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Corbis, cityscape background: Photodisc |
普通的一天,美国郊区高速公路上疾驶而过的汽车嗖嗖声淹没了风中树叶飞扬的沙沙声,街对面传来了吹叶机恼人的呼呼声,与此同时,还有每隔几分钟从机场起飞的喷气机发出阵阵的轰鸣声。现代社会这些刺耳的声音使许多人忍无可忍,毫不夸张地说,噪音足以使一些人患病。幸运的是,对付噪音污染的新技术正不断出现。
建设更安静的机场
声音的强度一般是用分贝(dB)来衡量的。人类能听到的声音是在一个有限的频率范围内,可以用A加权的dB值或dBA来表示。按照世界卫生组织1999年公布的社会噪音水平指南,要想晚上睡个好觉,背景声音水平不能超过30分贝。在户外生活区域,声音如果超过50分贝就会使人感到厌烦。如果工人的工作环境中8小时加权平均噪音水平为85分贝或以上时,职业安全与卫生管理局(OSHA)就会要求雇主为工人提供听力保护措施。对于那些生活或工作在大型机场航线附近的人,飞机起降的噪音甚至会超过100分贝。
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不仅是让飞机更美观:上面的V形花纹能降低飞机引擎尾气发出的噪音。
Corbis, NASA Glen Research Center |
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在1969年美国国家环境政策行动通过后七年,联邦航空管理局(FAA)正式通过了航空噪音消除政策(ANAP),该政策与其他政策着手从源头上减少飞机噪音��从飞机本身着手。根据航空噪音消除政策,航空公司分三步淘汰或替换了噪音较大的飞机。尽管现在的飞机比几十年以前的要安静许多,但是很多飞机场增加了新的跑道和起降次数。并且,城市化进程使得更多的人居住在机场附近。公众对减少机场噪声的呼吁仍在持续。
通过其静音飞机技术计划,美国航天局(NASA)在降低飞机噪音方面的研究处于领先位置。根据FAA的标准,飞机噪音用有效察觉噪音分贝(EPNdB)来衡量(通过加权来反映飞机产生的特定频率范围的声音)。NASA的目标是,通过技术开发使商业飞机的噪音到2007年能够减少10
EPNdB,到2019年能在此基础上再减少10 EPNdB。
"我们的目标是提供技术,把那些烦人的飞机噪音都控制在机场的范围内",位于俄亥俄州克利夫兰的NASA格伦研究中心声学部主任Dennis Huff先生说,"什么时候才能使用这项技术,让人们领略降低噪音得好处,这要取决于规章制度和市场的状况。"
飞机引擎的噪音主要来自两个方面。在飞机接近地面时,其风扇把空气卷进引擎发出刺耳的轰鸣声音;当飞机飞过时,从引擎里喷出的尾气发出低沉的隆隆声音。
与几个大型飞机引擎制造商合作,NASA已经有能力通过加大引擎的风扇来降低飞机的噪音。大风扇叶片端速较小,不仅降低了噪音,而且降低了能耗。二十世纪七十年代开始投入使用的涡轮风扇引擎就比它所取代的涡轮喷气引擎安静许多,现在设计的引擎更加安静。
有多种不同的方法可降低引擎中喷出的尾气产生的噪音。研究者已经发现,在飞机发动机喷嘴的边缘刻上V形的花纹可以使引擎里的热空气更充分地与周围的冷空气混合。这样可以减少空气的湍流,降低噪音。现在这种V型花纹已经用在美国西部航空与泛美航空公司的飞机上。大风扇新型引擎也能减小尾气的流速,使噪音进一步降低。
通向更安静的道路
美国市区内,高速公路是一个无所不在的噪音源。目前,隔音墙和防护土堤是最基本的抗噪措施,它们可以使到达附近住户的噪音降低10到15分贝。但是,这些设备的建设与维护都很花钱(通常每英里要花费100〜200万美元),而有人在上面乱涂乱画也是维护上的一个大难题。另外,因为声音可以绕过障碍物定向传播,防护墙只对降低离公路400米以内的噪音有效。
降低公路噪音的一个更有前景的方法是使用橡胶化的沥青铺路。在二十世纪90年代末,亚利桑那州重新铺设了十七号州际公路穿过凤凰城市中心的一段,使用了一种混有橡胶的沥青(被称之为ARFC)铺设。尽管亚利桑那州交通部(ADOT)这样做仅仅是为了延长水泥地基的使用寿命,但公众更关心这条公路何时变得宁静。
欧洲与亚利桑那州的研究已发现,使用ARFC重新铺设的路面比传统的密级配沥青铺设的路面要降低3~5分贝噪音,而与水泥路基相比,则可以降低6~12分贝。轮胎压过路面时使轮胎和地面间的空气压力发生改变,会发出声音。而ARFC中有很多气孔,使空气压变低,因此可以降低声音。另外,ARFC路面表面比水泥铺就的更加平滑,因为它是一气铺成,接缝少,并用更小的石块混合而成。
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安静入睡:用强化橡胶的沥青铺路降低了亚利桑那州凤凰城道路上的噪音。
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ADOT公关专家Allison Saxe介绍,在2002年,亚利桑那州的Maricope政府协会、凤凰城城市规划组织以及ADOT启动了耗资3400万美元的公路安静试行计划,到目前为止已经使用ARFC重新铺设了100多英里的公路。ADOT与联邦公路管理局一起测量重新铺设前后的噪音水平,以确定ARFC降低噪音的长期效应。迄今为止,新铺的路面平均可以降低噪音4分贝。现在为降低噪音而使用这种沥青筑路还不符合联邦基金的资助条件,除非能够提供数据证明它的降噪特性,或者承诺如果减少噪音的功效随着时间的推移而降低,则会重新铺路或者树隔音墙。
建造安静的建筑
在降低噪音方面,建筑材料制造业也取得了令人兴奋的进步。传统上设计师与建筑工人用两种方法阻止声波穿透墙壁、地板或者天花板。一种方法是在建筑材料里加入气囊(即隔音),来捕获声波;另一种方法是增加墙壁的厚度。对于新建建筑这些方案均有效果,但对已盖好的建筑这样做就很困难而且费用昂贵,因为原来的墙壁必须拆建。最近一家名为Quiet
Solution的加州防声材料制造商生产出系列产品,能轻易地涂覆在新建筑和已盖好的建筑的墙壁上,有显著的降噪效果。
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填充物使墙壁更隔音: 新型墙壁与填缝材料能协同降低建筑物噪音。
Quiet Solution |
Quiet Solution的拳头产品系列,墙壁、填缝材料、瓷砖和其它建材使用弹性的聚合体材料,它能把声波转变成无害的热能。这种聚合体能消除振动,连续多层涂覆更有效。建筑材料降低声音传播的能力是用声音传播等级(STC)来衡量的。在墙体表面装上木板护套(护墙板)这种典型的内墙装饰方法,它的STC等级是30~34。在墙的两面增加厚5/8"的Quiet
Solution的墙体,STC等级将会猛增至56,也就是可降低86%可觉察噪音水平。在新建筑中,在墙壁的两侧都加上木板和一层这种隔音材料,其STC等级可以达到70。
Quiet Solution的创立者与主席Marc Porat解释了使用他们的材料对家庭环境的改善。"一般一个家庭影院产生的噪音高达100分贝,与它邻近的房间,如果其墙壁是按标准建造,那个房间的声音将是70分贝,谈话就会觉得噪音太大。但如果墙壁的STC值为60,这个房间的声音将会是40分贝,就像图书馆一样安静。"
主动控制噪声
另外一种降低噪声技术是采用了一种"主动噪音控制"(active noise control,ANC)的概念,在一些特定领域可取得奇效。简单地说,ANC就是建立一个与噪音反相的声场。从本质上说,主动的声音能抵消干扰波,结果噪音大幅度降低。传感器,如麦克风、加速计或其它仪器采集噪音信息,传递到一个电子控制器,它能使驱动加载器(如电磁扬声机或振动发生器)产生相反的声音。
对于带窄低频率的声音,比如空气通过管道的声音,ANC的效果最好。这项技术在工业领域有着广泛的应用,可以降低大型的风扇、压缩机或者发动机的噪音。
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寻求安静:应用ANC技术的新耳机拒噪音于耳外。
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"全球大概有六家工业公司安装了这种消音设备,"NASA的Langley研究中心建筑声学部副主任Rich Silcox说,"它们大多都需要量身定做,很少能在商店买到。"
还有一种使用了ANC技术的消费产品就是双耳式耳机,可以通过专门的邮购目录或者零售商(如Brookstone 和Bose)买到这种耳机。一般一个ANC耳机要卖到几百美元,广泛用于飞行员和机场工作人员。由于能够确保空中旅行及工作环境的安静,这种耳机越来越受到大众的亲睐。
另一个相关的控制噪音的方法被称为主动结构声音控制法(active structural-acoustic control, ASAC)。在这个系统中,加载器(如振颤仪或压电陶瓷板)为振动源,它粘贴在发声体表面,利用一个电流产生一种与发声体噪音反相的震动。这种制动器能够改变发声体的振动方式,进而改变它发声的方式。例如:该系统常用在直升飞机上,降低水平旋翼与变速箱发出的噪音。一些涡轮螺旋桨飞机同时使用ANC和ASAC来降低推进器发出的噪音和振动。
铲除噪声
在郊区,最普遍的噪音来源是整理草坪的机器。噪音污染信息中心(NPC)是一个非营利机构,向公众提供各种噪音控制材料的相关信息。它将除草机器作为主要的介绍重点。
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用电来割草。电动割草机产生的声音低至68dBA。
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"现在美国的割草机与杂草修剪机的平均使用寿命大约是七年,"NPC的总裁Les Blomberg说,"到2011年大多数库存的机器将进入回收高峰。因此这是一个大好机会,通过调整草坪与花园的机器的市场,我们会重新得到宁静的环境。"
NPC年度"安静草坪"报告给各种各样的割草机的噪音进行了分级。一个传统二冲程汽油驱动割草机,对使用者的噪音高达85到90分贝,操作时必须有听力保护措施。最新型的(2004年型号)以汽油作燃料的四冲程割草机,却只产生82分贝的噪音。电动割草机的噪音更小,最好的型号只产生68分贝的噪音,不需要听力保护措施就可以使用。对小而平坦的草坪,人们可能喜欢购买用于高尔夫球场的旧式的螺旋割草机,因为它们的割草效果较好。有些型号产生的噪音只有63分贝。
在以后的年度报告中,NPC还会增加杂草修剪机以及链锯的噪音评价。"我们的格言是:'好邻居不给别人制造噪音',"Blomberg说。
寻求安静的环境
随着噪音对人体健康和生活质量的不良影响越来越被人们所认识,公众对控制噪音的要求会进一步提高。在不远的将来,研制产生有噪声机器的同时,控制噪声技术也会不断发展。社会一直在寻求解决感官负荷过重的问题,致力于开发和改良设备以降低现代生活的噪音,这的确是一个好消息。
John Manuel
译自 EHP 113:A46-A49 (2005) |