呂冬梅

(中國鐵道科學(xué)研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081)

聲學(xué)上的不舒適通常是人們最不能忍受的環(huán)境之一，同時(shí)也是判定環(huán)境不舒適等級(jí)的重要因素。對鐵路乘客的調(diào)查表明，列車內(nèi)部的聲環(huán)境是乘坐舒適度的一個(gè)重要指標(biāo)［1］。乘客對車廂內(nèi)噪聲的敏感度因人而異，但是車內(nèi)噪聲不應(yīng)干擾到鄰座乘客之間的交談。對于現(xiàn)代開放式沙龍型的車輛而言，過于安靜的車內(nèi)環(huán)境并不是最理想的。車廂里應(yīng)有一定水平的背景噪聲，這樣乘客就不會(huì)被車廂里其他人的交談所打擾。

隨著列車速度的提高，近年來制造的鐵道車輛有向輕量化發(fā)展的趨勢。但是，速度的提高及車體的輕量化往往造成車體剛度不足和隔聲性能差，降低車輛的振動(dòng)性能，增大車內(nèi)噪聲，使乘坐舒適度下降。因此，降低車內(nèi)噪聲、提高乘坐舒適度成為車輛設(shè)計(jì)者重點(diǎn)要解決的難題。

1 車內(nèi)噪聲的特征

1.1 車輛內(nèi)部的典型噪聲級(jí)

由于車輛結(jié)構(gòu)的濾波效應(yīng)，車內(nèi)噪聲以低頻為主。隨著列車速度的提高以及列車構(gòu)造的不斷改進(jìn)，車內(nèi)的噪聲頻率范圍也發(fā)生了改變。英國對幾種車輛內(nèi)部噪聲的測量結(jié)果表明［2］，列車速度為145 km/h時(shí)，采用開放式車窗的老式車輛，在500 Hz～2 000 Hz頻段，車內(nèi)噪聲很高，該頻段對語言可懂度影響很大;通過采用封閉式車窗和空調(diào)，并用盤形制動(dòng)機(jī)取代鑄鐵閘瓦制動(dòng)機(jī)后，中高頻的噪聲明顯減少了，但低頻段噪聲的降低并不顯著。因此，現(xiàn)代車輛在高頻段的噪聲雖然明顯低于老式車輛，但在200 Hz以下的低頻段，噪聲的改善并不大。這種低頻聲對語言交談的影響雖然不大，但會(huì)致人疲勞。

1.2 測量量

通常，A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)(LAeq)被用來表示車輛內(nèi)部噪聲的可接受程度。有研究表明人耳對噪聲的反應(yīng)遠(yuǎn)比A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)復(fù)雜，A計(jì)權(quán)低估低頻噪聲對人耳的影響。除了A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)外，車內(nèi)的聲學(xué)舒適度還可以用其他變量表示。其中包括B計(jì)權(quán)聲壓級(jí)、優(yōu)先語言干擾級(jí)(PSIL)、響度、替代型噪聲標(biāo)準(zhǔn)(NCA)、噪聲評(píng)價(jià)數(shù)(NR)和噪聲的房間標(biāo)準(zhǔn) RC(room criterion)，以及倍頻程或1/3倍頻程頻譜。其中響度被認(rèn)為是最能反應(yīng)乘客主觀評(píng)價(jià)的心理聲學(xué)參數(shù)［3］。

2 車內(nèi)噪聲源

為了模擬車內(nèi)噪聲，需要對所有可能影響車內(nèi)噪聲的噪聲源進(jìn)行考慮。而且，多數(shù)聲源會(huì)同時(shí)通過空氣聲和結(jié)構(gòu)聲的路徑傳播噪聲。影響車內(nèi)噪聲級(jí)的噪聲源主要有:

(1)輪軌噪聲是鐵路車輛的主要噪聲源，車內(nèi)噪聲有一半以上直接或間接地來自輪軌運(yùn)動(dòng)。輪軌噪聲包括車輪經(jīng)過軌道接頭時(shí)的沖擊噪聲、彎道運(yùn)行時(shí)輪對橫爬產(chǎn)生的尖叫聲、車輪滾動(dòng)時(shí)由于表面粗糙產(chǎn)生的滾動(dòng)聲及輪軌摩擦噪聲;還有車輪不圓順或鋼軌不平順?biāo)a(chǎn)生的激振，通過鋼結(jié)構(gòu)的振動(dòng)會(huì)傳入車輛內(nèi)部［4］。

(2)列車高速運(yùn)行時(shí)，車輛表面湍流壓力波動(dòng)、面層中的渦流拍打車體墻板及受電弓罩等引起墻板及受電弓罩的振動(dòng)而發(fā)出的聲音;空腔、轉(zhuǎn)向架部位、車廂間的間隙等處的空氣動(dòng)力噪聲。

(3)此外，位于車底部或頂部的柴油機(jī)、電動(dòng)機(jī)、空調(diào)設(shè)備、空壓機(jī)、制動(dòng)機(jī)等工作時(shí)也會(huì)產(chǎn)生間歇性噪聲。與滾動(dòng)噪聲和空氣動(dòng)力噪聲不同的是，這些聲源與速度沒有直接關(guān)系。

3 傳播路徑

如上所述，多數(shù)聲源可同時(shí)通過空氣聲和結(jié)構(gòu)聲路徑傳入車內(nèi)?？諝鈧鞑ヂ暿侵杠囃庠肼曂ㄟ^車體各部分的縫隙傳入車內(nèi)的噪聲。結(jié)構(gòu)傳播聲包括鋼軌和車輪間的振動(dòng)通過彈簧系統(tǒng)傳給轉(zhuǎn)向架和車體，使地板等振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲以及車外噪聲通過車體結(jié)構(gòu)傳播的透射噪聲。經(jīng)結(jié)構(gòu)聲路徑傳播的噪聲多在低頻段，經(jīng)空氣聲路徑傳播的多在高頻段。

4 降低車內(nèi)噪聲的措施

車內(nèi)噪聲問題很復(fù)雜，車外的所有噪聲源均會(huì)對車內(nèi)噪聲造成影響，而車內(nèi)還存在動(dòng)力牽引噪聲及空調(diào)噪聲等其他聲源。降低車內(nèi)噪聲可通過3種措施來實(shí)現(xiàn):(1)減小車外噪聲源產(chǎn)生的噪聲;(2)增加車體結(jié)構(gòu)的隔聲量;(3)車內(nèi)進(jìn)行吸聲處理。降低噪聲源的影響是最有效的方法，這些措施不僅可以降低車內(nèi)噪聲，還有利于降低車外噪聲，例如通過改善輪軌粗糙度來降低輪軌噪聲，通過采用流線型車體以改善空氣動(dòng)力性噪聲的措施。

在噪聲傳播路徑中予以阻隔、吸收噪聲也是一個(gè)重要途徑。有研究表明，車輛外表面的聲場以地板為最大，其次是側(cè)墻，車頂最少。所以，地板隔聲是降低車內(nèi)噪聲的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可通過在地板上面增加浮筑層，對擠壓板增加阻尼措施，鋪裝復(fù)合隔聲地板等措施降低鐵路客車地板處的噪聲［5］。

此外，良好的安裝方式可使經(jīng)結(jié)構(gòu)聲路徑傳播的發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲明顯下降［6］。安裝時(shí)必須考慮發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的頻率特征，以決定安裝剛度。不合適的安裝剛度不僅不會(huì)降低振動(dòng)的傳導(dǎo)，反而會(huì)放大振動(dòng)。通常，為了減少結(jié)構(gòu)聲傳播，在對車輛安裝發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)一般采用雙層隔離措施，即先將柴油機(jī)彈性安裝于支架或浮筏上，然后再彈性安裝于車底部。

如上所述，隨著鐵路車輛氣密性和裝備技術(shù)的提高，現(xiàn)代鐵路列車的車內(nèi)噪聲以低頻為主。而吸聲材料和阻尼材料，由于其本身厚度比低頻噪聲的波長小很多，因此只對波長短的高頻噪聲有效，對低頻噪聲的效果很差。增加地板浮筑層，采取雙重隔離等聲學(xué)措施又意味著要增加車體重量、空間及成本。因此，降低車內(nèi)低頻噪聲的難度很大，尤其是對于節(jié)能的輕型車輛來說，進(jìn)一步提高車內(nèi)聲環(huán)境的舒適度還面臨很多挑戰(zhàn)。

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［5］羅芝華．淺析鐵路客車地板的降噪技術(shù)［J］．中國科技信息，2007(22):83 －84．

［6］Hardy A E J，Jones R R K．Control of the noise environment for passengers in railway vehicles［J］．Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，1989，203:79 － 85．