鐵路車輛內部噪聲研究綜述

呂冬梅

(中國鐵道科學研究院節能環保勞衛研究所，北京 100081)

聲學上的不舒適通常是人們最不能忍受的環境之一，同時也是判定環境不舒適等級的重要因素。對鐵路乘客的調查表明，列車內部的聲環境是乘坐舒適度的一個重要指標［1］。乘客對車廂內噪聲的敏感度因人而異，但是車內噪聲不應干擾到鄰座乘客之間的交談。對于現代開放式沙龍型的車輛而言，過于安靜的車內環境并不是最理想的。車廂里應有一定水平的背景噪聲，這樣乘客就不會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，降低車輛的振動性能，增大車內噪聲，使乘坐舒適度下降。因此，降低車內噪聲、提高乘坐舒適度成為車輛設計者重點要解決的難題。

1 車內噪聲的特征

1.1 車輛內部的典型噪聲級

由于車輛結構的濾波效應，車內噪聲以低頻為主。隨著列車速度的提高以及列車構造的不斷改進，車內的噪聲頻率范圍也發生了改變。英國對幾種車輛內部噪聲的測量結果表明［2］，列車速度為145 km/h時，采用開放式車窗的老式車輛，在500 Hz～2 000 Hz頻段，車內噪聲很高，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，并用盤形制動機取代鑄鐵閘瓦制動機后，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，但會致人疲勞。

1.2 測量量

通常，A計權聲壓級(LAeq)被用來表示車輛內部噪聲的可接受程度。有研究表明人耳對噪聲的反應遠比A計權聲壓級復雜，A計權低估低頻噪聲對人耳的影響。除了A計權聲壓級外，車內的聲學舒適度還可以用其他變量表示。其中包括B計權聲壓級、優先語言干擾級(PSIL)、響度、替代型噪聲標準(NCA)、噪聲評價數(NR)和噪聲的房間標準 RC(room criterion)，以及倍頻程或1/3倍頻程頻譜。其中響度被認為是最能反應乘客主觀評價的心理聲學參數［3］。

2 車內噪聲源

為了模擬車內噪聲，需要對所有可能影響車內噪聲的噪聲源進行考慮。而且，多數聲源會同時通過空氣聲和結構聲的路徑傳播噪聲。影響車內噪聲級的噪聲源主要有:

(1)輪軌噪聲是鐵路車輛的主要噪聲源，車內噪聲有一半以上直接或間接地來自輪軌運動。輪軌噪聲包括車輪經過軌道接頭時的沖擊噪聲、彎道運行時輪對橫爬產生的尖叫聲、車輪滾動時由于表面粗糙產生的滾動聲及輪軌摩擦噪聲;還有車輪不圓順或鋼軌不平順所產生的激振，通過鋼結構的振動會傳入車輛內部［4］。

(2)列車高速運行時，車輛表面湍流壓力波動、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而發出的聲音;空腔、轉向架部位、車廂間的間隙等處的空氣動力噪聲。

(3)此外，位于車底部或頂部的柴油機、電動機、空調設備、空壓機、制動機等工作時也會產生間歇性噪聲。與滾動噪聲和空氣動力噪聲不同的是，這些聲源與速度沒有直接關系。

3 傳播路徑

如上所述，多數聲源可同時通過空氣聲和結構聲路徑傳入車內。空氣傳播聲是指車外噪聲通過車體各部分的縫隙傳入車內的噪聲。結構傳播聲包括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以及車外噪聲通過車體結構傳播的透射噪聲。經結構聲路徑傳播的噪聲多在低頻段，經空氣聲路徑傳播的多在高頻段。

4 降低車內噪聲的措施

車內噪聲問題很復雜，車外的所有噪聲源均會對車內噪聲造成影響，而車內還存在動力牽引噪聲及空調噪聲等其他聲源。降低車內噪聲可通過3種措施來實現:(1)減小車外噪聲源產生的噪聲;(2)增加車體結構的隔聲量;(3)車內進行吸聲處理。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，其次是側墻，車頂最少。所以，地板隔聲是降低車內噪聲的關鍵環節，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結構聲路徑傳播的發動機噪聲明顯下降［6］。安裝時必須考慮發動機噪聲的頻率特征，以決定安裝剛度。不合適的安裝剛度不僅不會降低振動的傳導，反而會放大振動。通常，為了減少結構聲傳播，在對車輛安裝發動機時一般采用雙層隔離措施，即先將柴油機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的提高，現代鐵路列車的車內噪聲以低頻為主。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措施又意味著要增加車體重量、空間及成本。因此，降低車內低頻噪聲的難度很大，尤其是對于節能的輕型車輛來說，進一步提高車內聲環境的舒適度還面臨很多挑戰。

［1］Hardy A E J．Railway passengers and noise［J］．Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，1999，213:173 －180．

［2］Eade P W，Hardy A E J．Railway vehicle internal noise［J］．Journal of Sound and Vibration，1977，51:403 －415．

［3］Moore B C J．An introduction to the psychology of hearing［M］．San diego:Academic Press，2003:53－100．

［4］Johansson A． Out-of-round railway wheels-assessmentof wheel tread irregularities in train trafffic［J］．Journal of Sound and Vibration，2006，293:795 －806．

［5］羅芝華．淺析鐵路客車地板的降噪技術［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．