城市道路交通噪声分析及利用

摘要：随着经济的发展，城市规模越来越大，城市中的车辆数量也日益增多。城市交通噪声给居民生活带来了很多影响，噪声污染受到了社会的广泛关注。文章中简要介绍了噪声的危害及来源，结合传统交通噪声防治的特点，分析了交通噪声转换为电能的可行性。

关键词：交通噪声；噪声利用；压电陶瓷材料

Abstract: With the economic development, city scale was bigger; the number of vehicles is increasing in the city. City traffic noise has brought a lot of influence to people's life; noise pollution has been widespread concern in society. This paper briefly introduces the harm and source of noise, combined with the characteristics of the traditional traffic noise control, analysis of the traffic noise into the feasibility of electric energy.

Key words: traffic noise; noise using piezoelectric ceramic material;

中图分类号：TB533+.2文献标识码A 文章编号：

0前言

交通噪音对人类的健康所造成的不良影响不容忽视，应实行有效的治理。截止到2011年12月底，全国机动车保有量达到2.19亿辆。其中汽车保有量首次突破1亿辆占机动车总量的45.88%，是机动车的主要构成部分[[作者简介：潘 宇（1989－）,男,硕士研究生,主要从事道路工程研究,重庆交通大学，重庆市南岸区，400074。

]]。随着城市化的不断推进，以及人们经济收入的提高，城市越来越大，城市道路中的车辆也越来越多，对居住在城市道路附近的居民带来了严重影响，这样城市噪音问题也越来越受到人们的关注。噪音日益严重，它已成为污染人类社会环境的一大公害。据统计，在英国有超过40%的居民受到交通噪声的影响，相当于每天生活在55dB(A)噪声环境中，其中的20%居民生活在交通噪声超过65dB(A)的环境中。有数据显示，汽车行驶中产生的噪声为80-90dB(A)高峰时车流噪声100dB(A)。

1道路噪声危害及来源

1.1城市交通噪音危害

噪音会给人带来生理上和心理上的危害。

儿童长期暴露在噪声中会使其注意力减弱、解决问题的能力下降、使血压和激素应激水平提高。

噪声会引起人的烦躁，有调查表明大多数人在50dB时即出现轻微的烦躁心情，若声级再升高5dB，烦躁情绪更加严重。甚至还会助长人们的攻击行为。

噪声会干扰休息和睡眠、影响工作效率,损伤听觉、视觉器官。长期作用于人的中枢神经系统，可使大脑皮层的兴奋和抑制失调，严重者可产生精神错乱[2-3]。

1.2城市交通噪音来源

随着居民生活水平的提高，私家车的数量猛增，城市道路不堪重负。在城市中的道路上无论白天还是夜晚都有各种车辆在行驶，特别是大中城市的交通噪声污染更为突出。

对于车辆的噪声通常可以分为发动机噪声、排气噪声、进气噪声、风扇噪声、车体振动噪声和轮胎噪声。在车速大于50km/h时，轮胎噪声就成为主要噪声声源。不同的轮胎因为有不同的使用要求所以在轮胎表面有不同的花纹沟槽。在汽车行驶过程中，由于轮胎是非刚性的在荷载的作用下会压缩变形，同时花纹沟槽的体积也会缩小变形，沟槽的空气被排挤出去，在轮胎的继续转动下沟槽体积又要恢复原体积，此时空气又被吸进去。在空气的排除和吸进的不断循环过程中就会形成气流噪声。有试验表明胎面花纹的噪声频率大约800-5000Hz这个比较宽的范围内变化。由于路面有一定的粗糙度，路面固有的小凹坑在轮胎的运动作用下也会形成气流的排出与吸进。这样路面也会形成气流噪声。

图 1 汽车轮胎与路面相互作用

2交通噪声的防治

现在对于城市道路噪声影响的防治主要有：路边种植绿化林带；采用隔音墙技术；改变路面的结构形式。

合理的种植植物，可以达到吸纳声波，降低噪音的作用。有关调查资料表明，当绿化带林高宽大于10m时，可以降低交通噪音4-5dB。该方法的特点是:生态效益好；占地面积多，早期的降噪效果不好。

隔音墙技术主要是通过隔音屏材料对声波进行吸收、反射等一系列物理反应来降低噪声，据测试采用隔音墙技术降噪效果可以达10dB以上。该方法的特点是：节约土地，效果较好；影响道路线形美观，受灰尘影响大需要经常清扫。

改变路面结构的方法也受到广泛的研究。如低噪声沥青路面的研究，该路面以在许多发达国家得到发展和应用，并取得了较好的降噪效果[4]。低噪声路面在很大程度上消除了空气的抽空和压缩，因此起到了降低噪声的作用。在一些发达国家应用低噪声路面可以使降噪效果达到15dB。由于低噪声沥青路面孔隙率较大，在合理设计与施工后，能使路面有较好的透水性、抗滑性，该路面的缺点就是使用一段时间后孔隙容易被泥土堵塞而失去其功能。

4噪声的利用

对于噪声的利用以有不少人对其进行了研究，噪声的利用有：噪声消尘；噪声制冷；噪声脱水；噪声发电等。

美国科研人员，根据高能量的噪声可以迫使尘粒相聚成一体，因重量增加而下沉的原理研制出一种功率为2千瓦的除尘警报器。并应用于烟囱除尘，控制高温、高压、高腐蚀环境中的尘粒和消除大气污染。

美国曾推出一种噪声制冷冰箱，这种冰箱外形呈圆筒形，圆筒外面叠放着玻璃纤维板，筒里充满着氦气或其他惰性气体。筒的一端封闭，另一端则是振动膜盒。膜盒与音圈、导线和磁铁相连。当声波作用于弹性膜片时，迫使筒内气体膨胀，产生的热量由玻璃纤维迅速传导散失，达到降温制冷的目的。还可利用噪声和低频率波高速“轰炸”食品，其吸水能力为目前干燥技术的4—10倍。相比于传统的加热脱水方法噪声脱水方法能减少营养成分的流失，提高产品的质量。

英国科学家发现，当噪声的声波遇到屏障时能转化为动能。根据这一原理，科学家设计制造了一种鼓膜式声波接受器，较好地实现了这一愿望。该接受器与一个共鸣箱相接，以增强声的聚集能力。当接受器上的声能作用到声电交换器上时，就可将声能转化为电能。经测定，当喷气飞机的噪声达到160分贝时，其发电功率可达10千瓦。

如果我们能把交通噪声的声能转换为电能并将所发的电用于道路的照明或道路指示灯，那就可以变害为利、变废为宝。

5噪声转换为电能的可行性

噪声是由很多杂乱无章的波组合而成的。由于声波具有能量，当声波遇到屏障时可以被转换为动能，而我们可以再将这种动能转换为电能，因为动能可以推动特定的装置或事特定的装置振动，所以噪声发电是可行的。再者我们可以利用物体的共振现象加强物体的振动。近年来，新型材料的发展将声–电转换技术推向一个新阶段。新型声–电转换材料有：压电晶体材料、压电陶瓷材料及高分子材料等。

压电陶瓷片是一种电子发音元件，以锆钛酸铅压电陶瓷材料制成[5]。基于压电效应原理，当在两片电极上面接通交流音频信号时，压电片会根据信号的大小频率发生震动而产生相应的声音来。压电效应具有可逆性：若在压电陶瓷片上施以音频电压，就能产生机械振动，发出声响；反之，压电陶瓷片受到机械振动(或压力)时，片上就产生一定数量的电荷Q，从电极上可输出电压信号。

我国关于这方面的研究虽然起步晚。但也取得了一定成果。例如我国科学院理化技术研究所罗二仓等人成功研制出百瓦级的行波热声发电机样机，这是一种声能发电的设备。伊朗研究者 发明声波发电技术。随着科技的进步，将装置体积缩小应用于商业是可行的。对于城市道路由于道路里程比较长，而且互相交叉联通，车流量较大，这为噪声发电提供了巨大的可利用空间。

我们可以将转换装置安装在隔音墙上，也可以设计成植物的样式安装在道路的绿化带里，我们可以对转换装置加以特殊设计，不仅不会影响道路两旁的风景，而且还能给道路两旁带来一些艺术感。起到既降噪又节能美化的目的。

6 总结

与其让这些能量白白的消耗掉不如将这些能量加以利用，达到节能减排的效果。现在已经有大量的科技人员对噪声的能量转换进行了研究，同时随着材料科学的不断进步和完善，使得噪声的发电技术理论和方法不断完善。随着居民对生活水平的要求的提高，迫使我们对城市噪音进行有效的防治或利用。如果将控制噪声的措施和回收噪声能的措施结合来。不仅在噪声治理上是一大突破，而且对人类社会日益匮乏的能源将是一个补充[6]。当然项技术还不够成熟，主要是转化装置的研发还没有取得巨大的进步，只是有一些小规模的发电应用。这项技术的应用，还没被人们广泛的认识，但随着社会的进步和人们观念的进步，噪声的发电利用必会受到青睐。目前已有一些科研机构和大学在噪声利用研究上取得一定成果。有望迎来噪声发电的新局面。

参 考 文 献

[1]杨运生. 城市交通噪声源及传播机理研究[D].重庆：重庆交通大学.

[2]王亚宁 王锡宁.噪声污染的危害及控制利用. 潍坊教育学院学报-2000年4期.

[3]马少妆，梁玉玲 姚婷. 浅谈城市噪音污染对健康的危害与治理. 广东科技-2010年10期

[4]伍石生.低噪声沥青路面设计与施工养护.北京：人民交通出版社，2005年4月

[5]孙德岭.噪声能量转换利用的可行性. 新能源-1997年12期.

[6] 荀华 宋长忠 韩建春. 噪声发电研究的展望. 能源与环境-2010年1期