主被动降噪设施对地铁轮轨噪声的降噪特性研究

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chao_huang
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地铁列车行驶以及进、出车站时的噪声以轮轨噪声为主,其主要频率范围由低频段和高频段组成。过大的列车行驶噪声会影响地面段沿线的较大范围区域,干扰该区域内人们的生活与工作;过大的站台噪声会降低站务工作人员及乘客的舒适度,并影响广播系统的语音清晰度。为了显著降低轮轨噪声污染,所采用的降噪措施需确保高频噪声和低频噪声均能被明显消减。因为传统隔声结构对高频噪声的降噪效果显著,对低频噪声的降噪效果差,致使轮轨噪声传播至隔声结构的声影区内时,噪声的低频成分对噪声总声压级的贡献量明显提高;有源降噪(即噪声主动控制)设备通过声波干涉相消的方法,可使低频噪声实现显著降低。本文构建一种主被动降噪(即噪声主被动控制)设施,该设施由有源降噪设备与隔声结构组成,有源降噪设备只释放低频率的有源声波,从而消减隔声结构声影区内噪声的低频成分,以提高总声压级插入损失。目前将有源降噪设备应用于轨道交通降噪的研究很少,本文在理论计算、数值仿真及现场试验数据分析的基础上,研究主被动降噪设施的降噪特性。建立了由地铁列车、轨道结构、声屏障、地面、噪声源所共同构成的声学间接边界元模型,从而模拟轮轨噪声半自由场,并基于北京地铁13号线地面段沿线实测数据验证了模型的正确性;建立了由地铁列车、隧道、屏蔽门、站台区域、噪声源所共同构成的声学有限元模型,从而模拟轮轨噪声长空间场,并基于北京地铁6号线地下站台实测数据验证了模型的正确性。基于动力学理论建立车辆-线路动力学模型,从而模拟车辆在曲线段的动力响应,研究不同车速、曲线段线路参数条件下的车辆横向位移规律,并以确保各动力响应指标不超限为控制条件,确定与轮轨对应的曲线地段设备限界,从而为声场模型中有源降噪设备的布设提供限制条件。在所建立的声学仿真模型中,沿轨道纵向增设有源点声源列,相邻有源点声源的间距均相等,并令有源点声源列位于列车设备限界与直立型隔声结构之间所夹的区域内,从而研究有源降噪频段、有源声源的最佳位置、有源降噪区的位置、有源降噪量、隔声结构的合理高度。基于辐射声波叠加原理,构建由双点噪声源所辐射噪声波与有源声波叠加所得的受声点处合成声压数学模型,通过理论推导来研究有源降噪频段、有源声源的最佳位置、有源降噪区边界。本文主要研究结论如下:(1)确定了该主被动降噪设施的设计参数值:有源点声源列的位置应满足与轨道中心线的横向距离等于噪声波长、与噪声源具有相同高度、纵向间距小于噪声半波长;在车体两侧对称设置有源声源及隔声结构时的降噪效果比只在单侧设置时更好;有源声源沿横向距轨道中心线的最近距离宜为1.1m;当隔声结构与轨道中心线的距离为3m、3.5m、4m、4.5m、5m、5.5m、6m时,隔声结构高度分别不宜低于4.5m、4.35m、4.2m、4.1m、3.95m、3.85m、3.8m。(2)确定了地面区段半自由声场内主被动降噪设施的降噪效果:有源降噪频段为150~320Hz,频率越高则有源降噪区域的面积越大;合理设置有源声源可使隔声结构声影区内受声点的总声压级普遍降低3~12d B,使声影区外受声点的总声压级增量普遍小于3d B,对车内声场影响很小。(3)确定了地下车站长空间声场内主被动降噪设施的降噪效果:有源降噪频段为150~340Hz;合理设置有源声源可使隔声结构声影区内(即站台区)受声点的总声压级普遍降低3~9d B。
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