กำแพงกันเสียง (Noise barrier)

/ กำแพงกันเสียง / By

กำแพงกันเสียง (Noise Barrier)

บทความนี้จะพาคุณไปรู้จักกับ กำแพงกันเสียง (Noise Barrier) ผ่านหัวข้อหลักดังนี้:

  1. ประเภทของกำแพงกันเสียง
  2. มาตรฐานและการทดสอบกำแพงกันเสียง
  3. หลักการออกแบบกำแพงกันเสียง

มลภาวะทางเสียง (Noise Pollution) เป็นปัญหาสำคัญที่ส่งผลต่อคุณภาพชีวิต โดยเฉพาะในกระบวนการพัฒนาเมืองและโครงสร้างพื้นฐานของประเทศไทย พื้นที่ที่มีการจราจรหนาแน่น เช่น ทางหลวง ทางด่วน สะพานข้ามแม่น้ำ และเส้นทางรถไฟ มักประสบปัญหาเสียงรบกวนสูง การติดตั้ง กำแพงกันเสียง หรือ Noise Barrier จึงกลายเป็นทางออกที่มีประสิทธิภาพในการลดเสียงรบกวนและปกป้องความเป็นอยู่ของชุมชนใกล้เคียง

ปัจจุบัน ประเทศไทยมีความร่วมมือระหว่างหน่วยงานรัฐ สถาบันการศึกษา และองค์กรเอกชน รวมถึงห้องปฏิบัติการด้านเสียง เพื่อกำหนดมาตรฐานในการออกแบบ ติดตั้ง และทดสอบกำแพงกันเสียงอย่างเหมาะสม นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาการใช้วัสดุที่สอดคล้องกับสภาพแวดล้อม เช่น วัสดุรีไซเคิลและวัสดุทางการเกษตร เพื่อสร้างกำแพงกันเสียงที่ตอบโจทย์ทั้งด้านคุณภาพและความยั่งยืนในการใช้งานจริง

ประเภทของกำแพงกันเสียง (Noise Barrier)

1. Reflective Barriers (กำแพงสะท้อนเสียง)
กำแพงประเภทนี้ทำหน้าที่สะท้อนเสียงกลับไปยังทิศทางที่ห่างจากพื้นที่ที่ต้องการป้องกันเสียงรบกวน

  • วัสดุที่ใช้มักเป็นผิวเรียบ เช่น ซีเมนต์ผสมเส้นใย, โลหะ, หรือพลาสติกคอมโพสิต
  • คุณสมบัติเด่น: การสะท้อนเสียงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ภาพประกอบจาก IAC Acoustics

ตัวอย่างการใช้กำแพงแบบสะท้อนเสียง
ภาพประกอบจากกรมทางหลวง

2. Absorptive Barriers (กำแพงดูดซับเสียง)
ออกแบบมาเพื่อลดการสะท้อนเสียงโดยการใช้วัสดุที่สามารถดูดซับเสียงได้ดี

  • วัสดุที่ใช้ เช่น เส้นใยที่มีรูพรุนหรือแผ่นวัสดุที่ออกแบบมาให้ดูดซับเสียง
  • เหมาะสำหรับ: พื้นที่ที่มีการสะท้อนเสียงสูง เช่น เขตเมือง หรือบริเวณที่มีสิ่งปลูกสร้างที่สะท้อนเสียง

ตัวอย่างการใช้กำแพงแบบดูดซับเสียง
ภาพประกอบจากกรมทางหลวง

3. Combination Barriers (กำแพงผสม)
เป็นการรวมคุณสมบัติของกำแพงสะท้อนเสียงและกำแพงดูดซับเสียงไว้ด้วยกัน

  • คุณสมบัติเด่น: สามารถป้องกันและดูดซับเสียงได้ในตัวเดียวกัน
  • ใช้งานได้หลากหลายสภาพแวดล้อมที่ต้องการประสิทธิภาพการลดเสียงที่สมบูรณ์แบบ

ภาพประกอบจาก IAC Acoustics

การออกแบบกำแพงกันเสียงให้มีประสิทธิภาพสูงสุด

การออกแบบกำแพงกันเสียงที่มีประสิทธิภาพจะต้องคำนึงถึงปัจจัยสำคัญ ได้แก่:

  • ความสูงและความยาวของกำแพง: การกำหนดความสูงและความยาวที่เหมาะสมจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการป้องกันเสียง โดยพิจารณาจากแหล่งกำเนิดเสียง (Source) และตำแหน่งของผู้รับเสียง (Receiver)
  • การวิเคราะห์เสียงแบบจำลอง (Acoustic Simulation): ก่อนการติดตั้งกำแพงกันเสียงในหลายโครงการ เช่น ทางหลวงหมายเลข 9 ของประเทศไทย จะมีการสร้างแบบจำลองทางเสียงล่วงหน้า เพื่อประเมินประสิทธิภาพในการลดเสียงรบกวนในสภาพแวดล้อมจริง
  • ผลลัพธ์จากแบบจำลองสามารถบ่งชี้ได้ว่ากำแพงกันเสียงที่ออกแบบจะลดระดับเสียงลงได้กี่เดซิเบล (dB)

การทำ Acoustic Simulation
กระบวนการนี้ช่วยให้มั่นใจว่ากำแพงกันเสียงที่ติดตั้งจะให้ผลลัพธ์ที่คาดหวัง โดยจำลองสถานการณ์เสียงจริง ซึ่งมีบทบาทสำคัญใน:

  1. การปรับปรุงการออกแบบให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อม
  2. การลดค่าใช้จ่ายในส่วนที่ไม่จำเป็น
  3. การเพิ่มความแม่นยำของการวางแผนก่อสร้าง

ด้วยการวางแผนและออกแบบอย่างรอบคอบตามแนวทางดังกล่าว จะช่วยให้กำแพงกันเสียงที่ติดตั้งสามารถลดเสียงรบกวนได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด

ภาพตัวอย่างกำแพงกันเสียงของทางหลวงในยุโรป

ภาพตัวอย่างกำแพงกันเสียงของรถไฟในสิงคโปร์

ที่มา: https://www.geonoise.com/noise-barriers-for-lta-in-singapore/

ภาพแนวทางการออกแบบกำแพงกันเสียง ในประเทศใต้หวัน ที่ป้องกันนก ไม่ให้บินเข้ามาชนกับรถที่สัญจรไปมา

ที่มา: https://www.geonoise.com/taiwan-highway-to-get-noise-barrier-to-protect-birds/

ภาพตัวอย่างการทดสอบกำแพงกันเสียในรูปแบบ in-situ ตามมาตรฐาน ISO 10847 และการทำ Acoustic simulation

การทดสอบสมบัติทางเสียงของกำแพงที่ติดตั้งจริง

สำหรับกำแพงกันเสียงที่ติดตั้งในสภาพแวดล้อมจริง สามารถทดสอบประสิทธิภาพได้โดยใช้มาตรฐานและเทคโนโลยีต่าง ๆ ดังนี้:

  1. การวัดค่า Sound Insertion Loss (SIL)
      • เป็นการวัดค่าการลดทอนของเสียงเมื่อผ่านกำแพง
      • ใช้มาตรฐานการทดสอบ ISO 10847
      • วิธีการนี้เปรียบเทียบระดับเสียงก่อนและหลังการติดตั้งกำแพงเพื่อประเมินประสิทธิภาพในการลดเสียง
  2. การทดสอบค่า Sound Absorption แบบ In-situ
    • การทดสอบในรูปแบบที่กำแพงถูกติดตั้งจริงในหน้างาน
    • ใช้ เทคนิค Local Plane Wave ซึ่งอาศัย Array Microphone ในการสแกนผิวของวัสดุ
    • ประเมินค่าการดูดซับเสียง (Sound Absorption) โดยตรวจวัดการดูดกลืนของคลื่นเสียง

ข้อดีของการทดสอบในสภาพแวดล้อมจริง

  • ช่วยให้ทราบผลลัพธ์ที่แม่นยำในสภาวะการใช้งานจริง
  • สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของกำแพงตามผลการทดสอบได้
  • สนับสนุนการออกแบบกำแพงในโครงการถัดไปด้วยข้อมูลที่เชื่อถือได้

ประโยชน์ของเทคโนโลยีในปัจจุบัน
ด้วยเทคโนโลยีการวัดที่ทันสมัย เช่น การใช้ Array Microphone และมาตรฐานการทดสอบที่ได้รับการยอมรับระดับสากล ทำให้การประเมินกำแพงกันเสียงมีประสิทธิภาพและสามารถใช้งานได้จริงในทุกสภาพแวดล้อม

ภาพการทดสอบกำแพงกันเสียงโดยใช้เครื่องมือ SONOCAT
Peeters, F., Peeters, B., & Wijnant, Y. (2016). Determination of Acoustic Properties of Noise Barriers

มาตรฐานการทดสอบกำแพงกันเสียง

การทดสอบกำแพงกันเสียงในห้องปฏิบัติการและสภาวะแวดล้อมจริง

การทดสอบในห้องปฏิบัติการ

การทดสอบกำแพงกันเสียงในห้องปฏิบัติการเน้นการประเมินความสามารถของวัสดุในการป้องกันเสียงที่ส่งผ่าน โดยใช้มาตรฐานสากล เช่น:

  1. ISO 10140-2
  2. EN 1793
  3. ASTM E90

ผลการทดสอบ

  • ทดสอบความสามารถในการป้องกันเสียงในย่านความถี่ตั้งแต่ 125 Hz ถึง 4000 Hz (หรือช่วงความถี่ที่กว้างกว่า)
  • ผลการทดสอบจะให้ค่า Sound Transmission Loss (STL) หรือ Transmission Loss (TL) แยกตามความถี่
  • ค่าที่ได้จะถูกรวมและประมวลเป็น ค่าเรตติ้ง (Rating Value) ซึ่งเป็นตัวเลขเดียวที่แสดงประสิทธิภาพการกันเสียงของวัสดุ

สถานที่ทดสอบในประเทศไทย

  • สามารถนำกำแพงกันเสียงไปทดสอบได้ที่ ALT Acoustic Laboratory Thailand ซึ่งเป็นห้องปฏิบัติการที่ได้มาตรฐาน

การทดสอบในสภาวะแวดล้อมจริง

เมื่อกำแพงกันเสียงถูกติดตั้งในพื้นที่ใช้งานจริง จะต้องทดสอบประสิทธิภาพการลดเสียงที่เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมนั้น

การทดสอบค่า Sound Insertion Loss (SIL)

  • ใช้มาตรฐานการทดสอบ ISO 10847
  • หลักการคือการวัดค่าความแตกต่างของระดับเสียงระหว่างสถานการณ์ที่ มีกำแพง และ ไม่มีกำแพง
  • การทดสอบกำหนดตำแหน่งของไมโครโฟน จุดอ้างอิง และแหล่งกำเนิดเสียง (Sound Source) อย่างชัดเจน

ข้อสังเกตและประโยชน์

  • การทดสอบในห้องปฏิบัติการเหมาะสำหรับการประเมินวัสดุในสภาพแวดล้อมควบคุม
  • การทดสอบในสภาพแวดล้อมจริงช่วยยืนยันว่ากำแพงสามารถลดเสียงได้ตามที่ออกแบบในสภาวะใช้งานจริง
  • ทั้งสองวิธีช่วยให้มั่นใจในคุณภาพและประสิทธิภาพของกำแพงกันเสียงก่อนและหลังการติดตั้ง

ภาพประกอบจาก Acoustic Laboratory Thailand Co., Ltd.

การทดสอบคุณสมบัติการดูดซับเสียงของกำแพงกันเสียง

สำหรับกำแพงกันเสียงที่ได้รับการออกแบบให้สามารถ ดูดซับเสียง (Sound Absorption) ได้นั้น สามารถดำเนินการทดสอบในห้องปฏิบัติการ เพื่อประเมินประสิทธิภาพการลดเสียงสะท้อนและการดูดซับเสียงของวัสดุ โดยใช้มาตรฐานการทดสอบที่เป็นที่ยอมรับในระดับสากล

มาตรฐานการทดสอบที่เกี่ยวข้อง

  1. ISO 354
    • ใช้สำหรับการวัดค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับเสียง (Absorption Coefficient) ในห้องสะท้อนเสียง (Reverberation Chamber)
  2. ISO 11654
    • ใช้เพื่อกำหนดค่าประสิทธิภาพการดูดซับเสียงเป็นตัวเลขแบบรวม เช่น ค่า NRC (Noise Reduction Coefficient)
  3. ASTM E423
    • มาตรฐานการทดสอบประสิทธิภาพการดูดซับเสียงสำหรับวัสดุในลักษณะคล้ายคลึงกัน

รูปแบบการทดสอบ

  • ห้อง Reverberation Chamber
    ห้องนี้ออกแบบมาเพื่อวัดคุณสมบัติการดูดซับเสียงของวัสดุในสภาพแวดล้อมควบคุม โดยค่าสำคัญที่ได้จากการทดสอบคือ:
    • ค่า NRC (Noise Reduction Coefficient): ค่าเฉลี่ยของสัมประสิทธิ์การดูดซับเสียงในช่วงความถี่ 250 Hz ถึง 2000 Hz
    • ค่า Sound Absorption Coefficient: ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับเสียงที่แสดงตามความถี่ที่กำหนด

การทดสอบนี้ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถระบุคุณสมบัติของกำแพงกันเสียงได้อย่างชัดเจนและนำไปใช้ในการออกแบบที่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมจริง.

หลักการออกแบบกำแพงกันเสียง

การออกแบบและติดตั้งกำแพงกันเสียงให้มีประสิทธิภาพสูงสุด จำเป็นต้องดำเนินการตามขั้นตอนที่สำคัญ เพื่อให้สามารถป้องกันเสียงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทั้งในแง่ของการลดเสียงรบกวนและการตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมที่มีการเปลี่ยนแปลง ต่อไปนี้คือขั้นตอนสำคัญที่ควรดำเนินการ:

1. ประเมินสถานการณ์เสียง

การประเมินสถานการณ์เสียงเป็นขั้นตอนแรกที่สำคัญในการออกแบบกำแพงกันเสียง:

  • การตรวจวัดระดับเสียง:
    การใช้เครื่องมือวัดเสียง (Sound Level Meter) ในพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบ เช่น พื้นที่ใกล้ถนน, ทางหลวง, หรือพื้นที่ที่มีการก่อสร้าง เพื่อวัดระดับความดังของเสียง (dB)
  • การประเมินจากข้อร้องเรียน:
    การรวบรวมข้อมูลจากชุมชนรอบข้างเกี่ยวกับปัญหาเสียงรบกวนจะช่วยกำหนดขอบเขตและจุดที่ต้องการการป้องกัน
  • การวิเคราะห์และประเมินผลกระทบ:
    ใช้ข้อมูลที่ได้จากการตรวจวัดเสียงเพื่อตรวจสอบและวิเคราะห์ผลกระทบจากเสียงในระยะยาว และช่วยในการออกแบบกำแพงให้มีประสิทธิภาพสูงสุด

2. เลือกวัสดุป้องกันเสียงที่เหมาะสม

วัสดุที่ใช้ในการสร้างกำแพงกันเสียงมีบทบาทสำคัญในการป้องกันเสียงดัง:

  • วัสดุสะท้อนเสียง (Reflective Materials):
    เหมาะสำหรับการสะท้อนเสียงกลับไปยังแหล่งกำเนิดเสียง ตัวอย่างวัสดุที่ใช้ได้ เช่น ซีเมนต์ผสมเส้นใย, แผ่นโลหะ, หรือวัสดุคอมโพสิต
  • วัสดุดูดซับเสียง (Absorptive Materials):
    ช่วยลดเสียงที่กระทบกำแพงโดยการดูดซับเสียง เช่น วัสดุที่ทำจากใยสังเคราะห์ หรือวัสดุที่มีรูพรุน
  • วัสดุทางเลือก (Alternative Materials):
    รวมถึงวัสดุที่มีคุณสมบัติพิเศษ เช่น วัสดุผสม หรือวัสดุที่ผ่านการทดสอบในห้องปฏิบัติการโดยตรง เพื่อตอบสนองต่อข้อกำหนดในแต่ละโครงการ

3. การใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ (SoundPLAN Modeling)

SoundPLAN เป็นเครื่องมือที่ใช้ในการจำลองและออกแบบกำแพงกันเสียงที่มีประสิทธิภาพสูง:

  • การจำลองเสียง (Acoustic Modeling):
    ใช้สำหรับการจำลองสภาพแวดล้อมเสียงในพื้นที่ที่ต้องการการป้องกัน โดยใช้ข้อมูลจากการตรวจวัดระดับเสียงมาสร้างแบบจำลองตามมาตรฐาน ISO 9613-2
  • การวิเคราะห์ผลกระทบ:
    การสร้างแผนที่เสียง (Noise Maps) ที่แสดงผลของการติดตั้งกำแพงกันเสียง ทั้งในส่วนที่เสียงลดลงและผลกระทบต่อชุมชน
  • การทดสอบความไว (Sensitivity Analysis):
    ช่วยในการปรับปรุงการออกแบบโดยการวิเคราะห์ว่าการเปลี่ยนแปลงขนาดหรือวัสดุของกำแพงจะมีผลต่อการลดเสียงอย่างไร

4. การปรับปรุงการออกแบบ

หลังจากการจำลองทางคณิตศาสตร์และการวิเคราะห์ผลการทดสอบ จะสามารถปรับปรุงการออกแบบกำแพงกันเสียงตามผลการวิเคราะห์ดังนี้:

  • การปรับขนาดและรูปทรงของกำแพง:
    การปรับความสูง ความยาว และรูปทรงของกำแพงให้เหมาะสมเพื่อให้มีประสิทธิภาพสูงสุดในการป้องกันเสียง
  • การเลือกวัสดุที่เหมาะสม:
    หากวัสดุที่เลือกไม่สามารถลดเสียงได้ตามที่ต้องการ สามารถเลือกวัสดุที่มีคุณสมบัติการสะท้อนเสียงหรือดูดซับเสียงที่ดีกว่าได้
  • การวิเคราะห์ต้นทุน (Cost Analysis):
    ประเมินต้นทุนการก่อสร้างและวัสดุ เพื่อให้การออกแบบไม่เพียงแต่มีประสิทธิภาพ แต่ยังคุ้มค่าทางเศรษฐกิจด้วย

การใช้ขั้นตอนเหล่านี้ร่วมกันจะช่วยให้การออกแบบและติดตั้งกำแพงกันเสียงในโครงการต่าง ๆ มีประสิทธิภาพสูงสุดในการลดเสียงรบกวน และสามารถตอบโจทย์ความต้องการทั้งในด้านการป้องกันเสียงและความคุ้มค่าในการก่อสร้าง

ในหลายๆโครงการที่มีการจ้างที่ปรึกษาในด้าน Acoustic ในการคำนวณและออกแบบตามหลักการที่ได้กล่าวมาในข้างต้นก็จะสามารถมั่นใจได้ว่าแนวกำแพงกันเสียงที่ติดไปมีประสิทธิภาพสูงสุด และยังช่วยประหยัดงบประมาณในส่วนที่ไม่จำเป็น