地鐵車輛的車內噪聲控製及評價探究
科技研究
作者：潘浩 範蘭永
摘 要：地鐵車輛的車內噪聲是乘坐地鐵舒適性的一項重要標準，因而研究車內噪聲可以有效地了解乘坐的舒適性，為進一步改進車體結構做出指導，保障旅客舒服。本文重點分析了地鐵車輛運行時車內噪聲的成因及傳播路徑，並針對噪聲源、隔聲、減振、吸聲等多方麵提出了地鐵車輛的車內噪聲的控製方法和對策。
關鍵詞：地鐵車輛；車內噪聲；聲壓測量
地鐵車體壁板振動引起的車內噪聲影響旅客的乘坐舒適性。這種結構性噪聲屬於低頻噪聲，傳統的A計權聲壓級評價方法不能準確反映乘客對車內低頻噪聲的主觀感受。利用噪聲響度作為評價指標，能夠綜合考慮人體心理反應機製和噪聲感知特性。目前噪聲響度主要用於評價汽車車內噪聲研究，而應用於地鐵車輛車內噪聲特性評價的相關研究尚無報道。本文選擇沈陽地鐵2號線車輛為研究對象，首先進行車內低頻噪聲的A計權聲壓級預測和控製，然後采用相應的方法對車內噪聲進行噪聲響度評價。
一、地鐵車輛噪聲傳播途徑分析
車內噪聲主要由空氣聲、固體聲和混響聲3部分組成。車輛上幾乎所有的噪聲源都對車內輻射噪聲，加上車體自身產生的噪聲及車體對外部噪聲的放大作用，使得車內噪聲控製成為一項相當複雜的工作。噪聲傳人車內的途徑大致可分為空氣傳播和固體傳播。空氣傳播聲是指車外噪聲通過車體各部分的縫隙傳人車內的噪聲。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輪間的振動通過彈簧係統傳給轉向架和車體，使地板等振動產生的噪聲。二次固體聲是指聲源輻射的聲能激振車體外殼，使車內地板、下牆板、車窗等產生振動，並向車內輻射的噪聲，即車外噪聲通過車體結構傳播的透射噪聲。地鐵列車大量采用固定式車窗和密封性能好的車門，空氣傳播聲較小，滾動噪聲以及車外噪聲的二次固體聲占車內噪聲的大部分。
二、車內結構噪聲預測與分析
（一）車體壁板位移邊界條件傳遞
車體結構模型與車內聲場模型均為單獨建立，聲場邊界元網格的節點號與車體結構模型的有限元網格的內表麵節點號不一致。因此無法將車體結構振動位移作為邊界條件直接傳遞給聲場邊界元模型；SYSNOISE軟件利用由ANSYS軟件計算各個頻率的結構位移作為聲場邊界條件進行聲場預測時，每次隻能計算1個頻率，而不能一次性地計算出所有頻率結構振動對應的聲學響應，計算效率太低。為解決這2個問題，用FORTRAN語言在2個分析軟件之間設計1個接口程序，把整個模型計算的結構內表麵的位移進行重新排序，使之與單獨生成的聲場邊界元網格的節點序號相一致，並且可以一次性地將不同頻率下的振動位移作為邊界條件傳遞，使SYSNOISE軟件能一次全部計算出結構振動對應的各個頻率的聲學響應。
（二）車內聲場預測結果
將生成的邊界條件導入車內聲場邊界元模型，SYSNOISE軟件自動把節點位移邊界轉化成節點振動速度邊界，進行車內聲場計算。參照GB14892-2006《城市軌道交通列車噪聲限置和測量》，在車體地板上方1.2m處，在車體長度方向中心線上的車內中部和兩端部選取5個位置點，點間隔為4m，作為車內聲場觀測點，並確立聲場縱向和橫向觀測平麵。縱向觀測麵位於地板上方1.2m處.聲場橫向觀測麵從車體中部橫剖麵開始.每隔2m取1個橫剖麵.在頻率0-200Hz範圍內，取步長為10Hz，進行車內聲場預測。峰值對應的頻率分別是70，90，120，190Hz.其中頻率70H暑時觀測點2和觀測點3處的聲壓級超過75dB，另外3個觀測點處的聲壓級也超過70dB。在頻率150Hz時車內聲壓級最低，對比車體結構的振動響應發現，頻率70Hz時車體變形相對劇烈，故導致對應頻率的車內聲壓級值較大。而頻率150Hz時車體隻是局部變形，所以車內聲壓級值較小.另外，在頻率10Hz處，聲壓級最大接近90dB，對比車體所受載荷特性發現，該頻率附近軌道不平順激勵下轉向架對車體支撐處的振動載荷較大，導致車體振動響應劇烈，引起車內聲壓級增加。