1、高速鐵路隔音牆效能分析評估,中華民國104年7月27日,Taiwan Green Engineering Consultants Inc.,台灣永續工程顧問有限公司,2,簡報大綱 CONTENT,建議,結論,壹、隔音牆牆面有無黏貼吸音材之噪音影響情形貳、不同型式隔音牆之效能評估及分析參、南崁地區之隔音牆效益評估肆、蒐集高速鐵路高架段新型防音牆吸音材料對 都會區高樓防音效能分析伍、蒐集國內外高速鐵路隧道出口及隧道內噪音 減輕對策與控制技術陸、Nor848聲音攝(照)影機,一、吸音材對噪音源之減音有效性,P1-1,3,結論 - 壹、隔音牆牆面有無黏貼吸音材之噪音影響情形,牆面黏貼吸音材後，只對隔音
2、牆頂端高度以下之噪音源(主要貢獻源輪軌音)較具吸音成效，因聲音於車體與護欄牆體之間，可能重複進行聲音的反射、吸收，且多重反射後，音量耗損或衰減較多。,3,P1-1,4,結論 - 壹、隔音牆牆面有無黏貼吸音材之噪音影響情形,隨著隔音牆和車體的距離越遠，等音線具有水平指向性。無吸音材：隔音牆高度以下水平向；有吸音材：隔音牆高度以下垂直向。近軌因聲音反射次數可能較多，故垂直指向性更明顯。,二、等音線指向性特徵,無吸音水平,有吸音垂直,P1-1,5,結論 - 壹、隔音牆牆面有無黏貼吸音材之噪音影響情形,近軌車體和隔音牆之間的聲音反射次數可能較多，入射吸音材的次數也會變多，能量耗損較多，故增加吸音效果；
3、反之，在隔音牆和車體之距離較寬廣(即遠軌)的條件下，減音量較小。,三、近軌及遠軌之吸音材減音量大小,近軌吸音材減音量較大,遠軌吸音材減音量較小,P1-1,6,結論 - 壹、隔音牆牆面有無黏貼吸音材之噪音影響情形,四、近軌及遠軌之噪音影響程度,影響程度相當,影響程度差異較大,P1-1,7,結論 - 壹、隔音牆牆面有無黏貼吸音材之噪音影響情形,因音源與護欄牆體遠近之隔音特性不同，造成聲音上揚角度產生差異。當隔音牆設置後使聲音傳播途徑受到改變時，近軌及遠軌音源對於不同距離及不同高度受音點之噪音影響程度不同。 設置胸牆端高度較高之隔音牆時，除了音源越靠近隔音牆其隔音效果越佳之外，將使聲音最大值轉移至較
4、高樓層處；又因遠軌音源相較於近軌音源，其等音線有向水平方向分布之特性，故其最大音量之出現樓層較低，即遠軌音源對於受音點之影響程度較大。 隔音牆牆面設置吸音材時，近軌側之減音量較大，遠軌側則較小。故部分受音點可能因吸音材施工前，近軌側之噪音影響較大，遠軌側之噪音影響較小；也有可能因施工後，而擴大遠軌側之噪音影響，此取決於隔音牆高度及有無吸音材之設置。,四、近軌及遠軌之噪音影響程度,P1-1,結論 - 壹、隔音牆牆面有無黏貼吸音材之噪音影響情形,五、相同水平距離，不同高度受音點之吸音材減音量,高樓層受音點：多屬於聲音明亮區(直接音為主)，由於聲音和隔音牆表面之吸音材“多未接觸”，無法藉由有設置吸音
5、材而來降低音量。 低樓層受音點： 為屬繞射角度較大且藉由繞射衰減而減音的位置，因屬聲音音影區(繞射音為主)，即使隔音牆具有吸音功能，其吸音材之減音量仍有限。 吸音材較佳減音範圍：約以隔音牆所在高度及上下1層樓2層樓(每層樓高3m)高度範圍之受音點，其吸音材之減音量較為明顯。,8,9,結論 - 壹、隔音牆牆面有無黏貼吸音材之噪音影響情形,六、相同高度，不同水平距離受音點之吸音材減音量,吸(隔)音牆減音包括：隔音量及吸音量。由右圖知，若以直達音(音源至受音點之連線)的聲線觀點來看，距離較遠之隔音牆高度上方的受音點，其直達音聲線之仰角較低，故聲音於車體與護欄牆體之間產生多重反射之次數可能較多；距離較
6、近之受音點，其直達音聲線之仰角較高，故產生多重反射之次數可能較少。,距離較遠之受音點除隔音量較小之外，於黏貼吸音材後與牆面之反射次數可能較多而增加吸音量，故吸音材所佔之減音量比例因而較多；反之，距離較近之受音點除隔音量較大之外，於黏貼吸音材後與牆面之反射次數可能較少而減少吸音量，故吸音材所佔之減音比例因而較少。,P1-1,10,結論 - 壹、隔音牆牆面有無黏貼吸音材之噪音影響情形,七、不同車速下，受音點之吸音材減音量,依日本新幹線研究結果，輪軌音之聲功率值遠大於其他音源10分貝以上，且本研究案模擬評估採用之輪軌音數量較多，因此，可以推論其餘音源之噪音能量在整組列車中的能量比例並非顯著(請參Pa
7、ge 2-3頁之表2.3-1)。另吸音材之減音量主要係來自於輪軌音(音源高度較低)，其他音源對於整體之減音量貢獻較小，故隨著車速變化，減音量及其範圍之差異並不大。,11,近軌於12樓以上及遠軌於9樓以上之音量，不論設置1.25m4m高隔音牆，音量皆不受影響，噪音值皆相同。僅有1.25m高胸牆之下，當近軌或遠軌列車以車速170 km/h通過敏感點時，25m處以外之受音點應均可符合標準。,結論 - 貳、不同型式隔音牆之效能評估及分析,評估內容之環境條件為：平均車速285 km/h，軌道面離地10m高，受音點為兩軌中心線外水平距離25m處；隔音牆為室外自由音場受音點兩側各500m長，假設無水平繞射音
8、之影響；合格率：(合格樓層數/全部樓層數17樓)%。,一、胸牆端不同高度直立型隔音牆之效能比較分析(無吸音材),12,隔音牆高度增加，牆面黏貼吸音材具有減音有效性之樓層範圍擴大，近軌側之效果優於遠軌側。既有1.25m高胸牆黏貼吸音材料，雖平均約有1.2 dB(A)之減音量，但約僅對3樓5樓有改善效果，即於既有胸牆直接施作吸音材後，約軌道面上下1層樓之住家較具減音效果，對於高樓層防音之可行性較不佳。,結論 - 貳、不同型式隔音牆之效能評估及分析,一、胸牆端不同高度直立型隔音牆之效能比較分析(有吸音材),評估內容之環境條件為：平均車速285 km/h，軌道面離地10m高，受音點為兩軌中心線外水平距
9、離25m處；隔音牆為室外自由音場受音點兩側各500m長，假設無水平繞射音之影響；合格率：(合格樓層數/全部樓層數17樓)%。,13,高鐵列車之主要噪音貢獻量多來自於輪軌音，規劃之倒L型隔音牆之橫向長度有限，基於安全考量無法靠近車體，故相較前述之直立型隔音牆，僅是隔音牆設置位置向車體(或軌道)靠近約0.9m，故防制效果並不明顯。近軌於9樓以上及遠軌於7樓以上之受音點音量，不論設置2.25m高或2.5m高隔音牆，其噪音值皆相同。,結論 - 貳、不同型式隔音牆之效能評估及分析,二、胸牆端不同高度倒L型隔音牆之效能比較分析(無吸音材),評估內容之環境條件為：平均車速285 km/h，軌道面離地10m高
10、，受音點為兩軌中心線外水平距離25m處；隔音牆為室外自由音場受音點兩側各500m長，假設無水平繞射音之影響；合格率：(合格樓層數/全部樓層數17樓)%。,隨隔音牆高度增加，黏貼吸音材有效性之樓層範圍擴大約1層樓，近軌側之效果優於遠軌側，對於一般中高樓層(約3樓9樓)有效果。,14,結論 - 貳、不同型式隔音牆之效能評估及分析,二、胸牆端不同高度倒L型隔音牆之效能比較分析(有吸音材),評估內容之環境條件為：平均車速285 km/h，軌道面離地10m高，受音點為兩軌中心線外水平距離25m處；隔音牆為室外自由音場受音點兩側各500m長，假設無水平繞射音之影響；合格率：(合格樓層數/全部樓層數17樓)
11、%。,15,於10m高軌道面之中央處設置1.25m高直立型連續性隔音牆，6樓以上仍有可能超過85 dB(A)。因音源靠近此低矮隔音牆，對於遠軌側音源約於4樓8樓有明顯之改善成效，將使音量最大值向高樓層抬升。 有無設置中央處隔音牆，於9層樓以上之噪音量皆相同。,結論 - 貳、不同型式隔音牆之效能評估及分析,三、有無二軌中央處直立型連續性隔音牆之效能比較分析(無吸音材),無黏貼吸音材(混凝土板),評估內容之環境條件為：平均車速285 km/h，軌道面離地10m高，受音點為兩軌中心線外水平距離25m處；隔音牆為室外自由音場受音點兩側各500m長，假設無水平繞射音之影響；合格率：(合格樓層數/全部樓層
12、數17樓)%。,有吸音材之狀況下，有無二軌中央處1.25m高直立型連續性隔音牆之效果差異越趨顯著。 有中央處金屬吸音板隔音牆時，吸音材之減音量及有效範圍有擴大之現象，對於1樓14樓等低中高樓層皆有減音效果；胸牆黏貼吸音材時，僅有約4樓5樓有成效，二者於1樓14樓之吸音材減音量差距約1.0 dB(A) 2.8 dB(A)。,16,結論 - 貳、不同型式隔音牆之效能評估及分析,三、有無二軌中央處直立型連續性隔音牆之效能比較分析(有吸音材),有黏貼吸音材(金屬吸音板),評估內容之環境條件為：平均車速285 km/h，軌道面離地10m高，受音點為兩軌中心線外水平距離25m處；隔音牆為室外自由音場受音點
13、兩側各500m長，假設無水平繞射音之影響；合格率：(合格樓層數/全部樓層數17樓)%。,17,近軌側：胸牆端4m高直立型隔音牆於11樓以下之成效優於2.5m高倒L型隔音牆，於1樓11樓約可多防制2.9 dB(A) 6.8 dB(A)之音量。二項防制措施對於12樓以上受音點之音量皆相同。遠軌側：三種隔音牆於8樓以下之成效有所差異，以胸牆端4m高直立型隔音牆為佳；就5樓以下之噪音量而言，2.5m高倒L型隔音牆低於中央處1.25m高直立型隔音牆； 6樓8樓則中央處隔音牆低於倒L型隔音牆。三項防制措施對於9樓以上受音點之音量大致皆相同。,結論 - 貳、不同型式隔音牆之效能評估及分析,四、不同型式隔音牆
14、之效能比較分析(無吸音材),評估內容之環境條件為：平均車速285 km/h，軌道面離地10m高，受音點為兩軌中心線外水平距離25m處；隔音牆為室外自由音場受音點兩側各500m長，假設無水平繞射音之影響；合格率：(合格樓層數/全部樓層數17樓)%。,以近軌側而言，不同隔音牆對於14樓以上受音點之音量皆相同；遠軌側則三種隔音牆對於15樓以上受音點之防制效果相當，意即設置吸音材料後，噪音量最大發生點，將轉移到較高樓層處。隔音牆高度越高或與車體越接近時，將有助於吸音材減音效果之提升及有效範圍之擴大。依評估結果具有較佳減音功能組合將為：(1)胸牆端4m高直立型；及(2)二軌中央處直立型1.25m高連續性
15、隔音牆。,18,結論 - 貳、不同型式隔音牆之效能評估及分析,四、不同型式隔音牆之效能比較分析(有吸音材),評估內容之環境條件為：平均車速285 km/h，軌道面離地10m高，受音點為兩軌中心線外水平距離25m處；隔音牆為室外自由音場受音點兩側各500m長，假設無水平繞射音之影響；合格率：(合格樓層數/全部樓層數17樓)%。,19,比對二者之結果，其差異並不是太大。本計畫於車體與隔音牆距離0.55m處，因所模擬之二軌中央處1.25m高隔音牆高度較低，故相較日本實驗之車體與2m高隔音牆距離0.5m處的減音量稍低，但仍有不錯之成效。,結論 - 貳、不同型式隔音牆效能評估及分析,五、本計畫模型模擬與
16、日本模型實驗之吸音材減音量的比較分析,20,結論 - 貳、不同型式隔音牆效能評估及分析,六、不同吸音率之比較(吸音率0、0.85及1.0),當隔音牆之吸音率為0.85與1.0時，吸音材減音量之差異並不大，故隔音牆具吸音功能者，其吸音係數值0.85以上應已足夠，不用達到完全吸音之程度。,21,結論 - 貳、不同型式隔音牆效能評估及分析,七、不同隔音牆長度之減音效果,本研究案評估之受音點與隔音牆垂直距離約18.5m，其4倍延伸長度為74m。參考表3.4-4知，當受音點左右各延伸74m、100m、150m、250m及500m時，其減音量差異並不大，故針對高鐵列車之噪音防制，其隔音牆所需之長度應可參考
17、美國FHWA之建議。,圖3.4-1 美國FHWA隔音牆設計長度建議,22,結論 - 貳、不同型式隔音牆效能評估及分析,八、隔音牆對高樓層之減音效果,由鵬程萬里社區之3m高隔音牆的實測值，大約只能防制隔音牆上端2層樓高度；而本研究之4m高隔音牆模擬結果，亦顯示對高樓層部分只到牆體上端“1層樓2層樓”較有減音效果，使其能符合標準，二者具有一致性，所以隔音牆對高樓層噪音改善效果有限。,23,結論 - 參、南崁地區之隔音牆效益評估,一、隔音牆有無吸音材之比較分析(無吸音材),近軌側：不論有無二軌中央處隔音牆，兩軌中心線外水平距離25m處之噪音量相同，意即中央處隔音牆對於近軌側音源無甚大之防制效果。當車
18、速為285 km/h時，於12樓以上仍可能超過標準，音量最大值約出現在15樓附近，因目前南崁地區之樓高為13層樓以下，故尚能有防制功效。遠軌側：當二軌中央處隔音牆無黏貼吸音材時，組合式隔音牆與僅有胸牆端直立型4m高隔音牆之噪音量相同。當車速為285 km/h時，25m外於10樓以上仍可能超過標準，音量最大值約出現在12樓附近，無吸音材之下，將有擴大遠軌側噪音影響之虞。,評估內容之環境條件為：平均車速285 km/h，軌道面離地19.3m高，受音點為兩軌中心線外水平距離25m處；隔音牆為室外自由音場受音點兩側各500m長，假設無水平繞射音之影響；合格率：(合格樓層數/全部樓層數30樓)%。,24
19、,結論 - 參、南崁地區之隔音牆效益評估,一、隔音牆有無吸音材之比較分析(有吸音材),近軌側：因較不受中央隔音牆之影響，僅有胸牆端4m高牆體之吸音材有作用。遠軌側：中央隔音牆具有吸音功能時，將擴大吸音材有效果之樓層與減音量，於1樓17樓約有1.0 dB(A) 4.3 dB(A)之吸音材減音量。,評估內容之環境條件為：平均車速285 km/h，軌道面離地19.3m高，受音點為兩軌中心線外水平距離25m處；隔音牆為室外自由音場受音點兩側各500m長，假設無水平繞射音之影響；合格率：(合格樓層數/全部樓層數30樓)%。,25,結論 - 參、南崁地區之隔音牆效益評估,二、隔音牆最佳化設計之效能比較分析
20、,評估內容之環境條件為：平均車速285 km/h，軌道面離地19.3m高，北上側受音點為兩軌中心線外水平距離25m處；合格率：(合格樓層數/全部樓層數17樓)%。案例包括如下之九種“吸音型”隔音牆。,26,結論 - 參、南崁地區之隔音牆效益評估,二、隔音牆最佳化設計之效能比較分析,近軌音源：因二軌中央處隔音牆對於近軌音源較無防制效果，故仍以設置胸牆端軌道面上4m高隔音牆之效果最佳，且直立型或倒L型之改善成效的差異不大，惟14樓以上之平均最大音量仍有超過85 dB(A)之可能。詳細結果請參表4.5-19。,1,27,結論 - 參、南崁地區之隔音牆效益評估,二、隔音牆最佳化設計之效能比較分析,遠軌
21、音源：單獨於二軌中央處設置連續性或間斷性隔音牆(二種型式之效果相當)，其效果優於既有胸牆端3m高隔音牆延長100m；二軌中央處隔音牆相較於胸牆端4m高隔音牆之改善效果而言，11樓以下之減音量較胸牆端4m高隔音牆為少，但於12樓17樓則以二軌中央處隔音牆之減音效果較佳。整體而言，採取組合式隔音牆(胸牆端4m高及二軌中央處1.25m高)可達到最佳之防制效益，惟12樓以上之平均最大音量仍有超過85 dB(A)之可能。詳細結果請參表4.5-20。,2,28,3,隔音牆無法無限制加高之對策,結論 - 參、南崁地區之隔音牆效益評估,由評估結果知，隔音牆無法針對高樓層之噪音影響作出有效防制。另參考：(1)過
22、往高鐵公司於桃園南崁(高鐵里程32k附近)之鵬程萬里社區不同車速之實測結果；及(2)本計畫之模擬評估。當列車以車速170 km/h通過時，僅有1.25m高混凝土胸牆之下，除12.5m處部分樓層可能超標外，25m處以外之受音點應均可符合標準。當隔音牆無法無限制加高而須以降速170 km/h為方案時，營運單位仍須考量降速營運調度之影響程度。,29,頂端改良型的隔音牆日本近年來頂端改良型的隔音牆使用實例相當多，一般而言， 音影區之效果可達到3 dB(A) 5 dB(A)。其效果因鐵(道)路結構的不同而有所差異。由於其原理係利用音波繞經隔音牆頂端時予以吸音衰減，故對直接音大的案例效果不大，而若屬繞射音
23、較大的案例則其效果較大。有源隔音牆Ohnishi 等人在高速公路旁的隔音牆上安裝有源控制系統來降低音影區的繞射(diffraction)音，有源控制系統在實際現場可以達到音影區新增2 dB(A) 5 dB(A)左右的減音量，惟對高樓層噪音仍無法有效防制。,1,2,結論 肆、蒐集高速鐵路高架段新型防音牆吸音材料對都會區高樓防音效能分析,結論 伍、蒐集國內外高速鐵路隧道出口及隧道內噪音減輕對策與控制技術,30,結論 陸、Nor848聲音攝(照)影機,31,經由影像化頻譜量測結果，將高速列車聲源等效為下部輪軌處和上部集電弓處兩部份。輪軌噪音顯著頻帶約在800 Hz 2,500 Hz之間，亦是一般人耳
24、敏感的頻帶範圍，成為亟需改善的噪音源，故隔音牆材質、設計及相關防制措施可參考此音源特性研擬。集電弓處之音源主要頻率大約在5,000 Hz以上，於高低車速皆有此現象出現，推測為集電弓和電纜線的高頻電弧噪音及滑動噪音。透過陣列式聲音攝影機之影像化分析，在高車速時未發現有明顯之氣動噪音成分(車體動力音)。,1,2,3,4,5,不論是高車速或低車速，高速鐵路主要噪音源來自於下部輪軌，此結果與國外研究文獻呈現一致性；音源高度較高之集電弓附近噪音，其音量並不大。整體之輻射噪音頻率以中高頻率為主。,建議,32,相較“反射型”隔音牆，將隔音牆牆面黏貼吸音材確實具有減音功效，建議仍以“吸音型”隔音牆作為防制措施
25、，惟須注意後續之養護，以維持其應有之隔減音能力。欲採用隔音牆作為噪音防制措施，就隔音牆型式而言，建議仍以胸牆端直立型吸(隔)音牆為佳。若欲於二軌中央加設隔音牆，建議須具有吸音材料方對遠軌側音源有防制效果；反之，約等同僅有胸牆端隔音牆(4m高)之防制成效。若欲於二軌中央設立隔音設施，建議須多方面加以考量。如：隔音牆基礎、軌道養護維修與人員及機械進出之阻礙、營運安全評估、隔音牆相關材質之耐候性及減音成效等。,1,2,3,4,建議,資料來源：German Regulation for Noise Barriers on High-Speed Railways and Review of an App
26、roved System by Forster (Nathan Binette Peter Seelmann Date: July 2012),德國實測：高鐵隔音牆共振問題。,德國實測：因壓力/吸力之負載，板材偏斜。,33,建議,於既有胸牆直接施作吸音材後，約軌道面上下1層樓之住家較具減音效果，對於高樓層防音之可行性較不佳。故建議高樓層路段欲採控制噪音傳播途徑改善之方式，可直接於胸牆外側加做外掛式金屬吸音板即可。隔音牆效果不大或不採行時，建議在不影響運轉實務及行車調度等狀況下，陳情路段之列車速率控制在170 km/h以下。相關材料測試標準可參考臺北大眾捷運股份有限公司之驗收項目與標準。未來隧道
27、裡如要鋪設吸音材，建議鋪設行駛車輛之兩側。我國高鐵隧道口微壓波不明顯，壓縮波小（在隧道口存在大小約為0.1 Pa的低頻噪音，頻率在5 Hz以下）。仍建議隧道洞口採45角之斜洞口設計、加設假隧道解壓段(頂部開孔)、增加橫坑或豎井、採購拋物面型的列車車頭比橢圓型、圓錐面型列車車頭更能降低壓縮波梯度，從而減小壓縮波。未來如發生有微壓波陳情，將建議採有源控制ANC（Active Noise Control或稱主動控制）。,5,6,7,8,9,34,建議,10,11,12,35,本案倒L型隔音牆之改善成效評估係依工作要求採彎曲部分2m(即彎曲部分隔音牆的高度高於軌道面2m且彎曲之橫向長度不超過電桿)，惟
28、效果相較直立型隔音牆並不明顯。為因應行政院環境保護署陸上運輸系統噪音管制標準加嚴高速鐵路交通噪音管制標準及可能訂定室內標準，建議可另案辦理相關高速鐵路交通噪音研究案，以做為將來立法所需之參考依據，並可參與行政院環境保護署研商會與公聽會，以取得相關資料。建議可先普查目前高速鐵路兩側未發展地區，評估噪音影響範圍所需之劃定綠帶，並先行文相關主管機關，劃定路權線外禁限建距離。未發展地區高鐵先已存在，則新蓋之建築物應做防音措施，自負噪音防制之責，不得向高鐵公司申請補助。,建議,13,36,因早期未規劃綠帶或限建距離導致建物距離軌道過近，建議高鐵公司函請高鐵局(交通部)轉行政院環境保護署及內政部研擬高速鐵路兩側綠帶範圍(路權線外禁限建距離)及土地使用規範、高速鐵路噪音管制區、高速鐵路周圍地區交通噪音防制辦法等，規範高速鐵路兩側設立綠帶範圍(路權線外禁限建距離)。即各城市土地使用密提升與交通需求增加的交通噪音成正比關係，對土地使用分區改變的相關法，如：市計畫法及市計畫定期通盤檢討實施辦法等，與環境音標準、陸上運輸系統噪音管制標準間之因果關係應訂出規範，以修訂市化土地使用分區之考依據，依據不同噪音管制區檢討現有土地使用及開發計畫。,台灣永續工程顧問有限公司 謹製,Taiwan Green Engineering Consultants Inc.,
