地鐵車輛的車內噪聲控制及評價探究

潘浩　范蘭永

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，并針對噪聲源、隔聲、減振、吸聲等多方面提出了地鐵車輛的車內噪聲的控制方法和對策。

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。這種結構性噪聲屬于低頻噪聲，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制和噪聲感知特性。目前噪聲響度主要用于評價汽車車內噪聲研究，而應用于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制，然后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，使得車內噪聲控制成為一項相當復雜的工作。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系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、下墻板、車窗等產生振動，并向車內輻射的噪聲，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面節點號不一致。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，每次只能計算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面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，并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，并確立聲場縱向和橫向觀測平面。縱向觀測面位于地板上方1.2m處.聲場橫向觀測面從車體中部橫剖面開始.每隔2m取1個橫剖面.在頻率0-200Hz范圍內，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時車體只是局部變形，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。

三、地鐵車內噪聲的應對措施

（一）減少車體的振動

通過適當的車輪輪廓外形加工，優化列車通過曲線的性能和平穩性，在車體各構件中，板件的聲輻射效率較高，板件振動對車身噪聲影響最大。為減弱板件的振動，可設置加強筋以提高其剛度；也可加裝阻尼材料或貼減振材料以增加振動的衰減。另外，在板件上涂阻尼材料以降低其聲輻射效率，對減少噪聲也很有效果。對于旋轉設備，可使用振動隔離器，如空氣壓縮機組柔性懸掛在車體下面，并進行減振處理。車體結構設計時，應避免與其發生共振。制動控制單元、防滑閥在排風處均加消聲器。在設計設備支撐和支架時，采用彈性支撐方式，使其符合鐵路車輛振動的要求。

（二）隔絕傳播途徑

為了隔斷車輪的高頻振動通過車軸、軸箱、彈簧、構架、搖枕等部件向上傳遞到車體各部，應在軸箱與彈簧之間設置防振橡膠墊，同時中央彈簧選用對高頻振動隔離性能較好的空氣彈簧，使一次固體噪聲大大減小。為防止向車內透過二次固體噪聲，應在牽引電機、齒輪箱、空調機組等振動、噪聲源附近的車體上加隔聲材料，增加這部分車體結構的隔聲性能。為防止車外噪聲通過空氣向車內傳遞，需安裝具有氣密結構的雙層中空玻璃側窗；車門系統使用蜂窩結構、雙玻璃窗及在門板四周使用隔聲密封材料，加強門口鋼結構的剛度，以防門口變形，使車門在關閉狀態下具有良好的噪聲衰減性。同時，采取密封措施，減小車內壁板的孔隙數和尺寸，阻斷固體傳聲和削弱氣體傳聲。

四、結束語

地鐵噪聲控制是一門復雜的技術，它與輪軌摩擦、轉向架設計、車體氣密性、減振結構、隔聲、吸聲、材料的選擇、設備的安裝等息息相關。只有綜合考慮各方面因素，將聲學設計融入地鐵設計過程的始終，把噪聲控制技術融入車輛的輕量化、氣密性、各種材料及結構的優化設計之中，才能有效控制地鐵車內噪聲，為乘客提供一個良好舒適的乘車環境。

參考文獻：

[1]柯在田.城市軌道交通振動和噪聲的控制[J].中國鐵路，2014.

[2]沈保紅.城市軌道交通噪聲與振動控制對策[J].環境科學與管理，2014.