CN109307609A - 基于整车半消声室的轨道列车客室内吸声系数测试方法 - Google Patents

Abstract

基于整车半消声室的轨道列车客室内吸声系数测试方法属于轨道列车客室内部吸声系数的测验方法领域，该方法建造足以容纳被测单节列车车厢的整车半消声室，并给出具体的整车半消声室建造指标，还确切给出了用在客室内的无指向声源、基准传声器和采样点传声器阵列的具体位置和确定方法，同时给出了求解整车半消声室环境下的客室内部吸声系数的经验公式及其各参数的求解方法。本发明列车客室内部吸声系数测试方法可以克服驻波管法和外混响室所存在的固有问题，并完全避免了制作专门的样件，节约了样件制作费用。对于列车本身无损害，并一次可以测试出列车关注区域的全部吸声系数，给出的基于大空间空桶型结构吸声系数测试经验公式具有实际应用意义。

Description

基于整车半消声室的轨道列车客室内吸声系数测试方法

技术领域

本发明属于轨道列车客室内部吸声系数的测验方法领域，具体涉及一种基于整车半消声室的轨道列车客室内吸声系数测试方法。

背景技术

随着现代轨道交通领域的发展，其车内噪声水平作为综合舒适度评价的重要指标已经受到越来越多的关注。车内噪声是指列车在行驶过程中旅客所在的客室内存在的各种噪声。如何最大限度地降低车内噪声水平、提高乘坐舒适性，是现代轨道列车产品开发和设计需要考虑的重要因素。

采用具有优良吸声性能的内饰材料是改善车内噪声品质的重要措施。吸声系数是衡量内饰材料吸声性能的重要指标，采用合理有效的方法准确测定车内平均吸声系数是评价、分析、改进内饰声学性能的前提，对进一步降低车内噪声、改善车内声学环境具有重要意义。依据公知常识声波入射到材料表面时一部分被反射，一部分被吸收，因此被试材料的吸声系数的合理取值范围是0至1。

目前针对板件吸声系数的成熟测量方法主要包括混响室法和驻波管法两种。

混响室法测量的是无规则入射声波的吸声系数，其方法相对比较简单，但对实验样品面积要求较大，而且混响室测量吸声系数还有一些其它的问题。比如，不同的混响室对于同一种材料进行的吸声系数试验，其结果有时会出现偏差较大的现象，以至于测量结果没有横向对比性；又比如，材料吸声系数的大小，随着材料面积及其在室内位置、布置方式的变化而变化；某些强吸声材料测试中，其中高频段的吸声系数有可能出现数据结果大于1的情况，从而使实验数据失去意义。

尽管现在的相关国家标准中对于混响室内吸声系数测量规定了一些统一的测验条件和方法步骤，但其并不足以保证以上几种情况完全被克服。此外，针对列车客室这类体积巨大的空桶形结构，其在混响室内通常仅能进行局部板件逐一采样的方法完成测试，混响室法所设定的先决条件决定了其无法对列车车体客室这类体积巨大的空筒型结构进行整体测试，因此，对其局部板件采样的方法测出来的材料吸声系数和该局部板件材料装在轨道列车后其客室内部的吸声系数仍然存在很大的差异。

驻波管法测量的是由法向入射的吸声系数，虽然实验中对样品面积的要求不是很大，开发成本较低，但测量过程中需要严密控制声源与吸声材料间的距离，人为操作会带来较大的误差。尤其重要的是驻波管法也仅能针对局部样件进行测试，且其所测量材料吸声系数和该局部板件材料装在轨道列车上之后，其客室内部的吸声系数仍然存在很大的差异。

综上所述，无论是混响室法还是驻波管法对于吸声系数的试验仅仅是针对于材料或者部件级别的，而这些材料或者部件安装在轨道列车后其客室内部的吸声系数可能和材料或者部件单纯在实验室中进行的吸声系数试验结果差别较大，这样就失去了进行材料吸声系数试验的指导意义。

假如不使用混响室法或者驻波管法，直接在被测空间内部放置无指向声源，在其内部形成一个混响场，通过中断声源法测量客室内部声压级衰减60dB(A)所用时间来推导吸声系数的方法在汽车等内部空间较小的行业领域可以使用，但是该方法在长度为20m左右的轨道列车中使用则会面临两个问题：第一个问题是轨道列车内部空间较大，属于空桶形，要在其内部形成混响场需要数量极多的无指向声源，而且声场的均匀性受声源部署位置和数量的影响难以实现，这一方法无论在理论还是实际上都面临巨大的应用挑战，而且测试所需的求解公式和经验参数均无参考，需要通过大量实践总结和经验积累而摸索获得。第二个问题是在列车内进行吸声系数试验时受列车外部环境的影响较大，特别是当列车外部背景噪声很大时，其测量结果与真实值相差甚远。

定义同时通过列车地板纵向中轴线以及该纵向中轴线中点的竖直法线的平面为列车车体的纵向中垂面，并定义同时通过列车地板横向中轴线以及该横向中轴线中点的竖直法线的平面为列车车体的横向中垂面，则，以纵向中垂面作为剖面所形成的车体横截面称为纵向横断面；以横向中垂面作为剖面所形成的车体横截面称为横向横断面。

发明内容

为了解决在被测结构内部建立混响场并通过中断声源法测量客室内部声压级衰减时间来推导吸声系数的方法仅适用于小空间而不适用于尺寸巨大的轨道列车客室内部空桶形整体结构的问题；且针对轨道列车客室内部进行吸声系数试验时必须消除外界噪声对于测量结果的影响，普通的场合难以满足试验环境要求、以及其测试所需的求解公式和经验参数均无参考，需要大量经验积累摸索总结才能获得的技术问题，本发明提供一种基于整车半消声室的轨道列车客室内吸声系数测试方法。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

基于整车半消声室的轨道列车客室内吸声系数测试方法，其包括如下步骤：

步骤一：按照各型单节列车车厢的最大外形尺寸建造足以容纳整备状态下单节列车车厢的整车半消声室；整车半消声室的室内屋顶和墙壁分别到待测列车外表面的距离均大于等于5m；

步骤二：将包括列车客室的待测单节列车车厢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，并将列车客室前、后两端的客室门口均用隔声试验密封门进行隔声密封，确保声源辐射的声能量只能从客室壁板传递出来；此后，由列车客室的标准图纸分别获得其纵向横断面的面积值a和横向横断面的面积值b；

步骤三：在列车客室纵向中心线上靠近客室车厢一位端门口处布置一个无指向声源，并在距离无指向声源1m远的客室纵向中心线处布置一个基准传声器；此后，再按照1m远的相等距离间隔沿客室纵向中心线顺次布置N个采样点传声器，N个采样点传声器构成采样点传声器阵列，N取自然数；

步骤四：由采样点传声器阵列的N个采样点传声器顺次采集多组声压级数据，并求得N个采样点传声器的采集数据在第一个1/3倍频程、第二个1/3倍频程……至第t个1/3倍频程下各自所对应的衰减率DR，t取自然数，其具体包括如下子步骤：

步骤4.1：激活无指向声源，待其稳定发声后，由基准传声器和采样点传声器阵列二者同时进行时长20s的声压级数据采集，重复三次上述操作；

步骤4.2：将由步骤4.1中的基准传声器所采集的三次声压级数据进行比对，若基准传声器采集的任意两次声压级数据之间的差值大于0.3dB(A)，则重复执行步骤4.1至4.2，直至基准传声器所采集的任意两次声压级数据差值小于0.3dB(A)为止，以确认无指向声源的工作状态在测试期间没有发生变化；

步骤4.3：将上述N个采样点传声器采集到的数据均在100Hz-5000Hz的频率范围内按照1/3倍频程的带宽进行输出；

步骤4.4：顺次求解N个采样点传声器的输出结果在第一个1/3倍频程、第二个1/3倍频程……至第t个1/3倍频程下所对应的衰减率DR；

步骤五：求解每个采样点传声器在其1至t的每一个1/3倍频程下分别对应的吸声系数αs，其具体包括如下子步骤：

步骤5.1：依据下述基于整车半消声室客室内吸声系数测试公式(1)求取列车客室内部空间中N个采样点传声器在其第一个1/3倍频程下的吸声系数α_s：

式中，列车客室的纵向横断面的面积值a和横向横断面的面积值b均由步骤二获得；衰减率DR的单位是dB/m，其由步骤4.4获得；

步骤5.2：按照与步骤5.1完全相同的方法，顺次求解出每个采样点传声器在其余t-1个1/3倍频程下的吸声系数α_s；

步骤六：将步骤五求得的各个1/3倍频程下的吸声系数α_s按照横坐标为起始频率100Hz、截止频率为5000Hz、刻度为1/3倍频程标准刻度，纵坐标为求得的吸声系数α_s进行描点和绘图，进而得到列车客室内部的吸声系数曲线。

本发明的有益效果是：该客室内吸声系数测试方法首创性地提出建造足以容纳被测单节列车车厢的整车半消声室，其背景噪声低、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，本发明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。

本发明确切给出了用在客室内的无指向声源、基准传声器和采样点传声器阵列的具体位置和确定方法，克服了中断声源法无法在大空间空桶型结构使用的弊端，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客室内部吸声系数的经验公式，以及式中各参数的求解方法。本发明还通过大量实验评估给出了每一组采样测试的持续时长和无效数据的筛除方法，从而使本发明基于整车半消声室环境下的列车客室内吸声系数测试方法的数据分析和计算得以实施。

本发明列车客室内部吸声系数测试方法可以克服驻波管法和外混响室所存在的固有问题，并完全避免了制作专门的样件，节约了样件制作费用。对于列车本身无损害，并一次可以测试出列车关注区域的全部吸声系数，给出的基于大空间空桶型结构吸声系数测试经验公式具有实际应用意义。

附图说明

图1是本发明无指向声源、基准传声器以及采样点传声器阵列在列车客室内布局位置的侧视示意图；

图2是本发明无指向声源、基准传声器以及采样点传声器阵列在列车客室内布局位置的俯视示意图；

图3是本发明列车客室在整车半消声室内布局位置的侧视示意图；

图4是本发明列车客室在整车半消声室内布局位置的俯视示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1至图4所示，本发明的基于整车半消声室的轨道列车客室内吸声系数测试方法包括如下步骤：

步骤一：按照各型单节列车车厢的最大外形尺寸建造足以容纳整备状态下单节列车车厢的整车半消声室2；整车半消声室2的室内屋顶和墙壁分别到待测列车外表面的距离均大于等于5m；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％，通风系统关闭后背景噪声低于15dBA；

步骤二：将包括列车客室1的待测单节列车车厢置于整车半消声室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，并将列车客室1前、后两端的客室门口均用隔声试验密封门进行隔声密封，确保声源辐射的声能量只能从客室壁板传递出来；此后，由列车客室1的标准图纸分别获得其纵向横断面的面积值a和横向横断面的面积值b；

步骤三：在列车客室1纵向中心线上靠近客室车厢一位端门口处布置一个无指向声源3，并在距离无指向声源3一米远的客室纵向中心线处布置一个基准传声器4；此后，再按照一米远的相等距离间隔沿客室纵向中心线顺次布置N个采样点传声器5-1，N个采样点传声器5-1构成采样点传声器阵列5，N取自然数；所述无指向声源3、基准传声器4和采样点传声器阵列5距离列车客室1室内地板的高度均是1.5m；所述采样点传声器5-1的总个数N＝Y-3，Y为以1米为长度进行度量的列车客室1纵向中心线总长度值所对应的整数部分；

步骤四：由采样点传声器阵列5的N个采样点传声器5-1顺次采集多组声压级数据，并求得N个采样点传声器5-1的采集数据在第一个1/3倍频程、第二个1/3倍频程……至第t个1/3倍频程下各自所对应的衰减率DR，t取自然数，其具体包括如下子步骤：

步骤4.1：激活无指向声源3，待其稳定发声后，由基准传声器4和采样点传声器阵列5二者同时进行时长20s的声压级数据采集，重复三次上述操作；

步骤4.2：将由步骤4.1中的基准传声器4所采集的三次声压级数据进行比对，若基准传声器4采集的任意两次声压级数据之间的差值大于0.3dB(A)，则重复执行步骤4.1至4.2，直至基准传声器4所采集的任意两次声压级数据差值小于0.3dB(A)为止，以确认无指向声源3的工作状态在测试期间没有发生变化；

步骤4.3：将上述N个采样点传声器5-1采集到的数据均在100Hz-5000Hz的频率范围内按照1/3倍频程的带宽进行输出；

步骤4.4：顺次求解N个采样点传声器5-1的输出结果在第一个1/3倍频程、第二个1/3倍频程……至第t个1/3倍频程下所对应的衰减率DR；

步骤五：求解每个采样点传声器5-1在其1至t的每一个1/3倍频程下分别对应的吸声系数αs，其具体包括如下子步骤：

步骤5.1：依据下述基于整车半消声室客室内吸声系数测试公式(1)求取列车客室1内部空间中N个采样点传声器5-1在其第一个1/3倍频程下的吸声系数α_s：

式中，列车客室1的纵向横断面的面积值a和横向横断面的面积值b均由步骤二获得；衰减率DR的单位是dB/m，其由步骤4.4获得；

步骤5.2：按照与步骤5.1完全相同的方法，顺次求解出每个采样点传声器5-1在其余t-1个1/3倍频程下的吸声系数α_s；

步骤六：将步骤五求得的各个1/3倍频程下的吸声系数α_s按照横坐标为起始频率100Hz、截止频率为5000Hz、刻度为1/3倍频程标准刻度，纵坐标为求得的吸声系数α_s进行描点和绘图，进而得到列车客室1内部的吸声系数曲线。

Claims (4)

1.基于整车半消声室的轨道列车客室内吸声系数测试方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤一：按照各型单节列车车厢的最大外形尺寸建造足以容纳整备状态下单节列车车厢的整车半消声室(2)；整车半消声室(2)的室内屋顶和墙壁分别到待测列车外表面的距离均大于等于5m；

步骤二：将包括列车客室(1)的待测单节列车车厢置于整车半消声室(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，并将列车客室(1)前、后两端的客室门口均用隔声试验密封门进行隔声密封，确保声源辐射的声能量只能从客室壁板传递出来；此后，由列车客室(1)的标准图纸分别获得其纵向横断面的面积值a和横向横断面的面积值b；

步骤三：在列车客室(1)纵向中心线上靠近客室车厢一位端门口处布置一个无指向声源(3)，并在距离无指向声源(3)1m远的客室纵向中心线处布置一个基准传声器(4)；此后，再按照1m远的相等距离间隔沿客室纵向中心线顺次布置N个采样点传声器(5-1)，N个采样点传声器(5-1)构成采样点传声器阵列(5)，N取自然数；

步骤四：由采样点传声器阵列(5)的N个采样点传声器(5-1)顺次采集多组声压级数据，并求得N个采样点传声器(5-1)的采集数据在第一个1/3倍频程、第二个1/3倍频程……至第t个1/3倍频程下各自所对应的衰减率DR，t取自然数，其具体包括如下子步骤：

步骤4.1：激活无指向声源(3)，待其稳定发声后，由基准传声器(4)和采样点传声器阵列(5)二者同时进行时长20s的声压级数据采集，重复三次上述操作；

步骤4.2：将由步骤4.1中的基准传声器(4)所采集的三次声压级数据进行比对，若基准传声器(4)采集的任意两次声压级数据之间的差值大于0.3dB(A)，则重复执行步骤4.1至4.2，直至基准传声器(4)所采集的任意两次声压级数据差值小于0.3dB(A)为止，以确认无指向声源(3)的工作状态在测试期间没有发生变化；

步骤4.3：将上述N个采样点传声器(5-1)采集到的数据均在100Hz-5000Hz的频率范围内按照1/3倍频程的带宽进行输出；

步骤4.4：顺次求解N个采样点传声器(5-1)的输出结果在第一个1/3倍频程、第二个1/3倍频程……至第t个1/3倍频程下所对应的衰减率DR；

步骤五：求解每个采样点传声器(5-1)在其1至t的每一个1/3倍频程下分别对应的吸声系数αs，其具体包括如下子步骤：

步骤5.1：依据下述基于整车半消声室客室内吸声系数测试公式(1)求取列车客室(1)内部空间中N个采样点传声器(5-1)在其第一个1/3倍频程下的吸声系数α_s：

式中，列车客室(1)的纵向横断面的面积值a和横向横断面的面积值b均由步骤二获得；衰减率DR的单位是dB/m，其由步骤4.4获得；

步骤5.2：按照与步骤5.1完全相同的方法，顺次求解出每个采样点传声器(5-1)在其余t-1个1/3倍频程下的吸声系数α_s；

步骤六：将步骤五求得的各个1/3倍频程下的吸声系数α_s按照横坐标为起始频率100Hz、截止频率为5000Hz、刻度为1/3倍频程标准刻度，纵坐标为求得的吸声系数α_s进行描点和绘图，进而得到列车客室(1)内部的吸声系数曲线。

2.如权利要求1所述的基于整车半消声室的轨道列车客室内吸声系数测试方法，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％，通风系统关闭后背景噪声低于15dB(A)。

3.如权利要求1所述的基于整车半消声室的轨道列车客室内吸声系数测试方法，其特征在于：所述无指向声源(3)、基准传声器(4)和采样点传声器阵列(5)距离列车客室(1)室内地板的高度均是1.5m。

4.如权利要求1所述的基于整车半消声室的轨道列车客室内吸声系数测试方法，其特征在于：所述采样点传声器(5-1)的总个数N＝Y-3，Y为以1米为长度进行度量的列车客室(1)纵向中心线总长度值所对应的整数部分。