轻轨车辆内部噪声测试

张晓娟,刘岩,姜长英

（1.大连交通大学交通运输工程学院，辽宁大连 116028；2.大连科技学院机械工程系，辽宁大连 116052；3.铁道部驻大连车辆验收室，辽宁大连 116022）

轻轨交通因其行车速度高、占地少、客流量大、舒适、便捷、安全等诸多优点，在现代化交通中独占鳌头。由于轻轨交通与铁路交通有着相似运行条件，所以轻轨车辆车内和车外噪声引起人们的广泛关注。轻轨车辆车内噪声将影响旅客乘车的舒适度，车外噪声将严重影响沿线的居住环境和生活质量[1]。为此研究轻轨车辆的噪声分布规律，从而进行降噪治噪显的尤为重要和迫切。本文通过在轻轨车辆内部的噪声测试，研究轻轨车辆车内声场分布规律和频谱特性，根据此规律对轻轨交通内部的降噪技术研究，可进一步改善轻轨车辆内部的声环境质量。

1 实验方法及测试内容

1.1 实验方法

本实验是以六辆编组轻轨车辆为测试目标，分别对轻轨车辆静止时的背景噪声以及以车辆运行速度小于80 km/h运行线路上进行噪声试验，所测试的路况有在高架上正常运行、会车及弯道等。测试时间选择在晚间，期间无其它车辆运行，车内除试验人员及司乘人员外，无乘客，保证了实验数据的准确和非干扰性。实验采用《BS EN ISO 3381-2006铁路设施.声学.有轨车内噪声的测量标准》[2]，当天测试的气候条件均符合标准要求。根据测试结果分析，轻轨车辆静止状态的声压级低于运行中声压级约35 dB(A)左右，满足测试中背景噪声的要求。

1.2 测试内容

根据轻轨车辆的结构和编组情况，和以前噪声测试结果[3]分析可知，带有司机室的头车车厢内噪声明显高于其它车厢，所以以带有司机室的头车为测试地点。测点布置上考虑到乘客在车厢内的坐、立高度以及车厢空调机组设备等，所以测点高度主要以坐高1.2 m和站高1.6 m为基准，同时对车厢内空调机组位置和车顶等处进行布点测试。具体测试布点如图1和表1所示。

图1 轻轨车内噪声测试点布置图Fig.1 Noise test points arrangement

表1 测试点位置表Tab.1 Test point position

1.3 测试仪器

采用HEAD acoustics噪声与振动测量模拟合成及分析系统。该系统由六部分组成：Artemis测量分析和模拟合成软件、HPS IV数字式回放系统、HMSIII双耳信号采集器、声学和振动传感器以及SQ Lab II60通道数据采集记录器及前端。该系统与其他同类产品相比有较高的精度，测试数据更可靠真实。

2 试验结果分析

2.1 坐高和站高处噪声情况比较

在轻轨车辆内以人的坐高1.2 m和站高1.6 m为分析基准，站高处的噪声声压级平均高出坐高处的噪声声压级1～3 dB(A)，随着运行速度的增加差值增大。如图2所示。其中相同位置不同高度处的测点2(1.2 m)、4(1.6 m)噪声声压级表如表二所示。

由图2和表2分析数据可知，测点高度1.6 m处的噪声声压级随着列车运行速度的增加快速增加，其原因是随着运行中集电系噪声和车顶上方的空调机组噪声所致。当列车以40 km/h低速运行时，测点2(1.2 m)的噪声声压级高于测点4(1.6 m)的噪声声压级，其原因是，列车低速运行时，车内的主要噪声是轮轨作用通过地板透射到车内的噪声，因为高度上的差别致使测点2的噪声声压级高于测点4的噪声声压级。

图2 不同测点不同速度下的噪声声压级对比Fig.2 Noise pressure level contrast between different points under different speeds

表2 相同位置不同高度测点2和测点4的噪声声压级值(单位：dB(A))Tab.2 Pressure level value of same position and different high points 2、4

2.2 车内噪声分布规律

轻轨车辆在正常运行时，车内两端噪声高于中部；车顶和空调机组位置噪声声压级明显高于其它位置的噪声声压级值，如图3所示。

客车内部噪声主要来源于列车运行时的轮轨撞击声。此噪声经地板和侧璧及其门窗而传入车内。由于车的端部距轮轨撞击点较近，又加之列车头部受司机室噪声和车尾部受连接处的碰撞声影响，导致列车端部的声压级较高。车顶处的噪声源是来自车体上方的振动，主要是受电弓中的滑板与电力母线的滑动噪声和轨道不平顺产生电力母线与受电弓的接触不良引起的电弧噪声所致。空调机组处是轻轨车内密封比较薄弱环节与外界相通，主要是由于空调机组内的电机噪声和换气过程中产生的气动性噪声所致。曾经有研究指出：空调装置使车内噪声值提高2～3 dB(A)[4]，因此，为了提高客车舒适度，对空调装置的噪声控制尚需进一步改善。

图3 不同速度下车内各点的噪声声压级值Fig.3 Noise pressure level under different speeds

2.3 车内噪声的频谱分析

在不同的测试速度下，车内坐高1.2 m和站高1.6 m处噪声频谱图呈现相同的分布规律，如图4和5所示。

图4 轻轨车内坐高1.2 m处1/3倍频噪声值(单位：dB(A))Fig.4 One-third times frequency noise value of sit height 1.2 m in Light rail vehicle

图5 轻轨车内站高1.6 m处1/3倍频噪声值(单位：dB(A))Fig.5 One-third times frequency noise value of stand height 1.6 m in Light rail vehicle

从图4可知，坐高1.2 m处噪声频带主要集中在400～1 250 Hz处，此频带是轮轨滚动噪声的主要频带[5]。进一步说明坐高处的噪声主要是轻轨列车运行过程中的轮轨噪声，属于中低频噪声。

从图5和表3可知，空调处噪声随着列车运行速度的提高，高频成分突出，尤其是80 km/h时，在500 Hz以后噪声明显，属于空调产生的气动噪声。站高1.6 m处噪声频带主要集中在250～2 000 Hz处，噪声频带比坐高处有所扩展，说明除了轮轨噪声外还一定程度上受到空调机组噪声的影响。

表3 空调处测点6 1/3倍频噪声值(单位：dB(A))Tab.3 One-third times frequency noise value of air conditioning place point 6

2.4 会车噪声频谱分析

轻轨列车运行时两列车交会的情况比较多，会车将在车体外部产生的瞬时压力波。剧烈变化的压力波如果传播到客室内，会使车内气体压力产生波动,影响车内的噪声分布情况，从而可能给车内人员带来不舒适的感觉[6]。本次所测试的轻轨线路全长49.15 km，全程运行时间50～55 min，运行速度平均约为50 km/h，发车间隔为：高峰5 min；平峰10 min；低峰20 min。假设两端始发车时间相同，那么在高峰运行时，两车在全程中交会次数高达5～6次之多。随着线路的延长，交会次数还会增多，所以有必要研究列车交会时的车内噪声特性，为轻轨车内的降噪治噪提供依据。为了更清楚的说明交会情况的特殊性，本文测试了以50 km/h弯道运行工况，由于其弯道曲线半径比较大，可以近似看做在平道运行。

从图6中可以看出对于高度为1.2 m的测点1、2和位于车厢后部的1.6测点3来说，会车前后噪声的频谱特性没有明显的变化，噪声频率主要集中315～1 250 Hz。坐高处1.2 m处的测点1和2的噪声声压级较低，其原因位置高度相对较低受集电系和空调气动噪声影响小。

图6 弯道运行和会车时车内各测点1/3倍频噪声值（一）Fig.6 One-third times frequency noise value when corner operation and meeting（first）

图7 弯道运行和会车时车内各测点1/3倍频噪声值（二）Fig.7 One-third times frequency noise value when corner operation and meeting（second）

从图7可以看出：

(1)当列车以50 km/h弯道行驶时，测点3的噪声值稍微高于测点4，这是测试位置不同造成的。测点3在轻轨车转向架的上方，受其噪声的影响，测点4在车体中央影响不明显。所以说在正常运行工况下，轻轨车内中间部分声质量环境较好；

(2)各测点噪声频率在800 Hz处出现分歧点，根据列车内的噪声源分析可知，低于800 Hz主要是轮轨噪声，高于800 Hz受集电系和空气动力噪声比较明显；

(3)测点4、5和6，噪声声压级比较大。说明测点位置越高，会车时的噪声声压级越大。其中测点6噪声声压级最大，其原因是空调机组处的电机噪声和密封不严导致的车辆外部声泄露所致。

(4)高度1.6 m的测点3、4出现不同的频谱规律。测点3在测试车厢的列车尾部位，测点4在车厢中央靠近列车头部，说明两列车会车时产生的空气动力噪声对车厢前部的影响比后部影响显著。同时，由于其轻轨列车两列车厢的连接处密封性较好，所以连接处受气空气动力噪声不明显。

3 结语

对轻轨车辆在不同运行速度和车内不同高度噪声测试，可得出如下结论：

(1)轻轨列车低速正常运行时，车内主要噪声源是轮轨噪声[7]，噪声频率主要集中在400～2 000 Hz内，属于中高频噪声。坐位高处的噪声明显低于站立高处的噪声，并且坐位高处噪声具有轮轨噪声的频谱特征。

(2)轻轨车辆低速运行会车时，车内前端和车内上方受其产生的空气动力噪声显著，频率集中在800 Hz以上的中高频内；

（3）在轻轨噪声分析中，从轻轨车内乘客的实际情况出发，分析了站立和坐位高处的噪声声场特性，随着速度的增加，站立高处的噪声明显高于坐位高处的噪声；

（4）为了改善轻轨车内的声环境质量，降低空调机组和集电系产生的噪声，应增强轻轨车顶处的吸声隔声措施，以提高乘客乘坐的舒适性，

[1]Gu Xiaoan.Railway environmental noise control in China[J].JournalofSound and Vibration,293(2006),1078-1085.

[2]英国标准.《BS EN ISO 3381-2006铁路设施声学.有轨车内噪声的测量标准[S].2006.

[3]刘岩等.铁路软卧车不同运行速度下车内噪声分布规律研究[J].铁道车辆，2007(12)45：4-5.

[4]缪龙秀.客车车内噪声状况及其分析[J].铁道车辆，1987(5)：14-19.

[5][日]智野贞弥，等.客车车内噪声[J].国外铁道车辆，1986(6)：38-41.

[6]陈琳，等.会车压力波对高速空调客车客室内流场的影响[J].铁道车辆，2011(8)49：7-10.

[7]张晓排，刘岩.地铁车内噪声特性[J].噪声与振动控制，2010(2)：69-71.