地铁车内噪声特性
2011-04-22 03:49
地铁车内噪声特性
【摘 要】对地铁车辆在静止及运行情况下进行车内噪声测试。测点布置在车体中央、风挡及转向架上方距地板面不同高度处。在静止情况下,空调送风口处噪声值为77. 8 dB(A)。车辆运行分为隧道内和高架上两种情况,隧道内运行时,车内相应点处的噪声值比高架上高1. 0-5. 9 dB(A)。车辆在运行过程中对车内噪声影响较大的是轮轨噪声,车辆附属设备影响较小。车辆的密封性对车内噪声的分布有较大的影响,应提高车门、风挡的密封性。
【关键词】声学;地铁车辆;噪声;测试;隧道;高架
现在地铁车辆已经是大中城市市民出行必不可少的乘车工具,它具有准时、方便、快捷的优点。但是地铁车辆车内噪声又给车内的乘客带来诸多烦恼。
HARRIS CM曾对地铁车内噪声的频谱特性进行研究[1]。目前随着我国各大、中城市地铁的逐步兴建,国内学者对该问题也进行了一系列的调查和研究,对南京、广州等的地铁噪声进行调查[2, 3],对地铁车辆噪声进行预测,提出相关降噪措施[4, 5]。
地铁车辆主要运行在隧道内和高架桥上。根据国内外相关试验研究,地铁车辆噪声源主要为:轮轨噪声(轮轨滚动噪声、轮轨撞击噪声、啸叫声)、减速箱噪声、电机的电磁噪声、空压机噪声、空调系统噪声以及受电弓电磁噪声等[6]。一方面地铁车辆噪声源辐射的噪声以绕射、透射等通过空气传播进入车内,另一方面轮轨作用力等引起车体振动也会向车内辐射噪声,致使车内噪声较高。
通过测试地铁车辆车内噪声,分析车内噪声的空间分布,并且利用声波在空气中的传播原理,分析造成该分布的原因,以及引起车内噪声的主要噪声源。
1、试验方法及测试内容
1.1 试验内容
本试验以带受电弓的动车作为测试对象,分别在隧道内和高架桥上测试,除试验人员及司乘人员外,无乘客。分别对车辆静止时的背景噪声、车辆静止时空调全开状态车内噪声,以及车辆运行(运行速度50、60、70和80 km/h)时车内噪声进行了测试。考虑到人坐、立位置及空调的影响,测点高度分别为距地板面1. 2 m、1. 6 m及1. 8 m。在风挡、转向架上方地板面及车体中央分别布置测点。测试布点见图1。
1.2 试验结果计算方法
根据声压级的叠加原理,若背景噪声与声压级之差超过10 dB(A),则无需对测得的噪声值进行修正。车辆运行噪声值是在空调全开时测得的,即该噪声值是轮轨噪声、空调系统噪声等共同作用的结果,若要去除空调系统对车内噪声的影响,则可用公式(1)进行计算。
其中:Lp———总的声压级;
Lp1———空调系统单开时测点的声压级;
Lp2———去除空调系统噪声测点的声压级。
2、车内噪声测试结果
车辆在静止时测试车内的背景噪声值见表1。
2.1 空调系统噪声
车辆静止情况下,空调全开。在车内各测点的噪声值见表2。送风口沿车顶两侧均匀分布,在送风口4点噪声值最大,风挡1点的噪声值最低。即随噪声源(送风口)距离的增加,噪声值减小。
由图2可以看出, 500 Hz以下,噪声值大小较均匀;在500Hz以上,时间轴(横轴)上有一些条状的亮色,代表在该时间段处噪声值较高,即在500Hz以上的频段,随时间变化声压级有较大的起伏。
送风口处的冷风是由空调单元机组内的通风机送入车厢内。通风机为周期性旋转的机械设备,若送风口噪声中含有明显的旋转噪声,则其频谱图上应有明显的谐波,即在频率轴上(纵轴)应有明显的亮带,但在图2中并未发现明显的亮带。则送风口噪声主要为气动噪声。
2.2 车辆运行时车内不同位置噪声的分布
由表3、表4可以看出,在相同的运行速度下,在隧道内运行时的车内噪声高于在高架上运行时的噪声值,各点噪声在隧道内、外相差1. 0-5. 9 dB(A);隧道内外车内各点噪声值从高到低依次为:风挡、送风口、车体中央、转向架上方。
3、分析和讨论
3.1 空调系统对车内噪声的影响
车辆在运行工况下,车内各测点的噪声值与车辆静止空调全开情况的噪声差值见表5。由表5可以看出,空调送风口噪声对测点4的影响较大,但对车内其余测点的影响可以忽略不计。
3.2 隧道与高架对车内噪声的影响
当车辆在隧道内运行时,由地铁车辆辐射的噪声,一部分是以透射声和绕射声的形式传入车内;一部分经过隧道壁面的反射又以透射声波和绕射声的形式传入车内,致使车内噪声较车辆在高架轨道上运行时高。车辆在隧道内及在高架上运行时,车辆噪声传入车内的原理见图3所示。
3.3 车体密封性对车内各点噪声的影响
车辆在运行时,在风挡处噪声值最大。经分析可知,除测点4外,其余各点的噪声值主要受轮轨噪声的影响较大,即车内噪声主要是由车外经门、窗、风挡等传入车内。风挡是相邻两车辆的连接部位,也是密封的薄弱环节,因此在该处造成声泄露,致使该点噪声值最高。此外车体中央的噪声值较转向架上方高,分析其原因可能有两个:一是车体中央底架上悬挂的附属设备为噪声值较高的噪声源;二是,中央测点靠近车门与侧墙连接部位,端部测点靠近车窗,则车体中央的车门的密封性与车体端部车窗的密封性相比较差。在车体中央底架上悬挂的设备是制动电阻、制动控制模块、设备箱等,没有较大的噪声源,因此可判断导致车体中央测点较大的原因主要是车门的密封性较车窗差。
4、结 语
通过对地铁车辆在隧道内外,运行及静止状态的噪声测试,可得出如下结论:
(1)车辆在运行过程中在车辆的附属设备对车内噪声的影响不大,主要的噪声源为轮轨噪声。
(2)在隧道内,车内噪声值较高架上高出1. 0-5. 9 dB(A)。
(3)车辆的密封性对车内噪声的分布有较大的影响,应提高车门、风挡的密封性。
参考文献:
[1] Harris CM,Aitken BH.Noise in subway cars[ J].Soundand V ibration,1971, 2: 12-14.
[2]周宁晖,喻义勇,石 勇.南京市地铁噪声影响调查[J].环境监测管理与技术,2006, 2: 20-22.
[3]梁笑娟,宋 刚,等.广州市地铁噪声水平调查和分析[J].环境科学与技术,2008, 12: 113-163.
[4]高春宏,郭海洋,刘厚林.基于统计能量分析法的地铁车辆噪声预估[ J].电力机车与城轨车辆,2008, 1: 6-8.
[5]尤垂涵.地铁列车运行噪声控制浅析[J].地下工程与隧道,1992, 4: 27-32.
[6]雷晓燕,圣小珍编著.铁路交通噪声与振动[M].北京:科学出版社, 2004.
