潘浩　范蘭永

摘 要：地鐵車(chē)輛的車(chē)內(nèi)噪聲是乘坐地鐵舒適性的一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)，因而研究車(chē)內(nèi)噪聲可以有效地了解乘坐的舒適性，為進(jìn)一步改進(jìn)車(chē)體結(jié)構(gòu)做出指導(dǎo)，保障旅客舒服。本文重點(diǎn)分析了地鐵車(chē)輛運(yùn)行時(shí)車(chē)內(nèi)噪聲的成因及傳播路徑，并針對(duì)噪聲源、隔聲、減振、吸聲等多方面提出了地鐵車(chē)輛的車(chē)內(nèi)噪聲的控制方法和對(duì)策。

關(guān)鍵詞：地鐵車(chē)輛；車(chē)內(nèi)噪聲；聲壓測(cè)量

地鐵車(chē)體壁板振動(dòng)引起的車(chē)內(nèi)噪聲影響旅客的乘坐舒適性。這種結(jié)構(gòu)性噪聲屬于低頻噪聲，傳統(tǒng)的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)評(píng)價(jià)方法不能準(zhǔn)確反映乘客對(duì)車(chē)內(nèi)低頻噪聲的主觀感受。利用噪聲響度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，能夠綜合考慮人體心理反應(yīng)機(jī)制和噪聲感知特性。目前噪聲響度主要用于評(píng)價(jià)汽車(chē)車(chē)內(nèi)噪聲研究，而應(yīng)用于地鐵車(chē)輛車(chē)內(nèi)噪聲特性評(píng)價(jià)的相關(guān)研究尚無(wú)報(bào)道。本文選擇沈陽(yáng)地鐵2號(hào)線車(chē)輛為研究對(duì)象，首先進(jìn)行車(chē)內(nèi)低頻噪聲的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)預(yù)測(cè)和控制，然后采用相應(yīng)的方法對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲進(jìn)行噪聲響度評(píng)價(jià)。

一、地鐵車(chē)輛噪聲傳播途徑分析

車(chē)內(nèi)噪聲主要由空氣聲、固體聲和混響聲3部分組成。車(chē)輛上幾乎所有的噪聲源都對(duì)車(chē)內(nèi)輻射噪聲，加上車(chē)體自身產(chǎn)生的噪聲及車(chē)體對(duì)外部噪聲的放大作用，使得車(chē)內(nèi)噪聲控制成為一項(xiàng)相當(dāng)復(fù)雜的工作。噪聲傳人車(chē)內(nèi)的途徑大致可分為空氣傳播和固體傳播。空氣傳播聲是指車(chē)外噪聲通過(guò)車(chē)體各部分的縫隙傳人車(chē)內(nèi)的噪聲。固體傳播聲可分為二次固體聲和二次固體聲。一次固體聲是指鋼軌和車(chē)輪間的振動(dòng)通過(guò)彈簧系統(tǒng)傳給轉(zhuǎn)向架和車(chē)體，使地板等振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。二次固體聲是指聲源輻射的聲能激振車(chē)體外殼，使車(chē)內(nèi)地板、下墻板、車(chē)窗等產(chǎn)生振動(dòng)，并向車(chē)內(nèi)輻射的噪聲，即車(chē)外噪聲通過(guò)車(chē)體結(jié)構(gòu)傳播的透射噪聲。地鐵列車(chē)大量采用固定式車(chē)窗和密封性能好的車(chē)門(mén)，空氣傳播聲較小，滾動(dòng)噪聲以及車(chē)外噪聲的二次固體聲占車(chē)內(nèi)噪聲的大部分。

二、車(chē)內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲預(yù)測(cè)與分析

（一）車(chē)體壁板位移邊界條件傳遞

車(chē)體結(jié)構(gòu)模型與車(chē)內(nèi)聲場(chǎng)模型均為單獨(dú)建立，聲場(chǎng)邊界元網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)號(hào)與車(chē)體結(jié)構(gòu)模型的有限元網(wǎng)格的內(nèi)表面節(jié)點(diǎn)號(hào)不一致。因此無(wú)法將車(chē)體結(jié)構(gòu)振動(dòng)位移作為邊界條件直接傳遞給聲場(chǎng)邊界元模型；SYSNOISE軟件利用由ANSYS軟件計(jì)算各個(gè)頻率的結(jié)構(gòu)位移作為聲場(chǎng)邊界條件進(jìn)行聲場(chǎng)預(yù)測(cè)時(shí)，每次只能計(jì)算1個(gè)頻率，而不能一次性地計(jì)算出所有頻率結(jié)構(gòu)振動(dòng)對(duì)應(yīng)的聲學(xué)響應(yīng)，計(jì)算效率太低。為解決這2個(gè)問(wèn)題，用FORTRAN語(yǔ)言在2個(gè)分析軟件之間設(shè)計(jì)1個(gè)接口程序，把整個(gè)模型計(jì)算的結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的位移進(jìn)行重新排序，使之與單獨(dú)生成的聲場(chǎng)邊界元網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)序號(hào)相一致，并且可以一次性地將不同頻率下的振動(dòng)位移作為邊界條件傳遞，使SYSNOISE軟件能一次全部計(jì)算出結(jié)構(gòu)振動(dòng)對(duì)應(yīng)的各個(gè)頻率的聲學(xué)響應(yīng)。

（二）車(chē)內(nèi)聲場(chǎng)預(yù)測(cè)結(jié)果

將生成的邊界條件導(dǎo)入車(chē)內(nèi)聲場(chǎng)邊界元模型，SYSNOISE軟件自動(dòng)把節(jié)點(diǎn)位移邊界轉(zhuǎn)化成節(jié)點(diǎn)振動(dòng)速度邊界，進(jìn)行車(chē)內(nèi)聲場(chǎng)計(jì)算。參照GB14892-2006《城市軌道交通列車(chē)噪聲限置和測(cè)量》，在車(chē)體地板上方1.2m處，在車(chē)體長(zhǎng)度方向中心線上的車(chē)內(nèi)中部和兩端部選取5個(gè)位置點(diǎn)，點(diǎn)間隔為4m，作為車(chē)內(nèi)聲場(chǎng)觀測(cè)點(diǎn)，并確立聲場(chǎng)縱向和橫向觀測(cè)平面。縱向觀測(cè)面位于地板上方1.2m處.聲場(chǎng)橫向觀測(cè)面從車(chē)體中部橫剖面開(kāi)始.每隔2m取1個(gè)橫剖面.在頻率0-200Hz范圍內(nèi)，取步長(zhǎng)為10Hz，進(jìn)行車(chē)內(nèi)聲場(chǎng)預(yù)測(cè)。峰值對(duì)應(yīng)的頻率分別是70，90，120，190Hz.其中頻率70H暑時(shí)觀測(cè)點(diǎn)2和觀測(cè)點(diǎn)3處的聲壓級(jí)超過(guò)75dB，另外3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)處的聲壓級(jí)也超過(guò)70dB。在頻率150Hz時(shí)車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)最低，對(duì)比車(chē)體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)發(fā)現(xiàn)，頻率70Hz時(shí)車(chē)體變形相對(duì)劇烈，故導(dǎo)致對(duì)應(yīng)頻率的車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)值較大。而頻率150Hz時(shí)車(chē)體只是局部變形，所以車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)值較小.另外，在頻率10Hz處，聲壓級(jí)最大接近90dB，對(duì)比車(chē)體所受載荷特性發(fā)現(xiàn)，該頻率附近軌道不平順激勵(lì)下轉(zhuǎn)向架對(duì)車(chē)體支撐處的振動(dòng)載荷較大，導(dǎo)致車(chē)體振動(dòng)響應(yīng)劇烈，引起車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)增加。

三、地鐵車(chē)內(nèi)噪聲的應(yīng)對(duì)措施

（一）減少車(chē)體的振動(dòng)

通過(guò)適當(dāng)?shù)能?chē)輪輪廓外形加工，優(yōu)化列車(chē)通過(guò)曲線的性能和平穩(wěn)性，在車(chē)體各構(gòu)件中，板件的聲輻射效率較高，板件振動(dòng)對(duì)車(chē)身噪聲影響最大。為減弱板件的振動(dòng)，可設(shè)置加強(qiáng)筋以提高其剛度；也可加裝阻尼材料或貼減振材料以增加振動(dòng)的衰減。另外，在板件上涂阻尼材料以降低其聲輻射效率，對(duì)減少噪聲也很有效果。對(duì)于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，可使用振動(dòng)隔離器，如空氣壓縮機(jī)組柔性懸掛在車(chē)體下面，并進(jìn)行減振處理。車(chē)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免與其發(fā)生共振。制動(dòng)控制單元、防滑閥在排風(fēng)處均加消聲器。在設(shè)計(jì)設(shè)備支撐和支架時(shí)，采用彈性支撐方式，使其符合鐵路車(chē)輛振動(dòng)的要求。

（二）隔絕傳播途徑

為了隔斷車(chē)輪的高頻振動(dòng)通過(guò)車(chē)軸、軸箱、彈簧、構(gòu)架、搖枕等部件向上傳遞到車(chē)體各部，應(yīng)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(duì)高頻振動(dòng)隔離性能較好的空氣彈簧，使一次固體噪聲大大減小。為防止向車(chē)內(nèi)透過(guò)二次固體噪聲，應(yīng)在牽引電機(jī)、齒輪箱、空調(diào)機(jī)組等振動(dòng)、噪聲源附近的車(chē)體上加隔聲材料，增加這部分車(chē)體結(jié)構(gòu)的隔聲性能。為防止車(chē)外噪聲通過(guò)空氣向車(chē)內(nèi)傳遞，需安裝具有氣密結(jié)構(gòu)的雙層中空玻璃側(cè)窗；車(chē)門(mén)系統(tǒng)使用蜂窩結(jié)構(gòu)、雙玻璃窗及在門(mén)板四周使用隔聲密封材料，加強(qiáng)門(mén)口鋼結(jié)構(gòu)的剛度，以防門(mén)口變形，使車(chē)門(mén)在關(guān)閉狀態(tài)下具有良好的噪聲衰減性。同時(shí)，采取密封措施，減小車(chē)內(nèi)壁板的孔隙數(shù)和尺寸，阻斷固體傳聲和削弱氣體傳聲。

四、結(jié)束語(yǔ)

地鐵噪聲控制是一門(mén)復(fù)雜的技術(shù)，它與輪軌摩擦、轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)、車(chē)體氣密性、減振結(jié)構(gòu)、隔聲、吸聲、材料的選擇、設(shè)備的安裝等息息相關(guān)。只有綜合考慮各方面因素，將聲學(xué)設(shè)計(jì)融入地鐵設(shè)計(jì)過(guò)程的始終，把噪聲控制技術(shù)融入車(chē)輛的輕量化、氣密性、各種材料及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)之中，才能有效控制地鐵車(chē)內(nèi)噪聲，為乘客提供一個(gè)良好舒適的乘車(chē)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

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