地鐵司機(jī)室聲源識別及驗(yàn)證研究

朱雷威+帥仁忠+宋士軻+郭建強(qiáng)

摘 要：基于波束形成的球型陣列測試技術(shù)可識別室內(nèi)等密閉空間噪聲源，它可為任何聲學(xué)環(huán)境提供完整的全方向噪聲地圖。針對某地鐵司機(jī)室噪聲偏高的現(xiàn)象，對地鐵運(yùn)行時司機(jī)室內(nèi)噪聲源進(jìn)行識別，分析噪聲源的分布和頻譜特性，并對司機(jī)室各區(qū)域進(jìn)行隔聲測試，隔聲試驗(yàn)與聲源識別結(jié)果一致：兩側(cè)車門及車門與側(cè)墻連接處聲源明顯，同時該區(qū)域也為隔聲薄弱環(huán)節(jié)。根據(jù)該試驗(yàn)分析結(jié)果，指導(dǎo)制定了司機(jī)室降噪改造方案。

關(guān)鍵詞：噪聲源識別；地鐵列車；隔聲

中圖分類號：F2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.08.097

0 引言

在大中型城市，地鐵逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ畹慕煌ㄊ走x，與其它交通方式相比，地鐵出行的優(yōu)點(diǎn)有：高效、方便、快捷。但不可避免的是，地鐵運(yùn)行時，車內(nèi)和車外振動噪聲較大，影響乘客的舒適性和沿線居民的日常生活。歐美等發(fā)達(dá)國家已將地鐵噪聲列為七大環(huán)境公害之一，我國隨著環(huán)保意識日益加強(qiáng)，對地鐵運(yùn)行環(huán)境及乘坐舒適性的要求也逐漸提高。

從噪聲的產(chǎn)生、傳播與影響特性方面來看，最有效的降噪方式為對噪聲源的控制，該方法可以從根本上解決問題。對噪聲源進(jìn)行研究的關(guān)鍵步驟就是對噪聲源進(jìn)行識別及聲場重構(gòu)，從而獲得聲源輻射特性。在實(shí)際工程應(yīng)用中，早期識別聲源的方法，如近場聲壓法和表面振速法，精度不高。隨著電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和信號處理技術(shù)的發(fā)展，頻譜分析、相干分析等技術(shù)不斷應(yīng)用于噪聲源識別，此后又出現(xiàn)了聲全息、波束形成等識別聲源的新技術(shù)。波束形成是一種快速有效的球形陣列噪聲源識別、定位技術(shù)，工程設(shè)計人員可根據(jù)聲源識別結(jié)果為產(chǎn)品的噪聲控制、低噪聲結(jié)構(gòu)設(shè)計方案提供依據(jù)。因此，本文應(yīng)用球形陣列技術(shù)對地鐵列車進(jìn)行司機(jī)室聲源識別，并對司機(jī)室各區(qū)域進(jìn)行隔聲試驗(yàn)以驗(yàn)證聲源識別結(jié)果。

1 球形陣列聲源識別方法

根據(jù)Helmholtz方程可知，封閉表面的聲場由其表面的聲壓和質(zhì)點(diǎn)速度決定。球形陣列的結(jié)構(gòu)形式為：剛性球面上均勻分布多個傳聲器，且該球形陣列上均勻布置多個廣角攝像頭。聲源識別測試時，傳聲器測得球表面聲源，經(jīng)聲場分解和重構(gòu)分析得到聲陣列表面聲場，攝像頭拍攝被測試空間的背景圖，聲場與背景圖結(jié)合就可形成完成的三維空間云圖，從而得到整個測試密閉空間內(nèi)、不同方位的聲源大小。

某地鐵司機(jī)室內(nèi)聲源識別采用B&K數(shù)采和聲源識別分析系統(tǒng)，聲學(xué)陣列采用B&K50通道球形陣列，如圖1所示。

2 司機(jī)室噪聲源識別結(jié)果

2.1 測點(diǎn)布置

聲源識別試驗(yàn)的依據(jù)以下三個標(biāo)準(zhǔn)及手冊：

（1）ISO 3381《Railway applications— Acoustics—Measurement of noise inside railbound vehicles》；

（2）GB/T 3449《聲學(xué)- 軌道車輛內(nèi)部噪聲測量》；

（3）B&K 《球形陣列測試及聲源識別技術(shù)手冊》。

聲源識別試驗(yàn)中所使用的儀器設(shè)備在試驗(yàn)前都經(jīng)過國家級計量檢測單位檢定，符合ISO 3381、GB/T 3449等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。

測試過程中，將陣列放置于司機(jī)室內(nèi)中間位置，測試車輛不同勻速狀態(tài)下司機(jī)室內(nèi)噪聲源特性。測試現(xiàn)場布置圖如圖2所示。

2.2 噪聲源識別結(jié)果

聲源識別結(jié)果顯示，車輛以不同速度、在不同區(qū)段勻速運(yùn)行時，識別出的司機(jī)室聲源特性基本一致。聲源識別結(jié)果云圖如圖3所示。

基于球形陣列測試及聲源識別技術(shù)，對以上各圖進(jìn)行分析，可得司機(jī)室噪聲源特性相關(guān)結(jié)論如下：

（1）結(jié)合司機(jī)室噪聲頻譜特性可以分析，聲源主要來自于160Hz～1250Hz頻段的貢獻(xiàn)；

（2）車輛運(yùn)行時，兩側(cè)車門以及車門與側(cè)墻連接處聲源都十分明顯，外部噪聲通過車門以及車門與側(cè)墻連接處縫隙傳入司機(jī)室內(nèi)。

3 司機(jī)室隔聲驗(yàn)證

地鐵車輛的主要聲源為輪軌噪聲，輪軌振動噪聲一方面通過結(jié)構(gòu)傳遞，另一方面經(jīng)由空氣途徑，通過隔聲薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)入車內(nèi)。為驗(yàn)證隔聲薄弱區(qū)域是否與司機(jī)室噪聲源位置一致，對地鐵車輛司機(jī)室各關(guān)鍵部件進(jìn)行隔聲試驗(yàn)。

3.1 測試區(qū)域及測點(diǎn)布置

車輛靜止?fàn)顟B(tài)、安靜環(huán)境下，將十二面體聲源放置于司機(jī)室內(nèi)發(fā)聲，在司機(jī)室內(nèi)外對應(yīng)位置放置聲強(qiáng)測試傳聲器，同時測試司機(jī)室內(nèi)外對應(yīng)位置的聲壓級，計算個測試區(qū)域的局部隔聲量。

司機(jī)室隔聲測試區(qū)域有：前擋風(fēng)玻璃、司機(jī)室側(cè)門、司機(jī)室頂板、司機(jī)室地板、司機(jī)室側(cè)窗，測試現(xiàn)場如圖4所示。

3.2 隔聲驗(yàn)證結(jié)果

通過對司機(jī)室各區(qū)域隔聲進(jìn)行分析，可得不同區(qū)域的隔聲大小如圖5所示。

從圖5可知，司機(jī)室側(cè)門的隔聲量最小，總隔聲量小于25dB，與聲源識別的結(jié)果一致。將側(cè)門區(qū)域各隔聲測試點(diǎn)的隔聲量繪制成隔聲云圖，如圖6所示。

從司機(jī)室側(cè)門隔聲量云圖可知，整個門區(qū)域隔聲量最低位置為車門下部與側(cè)墻連接區(qū)域，分析原因?yàn)閮蓚?cè)車門區(qū)域存在隔聲不足現(xiàn)象（特別在車窗區(qū)域）以及車門與側(cè)墻連接密封性不好，外部噪聲通過車門以及車門與側(cè)墻連接處縫隙傳入司機(jī)室內(nèi)。

為降低司機(jī)室噪聲，應(yīng)提高司機(jī)室車門門縫的密封性能，對司機(jī)室車門進(jìn)行改造，提高司機(jī)室側(cè)門的整體隔聲性能。

4 結(jié)語

本文采用基于波束形成的球形陣列聲源識別技術(shù)對某地鐵車輛司機(jī)室噪聲源進(jìn)行識別測試，并對司機(jī)室各區(qū)域進(jìn)行了隔聲測試，驗(yàn)證聲源識別結(jié)果，針對試驗(yàn)結(jié)果提出了司機(jī)室降噪建議。

（1）車輛運(yùn)行時，司機(jī)室聲源主要來自兩側(cè)車門以及車門與側(cè)墻連接處，分析原因?yàn)閮蓚?cè)車門存在隔聲不足及密封性能不良現(xiàn)象；

（2）提高司機(jī)室車門門縫的密封性能，對司機(jī)室車門進(jìn)行改造，提高司機(jī)室側(cè)門的整體隔聲性能，均可降低司機(jī)室噪聲。

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