一种多梯度声学黑洞式地铁车内降噪器及其参数匹配方法与流程

本技术涉及轨道交通噪声控制领域，具体而言，涉及一种多梯度声学黑洞式地铁车内降噪器及其参数匹配方法。

背景技术：

1、城市轨道交通车辆在浮置板轨道、小半径曲线、过渡段以及轮轨表面状态变化区段运行时，车内噪声具有明显的线路工况相关性。轮轨滚动噪声、钢轨波磨、车轮多边形、转向架区域结构振动传递以及车体声腔响应共同作用，可在63 hz、80 hz、100 hz、125 hz、160 hz、200 hz和250 hz等低频或中低频三分之一倍频程频段形成声压级峰值。不同车型、速度、轨道结构和轮轨状态下，峰值频率、峰值数量和车内高贡献区域均会发生变化。

2、现有车内降噪措施包括多孔吸声材料、地板隔声垫、阻尼贴片、车体密封和局部微穿孔吸声结构等。普通多孔材料在中高频有效，但在车内有限厚度条件下难以处理63 hz至250 hz低频噪声。单一微穿孔板、亥姆霍兹型吸声器或膜式吸声器可以形成低频吸声峰，但普遍存在有效频带窄、调谐参数固定、线路变化后适配性下降的问题。

3、多梯度声学黑洞结构通过不同斜率、长度和间距的梯度插板形成多个等效声腔，使声能沿梯度路径聚集，并通过多孔耗能材料的黏滞损耗和热损耗耗散。若仅将常规多梯度声学黑洞模块直接布置到车辆内饰背部，仍存在三个不足：第一，模块内部结构固定，更换线路、车型或运行速度后难以重新调谐；第二，多个声腔参数同时变化，缺少与目标频谱峰值一一对应的结构编码规则；第三，模块安装位置通常凭经验确定，未把车内空间声场贡献度纳入参数匹配过程。

4、为此，本发明提出一种多梯度声学黑洞式地铁车内降噪器及其参数匹配方法。其核心并非简单叠加微穿孔板、背腔和多孔材料，而是在固定外形尺寸内设置可抽换的频谱编码声腔盒、可滑移调深的分区背腔以及可拆换阻抗调节组件，并根据车内噪声频谱和空间声场贡献度完成声腔盒编码、结构参数优化和安装位置联合匹配。

技术实现思路

1、本发明针对现有地铁车内低频噪声控制装置结构参数固定、难以随线路和车型变化快速调谐，以及低频吸声结构体积受限难以同时覆盖多个车内噪声峰值的不足，提供一种多梯度声学黑洞式地铁车内降噪器及其参数匹配方法。

2、本发明实施例第一方面提供了一种多梯度声学黑洞式地铁车内降噪器，包括外框架；

3、所述外框架朝向车内声场的一侧连接有微穿孔面板；

4、所述微穿孔面板的背侧设置有可抽换的阻抗调节片，用于修正声阻与声质量；

5、所述外框架内部可抽换地安装频谱编码声腔盒；

6、所述微穿孔面板与所述频谱编码声腔盒之间形成背腔，所述背腔内设置有至少一块隔板，所述隔板用于将所述背腔分隔为多个子背腔，所述子背腔用于将不同的声能导向对应的频谱编码声腔盒；

7、所述频谱编码声腔盒内部设有多组梯度插板并填充有多孔耗能材料，所述梯度插板用于形成梯度声道，所述多孔耗能材料用于耗散声能。

8、优选地，可通过滑动所述隔板可调节各子背腔的深度，用于改变各子背腔的共振频率。

9、优选地，所述频谱编码声腔盒通过不同结构参数的所述梯度插板形成不同的目标降噪频段。

10、优选地，至少一个所述子背腔的入口处设有柔性膜片，用于补充所述频谱编码声腔盒的低频吸声。

11、本发明实施例第二方面提供了一种多梯度声学黑洞式地铁车内降噪器的参数匹配方法，包括以下步骤：

12、步骤s1、获取车内测点的声压级频谱，计算所述声压级频谱上的每个候选频率的峰值突出量，若所述候选频率的峰值突出量超出第一预设阈值，且与相邻频段间的声压级差值超出第二预设阈值，则将该所述候选频率纳入目标峰值频段集合；

13、步骤s2、根据所述目标峰值频段集合划分不同频段的频谱编码声腔盒；

14、步骤s3、构建目标频段综合降噪评价指标，以指标值最大化为目标确定在降噪器结构参数初始区间进行搜索，确定降噪器的最优结构参数；

15、步骤s4、若所述最优结构参数下的降噪器未达到预设吸声要求时，则根据失配特征调整结构参数并重新进行优化；

16、步骤s5、获取车内可安装的候选位置，计算每个候选位置配置所述不同频段的频谱编码声腔盒时降噪器的单位面积降噪贡献度，在满足安装约束条件下，确定安装位置集合及各安装位置处降噪器中频谱编码声腔盒的频段。

17、优选地，获取车内测点的声压级频谱，计算所述声压级频谱上的每个候选频率的峰值突出量，具体为：

18、在车内布置至少三个测点，采集各测点在目标运行区段的声压时程，进一步获取声压级频谱；

19、计算声压级频谱上每个候选频率的峰值突出量，表达式为：

20、

21、式中，为候选频率的峰值突出量，为测点序号，为第个测点的权重，为第个测点中候选频率的声压级，为第个候选频率，为基准声压级。

22、优选地，所述目标频段综合降噪评价指标的表达式为：

23、

24、式中，为在结构参数下的目标频段综合降噪评价指标值，为吸声性能的权重，为候选频率序号，为第个候选频率的权重，为第个候选频率，为在结构参数下降噪器在处的吸声系数，为车内降噪效果的权重，为在结构参数下降噪器在处的声压级降低量，为声压级降低基准值，为隔声性能的权重，为在结构参数下降噪器在处的声传输损失，为声传输损失基准值，为阻抗失配的权重，为在结构参数下降噪器与空气声场间的阻抗失配程度，为厚度约束惩罚的权重，为在结构参数下降噪器超出厚度约束的惩罚值，为质量约束惩罚的权重，为在结构参数下降噪器超出质量约束的惩罚值。

25、优选地，所述降噪器结构参数初始区间至少包括：

26、不同频段的频谱编码声腔盒的梯度插板数量、首块长度、末块长度、插板间距及折叠声道等效长度，多孔耗能材料的流阻及填充厚度，微穿孔面板的孔径、穿孔率及板厚以及子背腔深度。

27、优选地，步骤s4通过如下迭代方式进行：

28、若吸声峰频高于目标频率，则增大对应频谱编码声腔盒的折叠声道等效长度或对应子背腔的深度；若吸声峰频低于目标频率，则执行相反操作；

29、若归一化表面声阻抗的实部大于1，则减小多孔耗能材料的流阻或增大微穿孔面板的穿孔率；若归一化表面阻抗的实部小于1，则执行相反操作；

30、若归一化表面声阻抗的虚部为正且绝对值超过第三预设阈值，则增大对应频谱编码声腔盒的折叠声道等效长度或对应子背腔的深度；若归一化表面声阻抗的虚部为负且绝对值超过第三预设阈值，则执行相反操作；

31、每次迭代以当前解为中心，将参数搜索区间进行缩小，直至目标频段综合降噪评价指标的提升幅度小于1%或达到预设迭代次数。

32、优选地，步骤s5，具体为：

33、将车内可安装区域离散为多个候选位置，计算每个候选位置配置不同频谱编码声腔盒时的单位面积降噪贡献度，表达式为：

34、

35、式中，为在候选位置安装编码为的频谱编码声腔盒时的单位面积降噪贡献度，为测点序号，为候选频率序号，为第个测点的权重，为第个候选频率的权重，为在候选位置安装编码为的频谱编码声腔盒时，第个测点中候选频率的声压级下降幅度，为候选位置的可用安装面积；

36、在满足安装约束的条件下，优先选取单位面积降噪贡献度前30%的候选位置作为安装位置，并确定各安装位置处降噪器中频谱编码声腔盒的频段。

37、本技术至少具有如下优点或有益效果：

38、（1）本发明将频谱编码声腔盒作为可抽换的最小调谐单元，形成多级可调结构。当线路、车型或运行工况变化导致车内噪声频谱改变时，仅需更换声腔盒、滑动隔板或替换调节片即可完成降噪频段的重构调谐，无需整体更换降噪模块或改动车辆内饰安装结构，显著降低既有车辆改造难度与维护成本。

39、（2）本发明通过分区背腔的深度独立调节、节流连通孔的声能交换以及阻抗调节片的阻抗匹配修正，在有限安装厚度条件下，既能对63hz~250hz低频噪声峰值进行定向调谐，又能通过多子背腔协同和受控声能交换展宽有效吸声频带，同时降低单一窄带吸声峰对制造偏差的敏感性，兼顾低频控制能力与工程鲁棒性。

40、（3）本发明提出的参数匹配方法将噪声峰值识别、归一化阻抗评价、目标频段权重分配、失配诊断与参数边界更新、空间贡献度布置纳入闭环流程。通过空间贡献度量化评价不同安装位置与不同声腔盒编码的组合效果，在满足多约束条件下优先布置高贡献区域，减少凭经验铺设吸声材料导致的低效占用，使降噪资源分配更加高效合理。