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隔音牆 兼顧便利交通與清靜環境

文/施奇廷(東海大學應用物理學系教授) 圖/柯欽耀 (2023/12/18)

 前陣子有新聞報導,位於桃園青埔高鐵軌道旁的學校,因高鐵列車高速經過產生的聲音而受干擾,並衍生是否須架設隔音牆的問題,今天讓我們來認識聲音及噪音。

噪音可能使聽力受損

 「聲音」是空氣被振動,物體來回推壓,產生密度週期性變化的物理現象。日常生活中,聲音無處不在:我們用語言與人溝通,聆賞音樂怡情養性,用各種提示音、警告音提醒我們接下來該做什麼。不過,「噪音」則是一種沒有傳遞訊息功能,令人感到不快,甚至可能有礙健康的聲音。

 噪音是公認有害身心的環境汙染,所以政府訂定「噪音管制標準」。這些標準都是以「音量」來判斷,而不是聲音的類別,即使你是播放優美悅耳的音樂,一旦音量超過標準,一樣會被處罰。

 音量的單位是「分貝」(dB),定義為:以人類耳朵能感知到的最弱音波強度(每平方公尺功率10-12 瓦,10-12 W/m2)為零分貝,強度每增加十倍,音量就增加十分貝。如果每天超過八小時暴露在九十分貝以上的噪音,聽力很可能受損。

各種音量對應的分貝數值

高鐵噪音來源有三類

 交通是噪音重要來源,快捷的高鐵讓臺灣成為一日生活圈,卻也是不容忽視的噪音來源。高鐵的噪音來源有三:第一個為當列車啟動與低速行進時,列車的機械運作聲。第二個是當列車加速到時速三十公里以上時,鐵軌與車輪之間摩擦的聲音。第三個噪音則是當時速高於兩百四十公里時,列車高速擠壓空氣造成的風壓,以及亂流發出的音波。如果不做任何降噪措施,當時速三百公里的高鐵通過時,距離軌道三十公尺以內的區域噪音就會超過九十分貝。

 開放空間中,因列車擠壓產生的空氣擾動,會四面八方傳播而逐漸衰減;但在列車高速進入隧道時,被列車壓縮的空氣只能沿隧道方向往前擠,這時隧道內的氣壓會急速升高,當壓力傳到隧道出口會一口氣噴出,並急速減壓。在過程中,列車對空氣的擾動更劇烈,也就發出更大的噪音,甚至可能造成列車劇烈震動,影響行車安全。

 高鐵建設時如須通過隧道,會以電腦模擬列車進入隧道的氣壓變化,找出適當位置挖個豎井,讓空氣向上排出,紓解部分壓力。例如高鐵在桃園站附近軌道由地面進入地下,當列車通過就會發生「列車過隧道」效應,產生較大的噪音。

架設隔音牆降低噪音

   當聲波從空氣傳播到隔音牆時,會發生「部分反射,部分穿透」的現象,「反射波」被彈回噪音源(高鐵軌道方向);「透射波」會穿過隔音牆繼續往外傳播,碰到隔音牆另一面時,又有一部分的聲波能量被反彈回去,剩下的則繼續往外傳播至空氣中。由於這過程發生了兩次,音量降低程度視隔音牆的位置、高度和材質而定,大約可降低五分貝至十五分貝。

 因此,在鐵路沿線架設隔音牆,是一種成本相對低廉且有效降低噪音的方法,讓我們能在「便利的交通」與「寧靜的居住環境」之間找到平衡。