CN109541034B - 基于整车半消声室环境的列车车体壁板隔声性能测试方法 - Google Patents

基于整车半消声室环境的列车车体壁板隔声性能测试方法 Download PDF

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Abstract

基于整车半消声室环境的列车车体壁板隔声性能测试方法属于轨道交通车辆车体壁板的隔声性能测量方法领域，该方法首先建造足以容纳被测车型的整车半消声室，然后针对轨道客车的地板、顶板、侧墙、车门、车窗以及风挡等具有相似振动模态群的相关结构子***逐一作为当前选定区域的测试样件，从而分别以它们为测试标的，完成对车体壁板件的隔声性能测试。本发明不需要针对各个地板、顶板、侧墙、车门、车窗以及风挡等分别制作专门的样件，节约了样件制作费用；该方法对于车辆本身无损害，一次可以测试出车辆关注区域的全部隔声量。

Description

基于整车半消声室环境的列车车体壁板隔声性能测试方法
技术领域
本发明属于轨道交通车辆车体壁板的隔声性能测量方法领域，具体涉及一种基于整车半消声室环境的列车车体壁板隔声性能测试方法。
背景技术
轨道交通车辆车内的声学环境，直接影响司乘人员的乘坐舒适性，是保证乃至提升轨道交通行业市场竞争力的关键因素。现有研究成果表明，车辆外部噪声透过车体壁板进入车厢内部形成的透射声是车内噪声的主要来源之一，透射声的强弱主要与车体的隔声性能息息相关。选取合适的试验方法测试车体壁板的隔声性能可为轨道交通车辆车内的低噪声设计提供有效的数据支持。
与本发明相关的现有技术一：轨道客车的整备状态
已经完成全部设置安装和调试工作，可以出场投入运营的列车状态，称之为轨道客车的整备状态。
与本发明相关的现有技术二：车体壁板件的结构和在车体内的位置
如图1所示，轨道客车的车体壁板4，是指将客室内外隔离开来的壁板，主要由地板、顶板、侧墙、车门、车窗以及风挡等结构组成。现有研究成果表明，车辆外部噪声透过车体壁板4进入客室车厢内部所形成的透射声是客室车厢内噪声的主要来源之一，透射声的强弱主要与车体壁板4的隔声性能息息相关。为了优化车体壁板4的降噪性能，需要对其进行隔声性能的声学测验，从而获得车体壁板件隔声性能参数，以便作为降噪优化的依据。现阶段有关轨道交通车辆车体隔声量的测量通常有驻波管法和实验室隔声室法。
目前，对于单独的车体壁板样件隔声性能典型的测试方法通常有驻波管法和实验室隔声室法两种。
与本发明相关的现有技术三：驻波管法
驻波管法是一种较为成熟的隔声量测量方法，其通过对截面为圆形的样件定向发射声强已知的声波，并在样件后方采集透射后的声音信息，可简单方便的实现小型材料构件对垂直入射声波的隔声量测量。但由于不同尺寸的板件其隔声量往往是不同的，因此，如果仅仅选取车体壁板4上的某一局部来制作样件，其样件无法真实代表整个车体的真实隔声量，其次样件对于不同声波入射角度下的声波的隔声量也具有差异，驻波管法只能测量样件法向入射声波的隔声量而无法测量整备车辆真实的混响噪声入射状态下的隔声量，以上两点导致驻波管法对车体整备状态下的隔声量测试结果缺乏代表性，误差较大。
与本发明相关的现有技术四：实验室隔声室法
实验室隔声室法是声学测试领域公知的另一种常用的隔声量测量方法，该方法需要建立符合标准混响场条件的且设有实验室测试窗口的隔声室，并通过将待测样件封堵在隔音效果良好的实验室测试窗口一端，并在测试窗口的另一端采集透射后的声音信息。但该方法同样需要确定样件在隔声室中距离隔声室窗口的位置、姿态和固定方式，以模拟其在整备车体上的真实边界条件，而由于在整备车体上的车体板件结构巨大，结构特征和动力学行为复杂，因此，其试验样件的位置和姿态参数也难以确定。
与本发明相关的现有技术五：在实车上直接车体壁板隔声量的方法
根据公知的混响时间测定方法，若能将整备状态下的列车客室车厢近似为一个混响场，从而通过已知的混响时间公式计算出列车壁板的隔声量。但由于轨道列车体积巨大，无论将其置于外部环境，还是普通车间，均无法营造出足够安静的声学环境条件，导致其试验结果中背景噪声的干扰成分较大，严重影响测试数据结果的准确性。
与本发明相关的现有技术六：现有半消声室的概况
半消声室是一种适用于大型结构部件声学测试的整体外部隔音建筑，其主要作用是通过建造高隔声量的巨型封闭空间将外部的环境噪声完全隔绝，从而为半消声室内部提供符合声学测试标准的安静环境，以便于在该环境中进行各类声学测验。半消声室的优点是由于地面是硬的，能承受较大的重量，适宜测量如车辆、大型机器、设备等的噪声功率，且半消声室造价比全消声室低廉。半消声室的建造工艺和验收标准均是成熟且公知的现有技术。
然而，由于驻波管法和实验室隔声室法通常仅针对单独的车体壁板样件，而此类单独的车体壁板样无法将半消声室隔离成两个完全独立的声学环境。同时，列车车体作为整体的筒状巨型结构，其不属于单独的板件，因此无法直接通过现有的半消声室法获取其地板、顶板、侧墙、车门、车窗以及风挡等壁板结构的隔声性能参数。
发明内容
为了解决现有驻波管法和实验室隔声室法通常仅针对单独的车体壁板样件，而此类单独的车体壁板样件无法将半消声室隔离成两个完全独立的声学环境。同时，列车车体作为整体的筒状巨型结构，其不属于单独的板件，因此无法直接通过现有的半消声室法获取其地板、顶板、侧墙、车门、车窗以及风挡等壁板结构的隔声性能参数的技术问题，本发明提供一种基于整车半消声室环境的列车车体壁板件隔声量测试方法。
本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：
基于整车半消声室环境的列车车体壁板隔声性能测试方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一：按照列车外形尺寸建造足以容纳整备状态下轨道列车单节车厢的整车半消声室；
步骤二：将整备状态下的轨道列车车辆置于整车半消声室中，使之处于背景噪声低、周围无声学反射的良好声学环境中，并将车辆端部用隔声封堵工装进行隔声密封，确保声源辐射的声能量只能从车体壁板传递出来；
步骤三：在车体内部选取具有相似振动模态群的相关结构子***的其中之一，使该子***作为当前选定区域的测试样件，并在其对应的车体外表面随机位置粘贴三个混响场传声器；上述具有相似振动模态群的相关结构子***包括地板、顶板、侧墙、车门、车窗以及风挡；
步骤四：沿车体纵向中心线的方向，在当前选定区域的测试样件对应的车体内部布置一号无指向声源和二号无指向声源，用于产生车厢内的混响场激励；
步骤五：分别调整一号无指向声源和二号无指向声源的高度及其与测试样件的距离，使得步骤三所述的三个混响场传声器得到的声压级差值均小于1dB，即可确认当前选定区域的测试样件所对应的车体内部空间产生了均匀的混响场激励；
步骤六：按照公知的声强法，对当前选定区域的测试样件所对应的车体外部的上端面、左侧壁和右侧壁均分别进行透射声功率Lw的测量；
步骤七：依据下式计算整车半消声室环境下的列车当前选定区域的测试样件的隔声量：
TL＝Lp-6-Lw……(1)
式(1)中，TL为带求解的当前选定区域的测试样件的隔声量，Lw为步骤六所测得的当前选定区域的测试样件外表面的透射声功率；Lp为步骤五所述一号无指向声源和二号无指向声源分别按照步骤六所给出的试验方法对应获得的三个混响场传声器的声压级的均值；
步骤八：按照与前述步骤二至步骤七完全相同的方式，分别完成其余当前选定区域的测试样件的隔声性能测试。
本发明的有益效果是：该基于整车半消声室环境的列车车体壁板隔声性能测试方法首创性地提出建造足以容纳被测车型的整车半消声室，利用端部封堵的整备状态下车辆将车体筒形结构隔离成车体内部和车体外部半消声室空间两个完全独立的声学环境，车内声学环境近似于混响场作为隔声测试的发声室，车外近似于消声室作为受声室。半消声室低背景噪声、壁面间壁高吸声系数的特性可为测试提供良好的测试声学环境，降低环境因素对于测试结果的影响，并给出了具体的整车半消声室建造指标，从而可以借助整车半消声室对环境噪声的隔绝功能，避免外界干扰，并大幅提高声学数据的准确性。
本发明针对轨道客车的地板、顶板、侧墙、车门、车窗以及风挡等具有相似振动模态群的相关结构子***逐一作为当前选定区域的测试样件，从而分别以它们为测试标的，完成对车体壁板件的隔声性能测试，该方法确切给出了用于产生车厢内的混响场激励的两个无指向声源、三个混响场传声器的具体布置位置，以及具体调整三个混响场传声器相对于两个无指向声源的位置，并使车体壁板件所处的客室车厢内部产生均匀的混响场激励的方法。本发明具体地给出了隔声封堵工装的布局位置和隔声性能指标参数，从而将车体壁板件内部空间密闭并成为能够能够在无指向声源的激励下产生均匀混响场激励的混响室，进而为依据本发明所给出的经验公式计算整车半消声室环境下的列车车体壁板件隔声量创造必要的声学试验环境。
本发明还通过大量实验测试和经验总结，首创性地给出了求解整车半消声室环境下的列车车体壁板件隔声量的经验公式，以及式中每个变量的获取方法以及计算所需的调整补偿系数，从而使本发明的基于整车半消声室环境下的列车车体壁板件隔声量测试方法的数据分析和计算得以实施。
本方法适用于测量包括地板、顶板、侧墙、车门、车窗以及风挡等具有相似振动模态群的相关结构子***在内的车体上任一板件的隔声量，其通过在车体上选择相似振动模态群的相关结构子***作为样件，可以避免驻波管法和隔声室法声波入射角度、样件尺寸以及样件边界条件对于测试结果存在较大影响的问题。此外，本发明不需要针对各个地板、顶板、侧墙、车门、车窗以及风挡等分别制作专门的样件，节约了样件制作费用。对于车辆本身无损害，一次可以测试出车辆关注区域的全部隔声量，具有一定高效特征。
附图说明
图1是本发明基于整车半消声室环境的列车车体壁板隔声性能测试方法测试现场布置图；
图2是本发明基于整车半消声室环境的列车车体壁板隔声性能测试方法的声压采样点的布局原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
本发明的基于整车半消声室环境的列车车体壁板隔声性能测试方法包括如下步骤：
步骤一：如图1所示，按照列车外形尺寸建造足以容纳整备状态下轨道列车单节车厢的整车半消声室2；所述整车半消声室2的截止频率不大于50Hz，其固有频率均不高于3.57Hz，对50Hz激振频率的隔振效率不小于99％、背景噪声低于15dB，当前选定区域的测试样件距离整车半消声室2墙壁的距离大于5m。
步骤二：将整备状态下的轨道列车车辆1置于整车半消声室2中，使之处于背景噪声低、周围无声学反射的良好声学环境中，并将车辆端部用隔声封堵工装3进行隔声密封，确保声源辐射的声能量只能从车体壁板传递出来；所述隔声封堵工装3是金属隔声板，其隔声量数值需高于60dB，高于车体不同区域隔声量经验数值，隔声封堵工装3的吸声系数小于0.1。
步骤三：在车体内部选取地板、顶板、侧墙、车门、车窗以及风挡等具有相似振动模态群的相关结构子***的其中之一，使该子***作为当前选定区域的测试样件，并在其对应的车体外表面随机位置粘贴三个混响场传声器7；由于待测板件处于混响场中，理论上来讲，已选定待测板件表面任一位置的声压级均是相同的，因此工程实践上，可以通过在待测板件表面随机位置布置三个混响场传声器，通过三个混响场传声器的测试结果差值，判断待测板件表面声场的混响状态，因此，三个混响场传声器的间距、朝向、角度等相对位置关系均为随机即可，如图2所示。
步骤四：沿车体纵向中心线的方向，在当前选定区域的测试样件对应的车体内部布置两个无指向声源，即一号无指向声源5和二号无指向声源6，用于产生车厢内的混响场激励；
步骤五：分别调整一号无指向声源5和二号无指向声源6的高度及其与测试样件的距离，使得步骤三所述的三个混响场传声器7得到的声压级差值均小于1dB，即可确认当前选定区域的测试样件所对应的车体内部空间产生了均匀的混响场激励；
步骤六：按照ISO 9614-2《声学-声强法测定噪声源的声功率-第2部分：扫描测量》所给定的公知方法，对当前选定区域的测试样件所对应的车体外部的上端面、左侧壁和右侧壁均分别进行透射声功率Lw的测量；
步骤七：依据下式计算整车半消声室环境下的列车当前选定区域的测试样件的隔声量：
TL＝Lp-6-Lw……(1)
式(1)中，TL为带求解的当前选定区域的测试样件的隔声量，Lw为步骤六所测得的当前选定区域的测试样件外表面的透射声功率；Lp为步骤五所述两个无指向声源分别按照步骤六所给定的试验方法对应获得的三个混响场传声器的声压级的均值；
步骤八：按照与前述步骤二至步骤七完全相同的方式，分别完成其余的地板、顶板、侧墙、车门、车窗以及风挡等当前选定区域的测试样件的隔声性能测试。

Claims (3)

1.基于整车半消声室环境的列车车体壁板隔声性能测试方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一：按照列车外形尺寸建造足以容纳整备状态下轨道列车单节车厢的整车半消声室(2)；
步骤二：将整备状态下的轨道列车车辆(1)置于整车半消声室(2)中，使之处于背景噪声低、周围无声学反射的良好声学环境中，并将车辆端部用隔声封堵工装(3)进行隔声密封，确保声源辐射的声能量只能从车体壁板传递出来；
步骤三：在车体内部选取具有相似振动模态群的相关结构子***的其中之一，使该子***作为当前选定区域的测试样件，并在其对应的车体外表面随机位置粘贴三个混响场传声器(7)；上述具有相似振动模态群的相关结构子***包括地板、顶板、侧墙、车门、车窗以及风挡；
步骤四：沿车体纵向中心线的方向，在当前选定区域的测试样件对应的车体内部布置一号无指向声源(5)和二号无指向声源(6)，用于产生车厢内的混响场激励；
步骤五：分别调整一号无指向声源(5)和二号无指向声源(6)的高度及其与测试样件的距离，使得步骤三所述的三个混响场传声器(7)得到的声压级差值均小于1dB，即可确认当前选定区域的测试样件所对应的车体内部空间产生了均匀的混响场激励；
步骤六：按照公知的声强法，对当前选定区域的测试样件所对应的车体外部的上端面、左侧壁和右侧壁均分别进行透射声功率Lw的测量；
步骤七：依据下式计算整车半消声室环境下的列车当前选定区域的测试样件的隔声量：
TL＝Lp-6-Lw……(1)
式(1)中，TL为带求解的当前选定区域的测试样件的隔声量，Lw为步骤六所测得的当前选定区域的测试样件外表面的透射声功率；Lp为步骤五所述一号无指向声源(5)和二号无指向声源(6)分别按照步骤六所给出的试验方法对应获得的三个混响场传声器(7)的声压级的均值；
步骤八：按照与前述步骤二至步骤七完全相同的方式，分别完成其余当前选定区域的测试样件的隔声性能测试。
2.如权利要求1所述的基于整车半消声室环境的列车车体壁板隔声性能测试方法，其特征在于：步骤一所述整车半消声室(2)的截止频率不大于50Hz；其固有频率均不高于3.57Hz，对50Hz激振频率的隔振效率不小于99％、背景噪声低于15dB，当前选定区域的测试样件距离整车半消声室(2)墙壁的距离大于5m。
3.如权利要求2所述的基于整车半消声室环境的列车车体壁板隔声性能测试方法，其特征在于：所述隔声封堵工装(3)是金属隔声板，其隔声量数值需高于60dB，高于车体不同区域隔声量经验数值，隔声封堵工装(3)的吸声系数小于0.1。
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