張曉娟 劉巖

1 大連科技學(xué)院機(jī)械工程系，大連 116052 2 大連交通大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，大連 116052

交通聲屏障計(jì)算機(jī)降噪系統(tǒng)研究

張曉娟1劉巖2

1 大連科技學(xué)院機(jī)械工程系，大連 116052 2 大連交通大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，大連 116052

由于運(yùn)行中鐵路列車產(chǎn)生的輪軌噪聲，嚴(yán)重影響鐵路沿線居民居住環(huán)境，所以需要尋找一種降低鐵路噪聲的方法。本文通過分析各種降噪方法，結(jié)合降噪理論得出在噪聲源與居民區(qū)之間插入聲屏障是最有效的措施。結(jié)合聲屏障的聲學(xué)知識，利用計(jì)算機(jī)開發(fā)聲屏障降噪系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括聲屏障的幾何設(shè)計(jì)、構(gòu)造形式、聲屏障的景觀要求等，能很好的模擬聲屏障的降噪效果，對聲屏障設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

輪軌噪聲；聲屏障；計(jì)算機(jī)

近年來隨著我國鐵路的快速發(fā)展，經(jīng)過幾次大規(guī)模提速，部分干線旅客列車的最高運(yùn)行速度已達(dá)到200km/h。列車運(yùn)行速度的提高，輪軌、集電工以及空氣動力學(xué)等作用的不斷增強(qiáng)，客車內(nèi)外的振動和噪聲問題日益突出。鐵路沿線的居民受噪聲的影響越來越劇烈，為了進(jìn)一步降低列車運(yùn)行中車外噪聲，需要根據(jù)噪聲理論進(jìn)行降噪治噪。

1 噪聲源分析

根據(jù)噪聲控制的一般原理分為：噪聲源的識別，噪聲傳播途徑確定，受聲者分析。如果要有效控制鐵路噪聲對沿線居民的影響，首先要確定鐵路產(chǎn)生噪聲的噪聲源。圖1代表噪聲源在線路方向的位置。

圖1 線路方向噪聲源

在鐵路運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲中，車輛上部的空氣動力噪聲和集電系噪聲主要影響鐵路客車車內(nèi)的聲環(huán)境質(zhì)量，車輛下部的輪軌噪聲和構(gòu)造物噪聲對鐵路沿線居民影響比較嚴(yán)重[1]。

2 噪聲源上控制噪聲措施

2.1 降低輪軌噪聲

首先對于車輛來說，采用合理的車輛結(jié)構(gòu)，可使?jié)L動噪聲和尖嘯聲降低。具體措施如下：

(1) 采用彈性車輪

改變車輪在軸向和徑向的機(jī)械阻尼，使車輪不易產(chǎn)生振動或改變其自振頻率，或者在車輪上裝消音器和阻尼大的材料，用來吸收車輪振動的能量，起到減小車輪噪聲的目的。國外噪聲測試表明，采用彈性車輪后，噪聲可降低5～6dB(A)[2]。

(2) 設(shè)置防振橡膠墊。

為了隔斷車輪的高頻振動，通過車軸、軸箱、彈簧、構(gòu)架、搖枕等部件向上傳遞到車體各部，在軸箱與彈簧之間設(shè)置防振橡膠墊，同時(shí)中央彈簧選用對高頻振動隔離性能較好的空氣彈簧，可使一次固體噪聲大大減小。

其次對于線路方面來說，在鋼軌下面鋪設(shè)防振橡膠墊，減小輪軌之間的沖擊作用力，從而起到減振降噪的目的。

2.2 降低構(gòu)造物噪聲的措施

構(gòu)造物噪聲的治理須從線路和結(jié)構(gòu)工程兩方面入手。

(1) 線路方面：橋上線路須平順, 鋼軌接縫要少, 保持鋼軌表面處于良好工作狀態(tài)。此外還可以在鋼軌和軌枕下增加彈性防振墊。

(2) 結(jié)構(gòu)方面：橋梁結(jié)構(gòu)要有較高的強(qiáng)度和較大的抗撓抗扭剛度, 一般不采用柔性結(jié)構(gòu), 梁部選用混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土等感熱遲鈍的材料。

不論采取哪種措施，噪聲均不可避免。當(dāng)線路兩側(cè)有醫(yī)院、學(xué)校、住宅區(qū)時(shí)，最有效的方法是在傳播途徑上控制噪聲。采用的方法有在鐵路與受聲點(diǎn)之間設(shè)置聲屏障、種植綠化林帶、增大鐵路與受聲點(diǎn)之間的距離等。由于綠化林帶的高度有一定限制，增加兩者之間的距離不太現(xiàn)實(shí)，所以最可行的方法是設(shè)置聲屏障。聲屏障是一個(gè)降低交通噪聲的重要設(shè)施,大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)例研究證明對距道路200m 范圍內(nèi)的受聲點(diǎn)有非常好的降噪效果[3]。

3 聲屏障計(jì)算機(jī)降噪系統(tǒng)

聲屏障通過干涉聲波傳播的作業(yè)到達(dá)降噪目的(如圖2所示) , 其降噪效果隨聲程路程差的增大而增加。一個(gè)足夠高和長的聲屏障可以對處于聲影區(qū)的受聲點(diǎn)降噪5～15dB (分貝)[3]。聲屏障的形狀和材料種類多種多樣, 可以用磚、混凝土、木材、金屬和其它材料來構(gòu)筑。修建聲屏障除考慮其降噪作用外, 還要注意其經(jīng)濟(jì)實(shí)用, 并與其所處環(huán)境相協(xié)調(diào)做到視覺滿意。

圖2 聲屏障降噪示意圖

由于聲屏障降噪效果突出，近年來利用聲屏障降噪得到廣泛普及，但是關(guān)于聲屏障的問題也隨之而來。有的聲屏障達(dá)不到預(yù)期降噪效果；有的聲屏障的建設(shè)費(fèi)用很高，降噪效果不明顯等；聲屏障的設(shè)計(jì)、制造及降噪效果的預(yù)測分析等還沒有形成一定的理論體系。所以借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行聲屏障降噪系統(tǒng)研究就顯得非常重要了。本文基于C++的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)，利用Visual C++集成軟件開發(fā)環(huán)境進(jìn)行的研究開發(fā)的，依據(jù)《聲屏障聲學(xué)設(shè)計(jì)和測量規(guī)范》[4]，進(jìn)行聲屏障計(jì)算機(jī)降噪系統(tǒng)研究開發(fā)，取得一定的成果。

3.1 降噪系統(tǒng)的功能分析

3.1.1 具有面向?qū)ο笮?，較強(qiáng)的模塊化性能及較強(qiáng)的組合能力。具有友好的人機(jī)界面和良好的人機(jī)交互性，提供操作信息向?qū)Чδ堋?/p>

圖3 聲屏障計(jì)算機(jī)降噪系統(tǒng)界面

3.1.2 模擬預(yù)測系統(tǒng)遵循軟件工程學(xué)的原理，整個(gè)軟件采用圖標(biāo)菜單、下拉式菜單、彈出式菜單、對話框等界面技術(shù)，提供在線幫助和靈活的提示信息，提供操作信息的向?qū)Чδ?。整個(gè)用戶界面的設(shè)計(jì)遵循“視窗”（Window）的標(biāo)準(zhǔn)，如圖3所示。

3.1.3 在繪制視圖上，可計(jì)算整個(gè)平面的點(diǎn)聲源和線聲源的聲波輻射圖，可以對照噪聲級顏色表，確定其聲壓級的大小。

3.1.4 噪聲預(yù)測點(diǎn)和居民保護(hù)區(qū)可以根據(jù)需要靈活的設(shè)置，并對其進(jìn)行點(diǎn)聲源和線聲源噪聲計(jì)算以及對其進(jìn)行聲屏障插入損失的計(jì)算。

3.1.5 點(diǎn)擊右鍵的彈出式菜單，可以快捷方便的進(jìn)行所需要的操作，如刪除圖元、選擇圖元操作等，如圖4所示。

圖4 彈出式菜單

3.2 計(jì)算實(shí)例

根據(jù)聲屏障計(jì)算機(jī)降噪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以預(yù)測鐵路沿線有無聲屏障時(shí)交通噪聲大小。根據(jù)列車運(yùn)行的聲輻射理論模擬成線聲源，根據(jù)實(shí)際測試分析線聲源的平均聲壓級，即噪聲聲壓級的大小。根據(jù)此數(shù)據(jù)和城市環(huán)境不同區(qū)域的噪聲標(biāo)準(zhǔn)預(yù)算聲屏障的插入損失（即降噪量），從而設(shè)計(jì)聲屏障的高度、形狀和材質(zhì)等。然后利用聲屏障計(jì)算機(jī)降噪系統(tǒng)進(jìn)行模擬計(jì)算。計(jì)算演示結(jié)果如圖5所示。

圖5 線聲源的計(jì)算結(jié)果顯示

4 結(jié)論

4.1 該降噪系統(tǒng)界面的可視化程度高，狀態(tài)欄中顯示每一步繪圖的操作步驟。菜單欄和工具欄以具有代表性的圖形、文字表示，使系統(tǒng)的界面更具形象性，可讀性。

4.2 該系統(tǒng)聲源隨距離的衰減值以不同顏色的顯示，能清楚的獲得不同距離處噪聲值的大小。

4.3 具有強(qiáng)大的圖元編輯功能。對各圖元可以進(jìn)行屬性設(shè)置、圖元選擇、圖元刪除等操作。

4.4 彈出菜單的運(yùn)用，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和可操作性。

[1]王伯福,王慧萍.鐵路噪聲污染與防治[J].鐵路標(biāo)準(zhǔn)設(shè),1998.12.44～45

[2]徐洲.高速鐵路輪軌噪聲影響因素分析與控制研究[M].西南交通大學(xué),2009

[3]孫華云.不同結(jié)構(gòu)型式降噪聲屏障的特性研究[M].大連交通大學(xué),2008.6

[4]國家環(huán)境保護(hù)總局.聲屏障聲學(xué)設(shè)計(jì)和測量規(guī)范,2004年7月12日發(fā)布

[5]尹立民,王興東.Visaul C++ 軟件項(xiàng)目開發(fā)實(shí)例,電子工業(yè)出版社, 2004年11月

[6]王彥紅,張振淼.城市軌道交通的噪聲及其防護(hù)[J].城市軌道車輛,1999.9:15～17

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.09.076