本发明涉及轨道交通车辆内部的噪声控制领域，特别是一种轨道交通车辆、司机室及司机室的噪声控制方法。
背景技术：
轨道车辆在线路上运行时，轮轨噪声、空调风机噪声以及车载设备噪声源直接传入到司机室内的混响空间，因此噪声来源比较复杂且全方位，导致轨道车辆声学环境复杂且声学信号呈现非稳态的特性。
司机室内装板结构表面反射系数定义为
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，针对轨道车辆司机室的低频噪声容易产生混响，较难控制的问题，提出一种轨道交通车辆、司机室及司机室的噪声控制方法，实现对司机室非稳态低频噪声的高效控制。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种司机室的噪声控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.获取司机室内声腔的模态频率分布和司机室内各阶模态频率下的声压分布；
b.以第1阶模态频率为司机室的噪声频率的下限，结合司机室轮轨噪声的频率，设定降噪频率区间；
c.将所述降噪频率区间分为m个无重复的频率区间，对应每个所述频率区间设计m种吸声板；
d.基于司机室在各阶模态频率下的声压分布，分析不同频率下，司机室内各个位置的声压分布，结合步骤c中各吸声板对应的所述频率区间，确定m种吸声板的布放位置，其中，吸声频率区间最低的吸声板布放于低频模态频率下司机室内声压最低的位置，吸声频率最高的吸声板布放于高频模态频率下司机室内声压最高的位置。
上述方案通过对传入到司机室内的噪声进行频谱分析，设计高效吸声的降噪板，同时结合司机室内各阶模态频率下的声压分布，实现对司机室非稳态低频噪声的高效控制。
进一步地，司机室内任意点的声压级的差lpt即为降噪量，其计算公式为：
进一步地，室内平均吸声系数
进一步地，司机室内任意点的声压级lpt的计算公式为
上述方案能够计算司机室内安装m种吸声板前后的降噪量，直观说明司机室内安装m种吸声板后的降噪效果。
基于同一个发明思想，本发明提供了一种轨道交通车辆的司机室和采用该司机室的轨道交通车辆。所述司机室包括设置于顶板和/或背板上的降噪板；所述降噪板包括m种吸声板，每种所述吸声板对应1个频率区间，m个所述频率区间除了区间端点之外互不重复，且m个所述频率区间的并集与司机室内的降噪频率区间大小一致；其中，所述降噪板上吸声频率区间最低的吸声板分别布放在该降噪板的边角位置；吸声频率区间最高的吸声板布放在该降噪板的中心位置。将降噪板设置于司机室的顶板和/或背板，可以吸收司机室内的噪声。
具体地，设置于顶板上的降噪板的形状、尺寸与顶板的形状、尺寸匹配；设置于背板上的降噪板的形状、尺寸与背板的形状、尺寸匹配。可以大大降低司机室内的低频宽频噪声，有效提升司机室内的中低频吸声性能，消除司机室内低频噪声反射。
具体地，司机室任意点的声压级的差δlpt即为降噪量，计算公式为：
具体地，室内平均吸声系数
具体地，司机室内任意点的声压级lpt的计算公式为
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明通过对传入到司机室内的噪声进行频谱分析，设计由不同吸声频率区间的吸声板组成的降噪板，同时结合司机室内各阶模态频率下的声压分布，将吸声板布放于降噪板的相应位置，并将降噪板设于司机室的顶板和/或背板，进而实现对司机室非稳态低频噪声的高效控制，并能够根据本发明所提供的司机室内的降噪方法确定实际降噪量。本发明所提供的司机室及采用该司机室的轨道交通车辆相比传统的司机室和轨道交通车辆，可以进一步提高司乘人员的乘坐舒适性，具有较好的应用效果。
附图说明
图1为本发明一实施例的降噪板中吸声板的布放示意图。
图2为本发明一实施例中安装了降噪板的司机室示意图。
图3为本发明一实施例中司机室背板的坐标示意图。
图4为本发明一实施例中第1阶频率模态下的司机室背板声压级分布仿真图。
图5为本发明一实施例中第35阶频率模态下的司机室背板声压级分布仿真图。
图6为本发明一实施例中第450阶频率模态下的司机室背板声压级分布仿真图。
其中，1为安装了降噪板的顶板，2为安装了降噪板的背板，3为空调出风口的格栅，11为第一吸声板，22为第二吸声板，33为第三吸声板，44为第四吸声板。图4中的数字为该位置声压级的值。
具体实施方式
本实施例以地铁车辆司机室为例进行说明，用传感器测得轮轨噪声的峰值频率区间在600hz-650hz，空调出风口噪声的峰值频率区间在200hz-280hz。其中轮轨噪声为主要噪声。
本实施例中，司机室的噪声控制方法包括以下步骤：
a.获取司机室内声腔的模态频率分布和司机室内各阶模态频率下的声压分布；
b.以第1阶模态频率为司机室的噪声频率的下限，结合司机室轮轨噪声的频率，设定降噪频率区间；
c.将所述降噪频率区间分为4个无重复的频率区间，对应每个所述频率区间设计4种吸声板；
d.基于司机室在各阶模态频率下的声压分布，分析不同频率下，司机室内各个位置的声压分布，结合步骤c中各吸声板对应的所述频率区间，确定4种吸声板的布放位置，其中，吸声频率区间最低的吸声板布放于低频模态频率下司机室内声压最低的位置，将吸声频率最高的吸声板布放于高频模态频率下司机室内声压最高的位置。
首先建立司机室内的三维模型，如图3所示，本实施例选取司机室背板的中心为原点，x,y,z为直角坐标系的三个坐标轴，x轴正方形为列车行进方向，y轴方向为垂直于司机室侧板的方向，y轴正方向为司机室内面对背板向右的方向，z轴正方向为垂直于司机室地板向上的方向，司机室内声腔的长lx＝2.5m，宽ly＝2.9m和高lz＝2.27m。
在该直角坐标系中，声波方程为：
其中c0为空气中声速，t为时间。
司机室内的总声压p为一系列声腔的模态叠加而成，因此声波方程的解为：
其中
计算得出，各阶模态的频率如表1所示。
表1各阶模态频率
由表1可知，第1阶的频率为60.8hz，则本实施例中司机室噪声频率的下限为60.8hz。第31阶与第35阶的频率对应司机室中空调风口的噪声频率。司机室的轮轨噪声为主要噪声，对应第450阶的频率，为630hz。据上述分析，本实施例中司机室内的降噪频率区间设定为50-700hz。
本实施例选取第1阶、第35阶、第450阶频率下司机室背板的声压分布为例，进行接下来的分析。
在步骤c中，第1阶、第35阶、第450阶频率下司机室背板的声压分布图如图4至图6所示，提取司机室背板的边角、边心及中心位置的声压值，分别得到表2至表4。
表2司机室背板边角的声压级
表3司机室背板边心的声压级
表4司机室背板中心的声压级
如图4、图5、表2至表4所示，低频模态的声压分布中，司机室背板的中间点位置，取x＝y＝z＝0，代入公式(2)和公式(3)，声压p的值最低；而司机室的边角位置，取x＝0,
将本实施例中司机室内的降噪频率区间分为50hz-150hz，150hz-250hz，250hz-400hz和400-700hz这四个频率区间对应上述频率区间，设计的降噪板包括4种吸声板，第一吸声板11的吸声频率区间为50hz-150hz，第二吸声板22的吸声频率区间为150hz-250hz，第三吸声板33的吸声频率区间为250hz-400hz，第四吸声板44的吸声频率区间为400hz-700hz。
基于本实施例中司机室的降噪方法，得到本实施例的司机室，司机室内部的顶板和背板装有降噪板，所述降噪板设有4种吸声板，在同一个降噪板上的每块吸声板的大小一致，且每种吸声板均有4块，每块所述吸声板的大小相同。所述吸声板为穿孔板及板后空腔组成的共振吸声结构。
如图1所示，在司机室的背板上，4块所述第一吸声板11分别布放于背板的4个边角位置，4块所述第四吸声板44布放于背板的中心位置，4块所述第二吸声板22与4块所述第三吸声33板分别布放于背板上的其他位置。
如图2所示，本实施例中，所述降噪板根据司机室的顶板和背板的尺寸设计后分别安装于司机室的顶板和背板后，如图1所示，每一块所述吸声板的面积与数量均相同，可得每种所述吸声板面积占比为1/4，声波被单种吸声板吸收的概率则为1/4，吸声板起到的是分流效应，因此多个吸声板之间为并联结构，假设4种吸声板的表面声阻抗为：zp1，zp2，zp3，zp4，根据并联结构的等效电路的理论，得到四种共振吸声板的并联表面声阻抗率zall为：
所述吸声板的吸声系数为：
real(zall)为zall的实部，imag(zall)为zall的虚部。
司机室内安装所述降噪板后，司机室内的平均吸声系数
其中αi和si分别为第i块吸声板的吸声系数和面积，i的取值范围为1-4。司机室的内部声场为扩散声场，由扩散声场的原理，推得其声场是直达声和混响的叠加。因此可根据式(7)求出司机室封闭空间内任意点距声源不同距离处的声压级lpt。
式中lwt为司机室内部声源各倍频带声功率级,单位为db(a)；rtr为房间常数，
司机室内平均吸声系数
由上式可知，隧道内混响空间的声压级大小与声源到测点的距离无关。
假设安装所述降噪板前司机室的室内平均吸声系数为
安装降噪板之前，司机室的内表面为玻璃钢等面板结构，表面无吸声，计算得到司机室的平均吸声系数
通过本发明的噪声控制方法，可以确定司机室内的噪声频率区间以设计m种不同频率区间的吸声板，还可以确定司机室内相应位置的声压，实现对司机室非稳态低频噪声的高效控制。同时，通过本发明的噪声控制方法，获得一种降噪板，根据声压分布将特定频率的吸声板布放在相应位置，可以有效地增加相应频率声波的吸收效果，达到更好的降噪效果。将所述降噪板安装在司机室顶板和背板，得到本实施例的司机室。通过本发明的噪声控制方法中的计算降噪量的方法，能够确定司机室内布放降噪板之前和之后的降噪量，本实施例的结果说明，本发明噪声控制方法具有显著且有效的降噪效果。
本发明所提供的司机室及轨道交通车辆相比传统的司机室和轨道交通车辆，可以进一步提高司乘人员的乘坐舒适性，具有较好的应用效果。
1.一种司机室的噪声控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.获取司机室内声腔的模态频率分布和司机室内各阶模态频率下的声压分布；
b.以第1阶模态频率为司机室的噪声频率的下限，结合司机室轮轨噪声的频率，设定降噪频率区间；
c.将所述降噪频率区间分为m个无重复的频率区间，对应每个所述频率区间设计m种吸声板；
d.基于司机室在各阶模态频率下的声压分布，分析不同模态频率下，司机室内各个位置的声压分布，结合步骤c中各吸声板对应的所述频率区间，确定m种吸声板的布放位置，其中，吸声频率区间最低的吸声板布放于低频模态频率下司机室内声压最低的位置，吸声频率最高的吸声板布放于高频模态频率下司机室内声压最高的位置。
2.如权利要求1所述的司机室的噪声控制方法，其特征在于，司机室内任意点的声压级的差δlpt即为降噪量，其计算公式为：
3.如权利要求2所述的司机室的噪声控制方法，其特征在于，室内平均吸声系数
4.如权利要求3所述的司机室的噪声控制方法，其特征在于，司机室内任意点的声压级lpt的计算公式为
5.一种轨道交通车辆司机室，其特征在于，包括设置于顶板和/或背板上的降噪板；所述降噪板包括m种吸声板，每种所述吸声板对应1个频率区间，m个所述频率区间除了区间端点之外互不重复，且m个所述频率区间的并集与司机室内的降噪频率区间大小一致；其中，所述降噪板上吸声频率区间最低的吸声板分别布放在该降噪板的边角位置；吸声频率区间最高的吸声板布放在该降噪板的中心位置。
6.如权利要求5所述的轨道交通车辆司机室，其特征在于，设置于顶板上的降噪板的形状、尺寸与顶板的形状、尺寸匹配；设置于背板上的降噪板的形状、尺寸与背板的形状、尺寸匹配。
7.如权利要求5所述的轨道交通车辆司机室，其特征在于，司机室任意点的声压级的差δlpt即为降噪量，计算公式为：
8.如权利要求7所述的轨道交通车辆司机室，其特征在于，室内平均吸声系数
9.如权利要求8所述的轨道交通车辆司机室，其特征在于，司机室内任意点的声压级lpt的计算公式为
10.一种轨道交通车辆，其特征在于，采用权利要求5～9之一所述的司机室。
技术总结