铁路车辆内部噪声研究综述

吕冬梅

(中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所，北京 100081)

声学上的不舒适通常是人们最不能忍受的环境之一，同时也是判定环境不舒适等级的重要因素。对铁路乘客的调查表明，列车内部的声环境是乘坐舒适度的一个重要指标［1］。乘客对车厢内噪声的敏感度因人而异，但是车内噪声不应干扰到邻座乘客之间的交谈。对于现代开放式沙龙型的车辆而言，过于安静的车内环境并不是最理想的。车厢里应有一定水平的背景噪声，这样乘客就不会被车厢里其他人的交谈所打扰。

随着列车速度的提高，近年来制造的铁道车辆有向轻量化发展的趋势。但是，速度的提高及车体的轻量化往往造成车体刚度不足和隔声性能差，降低车辆的振动性能，增大车内噪声，使乘坐舒适度下降。因此，降低车内噪声、提高乘坐舒适度成为车辆设计者重点要解决的难题。

1 车内噪声的特征

1.1 车辆内部的典型噪声级

由于车辆结构的滤波效应，车内噪声以低频为主。随着列车速度的提高以及列车构造的不断改进，车内的噪声频率范围也发生了改变。英国对几种车辆内部噪声的测量结果表明［2］，列车速度为145 km/h时，采用开放式车窗的老式车辆，在500 Hz～2 000 Hz频段，车内噪声很高，该频段对语言可懂度影响很大;通过采用封闭式车窗和空调，并用盘形制动机取代铸铁闸瓦制动机后，中高频的噪声明显减少了，但低频段噪声的降低并不显著。因此，现代车辆在高频段的噪声虽然明显低于老式车辆，但在200 Hz以下的低频段，噪声的改善并不大。这种低频声对语言交谈的影响虽然不大，但会致人疲劳。

1.2 测量量

通常，A计权声压级(LAeq)被用来表示车辆内部噪声的可接受程度。有研究表明人耳对噪声的反应远比A计权声压级复杂，A计权低估低频噪声对人耳的影响。除了A计权声压级外，车内的声学舒适度还可以用其他变量表示。其中包括B计权声压级、优先语言干扰级(PSIL)、响度、替代型噪声标准(NCA)、噪声评价数(NR)和噪声的房间标准 RC(room criterion)，以及倍频程或1/3倍频程频谱。其中响度被认为是最能反应乘客主观评价的心理声学参数［3］。

2 车内噪声源

为了模拟车内噪声，需要对所有可能影响车内噪声的噪声源进行考虑。而且，多数声源会同时通过空气声和结构声的路径传播噪声。影响车内噪声级的噪声源主要有:

(1)轮轨噪声是铁路车辆的主要噪声源，车内噪声有一半以上直接或间接地来自轮轨运动。轮轨噪声包括车轮经过轨道接头时的冲击噪声、弯道运行时轮对横爬产生的尖叫声、车轮滚动时由于表面粗糙产生的滚动声及轮轨摩擦噪声;还有车轮不圆顺或钢轨不平顺所产生的激振，通过钢结构的振动会传入车辆内部［4］。

(2)列车高速运行时，车辆表面湍流压力波动、面层中的涡流拍打车体墙板及受电弓罩等引起墙板及受电弓罩的振动而发出的声音;空腔、转向架部位、车厢间的间隙等处的空气动力噪声。

(3)此外，位于车底部或顶部的柴油机、电动机、空调设备、空压机、制动机等工作时也会产生间歇性噪声。与滚动噪声和空气动力噪声不同的是，这些声源与速度没有直接关系。

3 传播路径

如上所述，多数声源可同时通过空气声和结构声路径传入车内。空气传播声是指车外噪声通过车体各部分的缝隙传入车内的噪声。结构传播声包括钢轨和车轮间的振动通过弹簧系统传给转向架和车体，使地板等振动产生的噪声以及车外噪声通过车体结构传播的透射噪声。经结构声路径传播的噪声多在低频段，经空气声路径传播的多在高频段。

4 降低车内噪声的措施

车内噪声问题很复杂，车外的所有噪声源均会对车内噪声造成影响，而车内还存在动力牵引噪声及空调噪声等其他声源。降低车内噪声可通过3种措施来实现:(1)减小车外噪声源产生的噪声;(2)增加车体结构的隔声量;(3)车内进行吸声处理。降低噪声源的影响是最有效的方法，这些措施不仅可以降低车内噪声，还有利于降低车外噪声，例如通过改善轮轨粗糙度来降低轮轨噪声，通过采用流线型车体以改善空气动力性噪声的措施。

在噪声传播路径中予以阻隔、吸收噪声也是一个重要途径。有研究表明，车辆外表面的声场以地板为最大，其次是侧墙，车顶最少。所以，地板隔声是降低车内噪声的关键环节，可通过在地板上面增加浮筑层，对挤压板增加阻尼措施，铺装复合隔声地板等措施降低铁路客车地板处的噪声［5］。

此外，良好的安装方式可使经结构声路径传播的发动机噪声明显下降［6］。安装时必须考虑发动机噪声的频率特征，以决定安装刚度。不合适的安装刚度不仅不会降低振动的传导，反而会放大振动。通常，为了减少结构声传播，在对车辆安装发动机时一般采用双层隔离措施，即先将柴油机弹性安装于支架或浮筏上，然后再弹性安装于车底部。

如上所述，随着铁路车辆气密性和装备技术的提高，现代铁路列车的车内噪声以低频为主。而吸声材料和阻尼材料，由于其本身厚度比低频噪声的波长小很多，因此只对波长短的高频噪声有效，对低频噪声的效果很差。增加地板浮筑层，采取双重隔离等声学措施又意味着要增加车体重量、空间及成本。因此，降低车内低频噪声的难度很大，尤其是对于节能的轻型车辆来说，进一步提高车内声环境的舒适度还面临很多挑战。

［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］罗芝华．浅析铁路客车地板的降噪技术［J］．中国科技信息，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．