黃瑩

（福建省金皇環(huán)保科技有限公司，福建 福州 350004）

在工業(yè)噪聲預(yù)測(cè)過程中，大部分人習(xí)慣性把所有聲源等效成點(diǎn)聲源進(jìn)行預(yù)測(cè)，但是由于噪聲源的形狀在實(shí)際中復(fù)雜多樣，因此要嚴(yán)格按照數(shù)學(xué)方法求解噪聲聲場(chǎng)分布是相當(dāng)困難的[1]，這使得此種噪聲預(yù)測(cè)方法存在一定的局限性。以致預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況存在一定的差異，特別是大型設(shè)備如何選用聲源模型，將在很大程度上影響預(yù)測(cè)結(jié)果。

定型機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于紡織印染工業(yè)中的機(jī)器設(shè)備，染整定型機(jī)由于體積較大，實(shí)際預(yù)測(cè)工作時(shí)，選用點(diǎn)聲源還是面聲源進(jìn)行預(yù)測(cè)，是評(píng)價(jià)工作者常常遇見的問題。本文以染織廠中大型設(shè)備定型機(jī)為例，討論在噪聲預(yù)測(cè)過程中模型選擇對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的影響，根據(jù)HJ 2.4—2021《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 聲環(huán)境》推薦的聲源等效計(jì)算方法，通過環(huán)安科技噪聲環(huán)境影響評(píng)價(jià)系統(tǒng)NoiseSystem 2015軟件，對(duì)染織廠工業(yè)噪聲影響預(yù)測(cè)模型進(jìn)行分析、驗(yàn)證。

1 幾何發(fā)散衰減模型

在環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作中，通常根據(jù)聲源的形狀、預(yù)測(cè)點(diǎn)與聲源的距離和參考點(diǎn)的位置將噪聲源進(jìn)行簡(jiǎn)化后采用相應(yīng)的幾何發(fā)散預(yù)測(cè)模式進(jìn)行預(yù)測(cè)，雖然這樣簡(jiǎn)化了線源和面源，無形中避開了理論上繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)使噪聲幾何衰減變得簡(jiǎn)單易行，但是這種簡(jiǎn)化也產(chǎn)生了一定的模擬誤差，有的甚至是方法存在理論上的錯(cuò)誤，這將直接影響到噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果和結(jié)論的可靠性[2,3]。根據(jù)以上考慮，本文根據(jù)聲源的幾何發(fā)散模式和條件，通過聲源不同的簡(jiǎn)化進(jìn)行影響預(yù)測(cè)，并對(duì)簡(jiǎn)化條件進(jìn)行合理的修正，為噪聲預(yù)測(cè)方法提供理論依據(jù)。

1.1 點(diǎn)聲源

無指向性點(diǎn)聲源幾何發(fā)散衰減的基本公式是[4]：

1.2 面聲源

大型機(jī)器設(shè)備的振動(dòng)表面，車間透聲的墻壁，均可以認(rèn)為是面聲源。圖1給出了長(zhǎng)方形面聲源中心軸線上的聲衰減曲線。

圖1 長(zhǎng)方形面聲源中心軸線上的衰減特性

當(dāng)預(yù)測(cè)點(diǎn)和面聲源中心距離r處于以下條件時(shí)，可按下述方法近似計(jì)算：

r＜a/π時(shí)，幾乎不衰減（Adiv≈0）；

當(dāng)a/π＜r＜b/π，距離加倍衰減3 dB左右，類似線聲源衰減特性Adiv≈10lg(r/r0)；

當(dāng)r＞b/π時(shí)，距離加倍衰減趨近于6 dB，類似點(diǎn)聲源衰減特性Adiv≈20lg(r/r0)。

其中面聲源的b＞a，衰減特性見圖1。

2 噪聲預(yù)測(cè)軟件

本次預(yù)測(cè)采用環(huán)安科技噪聲環(huán)境影響評(píng)價(jià)系統(tǒng)NoiseSystem 2015軟件進(jìn)行。該軟件是根據(jù)HJ2.4—2021《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 聲環(huán)境》構(gòu)建，為適應(yīng)國(guó)內(nèi)環(huán)境管理部門對(duì)城市噪聲管理而開發(fā)的管理系統(tǒng)軟件，基于GIS的三維噪聲影響評(píng)價(jià)系統(tǒng)構(gòu)建，是集噪聲建模、噪聲衰減計(jì)算和噪聲數(shù)據(jù)發(fā)布的系統(tǒng)。

針對(duì)工業(yè)噪聲源系統(tǒng)可以支持室外點(diǎn)聲源、室內(nèi)點(diǎn)聲源、線聲源、水平面聲源、垂向面聲源衰減計(jì)算。聲源的源強(qiáng)類型主要有頻帶聲功率級(jí)、參考點(diǎn)頻帶聲壓級(jí)及A聲功率級(jí)、參考點(diǎn)A聲功率級(jí)4種類型。

點(diǎn)聲源是以球面波形式輻射聲波的聲源，輻射聲波的聲壓幅值與聲波傳播距離（r）成反比。在該軟件中點(diǎn)聲源在軟件繪圖區(qū)表現(xiàn)為一個(gè)點(diǎn)，面聲源是以平面波形式輻射聲波的聲源，其輻射聲波的聲壓幅值不隨傳播距離改變（不考慮大氣吸收），面聲源在軟件繪圖區(qū)表現(xiàn)為一個(gè)閉合的圖形。

軟件最后通過表格、折線圖、噪聲等聲級(jí)圖形結(jié)合的方式來表達(dá)噪聲預(yù)測(cè)的結(jié)果，軟件中的離散點(diǎn)、線接收點(diǎn)通過表格來表達(dá)預(yù)測(cè)結(jié)果。

3 案例基本情況

3.1 染織廠基本概況

某染織廠年織造1萬t針織坯布生產(chǎn)線（錦綸長(zhǎng)絲、氨綸長(zhǎng)線、滌綸長(zhǎng)絲原料均外購(gòu)），年染整2萬t光坯布生產(chǎn)線（其中1萬t為本項(xiàng)目織造的坯布，其余1萬t為來料加工），生產(chǎn)線及產(chǎn)能見表1。

表1 本項(xiàng)目主要生產(chǎn)線及產(chǎn)能

3.2 主要噪聲源強(qiáng)分析

染織廠內(nèi)的噪聲主要來自染整車間、織造車間和公用工程。染整車間內(nèi)產(chǎn)生噪聲源強(qiáng)較大的設(shè)備有染色機(jī)、定型機(jī)、水洗機(jī)、脫水機(jī)、打卷機(jī)和理布機(jī)等各類設(shè)備，織造車間內(nèi)產(chǎn)生噪聲源強(qiáng)較大的設(shè)備有經(jīng)編機(jī)、緯編機(jī)和整經(jīng)機(jī)。定型機(jī)屬于較大體積設(shè)備，該廠定型機(jī)尺寸為50 m×5 m×2.5 m。主要噪聲源情況見表2，設(shè)備分布見圖2。

表2 染整車間主要設(shè)備噪聲源情況一覽表

圖2 設(shè)備分布總平圖

3.3 預(yù)測(cè)參數(shù)設(shè)置

以該染織廠總平面布置圖為基礎(chǔ)，本次噪聲評(píng)價(jià)采用環(huán)安科技噪聲環(huán)境影響評(píng)價(jià)系統(tǒng)NoiseSystem 2015軟件進(jìn)行建模，以晝間噪聲進(jìn)行預(yù)測(cè)，噪聲預(yù)測(cè)模式采用HJ 2.4—2021《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則聲環(huán)境》具體參數(shù)設(shè)置如下：

⑴ 氣象條件：該染織廠所在區(qū)域年平均氣溫19.1 ℃，年平均相對(duì)濕度82%，項(xiàng)目所在縣全年風(fēng)向多為東北和東北東。

⑵ 廠界按非實(shí)體圍墻設(shè)置，廠區(qū)周邊夯實(shí)地面，可以認(rèn)為是堅(jiān)實(shí)的，堅(jiān)實(shí)地面G=0。

⑶ 車間內(nèi)墻面的吸聲系數(shù)設(shè)置為0.02，建筑物整體噪聲削減量約為20 dB(A)。

⑷ 評(píng)價(jià)范圍：廠界外圍1 m，受聲點(diǎn)高度設(shè)置為1.2 m。

⑸ 由于項(xiàng)目周邊200 m范圍內(nèi)沒有敏感點(diǎn)，因而本次預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)不考慮噪聲源對(duì)敏感點(diǎn)的影響。

⑹ 考慮到噪聲源尺寸及廠區(qū)范圍，設(shè)置2種情形進(jìn)行預(yù)測(cè)比較分析：

模型一：將染整車間內(nèi)所有噪聲源均按點(diǎn)源進(jìn)行預(yù)測(cè)。

模型二：將染整車間內(nèi)的定型機(jī)作為面聲源，其他設(shè)備仍為點(diǎn)聲源進(jìn)行預(yù)測(cè)。

根據(jù)噪聲預(yù)測(cè)模型，結(jié)合各種參數(shù)，根據(jù)網(wǎng)格計(jì)算得到以下的預(yù)測(cè)結(jié)果，該染織廠晝間廠界噪聲的貢獻(xiàn)值如表3所示。

表3 廠界噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果單位：dB

4 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

該染織廠已開始正常運(yùn)行，沿廠界周圍東南西北四個(gè)方向設(shè)置噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，采用HS5660C噪聲儀統(tǒng)計(jì)分析，采用1 min的等效聲級(jí)測(cè)定晝間噪聲值。測(cè)定結(jié)果和軟件預(yù)測(cè)結(jié)果見表4。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和軟件進(jìn)行結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。不同預(yù)測(cè)模型下噪聲預(yù)測(cè)與實(shí)際監(jiān)測(cè)對(duì)比圖見圖3。

表4 不同預(yù)測(cè)模型下廠界預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值對(duì)比單位：dB

5 討論與分析

本文根據(jù)對(duì)大型設(shè)備選用不同類型的聲源模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，并與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析可以看出，以大型設(shè)備作為面聲源的模型結(jié)果與實(shí)測(cè)值較為接近，因此，筆者認(rèn)為大型設(shè)備噪聲選用點(diǎn)聲源預(yù)測(cè)存在一定的局限性，原因可能有以下幾點(diǎn)：

⑴ 大型發(fā)聲設(shè)備作為點(diǎn)聲源簡(jiǎn)化時(shí)，點(diǎn)聲源位置確定可能存在不合理。點(diǎn)聲源與面聲源由于形狀、體積等方面的差異，實(shí)際的幾何發(fā)散、衰減情況與實(shí)際必然也存在差異，所以導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果存在較大偏差。

在現(xiàn)實(shí)情況下，大型設(shè)備的噪聲源通常不是理想的點(diǎn)源，而是具有一定面積和形狀的表面源。當(dāng)使用點(diǎn)聲源模型進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，可能會(huì)高估或低估實(shí)際的噪聲水平，特別是在距離較遠(yuǎn)或環(huán)境較復(fù)雜的情況下，這種誤差可能更加顯著。

⑵ 在噪聲預(yù)測(cè)軟件中，對(duì)于點(diǎn)聲源的噪聲預(yù)測(cè)通常會(huì)選距離衰減模型，這個(gè)模型基于聲波在傳播過程中隨著距離的增加而逐漸衰減的原理，它通常用于預(yù)測(cè)點(diǎn)聲源與接收點(diǎn)之間的距離對(duì)噪聲水平的影響。

面聲源的衰減與預(yù)測(cè)點(diǎn)和面聲源中心距離r和面聲源的尺寸有關(guān)，只有當(dāng)r＞b/π時(shí)才會(huì)產(chǎn)生類似點(diǎn)聲源衰減特性，但是當(dāng)大型設(shè)備當(dāng)預(yù)測(cè)點(diǎn)和面聲源中心距離r處于其他條件時(shí)，作為點(diǎn)聲源衰減就不符合實(shí)際情況，點(diǎn)聲源模型忽略了環(huán)境介質(zhì)（如空氣、地面、障礙物等）對(duì)聲波傳播的影響，最后預(yù)測(cè)結(jié)果就會(huì)存在誤差。

⑶ 聲波入射到屏障表面時(shí)可能會(huì)發(fā)生反射，這可能會(huì)使位于屏障反射面同側(cè)附近的受聲點(diǎn)的噪聲值增高。聲波的是否在屏障表面發(fā)生反射，取決于屏障表面的聲學(xué)性質(zhì)、反射面的大小以及噪聲源、反射面、受聲點(diǎn)的位置關(guān)系。若選用點(diǎn)聲源模型只能考慮聲源的直接輻射，無法充分模擬聲波散射和反射效應(yīng)。

⑷ 點(diǎn)聲源模型無法考慮多個(gè)聲源之間的相互干擾和疊加衰減，當(dāng)存在多個(gè)大型設(shè)備同時(shí)運(yùn)行時(shí)，預(yù)測(cè)結(jié)果可能失真。

6 結(jié)論

綜上所述，大型設(shè)備噪聲選用點(diǎn)聲源預(yù)測(cè)無法考慮更多的因素，如面聲源模型、環(huán)境介質(zhì)影響、多聲源干擾等，因此在實(shí)際噪聲預(yù)測(cè)中，為了更準(zhǔn)確地表達(dá)大型設(shè)備的噪聲，建議可以根據(jù)實(shí)際情況，適當(dāng)考慮使用面聲源模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。面聲源模型可以更好地考慮實(shí)際設(shè)備的形狀和尺寸對(duì)噪聲傳播的影響，從而提供更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)果。后期一些具體細(xì)節(jié)上還可進(jìn)行進(jìn)一步研究，以期能提出更為精確、更加合理工業(yè)企業(yè)噪聲預(yù)測(cè)方法，為其他項(xiàng)目的聲環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供參考。