陳國在臺灣大學：工程科學及海洋工程學研究所賴明正Lai, Ming-ChengMing-ChengLai2007-11-262018-06-282007-11-262018-06-282004http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/51039本文根據新型隔音牆的設計概念，以二維之邊界元素法分析這些新型的裝置對隔音牆繞射音場的改善情形。其次並實際架設隔音牆，以進行這些新型的設計概念對繞射音之改善實驗測定。根據數值解析結果，這些新型的隔音效果，均較一般標準型隔音牆具0.51~4.82dB之更佳效果; 而隔音牆實驗測定結果，雖與數值分析結果具差異性，然而其衰減量增加的趨勢與數值分析的結果甚為相似。Upon the design concept for new type barriers, this study uses a two dimensional boundary element method to analyze the improvement on the diffracted sound field over those barriers when installing some special devices on them. Further more, the corresponding measurements are made when the actual barriers involved are constructed. From the numerical result as obtained, it shows the acoustic protection performance for the new type barrier is greater by 0.51 to 4.82dB than that of the standard type barrier. Though there is some discrepancy of the measurement from the numerical result for every barrier, the increment tendency of acoustic attenuation of barrier for the two results as obtained is very similar.目 錄 Abstract………………………………………………………………………………...I 摘要…………………………………………………………………………………II 目錄………………………………………………………………………………..…III 表目錄……………………………………………………………………………….VI 圖目錄……………………………………………………………………………..VIII 第一章 緒論…………………………………………………………………………1 1.1 前言…………………………………………………………………….1 1.2 文獻回顧……………………………………………………………….1 1.3 研究動機與方法……………………………………………………….3 第二章 隔音牆之防音理論…..…………………………………………………4 2.1 聲音的繞射…………………………………………………………….4 2.2 隔音牆的防音…………….……………………………………………4 2.2.1 隔音牆的構造與簡介……………………………………………4 2.2.2 隔音牆的基本繞射理論…………………………………………9 2.2.3 由菲涅耳帶(Fresnel zone)說明隔音牆頂邊的繞射音………….11 2.3 新型隔音牆頂邊裝置………………………………………………...13 2.3.1 吸音型頂邊裝置…………………………………………………13 2.3.2 結構型頂邊裝置…………………………………………………13 2.3.3 利用音響柔軟介面條件的設計…………………………………14 第三章 邊界積分方程式…………………………………………………………..15 3.1 統御方程式(governing equation) ……………………………………15 3.1.1 狀態方程式………………………………………………………15 3.1.2 連續方程式………………………………………………………15 3.1.3 尤拉方程式(Euler’s equation) …………………………………..17 3.1.4 聲波方程式………………………………………………………19 3.2 邊界條件(boundary conditions) ……………………………………..19 3.2.1 聲學性邊界條件………………………………………………19 3.2.2 實際隔音牆的邊界條件…………………………………………21 3.3 邊界積分方程式……………………………………………………...22 3.3.1 基本解……………………………………………………………22 3.3.2 邊界積分式………………………………………………………23 3.3.3 離散邊界積分式…………………………………………………26 3.4 半空間邊界積分方程式……………………………………………...32 3.5　CHIEF之修正………………………………………………………37 第四章 數值分析與討論…………………………………………………………..38 4.1 程式之驗證…………………………………………………………...38 4.1.1 繞射理論之比較--Maekawa 經驗式……………………………38 4.1.2 計算實例驗證……………………………………………………40 4.2 隔音牆頂邊形狀分析………………………………...………………42 4.2.1 結構型頂邊裝置之數值分析……………………………………44 4.2.2 吸音型頂邊裝置之數值分析……………………………………48 4.3 頂邊形狀變化之歸納分析…………………………………………...49 4.3.1 頂邊裝置寬度對聲場的影響…………………………………..50 4.3.2 頂邊繞射次數多寡對聲場的影響…………………………..…52 4.3.3 頂邊裝置之吸音係數對聲場的影響…………………………..54 4.3.4 各類型式隔音牆之歸納分析…………………………………..55 第五章 架設隔音牆頂邊裝置對音場改變之量測實驗……….………………….89 5.1 實驗之簡介…………………………………………………………...89 5.2 不同隔音牆頂邊裝置對音場變化之量測結果……………………...92 5.3 實驗量測結果與數值分析結果之比較討論……………………….100 5.4 實驗量測結果與數值分析結果之比較與討論……………………107 第六章 結論與未來展望…………………………………………………………111 6.1 結論……………………………………………………………….…111 6.2 未來展望…………………………………………………………….112 參考文獻………………………………………………………………………….115 附圖…………………………………………………………………………………119 表目錄 表一 標準型隔音牆之構造與弁鉰略間K…………………………………………5 表二 Maekawa經驗式與本文計算之插入損失值(IL)之結果………………40 表三 本文對文獻[10]數值模型之接收點插入損失值計算結果………………..42 表四 隔音牆後方區域與選取點座標(x,z)………………………………………50 表五 T type與T type頂部加寬型於各區域的插入損失平均值……………...51 表六 Y type與Y type頂部加寬型於各區域的插入損失平均值……...………52 表七 叉型與增加繞射次數之叉型於各區域的插入損失平均值……………….53 表八 分崎型與增加繞射次數之分崎型於各區域的插入損失平均值…………53 表九 不同吸音係數High shot之隔音牆於各區域的插入損失平均值……….55 表十 標準型隔音牆後方各區域內之插入損失平均值(dB)……………………..56 表十一 隔音牆後方區域A之各類型隔音牆與標準型隔音牆插入損失值差值 IL之比較列表(單位:dB)………………………………………………56 表十二 隔音牆後方區域B之各類型隔音牆與標準型隔音牆插入損失值差值 IL之比較列表(單位:dB)………………...……………………………..57 表十三 隔音牆後方區域C之各類型隔音牆與標準型隔音牆插入損失值差值 IL之比較列表(單位:dB)………...……………………………………..57 表十四 隔音牆後方區域D之各類型隔音牆與標準型隔音牆插入損失值差值 IL之比較列表(單位:dB)………..……………………………..……….58 表十五 測定點R1與R2座標(x,z)………………………………………………...91 表十六 隔音牆單片之規格與各頻率吸音係數………….………………..……..93 表十七 吸音圓筒之各頻率吸音係數……………………………………………..95 表十八 標準型隔音牆於section 之各頻率衰減量實測結果…………...….96 表十九 標準型隔音牆於section 之各頻率衰減量實測結果………...…….96 表二十 T type隔音牆於section 之各頻率衰減量實測結果…….....………97 表二十一 T type隔音牆於section 之各頻率衰減量實測結果……….…….97 表二十二 High shot型式隔音牆於section 之各頻率衰減量實測結果…..98 表二十三 High shot型式隔音牆於section 之各頻率衰減量實測結果.….98 表二十四 R1及R01、R02、…R08之座標(x,z)…….…………………………...100 表二十五 標準型隔音牆於section 內各頻率衰減量之數值結果…….……103 表二十六 標準型隔音牆於section 內各頻率衰減量之數值結果…….……103 表二十七 T type隔音牆於section 內各頻率衰減量之數值結果………..…104 表二十八 T type隔音牆於section 內各頻率衰減量之數值結果……….….104 表二十九 High shot型式隔音牆於section 內各頻率衰減量之數值結果 ………..……………………………………………..…………………105 表三十 High shot型式隔音牆於section 內各頻率衰減量之數值結果 ………..…………………………………………..……………………105 圖目錄 第二章 圖2-1 繞射路徑圖示…………………………………………………………….…9 第三章 圖3-1 流體之控制體積圖示……………………….……………..………………16 圖3-2 聲波的入射、反射與穿透示意圖……………………………….…………21 圖3-3 、 及 關係表示圖………………………………………..……………23 圖3-4　內域問題示意圖………………………………………………...…………24 圖3-5　外域問題示意圖…………………...………………………………………25 圖3-6 座標轉換與高斯積分示意圖……………...………………………………28 圖3-7 矩陣於 時之高斯積分示意圖…………………………..…………30 圖3-8 映像法(基本解之修正) ……………………………………….…………33 圖3-9 隔音牆的音場分佈示意圖………………….……………………..………36 圖3-10 點聲源與隔音牆對域內點音場影響示意圖…………………………….36 第四章 圖4-1 隔音牆插入損失值驗證圖例………………………..………….…………39 圖4-2 數值分析與Maekawa繞射理論結果比較圖…………………..…………39 圖4-3 文獻[10]之插入損失值結果圖…………………………………………….41 圖4-4 本文與文獻[10]之計算結果比較圖…………..……………………...……41 圖4-5 隔音牆與聲源位置之關係示意圖…...……….……………………………43 圖4-6 T型隔音牆之尺寸圖……………….………………………...……………44 圖4-7 Y型隔音牆之尺寸圖……………………..…..……………………………44 圖4-8 叉型隔音牆之尺寸圖…………………....…………………………………45 圖4-9 分崎型隔音牆之尺寸圖…………………….…..……….…………………45 圖4-10 增加寬度(3.0m寬)之T型隔音牆尺寸圖………………………………46 圖4-11 增加寬度(3.0m寬)之Y型隔音牆尺寸圖…….………………………46 圖4-12 增加繞射次數之叉型隔音牆尺寸圖…………….……………………47 圖4-13 增加繞射次數之分崎型隔音牆尺寸圖………….………..……………47 圖4-14 吸音型(High shot)隔音牆之尺寸圖……………..……………………48 圖4-15 隔音牆後方聲場劃分示意圖……………………..……………………49 圖 4-16 標準型之聲場等壓線圖(聲源頻率為125Hz) ………………..………59 圖 4-17 標準型之聲場等壓線圖(聲源頻率為250Hz) …………………………59 圖 4-18 標準型之聲場等壓線圖(聲源頻率為500Hz) …………………………60 圖 4-19 標準型之聲場等壓線圖(聲源頻率為1000Hz) ………………………60 圖 4-20 標準型之聲場等壓線圖(聲源頻率為2000Hz) ………………………61 圖4-21 T型之聲場等壓線圖(聲源頻率為125Hz) …………………………61 圖4-22 T型之聲場等壓線圖(聲源頻率為250Hz) …………………………62 圖4-23 T型之聲場等壓線圖(聲源頻率為500Hz) …………………………62 圖4-24 T型之聲場等壓線圖(聲源頻率為1000Hz) …………………………63 圖4-25 T型之聲場等壓線圖(聲源頻率為2000Hz) …………………………63 圖4-26 Y型之聲場等壓線圖(聲源頻率為125Hz) …………………………64 圖4-27 Y型之聲場等壓線圖(聲源頻率為250Hz) …………………………64 圖4-28 Y型之聲場等壓線圖(聲源頻率為500Hz) …………………………65 圖4-29 Y型之聲場等壓線圖(聲源頻率為1000Hz) …………………………65 圖4-30 Y型之聲場等壓線圖(聲源頻率為2000Hz) …………………………66 圖4-31 叉型之聲場等壓線圖(聲源頻率為125Hz) …………………………66 圖4-32 叉型之聲場等壓線圖(聲源頻率為250Hz) …………………………67 圖4-33 叉型之聲場等壓線圖(聲源頻率為500Hz) …………………………67 圖4-34 叉型之聲場等壓線圖(聲源頻率為1000Hz) …………………………68 圖4-35 叉型之聲場等壓線圖(聲源頻率為2000Hz) …………………………68 圖4-36 分崎型之聲場等壓線圖(聲源頻率為125Hz) …………………………69 圖4-37 分崎型之聲場等壓線圖(聲源頻率為250Hz) …………………………69 圖4-38 分崎型之聲場等壓線圖(聲源頻率為500Hz) …………………………70 圖4-39 分崎型之聲場等壓線圖(聲源頻率為1000Hz) ………………………70 圖4-40 分崎型之聲場等壓線圖(聲源頻率為2000Hz) ………………………71 圖4-41 頂部寬度為3.0m之T型隔音牆聲場等壓線圖(聲源頻率為125Hz) …………………………………………………………………………71 圖4-42 頂部寬度為3.0m之T型隔音牆聲場等壓線圖(聲源頻率為250Hz) …………………………………..………………………………………72 圖4-43 頂部寬度為3.0m之T型隔音牆聲場等壓線圖(聲源頻率為500Hz) …………………………………………………………………………72 圖4-44 頂部寬度為3.0m之T型隔音牆聲場等壓線圖(聲源頻率為1000Hz) …………………………………………………………………………73 圖4-45 頂部寬度為3.0m之T型隔音牆聲場等壓線圖(聲源頻率為2000Hz) …………………………………………………………………………73 圖4-46 頂部寬度為3.0m之Y型隔音牆聲場等壓線圖(聲源頻率為125Hz) ……………………………………………………………………… …74 圖4-47 頂部寬度為3.0m之Y型隔音牆聲場等壓線圖(聲源頻率為250Hz) ……………………………………………………………………… …74 圖4-48 頂部寬度為3.0m之Y型隔音牆聲場等壓線圖(聲源頻率為500Hz) …………………………………………………………………………75 圖4-49 頂部寬度為3.0m之Y型隔音牆聲場等壓線圖(聲源頻率為1000Hz) ……………………………………………………………………… …75 圖4-50 頂部寬度為3.0m之Y型隔音牆聲場等壓線圖(聲源頻率為2000Hz) …………………………………………………………………………76 圖4-51 頂部繞射次數增加之叉型隔音牆聲場等壓線圖(聲源頻率為125Hz) …………………………………………………………………………76 圖4-52 頂部繞射次數增加之叉型隔音牆聲場等壓線圖(聲源頻率為250Hz) …………………………………………………………………………77 圖4-53 頂部繞射次數增加之叉型隔音牆聲場等壓線圖(聲源頻率為500Hz) …………………………………………………………………………77 圖4-54 頂部繞射次數增加之叉型隔音牆聲場等壓線圖(聲源頻率為1000Hz) ……………………………………………………………………… …78 圖4-55 頂部繞射次數增加之叉型隔音牆聲場等壓線圖(聲源頻率為2000Hz) ……………………………………………………………………… …78 圖4-56 頂部繞射次數增加之分崎型隔音牆聲場等壓線圖(聲源頻率為125Hz) ……………………………………………………………………… 79 圖4-57 頂部繞射次數增加之分崎型隔音牆聲場等壓線圖(聲源頻率為250Hz) ………………………………………………………………………79 圖4-58 頂部繞射次數增加之分崎型隔音牆聲場等壓線圖(聲源頻率為500Hz) ………………………………………………………………………80 圖4-59 頂部繞射次數增加之分崎型隔音牆聲場等壓線圖(聲源頻率為1000Hz) ………………………………………………………………………80 圖4-60 頂部繞射次數增加之分崎型隔音牆聲場等壓線圖(聲源頻率為2000Hz) ………………………………………………………………………81 圖4-61 吸音型 High shot之隔音牆聲場等壓線圖(吸音係數為0.3，聲源頻率為125Hz) …………………………………………………………81 圖4-62 吸音型 High shot之隔音牆聲場等壓線圖(吸音係數為0.3，聲源頻率為250Hz) …………………………………………………………82 圖4-63 吸音型 High shot之隔音牆聲場等壓線圖(吸音係數為0.3，聲源頻率為500Hz) …………………………………………………………82 圖4-64 吸音型 High shot之隔音牆聲場等壓線圖(吸音係數為0.3，聲源頻率為1000Hz) …………………………………………………………83 圖4-65 吸音型 High shot之隔音牆聲場等壓線圖(吸音係數為0.3，聲源頻率為2000Hz) …………………………………………………………83 圖4-66 吸音型 High shot之隔音牆聲場等壓線圖(吸音係數為0.5，聲源頻率為125Hz) …………………………………………………………84 圖4-67 吸音型 High shot之隔音牆聲場等壓線圖(吸音係數為0.5，聲源頻率為250Hz) …………………………………………………………84 圖4-68 吸音型 High shot之隔音牆聲場等壓線圖(吸音係數為0.5，聲源頻率為500Hz) …………………………………………………………85 圖4-69 吸音型 High shot之隔音牆聲場等壓線圖(吸音係數為0.5，聲源頻率為1000Hz) …………………………………………………………85 圖4-70 吸音型 High shot之隔音牆聲場等壓線圖(吸音係數為0.5，聲源頻率為2000Hz) …………………………………………………………86 圖4-71 吸音型 High shot之隔音牆聲場等壓線圖(吸音係數為0.8，聲源頻率為125Hz) …………………………………………………………86 圖4-72 吸音型 High shot之隔音牆聲場等壓線圖(吸音係數為0.8，聲源頻率為250Hz) …………………………………………………………87 圖4-73 吸音型 High shot之隔音牆聲場等壓線圖(吸音係數為0.8，聲源頻率為500Hz) …………………………………………………………87 圖4-74 吸音型 High shot之隔音牆聲場等壓線圖(吸音係數為0.8，聲源頻率為1000Hz) …………………………………………………………88 圖4-75 吸音型 High shot之隔音牆聲場等壓線圖(吸音係數為0.8，聲源頻率為2000Hz) …………………………………………………………88 第五章 圖5-1 聲源、測定點區域及實體隔音牆架設示意圖(側視圖) ………………91 圖5-2 聲源、測定點及實體隔音牆架設示意圖(俯視圖) ……………………91 圖5-3 實驗儀器架設之示意圖示………………………………………………92 圖5-4 單片隔音牆之尺寸示意圖 (a)正視圖 (b)側視圖……….……………92 圖5-5 T type隔音牆之尺寸示意圖…………………………………………94 圖5-6 High shot隔音牆之尺寸示意圖……………………………..………94 圖5-7 三種型式隔音牆於section 之各頻率衰減量歸納圖(實驗部分)……99 圖 5-8 三種型式隔音牆於section 之各頻率衰減量歸納圖(實驗部分)...…99 圖 5-9 以R1為方陣中心之示意圖………...……………………………………100 圖5-10 標準型隔音牆之數值分析模型與尺寸…………………………...……101 圖 5-11 T type隔音牆之數值分析模型與尺寸…………………………………101 圖5-12 High shot型式隔音牆之數值分析模型與尺寸………….……………102 圖 5-13 三種型式隔音牆於section 之各頻率衰減量歸納圖(數值部分)…106 圖 5-14 三種型式隔音牆於section 之各頻率衰減量歸納圖(數值部分)…106 圖 5-15 標準型隔音牆於section 之實驗與數值結果比較圖…..….……108 圖 5-16 標準型隔音牆於section 之實驗與數值結果比較圖……………108 圖 5-17 T type隔音牆於section 之實驗與數值結果比較圖…….………109 圖 5-18 T type隔音牆於section 之實驗與數值結果比較圖……….……109 圖 5-19 High shot型隔音牆於section 之實驗與數值結果比較圖……110 圖 5-20 High shot型隔音牆於section 之實驗與數值結果比較圖……110 附圖 附圖一 聲音波前的產生…………………………………………………………119 附圖二 (a)高頻音之繞射情形 (b)低頻音之繞射情形………………………119 附圖三 標準型式隔音牆之正視、側視構造圖…………………………………120 附圖四 polymethylemthacrylate透明板隔音牆………………………………120 附圖五 Maekawa經驗式計算菲涅耳數與插入損失值對應關係圖……………121 附圖六 Kurze與Anderson對Maekawa經驗式之修正關係圖……………121 附圖七 Fresnel zone之說明圖示……………………..………………………122 附圖八 Fresnel zone with barrier 之示意圖……..…………………………122 附圖九 Noice Reducer之實體構造圖…………….…………………………123 附圖十 Noice Reducer裝設於隔音牆之情形…….…………………………123 附圖十一 High shot裝設於隔音牆之情形……………………………………124 附圖十二 倒L型(a)、Y型(b)、T型(c)及多數頂邊型(d)之簡易圖示……124 附圖十三 隔音牆之頂邊裝置─Y字型之變型(鹿角型) ………………………125 附圖十四 Soft op之剖面示意簡圖……………..…….………………………125 附圖十五 單片隔音牆版之實體照片…………….….…………………………126 附圖十六 標準型隔音牆之實體架設情形……..………………………………126 附圖十七 T type隔音牆之實體架設情形……………………………………127 附圖十八 實體吸音圓筒外觀……………………………..……………………127 附圖十九 吸音棉填塞於圓筒內之情形…………………………………………128 附圖二十 吸音圓筒架設於隔音牆上方之情形…………………………………12810155156 bytesapplication/pdfen-US隔音牆繞射邊界元素法noise barrierdiffractionBEMthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/51039/1/ntu-93-R90525010-1.pdf