張靜靜，李 帥

（中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，江蘇 南京 210031）

目前，我國(guó)大中型城市將地鐵作為主要交通運(yùn)輸模式，極大程度地緩解了因城市人口眾多而產(chǎn)生的交通擁堵問題。但是，地鐵運(yùn)輸過程中的噪聲問題產(chǎn)生的影響，越來越受到人們的關(guān)注。其中，車內(nèi)噪聲問題已經(jīng)逐漸成為影響城市軌道交通商業(yè)運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵因素[1-4]。因此，關(guān)于地鐵車輛車內(nèi)噪聲問題的研究成為了一個(gè)熱門話題。

車端區(qū)域一般是車輛客室內(nèi)噪聲最顯著的區(qū)域，因此需要重點(diǎn)研究。Hee-Min等[5]基于流體動(dòng)力學(xué)理論，模擬了車端連接處的腔體噪聲。研究表明，車端存在的低頻噪聲主要由腔內(nèi)外氣體循環(huán)引起，安裝整流罩可以有效控制車端噪聲。Fan等[6]通過聲強(qiáng)法與部分相干法結(jié)合，成功識(shí)別滾動(dòng)噪聲、設(shè)備噪聲、車體振動(dòng)聲輻射等噪聲源對(duì)列車內(nèi)部噪聲的傳遞，并對(duì)四節(jié)車廂近窗和地板的聲強(qiáng)研究分析。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，列車處于3種不同速度時(shí)，車廂地板聲強(qiáng)高于近窗聲強(qiáng)，車內(nèi)噪聲主要是由地板振動(dòng)聲輻射引起的結(jié)構(gòu)噪聲。袁旻忞等[7]將高速列車CRH380B作為研究對(duì)象，進(jìn)行運(yùn)行工況下傳遞路徑分析法（Operational Transfer Paths Analysis，OTPA）測(cè)試，考慮高速列車的主要激勵(lì)聲源為氣動(dòng)噪聲，通過數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)，分析車內(nèi)噪聲在不同噪聲源的傳遞速率。數(shù)據(jù)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)向架和車頂是高速列車廂內(nèi)噪聲的主要來源。

本文通過研究我國(guó)某型地鐵，建立車廂內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)模型，研究車廂內(nèi)噪聲與噪聲激勵(lì)源的關(guān)系。

1 地鐵列車車輛噪聲源調(diào)研

地鐵行駛過程中，車外噪聲源會(huì)經(jīng)過車體板件結(jié)構(gòu)對(duì)車內(nèi)進(jìn)行輻射。同時(shí)，由轉(zhuǎn)向架區(qū)域和設(shè)備懸掛區(qū)域產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)振動(dòng)會(huì)傳遞到車身，引起車身的振動(dòng)和輻射噪聲。其中，軌道不平順、車輪不圓化能夠引起激擾力，它會(huì)輻射車內(nèi)噪聲，經(jīng)過轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)和懸掛系統(tǒng)傳遞到車內(nèi)，引發(fā)車廂振動(dòng)，進(jìn)而刺激車廂內(nèi)裝飾結(jié)構(gòu)振動(dòng)而引起聲輻射，這是一次結(jié)構(gòu)傳播聲的主要來源；車廂外部噪聲以空氣為介質(zhì)，通過波的形式傳播到車體表面，進(jìn)而導(dǎo)致側(cè)墻和車內(nèi)地板部件的聲輻射，這是二次結(jié)構(gòu)傳播聲的主要來源。直達(dá)聲和透射聲是空氣傳播聲的兩種主要形式。直達(dá)聲強(qiáng)弱與車體密封性相關(guān)，它是由車廂外噪聲通過車體表面孔隙傳遞到車廂內(nèi)產(chǎn)生的。透射聲的強(qiáng)弱與噪聲本身的強(qiáng)弱及壁板的隔聲量相關(guān)，它是由車廂外噪聲穿透車體表面壁板傳遞到車廂內(nèi)產(chǎn)生的。本文所研究的地鐵列車，當(dāng)其以80 km/h速度勻速運(yùn)行時(shí)，輪軌噪聲和空調(diào)噪聲是車輛端部主要的噪聲源。

圖1給出了列車以80 km/h速度勻速運(yùn)行時(shí)車輛端部聲源激勵(lì)輸入的1/3倍頻程譜圖，圖中橫坐標(biāo)為頻率，縱坐標(biāo)為聲壓級(jí)。

圖1 車輛端部聲源激勵(lì)

由圖1可知，對(duì)于輪軌噪聲激勵(lì)源，其噪聲水平相較于空調(diào)噪聲要高，其主頻在400 Hz頻段，超過90 dB（A），并且在高于200 Hz的頻段內(nèi)，其噪聲水平均較大。對(duì)于空調(diào)噪聲激勵(lì)源，其激勵(lì)源分為空調(diào)機(jī)組和空調(diào)出風(fēng)口。對(duì)于空調(diào)機(jī)組來說，噪聲主頻在1 250 Hz頻段，而對(duì)于空調(diào)出風(fēng)口來說，噪聲主頻在630 Hz頻段。

將本節(jié)關(guān)于車輛噪聲激勵(lì)源的調(diào)研結(jié)果輸入車內(nèi)噪聲計(jì)算模型，進(jìn)而研究地鐵列車車內(nèi)端部噪聲源的傳遞率。

2 計(jì)算模型

本文在VA One軟件平臺(tái)下，建立某地鐵車廂內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)分析模型。

圖2給出了統(tǒng)計(jì)能量分析（SEA）車內(nèi)聲學(xué)預(yù)測(cè)模型，車內(nèi)聲腔編號(hào)由車頭方向往車尾方向依次遞減，圖2為載荷分布。

圖2 SEA車內(nèi)聲學(xué)預(yù)測(cè)模型

計(jì)算模型中所采用的車體主體結(jié)構(gòu)隔聲參數(shù)如圖3所示。本文主要分析地板、頂板、平頂、側(cè)墻、車窗和車門六大車體主體結(jié)構(gòu)。

圖3 車體板件結(jié)構(gòu)隔聲參數(shù)

3 車內(nèi)噪聲水平預(yù)測(cè)

根據(jù)上一節(jié)內(nèi)容，研究在輪軌噪聲和空調(diào)噪聲激勵(lì)下，地鐵列車以80 km/h勻速運(yùn)行時(shí)的車內(nèi)噪聲水平，計(jì)算結(jié)果如圖4所示。其中，聲腔3、4、5和聲腔16、17、18分別代表客室前端和客室后端。

由圖4可知，當(dāng)列車以80 km/h速度勻速運(yùn)行時(shí)，客室內(nèi)噪聲水平在71～72 dB（A）之間。整體噪聲水平表現(xiàn)為客室前后端部噪聲要高于客室中部噪聲。因此，控制客室端噪聲對(duì)于整體噪聲研究具有重要意義。

圖4 車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果

4 車端噪聲聲源傳遞率分析

由上文分析可知，車輛客室內(nèi)端部噪聲最顯著，輪軌噪聲和空調(diào)噪聲是車端噪聲的主要來源。為了有效控制車端噪聲，需要分析車廂內(nèi)多種噪聲源的傳遞速率?；诠β柿髯粉櫡椒ǎ芯扛髯酉到y(tǒng)對(duì)車內(nèi)噪聲的傳遞情況。首先，跟蹤車內(nèi)客室端部聲腔子系統(tǒng)的輸入凈功率流，其次追蹤客室端的主要噪聲源，通過分析得到客室端噪聲的聲源速率。車內(nèi)客室端聲腔子系統(tǒng)的輸入功率主要通過8種路徑進(jìn)行傳輸，即地板空氣聲、側(cè)墻空氣聲、頂板空氣聲、地板結(jié)構(gòu)聲、側(cè)墻結(jié)構(gòu)聲、頂板結(jié)構(gòu)聲、前方聲腔和后方聲腔。其中，最后兩種傳輸路徑與客室端部聲腔子系統(tǒng)存在耦合關(guān)系。以客室前端噪聲源傳遞率為例來說明：整體來說，存在輪軌噪聲和空調(diào)噪聲兩個(gè)主要的聲源。圖5為客室前端部噪聲源傳遞率。

圖5 客室前端部噪聲源傳遞率

對(duì)于輪軌噪聲來說，其噪聲能量99.79%傳遞至客室端部下方聲腔。從客室下方聲腔傳遞至客室內(nèi)時(shí)，主要存在2條路徑。首先，客室下方聲腔的噪聲直接通過地板傳遞至車內(nèi)，在這過程中由于地板隔聲，噪聲衰減至73.91%后傳至車內(nèi)。其次，客室下方聲腔噪聲傳遞至客室前側(cè)外聲腔，在這過程中，噪聲幾乎不衰減，傳遞率為99.91%。然后，客室前側(cè)外聲腔噪聲經(jīng)由車內(nèi)和車窗傳至車內(nèi)，在這過程中，由于受到車門和車窗隔聲特性的影響，使得通過車門和車窗傳至車內(nèi)的噪聲分別衰減至18.24%和45.24%。而輪軌噪聲主要對(duì)客室內(nèi)下部噪聲影響顯著。所以，還需要提高地板隔聲來控制因輪軌噪聲源而導(dǎo)致的車內(nèi)噪聲問題。車窗隔聲也需要提高，車門隔聲特性良好。

對(duì)于空調(diào)噪聲來說，可以細(xì)分為空調(diào)機(jī)組噪聲和空調(diào)出風(fēng)口噪聲?？照{(diào)機(jī)組位于客室上方外聲腔，通過頂板傳遞至車內(nèi)，在這過程中受到頂板隔聲特性的影響，噪聲傳至車內(nèi)時(shí)衰減至4.25%?？照{(diào)出風(fēng)口由于本身位于客室內(nèi)部，其噪聲82.27%傳遞至車內(nèi)。而空調(diào)噪聲主要對(duì)客室內(nèi)上部噪聲影響顯著。同時(shí)可以看出，頂板隔聲特性良好，對(duì)空調(diào)噪聲源的控制主要應(yīng)該放在空調(diào)出風(fēng)口上。當(dāng)噪聲傳遞至車內(nèi)后，在車輛上部、中部和下部之間也存在相互傳遞。其中，上部向中部的傳遞率約為34%，下部向中部的傳遞率約為16%。

5 結(jié)論

本文通過研究我國(guó)某型地鐵，建立車廂內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)模型，研究車廂內(nèi)噪聲與噪聲激勵(lì)源的關(guān)系，得到以下結(jié)論：

（1）地鐵行駛過程中，車廂端部噪聲主要由兩部分產(chǎn)生：輪軌噪聲和空調(diào)噪聲。其中空調(diào)噪聲來源又分為兩部分：空調(diào)機(jī)組噪聲和空調(diào)出風(fēng)口噪聲。

（2）當(dāng)列車以80 km/h速度勻速運(yùn)行時(shí)，客室內(nèi)噪聲水平在71～72 dB（A）之間。整體噪聲水平表現(xiàn)為客室前后端部噪聲要高于客室中部噪聲。

（3）通過分析數(shù)據(jù)，對(duì)比車端噪聲聲源傳遞率，可以發(fā)現(xiàn)，還需要提高地板隔聲來控制因輪軌噪聲源而導(dǎo)致的車內(nèi)噪聲問題，而對(duì)空調(diào)噪聲源的控制主要應(yīng)該放在空調(diào)出風(fēng)口上。