地铁车辆的车内噪声控制及评价探究

　　摘 要：地铁车辆的车内噪声是乘坐地铁舒适性的一项重要标准，因而研究车内噪声可以有效地了解乘坐的舒适性，为进一步改进车体结构做出指导，保障旅客舒服。本文重点分析了地铁车辆运行时车内噪声的成因及传播路径，并针对噪声源、隔声、减振、吸声等多方面提出了地铁车辆的车内噪声的控制方法和对策。
　　关键词：地铁车辆；车内噪声；声压测量
　　地铁车体壁板振动引起的车内噪声影响旅客的乘坐舒适性。这种结构性噪声属于低频噪声，传统的A计权声压级评价方法不能准确反映乘客对车内低频噪声的主观感受。利用噪声响度作为评价指标，能够综合考虑人体心理反应机制和噪声感知特性。目前噪声响度主要用于评价汽车车内噪声研究，而应用于地铁车辆车内噪声特性评价的相关研究尚无报道。本文选择沈阳地铁2号线车辆为研究对象，首先进行车内低频噪声的A计权声压级预测和控制，然后采用相应的方法对车内噪声进行噪声响度评价。
　　一、地铁车辆噪声传播途径分析
　　车内噪声主要由空气声、固体声和混响声3部分组成。车辆上几乎所有的噪声源都对车内辐射噪声，加上车体自身产生的噪声及车体对外部噪声的放大作用，使得车内噪声控制成为一项相当复杂的工作。噪声传人车内的途径大致可分为空气传播和固体传播。空气传播声是指车外噪声通过车体各部分的缝隙传人车内的噪声。固体传播声可分为二次固体声和二次固体声。一次固体声是指钢轨和车轮间的振动通过弹簧系统传给转向架和车体，使地板等振动产生的噪声。二次固体声是指声源辐射的声能激振车体外壳，使车内地板、下墙板、车窗等产生振动，并向车内辐射的噪声，即车外噪声通过车体结构传播的透射噪声。地铁列车大量采用固定式车窗和密封性能好的车门，空气传播声较小，滚动噪声以及车外噪声的二次固体声占车内噪声的大部分。
　　二、车内结构噪声预测与分析
　　（一）车体壁板位移边界条件传递
　　车体结构模型与车内声场模型均为单独建立，声场边界元网格的节点号与车体结构模型的有限元网格的内表面节点号不一致。因此无法将车体结构振动位移作为边界条件直接传递给声场边界元模型；SYSNOISE软件利用由ANSYS軟件计算各个频率的结构位移作为声场边界条件进行声场预测时，每次只能计算1个频率，而不能一次性地计算出所有频率结构振动对应的声学响应，计算效率太低。为解决这2个问题，用FORTRAN语言在2个分析软件之间设计1个接口程序，把整个模型计算的结构内表面的位移进行重新排序，使之与单独生成的声场边界元网格的节点序号相一致，并且可以一次性地将不同频率下的振动位移作为边界条件传递，使SYSNOISE软件能一次全部计算出结构振动对应的各个频率的声学响应。
　　（二）车内声场预测结果
　　将生成的边界条件导入车内声场边界元模型，SYSNOISE软件自动把节点位移边界转化成节点振动速度边界，进行车内声场计算。参照GB14892-2006《城市轨道交通列车噪声限置和测量》，在车体地板上方1.2m处，在车体长度方向中心线上的车内中部和两端部选取5个位置点，点间隔为4m，作为车内声场观测点，并确立声场纵向和横向观测平面。纵向观测面位于地板上方1.2m处.声场横向观测面从车体中部横剖面开始.每隔2m取1个横剖面.在频率0-200Hz范围内，取步长为10Hz，进行车内声场预测。峰值对应的频率分别是70，90，120，190Hz.其中频率70H暑时观测点2和观测点3处的声压级超过75dB，另外3个观测点处的声压级也超过70dB。在频率150Hz时车内声压级最低，对比车体结构的振动响应发现，频率70Hz时车体变形相对剧烈，故导致对应频率的车内声压级值较大。而频率150Hz时车体只是局部变形，所以车内声压级值较小.另外，在频率10Hz处，声压级最大接近90dB，对比车体所受载荷特性发现，该频率附近轨道不平顺激励下转向架对车体支撑处的振动载荷较大，导致车体振动响应剧烈，引起车内声压级增加。
　　三、地铁车内噪声的应对措施
　　（一）减少车体的振动
　　通过适当的车轮轮廓外形加工，优化列车通过曲线的性能和平稳性，在车体各构件中，板件的声辐射效率较高，板件振动对车身噪声影响最大。为减弱板件的振动，可设置加强筋以提高其刚度；也可加装阻尼材料或贴减振材料以增加振动的衰减。另外，在板件上涂阻尼材料以降低其声辐射效率，对减少噪声也很有效果。对于旋转设备，可使用振动隔离器，如空气压缩机组柔性悬挂在车体下面，并进行减振处理。车体结构设计时，应避免与其发生共振。制动控制单元、防滑阀在排风处均加消声器。在设计设备支撑和支架时，采用弹性支撑方式，使其符合铁路车辆振动的要求。
　　（二）隔绝传播途径
　　为了隔断车轮的高频振动通过车轴、轴箱、弹簧、构架、摇枕等部件向上传递到车体各部，应在轴箱与弹簧之间设置防振橡胶垫，同时中央弹簧选用对高频振动隔离性能较好的空气弹簧，使一次固体噪声大大减小。为防止向车内透过二次固体噪声，应在牵引电机、齿轮箱、空调机组等振动、噪声源附近的车体上加隔声材料，增加这部分车体结构的隔声性能。为防止车外噪声通过空气向车内传递，需安装具有气密结构的双层中空玻璃侧窗；车门系统使用蜂窝结构、双玻璃窗及在门板四周使用隔声密封材料，加强门口钢结构的刚度，以防门口变形，使车门在关闭状态下具有良好的噪声衰减性。同时，采取密封措施，减小车内壁板的孔隙数和尺寸，阻断固体传声和削弱气体传声。
　　四、结束语
　　地铁噪声控制是一门复杂的技术，它与轮轨摩擦、转向架设计、车体气密性、减振结构、隔声、吸声、材料的选择、设备的安装等息息相关。只有综合考虑各方面因素，将声学设计融入地铁设计过程的始终，把噪声控制技术融入车辆的轻量化、气密性、各种材料及结构的优化设计之中，才能有效控制地铁车内噪声，为乘客提供一个良好舒适的乘车环境。
　　参考文献：
　　[1]柯在田.城市轨道交通振动和噪声的控制[J].中国铁路，2014.
　　[2]沈保红.城市轨道交通噪声与振动控制对策[J].环境科学与管理，2014.