□ 楊 志 □ 伍川輝 □ 靳 行

1.四川工程職業(yè)技術學院機電工程系 四川德陽 618000 2.西南交通大學機械工程學院 成都 610031 3.西南交通大學牽引動力國家重點實驗室 成都 610031

我國的高鐵運輸正在向高速化、安全化、舒適化方向邁進。舒適性是乘客對旅行品質(zhì)的綜合評價，主要是保證人的身體健康、身心愉快、無痛苦感、無煩惱等。客室內(nèi)部噪聲水平是影響旅客乘車舒適性的重要因素之一，噪聲舒適性主要源于旅客出行過程中的生理和心理感受。針對高速列車客室內(nèi)部噪聲舒適性，國內(nèi)外學者開展了相關研究。Letourneaux[1]對高速列車客室內(nèi)部噪聲進行了聲學舒適度的主觀評價。Etienne Parizet[2]使用雙耳錄音系統(tǒng)對客室內(nèi)部噪聲開展了主觀評價。范蓉平、孟光、孫旭等[3]基于心理聲學對客室內(nèi)部噪聲進行了頻譜分析。但是對于噪聲舒適性方面還沒有形成比較統(tǒng)一的評價指標和評價體系，因此立足于我國國情，對客室內(nèi)部噪聲舒適性進行系統(tǒng)研究，能夠為后續(xù)車型的結(jié)構(gòu)改進、系統(tǒng)優(yōu)化提供參考方向。

1 噪聲評價指標

常用的噪聲測試儀器，一般通過模擬人的某些聽覺特性，將不同頻率的聲壓級進行增減，從而直接顯示出人耳對噪聲的感覺數(shù)值。這種采用頻率計權網(wǎng)絡讀出的聲壓級，叫做計權聲級，現(xiàn)有的計權網(wǎng)絡分為A、B、C、D 4種。

A計權網(wǎng)絡是采用一組A計權的濾波器來補償人耳的聽力特性，用于評價聲音的感覺強度。A聲級的測量結(jié)果與人耳對噪聲的主觀感覺相近似，同人耳的損傷程度也相對應，因此國內(nèi)外研究人員通常將A聲級作為評價噪聲的主要指標。

對于穩(wěn)態(tài)連續(xù)噪聲，A聲級能夠較為真實地反映人耳對不同強度和頻率噪聲的主觀感覺。但是，對于隨時間變化的非穩(wěn)態(tài)噪聲，A聲級就不能真實地反映人耳對不同強度和頻率噪聲的主觀感受。因此，研究人員采用等效連續(xù)A聲級來評價非穩(wěn)態(tài)噪聲，其概念是：在聲場中的某一個固定位置，采用某一時間段內(nèi)能量平均的方式，把間歇暴露的一組不同大小的A聲級噪聲，采用一個在相同的時間段內(nèi)噪聲能量與其相同的連續(xù)且穩(wěn)定的A聲級來表示這段時間內(nèi)的噪聲值。等效連續(xù)A聲級能很好地反映人耳對隨時間而變化的非穩(wěn)態(tài)噪聲強度與頻率的主觀感受，筆者采用等效連續(xù)A聲級[4]作為高速列車客室內(nèi)部噪聲評價指標進行噪聲舒適性研究。

2 噪聲舒適性研究方法

噪聲舒適性是人對于車內(nèi)噪聲水平的主觀感覺，是一個主觀量、感覺量，沒有量綱；車內(nèi)噪聲則是高速列車運行時產(chǎn)生的客觀量、物理量，量綱為dB。噪聲舒適性適用于定性分析，而車內(nèi)噪聲適用于定量分析。

問卷調(diào)查[5]是社會調(diào)查方法的一種，其目的是通過受訪者填寫統(tǒng)一設計的問卷的方式，解釋事物之間的聯(lián)系，評價和估計事物實施后達到的預期目標的程度。整理問卷調(diào)查的數(shù)據(jù)，分析和研究被調(diào)查事物之間的聯(lián)系，建立事物之間的關系模型，需要利用統(tǒng)計學知識進行研究[6]。

高速列車客室內(nèi)部噪聲舒適性研究采用實驗心理學[7]的方法，以問卷調(diào)查的形式獲取有價值的數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計學知識整理分析所得數(shù)據(jù)，研究噪聲與人的聽覺舒適性之間的關系。

3 噪聲舒適性評價研究

3.1 根據(jù)研究目標合理設置調(diào)查問卷

參考振動舒適性評價分級[8]，根據(jù)高速列車運行時客室內(nèi)部噪聲水平（等效連續(xù)A聲級），將噪聲舒適性評價等級分為：非常舒適、舒適、較舒適、不舒適、非常不舒適五級，設置如下調(diào)查問卷。

表1 噪聲舒適性調(diào)查問卷

高速列車不同的運行速度對應的客室內(nèi)部噪聲是不同的。隨著運行速度的增大，客室內(nèi)部噪聲值也隨之增大，列車從靜止（客室內(nèi)設備正常運行，列車運行速度為零）到高速運行時，客室內(nèi)部噪聲值在45～80 dB之間。因此，在50～86 dB設置了14組工況，利用表1問卷分組進行舒適性調(diào)查。

3.2 噪聲舒適性問卷調(diào)查試驗

在西南交通大學國家實驗室（籌）的廣義舒適度模擬試驗平臺上，以及真實運行的高速動車組上，對來自不同地區(qū)、不同年齡段、不同性別人群進行多種工況的噪聲舒適性問卷調(diào)查。

完成每組工況試驗后，參試人員根據(jù)主觀感受在表1所示調(diào)查問卷中勾選對應的舒適性等級。

3.3 統(tǒng)計分析問卷數(shù)據(jù)

統(tǒng)計每一組工況中參試人員（總?cè)藬?shù)為N）選擇非常舒適、舒適、較舒適、不舒適、非常不舒適5個舒適性等級的人數(shù)N1～N5，離散隨機變量Z1～Z5對應5個噪聲舒適性等級，計算每個舒適性等級的概率：

i=1，2，3，4，5

表2為在某工況下各舒適性等級對應離散隨機變量的概率分布。

表2 離散隨機變量概率分布

式中：E（Zi）為每個工況的噪聲舒適性數(shù)學期望值；Zi為5個舒適性等級對應的離散隨機變量賦值。

計算出每個工況的噪聲舒適性均值，并畫出散點

則有如下關系：

對5個噪聲舒適性等級對應的離散隨機變量Z賦值：X1=0，X1=1，X3=2，X4=3，X5=4，計算出每個工況的噪聲舒適性均值，其數(shù)學期望表達式[9]如下：分布，如圖1所示。

▲圖1 單項試驗噪聲舒適性值散點分布圖

從圖1中可以看出，舒適性均值與噪聲值呈曲線分布，可以用多項式回歸分析方法來建立兩者之間的關系模型。

3.4 建立噪聲舒適性值與車內(nèi)噪聲值的關系模型

3.4.1 多元回歸與多項式回歸分析原理

設變量（噪聲舒適性均值）為 y，它受 x1、x2、x3、…、xm等m個自變量（客室內(nèi)部噪聲值）的影響，由此建立多元回歸方程式[10]：

其中b0為常數(shù)項：

式中：SSx1～SSxm是單個自變量 x1～xm的離均差平方和的平均值）； SPx1x2～SPx1xm是兩自變量的離均差乘積和是自變量（x1…xm）與變量 y 的離均差乘積和

求解式（6），得到 b1、b2、b3、…、bm的值，將其值代入式（5）求得 b0；將所有值代入式（4），即得出回歸方程式y(tǒng)的解。

令：x1=x1，x2=x12，x3=x13，x4=x14，…，將多項式回歸轉(zhuǎn)變成多元回歸方程來求解。

3.4.2 采用多元回歸的方法求解回歸多項式

分別求出2階～5階多項式系數(shù)值并予以比較，見表3。

3.4.3 回歸多項式的顯著性檢驗 （臨界值Fα檢驗）和準確度（可決系數(shù)R2）測定

表4中F為統(tǒng)計量；Fα表示置信度α=0.05時所對應的臨界值。各回歸階數(shù)的F＞＞Fa，說明回歸多項式對應的線性關系在概率為95%的水平下顯著成立；R2接近于1，說明回歸多項式對圖1所示的數(shù)據(jù)點擬合程度越強，即準確度高。

表3 多項式因數(shù)值

表4 多元回歸顯著性檢驗與準確度測定

3.5 噪聲舒適性評價等級

選擇五項式回歸方程來描述客室內(nèi)部噪聲舒適性值與噪聲值的關系，將表3中五項式的因數(shù)值代入式（4），可得：

表5 噪聲舒適性分級

以某型號高速列車為例，高速運行時客室內(nèi)噪聲值在68～72 dB之間。將其值代入式（7）計算出噪聲舒適性均值為1.68～2.05，參考表5可知此時舒適性評級介于舒適與較舒適之間，偏向于舒適。由此可見，在整個旅程中，旅客乘坐高速列車的噪聲舒適性評價為舒適。

4 結(jié)束語

采用實驗心理學的方法，通過廣義舒適度模擬試驗臺上的噪聲模擬子系統(tǒng)，對參試人員進行問卷調(diào)查。應用統(tǒng)計學原理對問卷調(diào)查結(jié)果進行回歸分析，得到回歸方程組，以此來描述主觀感受與實際物理量之間的關系，并給出了噪聲舒適性評價等級，可作為設計人員結(jié)構(gòu)改進、系統(tǒng)優(yōu)化的參考指標，也可作為列車正常運行時，現(xiàn)場監(jiān)測人員調(diào)節(jié)客室內(nèi)部噪聲大小，滿足普通旅客乘車舒適性要求的參考。

[1]Letourneaux F，Guerpand S.Assessment of the Acoustical Comfort in High-speed Trains at the SNCF：Intergration of Subjective Parameters [J].Journal of Sound and Vibration，2000，231（3）：839-846.

[2]Etienne P，Nacer H，Johan J.Noise Assessment in a Highspeed Train[J].Applied Acoustics，2002，63（10）：1109-1124.

[3]范蓉平，孟光，孫旭，等.基于心理聲學響度分析的高速列車車內(nèi)噪聲評價[J].振動與沖擊，2005，24（5）：46-48.

[4]張潔，林建輝，高品賢.高速鐵路振動及噪聲測試技術[M].成都：西南交通大學出版社，2010.

[5]盧小君.社會調(diào)查與統(tǒng)計應用[M].大連：大連理工大學出版社，2011.

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[10]孫亮，杜煥銅.使用Excel進行回歸分析及其在煤質(zhì)檢驗中的應用[J].煤質(zhì)技術，2009（S1）：21-22.