轨道交通的声屏障技术研究

　　轻轨列车是都市公共交通最有效的方式之一,在东京、大阪、新加坡等许多城市得到了极为成功的应用,近年来,上海、广州、重庆、南京等人口高密度城市都在大力建设高架、地下或地面轻轨作为公共交通主干线。然而,轻轨列车的噪声是一个不容忽视的问题,它干扰人们的工作学习,损害人们的身心健康,严重的噪声甚至可能使沿线区域丧失原有的功能,直接影响沿线地域的商业价值。

　　声屏障是降低轻轨列车噪声对沿线区域干扰的最常用设施,通常安装在线路的两侧,声屏障与轻轨列车之间好象一条敞顶的窄弄。列车车身的侧面通常由不吸声的金属板和玻璃板组成,故可视作声反射面,如果声屏障不能有效地吸收噪声,声波将在声屏障与车身之间多次反射之后从这条窄弄的上方逸出。列车行驶时,声屏障与车身侧面之间窄弄的敞顶可视作移动线声源,噪声从该线声源辐射至沿线区域。因此,声屏障的吸声性能对降噪效果有决定性影响,反射型声屏障(声屏障正面吸声系数近于0)几乎没有降噪作用,只是改变了声源的位置,这是轨道交通声屏障与道路交通声屏障之间的最大差别。

　　现有的吸声型声屏障均为板式结构,按其吸声原理可分为阻性和抗性两大类。由于美观、护养、价格等原因,目前使用阻性吸声机理的市内交通声屏障几乎都采用吸声材料包覆护面穿孔板的形式,不但低频噪声的吸声效果差,而且在使用中雨水、灰尘不断透过穿孔板侵入吸声材料,导致声屏障吸声性能下降甚至失效,尽管吸声材料外通常还包覆透声薄膜防护。微穿孔板和其他抗性吸声结构对低频噪声比较有效,此类声屏障的吸声频率与空腔的厚度有关。声屏障的空腔通常是等厚度的,因此最佳吸声范围只是一个很窄频带(通常小于2个倍频程)。由于受安装空间的限制,声屏障的空腔通常较薄,最佳吸声频率往往不能根据需要设计得足够低。

　　由于轻轨列车噪声的主要频率比较宽,现有各种吸声型声屏障的有效吸声频率大都不能满足轨道交通的吸声降噪要求。

　　本文首先实验研究了轻轨噪声的特点,在此基础上,针对轻轨交通的降噪要求和现有声屏障的缺陷,成功研制了一种防雨尘宽频带阻抗复合型声屏障。该型声屏障吸声系数高、有效吸声频带宽,而且具有能够抵御雨雪与灰尘的突出优点。

　　1 轻轨列车噪声的主要特征

　　要获得声屏障的最佳设计方案,首先要掌握轻轨列车噪声的特性,其中最主要的特性是关于轻轨列车的声源分析与噪声的频域特性。国内外学者一致认为,100km/h以下中低速行驶列车的噪声源主要是轻轨,列车噪声的主要成分以中低频率为主[1~2],欧洲标准化委员会还公布了交通噪声标准的A计权1/3倍频程谱[3]。但是,现有文献对列车噪声的分析研究基本上都是针对普通铁路和高速铁路列车的,关于城市轻轨列车的噪声分析则鲜有报道,大都借用普通铁路列车的声源模型。