交通声屏障计算机降噪系统研究

张晓娟 刘岩

1 大连科技学院机械工程系，大连 116052 2 大连交通大学交通运输工程学院，大连 116052

交通声屏障计算机降噪系统研究

张晓娟1刘岩2

1 大连科技学院机械工程系，大连 116052 2 大连交通大学交通运输工程学院，大连 116052

由于运行中铁路列车产生的轮轨噪声，严重影响铁路沿线居民居住环境，所以需要寻找一种降低铁路噪声的方法。本文通过分析各种降噪方法，结合降噪理论得出在噪声源与居民区之间插入声屏障是最有效的措施。结合声屏障的声学知识，利用计算机开发声屏障降噪系统。该系统主要包括声屏障的几何设计、构造形式、声屏障的景观要求等，能很好的模拟声屏障的降噪效果，对声屏障设计具有一定的参考价值。

轮轨噪声；声屏障；计算机

近年来随着我国铁路的快速发展，经过几次大规模提速，部分干线旅客列车的最高运行速度已达到200km/h。列车运行速度的提高，轮轨、集电工以及空气动力学等作用的不断增强，客车内外的振动和噪声问题日益突出。铁路沿线的居民受噪声的影响越来越剧烈，为了进一步降低列车运行中车外噪声，需要根据噪声理论进行降噪治噪。

1 噪声源分析

根据噪声控制的一般原理分为：噪声源的识别，噪声传播途径确定，受声者分析。如果要有效控制铁路噪声对沿线居民的影响，首先要确定铁路产生噪声的噪声源。图1代表噪声源在线路方向的位置。

图1 线路方向噪声源

在铁路运行产生的噪声中，车辆上部的空气动力噪声和集电系噪声主要影响铁路客车车内的声环境质量，车辆下部的轮轨噪声和构造物噪声对铁路沿线居民影响比较严重[1]。

2 噪声源上控制噪声措施

2.1 降低轮轨噪声

首先对于车辆来说，采用合理的车辆结构，可使滚动噪声和尖啸声降低。具体措施如下：

(1) 采用弹性车轮

改变车轮在轴向和径向的机械阻尼，使车轮不易产生振动或改变其自振频率，或者在车轮上装消音器和阻尼大的材料，用来吸收车轮振动的能量，起到减小车轮噪声的目的。国外噪声测试表明，采用弹性车轮后，噪声可降低5～6dB(A)[2]。

(2) 设置防振橡胶垫。

为了隔断车轮的高频振动，通过车轴、轴箱、弹簧、构架、摇枕等部件向上传递到车体各部，在轴箱与弹簧之间设置防振橡胶垫，同时中央弹簧选用对高频振动隔离性能较好的空气弹簧，可使一次固体噪声大大减小。

其次对于线路方面来说，在钢轨下面铺设防振橡胶垫，减小轮轨之间的冲击作用力，从而起到减振降噪的目的。

2.2 降低构造物噪声的措施

构造物噪声的治理须从线路和结构工程两方面入手。

(1) 线路方面：桥上线路须平顺, 钢轨接缝要少, 保持钢轨表面处于良好工作状态。此外还可以在钢轨和轨枕下增加弹性防振垫。

(2) 结构方面：桥梁结构要有较高的强度和较大的抗挠抗扭刚度, 一般不采用柔性结构, 梁部选用混凝土或预应力混凝土等感热迟钝的材料。

不论采取哪种措施，噪声均不可避免。当线路两侧有医院、学校、住宅区时，最有效的方法是在传播途径上控制噪声。采用的方法有在铁路与受声点之间设置声屏障、种植绿化林带、增大铁路与受声点之间的距离等。由于绿化林带的高度有一定限制，增加两者之间的距离不太现实，所以最可行的方法是设置声屏障。声屏障是一个降低交通噪声的重要设施,大量的实验和实例研究证明对距道路200m 范围内的受声点有非常好的降噪效果[3]。

3 声屏障计算机降噪系统

声屏障通过干涉声波传播的作业到达降噪目的(如图2所示) , 其降噪效果随声程路程差的增大而增加。一个足够高和长的声屏障可以对处于声影区的受声点降噪5～15dB (分贝)[3]。声屏障的形状和材料种类多种多样, 可以用砖、混凝土、木材、金属和其它材料来构筑。修建声屏障除考虑其降噪作用外, 还要注意其经济实用, 并与其所处环境相协调做到视觉满意。

图2 声屏障降噪示意图

由于声屏障降噪效果突出，近年来利用声屏障降噪得到广泛普及，但是关于声屏障的问题也随之而来。有的声屏障达不到预期降噪效果；有的声屏障的建设费用很高，降噪效果不明显等；声屏障的设计、制造及降噪效果的预测分析等还没有形成一定的理论体系。所以借助计算机进行声屏障降噪系统研究就显得非常重要了。本文基于C++的面向对象的程序设计，利用Visual C++集成软件开发环境进行的研究开发的，依据《声屏障声学设计和测量规范》[4]，进行声屏障计算机降噪系统研究开发，取得一定的成果。

3.1 降噪系统的功能分析

3.1.1 具有面向对象性，较强的模块化性能及较强的组合能力。具有友好的人机界面和良好的人机交互性，提供操作信息向导功能。

图3 声屏障计算机降噪系统界面

3.1.2 模拟预测系统遵循软件工程学的原理，整个软件采用图标菜单、下拉式菜单、弹出式菜单、对话框等界面技术，提供在线帮助和灵活的提示信息，提供操作信息的向导功能。整个用户界面的设计遵循“视窗”（Window）的标准，如图3所示。

3.1.3 在绘制视图上，可计算整个平面的点声源和线声源的声波辐射图，可以对照噪声级颜色表，确定其声压级的大小。

3.1.4 噪声预测点和居民保护区可以根据需要灵活的设置，并对其进行点声源和线声源噪声计算以及对其进行声屏障插入损失的计算。

3.1.5 点击右键的弹出式菜单，可以快捷方便的进行所需要的操作，如删除图元、选择图元操作等，如图4所示。

图4 弹出式菜单

3.2 计算实例

根据声屏障计算机降噪系统的设计，可以预测铁路沿线有无声屏障时交通噪声大小。根据列车运行的声辐射理论模拟成线声源，根据实际测试分析线声源的平均声压级，即噪声声压级的大小。根据此数据和城市环境不同区域的噪声标准预算声屏障的插入损失（即降噪量），从而设计声屏障的高度、形状和材质等。然后利用声屏障计算机降噪系统进行模拟计算。计算演示结果如图5所示。

图5 线声源的计算结果显示

4 结论

4.1 该降噪系统界面的可视化程度高，状态栏中显示每一步绘图的操作步骤。菜单栏和工具栏以具有代表性的图形、文字表示，使系统的界面更具形象性，可读性。

4.2 该系统声源随距离的衰减值以不同颜色的显示，能清楚的获得不同距离处噪声值的大小。

4.3 具有强大的图元编辑功能。对各图元可以进行属性设置、图元选择、图元删除等操作。

4.4 弹出菜单的运用，增强了系统的灵活性和可操作性。

[1]王伯福,王慧萍.铁路噪声污染与防治[J].铁路标准设,1998.12.44～45

[2]徐洲.高速铁路轮轨噪声影响因素分析与控制研究[M].西南交通大学,2009

[3]孙华云.不同结构型式降噪声屏障的特性研究[M].大连交通大学,2008.6

[4]国家环境保护总局.声屏障声学设计和测量规范,2004年7月12日发布

[5]尹立民,王兴东.Visaul C++ 软件项目开发实例,电子工业出版社, 2004年11月

[6]王彦红,张振淼.城市轨道交通的噪声及其防护[J].城市轨道车辆,1999.9:15～17

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.09.076