，为后续声线传播分析提供基础。

设置声学属性：根据实际情况，设置材料的声学参数，如吸声系数、隔声量等，以模拟材料对声能的吸收和反射特性。

设置场点网格：选中需要分析的两个面，设置为麦克风网格，并合理设置网格尺寸。网格尺寸的大小会影响计算精度和计算量，需根据模型复杂程度和分析要求权衡确定。例如在一些复杂的高速路场景模型中，较小的网格尺寸能更精确地捕捉声线传播细节，但会增加计算时间；而较大的网格尺寸虽计算速度快，但可能会损失一定精度。

3、求解设置

设置声源：确定高速路噪声的声源类型和位置，比如可将行驶车辆简化为点声源或线声源，并根据实际车速、发动机工况等设置声源的声功率级、频率等参数。

设置衍射边：明确声屏障等结构的边缘为衍射边，这些边缘会影响声线的传播路径，对其准确设置能更真实地模拟噪声传播过程中的衍射现象。

设置最大反射次数、衍射数、最大路径：这些参数决定了声线在模型中的传播行为。最大反射次数限制了声线在传播过程中与物体表面反射的次数，衍射数决定了声线发生衍射的次数，最大路径则限定了声线传播的最大距离。合理设置这些参数，既能保证计算结果的准确性，又能避免因计算量过大导致计算时间过长。例如在一个较大规模的高速路及周边建筑模型中，如果不限制最大反射次数，声线可能会在建筑之间不断反射，导致计算量呈指数级增长，而通过合理设置最大反射次数，如设置为 5 - 10 次，既能较好地模拟实际噪声传播情况，又能有效控制计算量。

设置并行运算：为提高计算效率，可开启并行运算功能，充分利用计算机的多核处理器资源，缩短计算时间。特别是在处理大规模模型和复杂声学问题时，并行运算能显著提升计算速度。

以下是声场云图以及声屏障内、外、大楼后侧声压级对比。

4、结果分析

仿真计算完成后，可得到声场云图，通过声场云图能直观地看到噪声在空间中的分布情况，清晰地分辨出高噪声区域和低噪声区域。还可以对比声屏障内、外以及大楼后侧等不同位置的声压级。例如，从声压级对比结果中，可以明确声屏障对降低噪声的效果，了解声屏障不同位置的降噪能力差异，以及周边建筑物对噪声传播的影响。通过对这些结果的深入分析，能够评估现有高速路声屏障的降噪性能，发现存在的问题，进而为优化声屏障设计或采取其他降噪措施提供有力依据。

四、Simcenter 3D声学分析如何学

如果你想深入学习 Simcenter 3D Ray Acoustics 分析模块在高速路噪声优化等声学仿真方面的详细操作技巧和应用案例，欢迎报名我们的视频课程《Simcenter 3D声学分析方法与工程应用技巧20讲》。在课程中，我将为你进行全面、细致的讲解和实操演示，助你快速掌握相关技术，提升声学仿真分析能力。

教会你声学仿真分析，是我最大的愿景！《Simcenter 3D声学分析方法与工程应用技巧20讲》课程内容丰富全面，覆盖压力声学、声・结构相互作用、气动声学、几何声学等核心板块。课程最大特色就是包含VIP群答疑，每晚可语音、远程答疑。课程以外的内容，只要是涉及噪声，本人可以提供仿真代做、技术答疑等服务。

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1、以下是我的课程安排：

第一章：压力声学

• 第1讲：声学模态求解 

• 第2讲：FEM法计算外场辐射、散射噪声 

• 第3讲：BEM法计算外场辐射、散射噪声 

• 第4讲 时域BEM法计算辐射、散射 

• 第5讲 抗式消声器计算传递损失 

• 第6讲 穿孔管消声器计算传递损失 

• 第7讲串联式内插管消声器计算传递损失 

• 第8讲阻抗管法测量材料吸声系数 

第二章 声·结构相互作用 

• 第9讲：结构模态求解(1)-装配体 

• 第10讲：结构模态求解(2)-实体抽壳 

• 第11讲：直接频率振动响应计算 

• 第12讲：基于模态的振动响应计算 

• 第13讲：FEM法振动辐射噪声 

• 第14讲：BEM法振动辐射噪声 

• 第15讲：BEM法workbench振动响应导入求解辐射噪声 

• 第16讲：FEM法声震耦合计算玻璃隔声量 

• 第17讲：BEM法声振耦合噪声计算 

第三章 气动声学 

• 第18讲：FEM法HVAC管气动辐射噪声 

• 第19讲 FEM法高铁、地铁气动噪声 

• 第20讲 FEM法车窗玻璃风噪声 

• 第21讲 风扇气动噪声 

第四章 几何声学 

• 第22讲：Ray法高速路声屏障隔声仿真 

第五章  模块专讲 

• 第23讲：声学网格划分（免费试看）

2、你可以学到这些

在压力声学部分，从基础的声学模态求解，到 FEM 法、BEM 法计算外场辐射与散射噪声，再到各类消声器传递损失计算及材料吸声系数测量，带你系统掌握压力声学分析方法与工程应用技巧；

声・结构相互作用章节，深入讲解结构模态求解的不同场景，以及振动响应计算、振动辐射噪声分析和声振耦合计算等内容，帮你理解声与结构之间的复杂关系；

气动声学板块，聚焦 FEM 法在 HVAC 管、高铁地铁、车窗玻璃等场景的气动噪声分析，还有风扇气动噪声研究，紧跟行业热点需求；

几何声学中，通过 Ray 法进行高速路声屏障隔声仿真，拓展声学在环境领域的应用；更有模块专讲，细致讲解声学网格划分这一关键技术，夯实学习基础。

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来源：仿真秀App