王筱野， 蘇燕辰， 靳 行

(1. 西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都 610031; 2. 西南交通大學(xué) 牽引動力國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610031)

0 引 言

隨著我國鐵路科技的飛速發(fā)展，地鐵調(diào)車駕駛員對司機(jī)室的噪聲環(huán)境要求也逐漸提高。中外對機(jī)車噪聲的測試與控制也發(fā)展已久，宋斌[1]在對東風(fēng)4B型機(jī)車的噪聲測試中測試兩端司機(jī)室的噪聲值后，從設(shè)計(jì)和工藝方面提出整改措施；張秀華[2]在兩種型號的動車組車廂中部進(jìn)行噪聲信號頻譜分析后，發(fā)現(xiàn)隨著車速的提升，車內(nèi)各頻段內(nèi)的聲壓級逐漸增大；Ahmadian[3]在對機(jī)車司機(jī)室進(jìn)行振動測試后評價了各種結(jié)構(gòu)修改方式對司機(jī)室噪聲和振動的影響。這些前輩在對司機(jī)室的噪聲研究中采取了較少傳聲器直接測試聲壓值或間接分析振動對噪聲的影響，并未從整個車內(nèi)聲場進(jìn)行分析，本文使用16個傳聲器同步測試了車內(nèi)包括一、二位端司機(jī)室以及設(shè)備室噪聲值，更加精準(zhǔn)地了解整個聲場。當(dāng)獲取了聲場信息后，不僅能反映車內(nèi)噪聲狀況和分布規(guī)律，還能便于使用相關(guān)的理論和方法進(jìn)一步分析聲源對響應(yīng)點(diǎn)的影響[4-6]。同步測試車內(nèi)聲場信號后，由聲壓級到頻帶逐步細(xì)化的分析，及計(jì)算響應(yīng)點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的傳遞率，綜合確定異常頻率[7]。

1 測試方法與分析原理

1.1 測試裝置

傳聲器陣同步測試系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集儀和傳聲器組成，其中數(shù)據(jù)采集儀使用的是丹麥BBM多通道數(shù)據(jù)采集分析儀，可提供16個同步采集通道。傳聲器是B&K公司4189型號的傳聲器，其測試精度為0.2 dB，由于會用到較多傳聲器，在實(shí)際的方案設(shè)計(jì)中考慮實(shí)驗(yàn)成本，數(shù)據(jù)的同步性和采集儀端口數(shù)量的限制，最大傳聲器數(shù)量為16個。

1.2 傳遞率

許多大型設(shè)備在運(yùn)行狀態(tài)時無法測試其輸入力或者激勵，而只能測試響應(yīng)[8]。在噪聲實(shí)驗(yàn)中，也無法直接測試到噪聲源的激勵。傳遞率在一定條件下具有不隨載荷條件和系統(tǒng)部分參數(shù)的變化而改變，故在利用傳遞率分析傳遞關(guān)系時可作為重要的參考依據(jù)[9-10]。在傳遞率計(jì)算中，選取某個測試到的響應(yīng)作為參考響應(yīng)，將其視為激勵或者輸入，將響應(yīng)點(diǎn)響應(yīng)y(t)與參考點(diǎn)響應(yīng)x(t)的拉普拉斯變換Y(s)與X(s)的比值作為傳遞率：

但在實(shí)際工程中常用傳遞率的估計(jì)值H，即為響應(yīng)點(diǎn)響應(yīng)y(t)與參考點(diǎn)響應(yīng)x(t)的互譜Sxy(s)與參考點(diǎn)響應(yīng)點(diǎn)的自譜Sxx(s)之比[11-13]，其計(jì)算公式為

1.3 測試步驟

在樣車室內(nèi)布置了16個傳聲器組成的傳聲器陣，其中兩端司機(jī)室測點(diǎn)高度為1.5 m，中間設(shè)備室測點(diǎn)高度為0.5 m，傳聲器均用三腳架支撐固定，具體位置如圖1及表 1所示。

圖1 測點(diǎn)示意圖

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)選擇在空曠安靜的場地，實(shí)驗(yàn)開始之前使用聲校準(zhǔn)器對每一個傳聲器進(jìn)行校準(zhǔn)，將采樣率設(shè)置為32 768 Hz。柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)工況為750，1 000，1 200，1 500，1 800，2 100 r/min，每個工況測試90 s。

2 結(jié)果與討論

各個工況聲壓級統(tǒng)計(jì)見表 2，可見隨著柴油機(jī)提速，各測點(diǎn)的聲壓級均在升高，同時，離柴油機(jī)越近，聲壓值越大，在柴油機(jī)附近2 100 r/min時噪聲值達(dá)113.6 dB(A)。如圖2(a)所示，一位端司機(jī)室測點(diǎn)噪聲值隨著柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的提升，噪聲值的升高幅度并不大，最大噪聲值只是76.4 dB(A)，在各工況下均在國標(biāo)限制值78 dB(A)以內(nèi)[14-15]；如圖2(b)所示，二位端司機(jī)室在1 500，1 800，2 100 r/min工況下各個測點(diǎn)噪聲值急劇增大，1 500 r/min時最低噪聲值為82 dB(A)，2 100 r/min時最高已達(dá)到92 dB(A)，均已超標(biāo)。

表1 測點(diǎn)命名與注釋

表2 車內(nèi)噪聲各測點(diǎn)各工況聲壓級dB(A)

以1/3倍頻程中心頻率劃分Nyquist頻率以內(nèi)的頻帶，使用傳聲器陣采集到的聲壓信號繪制樣車室內(nèi)各個工況下的等頻帶聲壓級云圖。部分云圖如圖3所示，基本所有的頻帶云圖都符合聲輻射的指向性，但在2 100 r/min工況下，以63 Hz為中心頻率的頻帶出現(xiàn)了異常，二位端司機(jī)室的聲壓級值高于柴油機(jī)附近的聲壓級值，見圖3(a)。對63 Hz為中心頻率的頻帶下異常原因進(jìn)行分析，利用傳遞率分析二位端司機(jī)室測點(diǎn)噪聲與柴油機(jī)噪聲的聯(lián)系。

圖2 等頻帶聲壓級云圖

在Nyquist頻率以內(nèi)，對出現(xiàn)了異常頻帶的二位端司機(jī)室測點(diǎn)與柴油機(jī)附近測點(diǎn)計(jì)算傳遞率以分析兩者之間的傳遞關(guān)系。以柴油機(jī)二位側(cè)靠近二位端，柴油機(jī)一位側(cè)靠近二位端2個測點(diǎn)作為參考響應(yīng)點(diǎn)，以二位端司機(jī)室所有4個測點(diǎn)作為響應(yīng)點(diǎn)，得到的傳遞率譜如圖4，顯而易見，在以柴油機(jī)附近2個測點(diǎn)作為參考響應(yīng)點(diǎn)，對二位端司機(jī)室各測點(diǎn)噪聲傳遞率均在59 Hz達(dá)到最大，傳遞率分別為4.04和4.91，而59 Hz也正好在1/3倍頻程中心頻率63 Hz（56.2～70.8 Hz）內(nèi)，同時對比觀察到，所有頻率在從設(shè)備室傳遞到二位端司機(jī)室的過程中所有頻率都以較低的傳遞率進(jìn)行傳遞，而59 Hz卻以較高的傳遞率進(jìn)行傳遞。

3 結(jié)束語

圖4 傳遞率譜

在使用16通道傳聲器陣同步測試地鐵調(diào)車室內(nèi)噪聲后，準(zhǔn)確得到室內(nèi)各點(diǎn)聲壓級，并發(fā)現(xiàn)其一位端司機(jī)室噪聲值在各個工況下均達(dá)標(biāo)，二位端司機(jī)室噪聲值在750，1 000，1 200 r/min 3個工況下達(dá)標(biāo)，在1 500，1 800，2 100 r/min 3個工況下超標(biāo)。在使用各工況同步噪聲信號繪制的所有1/3倍頻程等頻帶云圖分析中，發(fā)現(xiàn)在2 100 r/min下，63 Hz中心頻率的等頻帶云圖出現(xiàn)了二位端司機(jī)室聲壓級值大于了作為主要噪聲源的柴油機(jī)附近的噪聲值。為了對63 Hz為中心頻率的頻帶下異常原因的分析利用傳遞率分析二位端司機(jī)室測點(diǎn)噪聲與柴油機(jī)噪聲的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)以柴油機(jī)附近2個測點(diǎn)作為參考響應(yīng)點(diǎn)，對二位端司機(jī)室各測點(diǎn)噪聲傳遞率均在59 Hz達(dá)到最大，傳遞率分別為4.04和4.91，而59 Hz也正好在1/3倍頻程中心頻率63 Hz（56.2～70.8 Hz）內(nèi)。證明在分析樣車室內(nèi)噪聲時，使用較繁瑣但形象的等頻帶云圖分析與較簡便易行的傳遞率計(jì)算都可以分析出異常頻帶，得出的結(jié)果均可以為后續(xù)地鐵調(diào)車的降噪工作提出有效的理論參考。

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