（环境科学专业论文）高速铁路与传统铁路噪声对比研究.pdf

浙江大学硕? l 兰垡笙塞 一 - - - - _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ - _ - _ - - _ - - _ _ - _ - _ - _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ l _ - _ _ - i _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - 一一一 a b s t r a c t t h et i m ed o m a i n ，f r e q u e n c ys p e c t r u ma n dt h ea c o u s t i cf i e l dd i s t r i b u t i o no ft h eh i 曲一s p e e d r a i l w a y ( h s r ) n o i s ea l ed i f f e r e n tf r o mt h o s eo f c o n v e n t i o n a lr a i l w a y ( c r ) n o i s e f o rt h i sr e a s o n ， b a s e do nt h en o i s es a m p l ea c q u i r e da ta c t u a lr a i l w a y ，c o m p a r a t i v es t u d yo f t h en o i s ec h a r a c t e r i s t i c s a n ds u b j e c t i v er e s p o n s eo fh s ra n dc rn o i s ew a sc a r r i e do u t a st h er e s u l t ss h o w n ，t h ea c t u a ln o i s ed u r a t i o n ( 乃) o fh s r n o i s ea te a c ht e s tp o i n tw a s6 1 13 5 s e c o n d s ，a n dt do fc rn o i s ew a s16 0 2 5 7s e c o n d s i tw a si n d i c a t e dt h a ts h r n o i s ew a sm o r e s u d d e nt h a nc rn o i s e d u et ot h eh i g hs p e e d ，t h es o u n dw a v ed o p p l e re f f e c to nb o t hs i d e so fh s r w a sq u i t eo b v i o u s w i t ht h ed i s t a n c eb e t w e e nt h ec ra n dt e s tp o i n ti n c r e a s i n g ，t h es p lo fn o i s e d e c r e a s e d h o w e v e r ，t h es p lo ft h en o i s et e s t e da td i s t a n c eo f3 0 5 0m b e t w e e nt h eh s ra n dt e s t p o i n tw a sh i g h e s t ，w h i c hm i g h tb ed u et ot h es o u n di n s u l a t i o no ft h ev i a d u c ts u r f a c ea n d t h es a f e t y b a r so nb o t hs i d e s t h es u b j e c t i v ee v a l u a t i o ne x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a t ，w i t ht h eg r a d u a lr e d u c t i o no f t h e r a i l w a yn o i s e ，t h ea n n o y a n c ea n ds u b j e c t i v ei n t e r f e r e n c e w e r ea l s od e c r e a s e dg r a d u a l l y w i t ht h e s a m e l a 朗，t h ea n n o y a n c ea n ds u b j e c t i v ei n t e r f e r e n c eo f t h eh s rw e r eh i g h e rt h a nt h o s eo ft h ec r c o m p a r e dw i t h 厶忡t l l eo t h e ri n d e x e so f t h et w ok i n d so fr a i l w a yn o i s e ，i n c l u d i n gl a f m 默，l a s m a x ，l c ， l pa n d 三棚+ o 0 0 9l g e q ( l p - l a e q ) ，g o tb e t t e rc o r r e l a t i o nw i t ht h ee v a l u a t i o nr e s u l t s a n dt h ep e a r s o n c o r r e l a t i o nb e t w e e nt h el a s to n ea n de v a l u a t i o nr e s u l t sw a st h eh i g h e s t ，w h i c he x c e e d e d0 9 7 4 i fn o i s ee m i s s i o ns t a n d a r d sw e r en e e d e df o rt h eh s r , i tw a sp r o p o s e dt h a t6 3 d b aa n d5 3 d b a w e r er e a s o n a b l el a c ql i m i t sf o rd a ya n dn i g h t ，r e s p e c t i v e l y i fu n i f o r mn o i s ee m i s s i o ns t a n d a r d so f t h e h s ra n dt h ec rw e r en e e d e d ，l a s m a xw a sr e c o m m e n d e dt ob et h ee v a l u a t i o ni n d e x i na d d i t i o n ，i t w a ss u g g e s t e dt h a t8 0 d b aa n d7 0 d b aw e r er e a s o n a b l e a e ql i m i t sf o rd a ya n dn i g h t ，r e s p e c t i v e l y k e yw o r d s ：h i g h - s p e e dr a i l w a yn o i s e ，c o n v e n t i o n a lr a i l w a yn o i s e ，a n n o y a n c e ，s u b j e c t i v e i n t e r f e r e n c e ，e m i s s i o ns t a n d a r d 浙江人学硕i ：学位论文 致谢 我在研究生( 在职) 期间颇多收获的得来，首先要感谢我的导师翟国庆副教 授! 翟老师治学严谨、学识渊博、见解独特、思维敏捷，在他的谆谆教导下，我 得以如期完成研究生学业及论文撰写，尤其是在硕士学位论文的选题、实验、撰 写和修改过程中，翟老师倾注了大量的精力和时间。当然在此过程中，潘仲麟教 授和张邦俊教授的言传身教、严谨的治学态度、强烈的责任心、渊博的学识，以 及同常生活中对我的关心和支持，无不使我受益匪浅，并将使我终生受用，所以 在此特别向潘老师和张老师致以我最诚挚的感谢和敬意! 其次感谢我们环境物理实验室这个团队的所有成员! 感谢曾经给与我莫大指 导与鼓励的林旗力、李争光等师弟师妹，感谢曾经给与我支持与帮助的周兵、柳 小毅、徐婿、郑碉、贺玲姣、周茜茜、方琳等同门师兄弟姐妹! 在此，再次对所 有给予过我帮助和支持的同学、朋友表示深深的感激。因你们的密切配合和全力 支持，我的实验及论文才得以顺利完成。 最后，衷心地感谢默默支持我的家人和朋友，是他们在精神上给予我的极大 的鼓励和支持，才使我顺利完成在职研究生学业，谢谢你们! 此致 敬礼! 赵杭海 2 0 11 年i2 月 i i j 浙江火学硕 ：学位论文 第1 章引言 1 1 立题背景 随着中国社会经济的不断发展，交通噪声对人们的影响越来越受到公众关注。交通噪声狭 义上指机动车辆在市内交通干线上运行时所产生的噪声。广义上是指汽车、飞机、火车等交通 运输工具在行驶中所产生的噪声。常见的交通噪声问题有机场噪声、铁道交通噪声、船舶噪声 等噪声问题。其中铁路噪声具有受众面广、声能量高的特点，日渐成为老百姓噪声投诉的重点。 最近几年来，我国在高速铁路上投入了大量的人力物力，高速铁路事业得到了快速发展。 截止目前，铁道部投入运营的高速铁路里程达到8 3 5 8 公里，暂居世界第一。我国已成为世界 上高速铁路运营罩程最长、运行速度较快、系统技术较为全面的国家。目前已有的高速铁路 为：京津城际、昌九城际、石太客运专线、长吉城际铁路、胶济客运专线、沪宁高铁、 武广客运专线、郑西高速铁路、温福线、汉宜线、京沪线、福厦铁路，成灌高铁、沪杭 高铁、沪宁城际铁路、广珠城际铁路、海南东环铁路、京沪高速铁路等。到2 0 2 0 年，计 划用6 万亿投资修建5 万公里高速铁路。建成“五纵六横七连线”的主要客运专线骨架，将 全国主要省市区连接起来，形成国家网络大框架。高速铁路的快速发展客观上能推动了中国 经济的快速增长，但大规模高速铁路运营所产生的高强度噪声却对高铁沿线居民生活的产生了 越来越严重的影响，高铁噪声已成为了中国高速铁路发展无法回避的问题。 国内外研究表明，铁路噪声对人体的影响主要可以分为心理干扰和生理功能干扰。人们对 噪声的各种反应中，对人体健康影响最有研究价值的反应是主观烦恼。从理论上讲，主观烦恼 是各种各样外界环境对人们产生不良作用时而产生的一种心理、认识、欲望、情绪上的一种综 合反应。 由于目前仅有法国、日本及中国等国拥有商业运行的高速铁路，可供开展调查研究的场所 较少，因此目前国内外对高速铁路噪声影响的研究相对偏少，尤其是主观烦恼与主观干扰，更 是鲜有报导。高速铁路动车在高速运行时产生的噪声与一般的低速普通轮轨铁路动车存在一定 差异。高速铁路在运行过程中产生的噪声主要包括4 类：动力系统设备噪声、轮轨噪声、振动 激发的二次结构噪声以及空气动力学噪声。这四种噪声源中，空气阻力噪声所占比例相对较大， 其噪声频谱以低频成分为主，高、中频噪声能量较弱【”l 。此外，由于速度上的特殊性，高速 铁路列车在通过测量界面时间较短，其在时间历程上表现出很强的突发性，通常认为突发性很 强、上升时间很短的噪声容易引起“惊吓”，在主观上比稳定噪声更易引起烦恼 4 - 5 。 4 浙江大学硕 ：学位论文 我国至今尚未颁布高速铁路噪声排放限值，环保部门与规划部门在评价高速铁路噪声影响 时仍沿用铁路边界噪声限值及其测量方法( g b1 2 5 2 5 9 0 ) 【6 】。我们在实际工作中发现，由 于该标准是针对传统铁路制定的，应用于高速铁路可能存在一定缺陷，所以需要专门针对高速 铁路噪声影响开展调查。然而，我国第一条高速铁路建设至今仅过了3 年多，并且在这3 年多 间，随着城市化进程的发展，人口的流动性较大，这些因素都不利于开展社会调查研究。 综上所述，通过开展高速铁路噪声研究，客观评价高速铁路噪声对沿线居民的生理及心理 影响，可为高速铁路线路规划以其噪声的排放限值的制定等提供理论依据，从而对保护沿线居 民身心健康具有重要的现实意义7 。9 1 。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 传统铁路噪声与高速铁路噪声的区别 据国际铁路联盟( u i c ) 的定义，高速铁路是指通过改造原有线路，使营运速率达到每小 时2 0 0 公里以上，或者专门修建新的“高速新线”，使营运速率达到每小时2 5 0 公里以上的铁路 系统1 7 。高速铁路具有高速、高架、电气化等特点，其噪声主要由动力系统设备噪声、轮轨噪 声、振动激发的二次结构噪声及空气动力性噪声组成，属于间歇性噪声，具有如下4 个特点【l o 】： ( 1 ) 噪声峰值声级较普通铁路噪声高。当列车速度到达3 0 0 k m h 时，铁路边界处最大等 效声级( l c q ，一) 可达9 0 d b a 。而普通传统铁路边界处最大等效声级( c q ，懈) 远小于9 0 d b a 。 ( 2 ) 噪声声能主要集中在3 1 5 1 2 5 h z 频带范围内，呈现明显的低频特性。由于低频声 衰减较慢，因此高速铁路噪声传播距离较普通传统铁路远。 ( 3 ) 高速铁路多为高架声源，噪声传播过程中受到的阻挡较少，因此影响范围很大。当 高速铁路穿越人口稠密区域时，其噪声影响尤为严重。 ( 4 ) 噪声影响具有累加性。高速列车运行时速很快，通过居民点的时间较短，因此单次 高速铁路噪声对人体的生理影响很小。但长期生活在铁路沿线的居民，受到反复的高速铁路噪 声刺激，噪声影响在人体内累积，最终可能导致人体产生某些病理性变化。 1 2 2 铁路噪声主观效应 铁路噪声和其他交通噪声一样，不仅对动物的繁衍和栖息产生不利影响f l l 】，还对人体的心 理和生理健康构成危害。其中，对人体的心理影响主要表现为主观烦恼，包括注意力、记忆力、 思维能力及睡眠的干扰【1 2 1 ，而生理影响包括造成听力系统、心血管系统及神经内分泌系统等 功能衰竭或障碍，甚至引发病变1 2 - 3 】。 目前，针对铁路噪声的心理及生理影响，国内外从事环境学、职业卫生与环境学及神经生 浙江人学硕十：学位论文 理学研究的科研人员从不同的角度开展了大量的研究。环境学及职业卫生与环境学研究人员主 要通过对铁路沿线居民开展问卷调查及流行病学调查，从而确定铁路噪声对居民的影响程度。 f i e l d s 等【1 3 1 通过对铁路沿线居民的综合社会调查得出：主观烦恼随噪声增大而增加，且等效声 级相同情况下，铁路噪声相比飞机噪声和道路交通噪声所带来的主观烦恼小。m o e h l e r l l 4 j 综述 了铁路噪声影响的社会调查类文献，文中总结出：等效声级相比峰值声级和频带声压级更适合 评价铁路噪声的主观影响；铁路噪声在主观烦恼方面的影响主要在于干扰语言交流，而睡眠等 其他干扰并没有达到严重程度；居民对铁路的态度及其居住环境等因素对社会调查结果存在较 大影响；等效声级相等情况下，铁路噪声的烦恼影响相比道路噪声小。s 6 r e n s e n 】通过社会调 查发现烦恼程度与列车通行数量相关：当列车同通行量小于5 0 辆且最大声级低于8 5 d b a 时， 烦恼程度很小；当列车日通行量大于6 0 辆时，烦恼程度随等效声级的增加而增加。k u r r a m 通过主观烦恼实验研究了道路噪声、铁路噪声及飞机噪声对人体的主观烦恼影响，得出交通噪 声剂量与主观烦恼度关系图。o h r s t r t i m t l 。7 】调查研究发现，等效声级低于5 5 d b 且最大a 声级低 于8 0 d b 情况下，高烦恼人群比率小于5 。l i m 1 8 1 调查发现韩国铁路沿线居民噪声影响主观烦 恼程度与日本居民类似，但相对欧洲国家更为严重，其原因为房间与铁路线之间的距离存在差 异。f i e l d s l l 9 1 研究发现等声级条件下，电气化铁路噪声所引起的烦恼较内燃机噪声小。w a l k e r 等1 2 0 1 分析了地下轨道交通结构传声室内噪声的频谱特性，并研究了不同频带及不同背景值条 件下其对人体的主观烦恼影响。t a s s i 等【2 1 2 2 】研究表明长期生活在铁路沿线附近居民的睡眠质 量指数较生活在安静地区的居民低，而心血管反应频率较安静地区居民高。t a s s i 等【2 他2 】还研 究得出货运列车对人体心血管系统的影响较客运列车大，其原因为货运列车通过居民点的持续 时间较长。a a s v a n g 等【2 3 】通过问卷调查验证了烦恼度及睡眠干扰程度与地铁隧道上部建筑内的 结构噪声最大a 声级之间的对应关系。另外，a a s v a n g 等1 2 3 j 还调查研究了铁路噪声剂量与睡眠 干扰之间的关系，结果表明睡眠干扰程度随着铁路噪声夜间等效声级( 三a e q ，n i 出) 及最大a 声 级增大而加重。 1 2 3 高速铁路与传统铁路噪声的比较研究 在制定交通噪声排放标准时，为客观评价噪声对人群的影响，一般采用社会调查法。各国 学者对传统铁路噪声已开展了很多社会调查，并得到了一些公认度较高的结论【2 4 1 。但是由于 目前仅有日本、法国、中国等国拥有商业运行的高速铁路，适合开展高速铁路噪声社会调查研 究的场所较少，相关研究也不多。s h i n k a n s e n 铁路建成于1 9 6 4 年，为调查其噪声对沿线居民 的影响，日本开展了广泛的问卷调查，环境署( e n v i r o n m e n t a la g e n c y ) 并以此为基础选定最 大等效连续a 声级( 慢档) ( 工a s m 戕) 作为评价指标眵5 1 。l a m b e r t 等2 6 1 对法国的t g va t l a n t i q u e 6 浙江大学硕：学位论文 高速铁路沿线居民进行了社会调查，他们发现在昼间，等效连续a 声级( 三a e q ) 最适于预测铁 路噪声主观烦恼，而在夜间，三a e 口高于7 0 d b 的噪声事件数或噪声长度最为适用。c h e n 等【2 。刀 在中国上海磁悬浮铁路沿线开展了社会调查，结果表明a s m 戤比a 朋更适于评价磁悬浮铁路的 噪声影响，并且调查人群的人口统计学变量对噪声主观烦恼影响不大。 为客观评价高速铁路噪声影响，不少学者选择在模拟实际环境的实验室中对比研究传统铁 路与高速铁路( 包括磁悬浮铁路) 噪声主观感受。在现有较为成熟的传统铁路噪声影响模型基 础上，希望根据研究结果得到一个补偿值( b o n u s ) ，以应用于高速铁路噪声。但是到目前为止， 仍未得到公认度较高的结论。f a s t l 与g o t t s c h l i n g 2 她9 1 对等a c 。的传统列车与磁悬浮列车噪声 的响度级进行了主观评价实验，结果表明二者无显著差异。n e u g e b a u e r 与o r t s c h e i d 3 0 1 也通过 实验对二者的响度级及其他主观感受指标进行了研究，结果表明，被试对于磁悬浮列车噪声表 现得更为消极，并且，在a 。q 较高的情况下，等三姻的磁悬浮列车噪声比传统列车噪声显得 响度更高。v o s p i 】对磁悬浮列车与传统列车噪声的主观烦恼进行对比研究，他发现相同佃的 前者主观烦恼度明显高于后者。为了更接近于实际环境，d ec o e n s e l 掣3 2 j 选取了一幢度假别墅 作为实验场所，被试在室内从事一些简单的同常活动，扬声器在室外播放各种列车噪声。声源 暴露结束后，被试对其所听的声音进行主观评价。结果表明，在a 鹎一定的情况下，传统铁路、 高速铁路( 轮轨) 及磁悬浮铁路噪声主观烦恼度之间并未观察到显著差异。 f a s t l 与g o t t s c h l i n 9 1 2 8 - 2 9 1 、n e u g e b a u e r 与o r t s c h e i d l 3 0 1 与v o s t 3 1 】的研究中采用的噪声样本长 度较短，其实验对象可看作列车噪声。而实际环境中，人们感受的却是由多个列车噪声组成的 铁路噪声。列车噪声可以是由一个噪声事件构成的，时间较短；而铁路噪声是由多个噪声事件 构成，各噪声事件之间存在间隔，并可能受到铁路周边自然与社会因素的影响，时间也较长。 d ec o e n s e l 等【3 2 l 的实验所采用的为铁路噪声，实验场所也与实际较为接近。但是，经过建筑外 墙的隔声及室内混响吸声等之后，被试所处位置测得的噪声低于建筑外墙处约2 1 d b a 。实验 中，建筑外墙处测得的暴露噪声1 0 m i n 内上a e q 最高的不超过7 4 d b a ，最低的不到3 9 d b a ，这 就意味着被试所接收到噪声最大不超过5 3 d b a ，最小的甚至低于1 8 d b a ，很显然，过低的声 压级可能会影响被试的判断。此外，被试在实验过程中无法看见列车的经过，这也将影响被试 的注意力。 1 2 4 各国不同的铁路噪声标准 完整的铁路噪声标准体系包括3 个层次，即针对铁路运输噪声源的设备噪声排放标准、敏 感受声点的铁路噪声入射标准和以保证声环境功能与质量为主要目的声环境质量标准 6 1 。我国 铁路设备噪声排放标准中与外环境相关的标准为铁道机车辐射噪声限值( g b1 3 6 6 9 9 2 ) ， 7 浙江大学硕十学位论文 该标准规定距轨道中心线2 5 m 、高于轨面3 5 m 处，电力机车噪声不超过9 0 d b a ，内燃机车噪 声不超过9 5 d b a 。我国现行受声点铁路噪声入射标准为铁路边界噪声限值及其测量方法( g b 1 2 5 2 5 9 0 ) ，此标准规定我国既有铁路外侧轨道中心线3 0 m 处，昼间和夜间等效声级均不得超 过7 0 d b a 。但根据国家环保部2 0 0 8 年第3 8 号公报发布的g b1 2 5 2 5 - 9 0 修改方案，对于2 0 11 年1 月1 日起环境影响评价文件通过审批的新建铁路项目，铁路边界处昼间等效声级限值为 7 0 d b a ，而夜间等效声级限值更改为6 0 d b a 。根据声环境质量标准( g b3 0 9 6 - 2 0 0 8 ) ，我国 2 0 11 年1 月1 日起新建铁路干线两侧区域执行等效声级昼间7 0 d b a 、夜间6 0 d b a 的标准限值， 此标准限值与g b1 2 5 2 5 9 0 修改方案相同，但测量点不限于铁路边界处。当前，欧盟、日本及 美国等国家既有铁路噪声标准限值大多取等效声级在6 0 - 6 8d b a 之间，相比我国较为严格。 下面两个表格分别为日本和德国的高速铁路与磁悬浮铁路噪声标准 3 3 , 3 9 ： 表1 1日本新干线噪声标准 功能区最大声压级，a s 。貅d b a 1 3 研究目的、意义和内容 1 3 1 研究目的 最近几年来，我国在高速铁路上投入了大量的人力物力，高速铁路事业得到了快速发展。 高速铁路的快速发展大大提升了我国客运水平，刺激了经济的快速增长，但高速铁路噪声对沿 线居民生活的影响愈来愈大，已成为限制高速铁路发展的一大瓶颈。同时，我国尚且没有针对 高速铁路噪声而专门设立的高速铁路噪声标准，原有铁路噪声标准是否适用高速铁路噪声还有 8 浙江大学硕j ：学位论文 待进一步研究论证。现今民众生活品质日益提升，要求居住安宁环境标准越来越高，环保主管 机构受民意压力，未来制定的标准将日趋严格；因此，通过开展对高速铁路噪声的特性研究， 客观评价高速铁路噪声对沿线居民产生的烦恼度和干扰度，是保护沿线居民身心健康的客观要 求，也是我国高速铁路科学发展的必然要求。 1 3 2 研究意义 当前铁路噪声影响评价侧重于对长期居住在铁路沿线附近居民进行社会调查和流行病学 调查。但是，社会调查及流行病学调查受居民生理、心理状况及其文化水平高低等因素制约， 得出的结论不能确切地反映铁路噪声的实际影响，同时也较难获得噪声强度与生理、心理影响 之间的对应关系。以往在实验室可控条件下进行的噪声生理效应研究，多以宽带白噪声作为暴 露声源，声波功率谱密度不随频率改变，相关研究结果不能很好地反映环境噪声的实际影响， 而暴露于实际噪声环境( 如工厂车间) 的受体生理效应研究，往往因为影响要素较多，很难界 定噪声的实际影响。高速铁路噪声社会调查的实际难度在于现阶段高铁路段周边住户较少，且 很大一部分住户为租房户，人口流动行较大；因此，本论文通过查阅国内外噪声生理效应相关 文献，在实验室可控条件下，对铁路噪声暴露对人体产生的烦恼度和干扰度开展研究，探求不 同距离下高速铁路和传统铁路噪声暴露对人体产生的烦恼度和干扰度之间的关系，可为我国高 速铁路线路规划以其噪声的排放限值的制定等提供科学参考依据。 1 3 3 研究内容 本研究以沪杭高速铁路和浙赣铁路杭金段传统铁路实际采样噪声为声源样本，进过样本处 理，选取大学生志愿者作为噪声暴露对象，开展铁路噪声与人体烦恼度和干扰度的相关实验， 具体包括以下方面： ( 1 ) 高速铁路噪声样本和传统铁路噪声样本的采样与分析； ( 2 ) 将采样好的高速铁路噪声和传统铁路噪声进行编排调制，调整成若干噪声暴露强度 的实验样本； ( 3 ) 召集志愿者开展噪声暴露实验，填写高速铁路噪声烦恼度和干扰度表格，确定高速 铁路噪声在不同暴露距离下人体主观感受变化情况； ( 4 ) 对志愿者做噪声暴露实验，填写传统铁路噪声烦恼度和干扰度表格，确定传统铁路 噪声在不同暴露强度下人体主观感受变化情况： ( 5 ) 比较高速铁路与传统铁路噪声主观评价结果；探索适用于高速铁路噪声以及两种铁 路噪声的排放标准及评价指标。 9 浙江大学硕士学位论文 2 1 声源及相应设备 2 1 1 噪声采样软件及设备 第2 章实验设计 图2 1b e a da n a l y s e ra r t e m i s1 0 0圈乞2 实验播放设备及软件界面 2 1 1 2s a m s u n gn c l 0 便携式上网本 三星公司( s a m s t m g ) 生产的s a m s u n gn c l 0 便携式上网本( 见图2 2 ) 采用i n t e la t o mn 2 7 0 1 6 g 处理器和i n t e lg m a 9 4 5 g s e + i c h 7 m 主板芯片组，内存容量1 0 2 4 m b ，硬盘容量1 6 0 g b ， 1 0 2 英寸w s v g a 显示屏( 1 0 2 4 x 6 0 0 ) ，集成i n t e lg m a 9 5 0 显卡。该上网笔记本运行噪声小， 重量轻巧，仅为1 3 3 k g ，并配备6 芯锂电池，有较强续航能力。 2 1 1 32 4 位数字人工头采集系统h m si v 德国h e a da c o u s t i c s 公司生产的2 4 位数字人工头采集系统h m s i v ( 见图2 3 ) 直接可以 采集数据并将其存储到人工头内部存储卡中，并且可以直接回放存储卡中的数据文件。r c i v - 蓝牙远程控制系统可以帮助客户实现对h m s i v 所有功能的远程控制。该系统接口包括： u s b 2 0 、a e s e b u 、脉冲输入、r s - 2 3 2 、模拟量输出。h e a d p h o n e 耳机输出接口，可以接耳 机用来回放或监听。h m s i v 头顶有螺纹空，目的是用来固定附属设备，比较常用的如激光定 位设备三相激光定位仪，可以精确的实现h m s 的空间位置。 1 0 浙江大学硕士学位论文 蚪鬻 兰 图2 32 4 位数字人工头采集系统h m s i v 2 1 2 高速铁路噪声采样 高速列车噪声样本采集地点位于沪杭高速铁路沿线一处空旷地带，距铁路外侧轨道中心线 4 0 0 m 范围内无明显干扰噪声源。列车为高速列车，经过此段线路时，速度为3 0 0 圭1 0 k m h 。为 反映噪声在实际环境中衰减特性，一般选择在距离铁路不同位置处设置采点。v o s 0 1 】的实验中， 选取了2 5 m 、5 0 m 、1 0 0 m 这三个距离，而d ec o e n s e l 等阎的实验中，还多了2 0 0 r e 。k u r r a 1 6 】 对铁路噪声的实验中，却只选取了3 0 m 、1 0 0 m 这两个距离。g b12 5 2 5 9 0 将铁路边界定义为 距铁路外侧轨道中心线3 0 m 处。综合考虑上述方案，我们选取距铁路外侧轨道中心线2 0 m 、 3 0 m , 5 0 m 、1 0 0 m 、2 0 0 m 五处作为采样点。采样时，人工头双耳距离地面1 2 m ，距反射物不 小于l m ( g b1 2 5 2 5 9 0 ) 。此外，另安排一人用d v 将列车经过的画面录制下来。采样照片见 图2 4 。 图2 4 高速铁路噪声采样照片 注：采样选取的高铁列车皆为3 节，长度为2 0 0 米，速度皆为3 0 帕：10k l l l h ； 浙江大学硕士学位论文 2 1 3 传统铁路噪声采样 传统列车噪声样本采集地点位于浙赣铁路杭州至金华段沿线一处空旷地区，距铁路外侧轨 道4 0 0 m 范围内无明显干扰噪声源。列车为传统列车，经过此段线路时，速度为1 2 0 士l o k m h 。 采点位置及采样方法与高速列车采样时相同。采样照片见图2 5 。 圈2 5 传统铁路噪声采样采集照片 注：采样选取的普通列车皆为1 5 节，长度皆为4 0 0 米，速度皆为1 2 0 - a ：1 0k m l l ； 2 2 实验室布置 实验室为长宽高分别为6 2 m x 3 2 r e x 3 2 m 的模拟办公室，采取良好隔声处理，墙壁采用加 气混凝土。室内对称放置办公桌椅，p e qv 数字均衡器、h d ai v 1 头戴式耳机信号分配放大 器及s a m s u n gn c l 0 便携式上网本叠放于中央离地约0 5 m 高的桌子上，评价者坐在距声源及 液晶播放屏幕相同的位置上，配戴p e qv 专用h di v 1 耳机，完成主观烦恼度评价实验。图 2 6 为实验室布置平面图。 实验室的本底环境噪声连续等效a 声级为2 6 5 d b a ，1 3 倍频程详见表3 ，运行各种实验 设备后的环境噪声连续等效a 声级为2 7 1 d b ，1 3 倍频程详见表2 1 。 1 2 浙江大学硕l ：学位论文 图2 6 噪声实验室布置平面图 表2 1 实验室本底及设备运行时环境噪声1 3 倍频程声压级 1 3 倍频程中心声压级( 本声压级( 设备运1 3 倍频程中心卢压级( 本声压级( 设备运 频率h z 底) d b a 行时) d b a频率h z 底) d b a 行时) d b a 1 2 53 5 33 8 5 5 0 0 1 1 11 3 8 1 63 3 74 2 56 3 01 3 11 3 o 2 03 2 42 7 78 0 09 0l1 5 2 53 1 13 0 61 0 0 01 0 41 5 1 3 1 52 7 72 9 91 2 5 01 5 31 4 2 4 02 2 22 4 51 6 0 01 1 o1 0 7 5 03 0 42 5 52 0 0 01 1 91 1 6 6 32 6 51 9 92 5 0 01 6 21 4 9 8 02 3 71 7 63 1 5 01 2 71 1 7 1 0 0 2 8 72 7 94 0 0 01 3 7 1 2 7 1 2 52 4 82 6 95 0 0 01 6 61 5 4 1 6 03 4 32 9 66 3 0 01 5 11 4 1 1 3 浙江大学硕上学位论文 2 0 02 8 9 2 4 28 0 0 01 5 81 4 8 2 5 01 6 72 1 31 0 0 0 01 7 21 6 2 3 1 51 5 92 3 21 2 0 0 01 7 11 6 1 4 0 01 6 61 6 11 6 0 0 01 7 71 6 7 2 3 实验对象 共招募了1 0 2 位在校大学生参加听力测试( i s o3 9 8 8 ) ，并选取了听力正常的8 0 位作为实 验被试，年龄为2 3 + 2 ，男女比例为1 ：1 ，并且所有被试均无居住铁路沿线的经历，也无噪声投 诉经历。 2 4 实验设备 2 4 1a r t e m i s 高级声品质分析软件 德国h e a da c o u s t i c s 公司研发的a r t e m i s 是通用分析软件，因其友好的用户界面和领先的技 术成果被广泛应用于声学和振动研究各个领域。h e a da c o u s t i c s 公司现已开发出a r t e m i s l 0 0 版 本。该软件具有同时分析多通道噪声信号的功能，包括1 n 倍频程、f f t 、级值随时间、时域信 号的多通道实时分析，响度的计算，阶次分析等，此外，它还具有回放、心理声学分析和高级 心理学分析等功能。 2 4 2c a d n a a 噪声预测软件 c a d n a a 软件是德国d a t a k u s t i k 公司开发的一套基于i s 0 9 6 1 3 标准方法、利用w i n d o w s 作 为操作平台的噪声模拟和控制软件。作为国家环保总局环境评估中心推荐的噪声预测软件， c a d n a a 软件适用于工业设施、公路、铁路和区域等多种噪声源的影响预测、评价、工程设计 与控制对策研究。已广泛应用于多种噪声源如：工业设施、公路和铁路、机场及其他噪声设备 的预测评价工作，逐渐被环境评价领域的专家学者所接受。 2 4 3p e qv 数字均衡器 德国h e a da c o u s t i c s 公司生产的p e qv 数字均衡器是目前国际上最先进的数字均衡器之 一，其频响范围为o - - 2 0 k h z ，可处理2 4 位信号。该耳机回放均衡器包括线性均衡( l i n ) 、无 指向性均衡( i d ) 、自由场均衡( f f ) 、扩散场均衡( d f ) 以及用户特殊定义的均衡( u s e r ) 。 2 4 4h d ai v 1 头戴式耳机信号分配放大器 德国h e a da c o u s t i c s 公司生产的h d ai v 1 头戴式耳机信号分配放大器适用于动态型耳机， 1 4 浙江人学硕t ：学位论文 动态范围1 2 5 d b ，可接4 个h di v 1 耳机。 2 4 5p e q v 专用h di v 1 耳机 p e qv 专用h di v 1 耳机采用德国森海塞尔公司( s e n n h e i s e r ) 生产的h d 6 0 0 耳机，该耳 机是一款高质量的开放式动态型h i f i 专业立体声耳机，采用全封闭头戴式设计，在使用的时 候能够良好地隔绝外界声音。频响范围1 2 3 9 0 0 0 h z ，阻抗高达3 0 0 t 2 ，声压级为9 9 d b ，耳机 连线采用了3 米的单边无氧铜。耳罩拥有符合人体工程学设计的护挚，佩戴的时候能够完美契 合人体耳部轮廓，非常舒适。专用于p e qv 的每一个耳机均经过校准，p e qv 插口与h di v 1 耳机一一对应。 2 4 6 实验播放设备连接图 实验播放设备连接图见图2 7 。 i s a m s t m gn c i o 卜蜘本( a n e m i s l o o ) 上 i p e q v 数宁均衡器 上 i h d ai v i 头戴式耳机信号分配放大器 上 i h di v ! 耳机 图2 7 实验播放设备连接图 浙江大学硕士学位论文 第3 章实验方法 3 1 噪声样本评价 3 1 1 评价样本制作 样本处理采用的是a r t e m i s1 0 0 软件( 德国h e a da c o u s t i c s 公司) 。经过软件分析，一趟 高速列车经过时辐射的噪声长度约为1 5 2 0 s ，传统列车辐射的噪声长度约为3 5 - - 4 0 s ，因此， 为包含整个噪声事件，将两种噪声样本长度截为4 5 s 3 1 。2 】。在以下分析计算过程中，因为双耳 采集的声样本包括了左通道与右通道，左右声道声压级会有所差异，为了方便计算，我们通过 式( 1 ) 将其统一为1 个声样本声压级( n i l s s o n 等) 3 4 1 。 厶：i g 半 ( 1 ) 式中，上s 表示声样本声压级d b a ，h 表示声样本左声道声压级d b a ，l r 表示声样本右声道声 压级d b a 。 测试样本长度会直接影响主观评价结果f 3 引。本文研究的是铁路噪声，测试样本必须有适 当长度，并包含若干噪声事件。k u r r a l 3 6 1 、v o g t t 3 7 1 、d ec o e n s e l 等【3 2 】、s a n d r o c k t 3 8 1 等针对铁路、 飞机及重型汽车等具有突发特性的交通噪声主观评价实验中，所选择的样本长度为1 0 3 0 m i n 。 其中k u r r a 1 6 1 的实验选择了3 0 m i n ，且被试需要完成2 项任务，其他实验中被试仅需完成l 项 任务或无任务。因此，我们选择1 5 m i n 作为样本长度。 目前，测试样本中包含的噪声事件数，即列车噪声的个数对主观烦恼的影响仍无定论，但 , - - i p a 肯定的是其影响小于声压级【16 1 。g b1 2 5 2 5 9 0 中规定铁路边界处1 小时三a e q 限值为7 0 d b a ， 通过软件分析3 0 m 处采集的列车噪声样本，当列车流量为2 4 辆1 1 时，姻约为7 0 d b a 。并且， 通过查阅我国列车时刻表发现，该车流量接近于高峰期铁路实际车流量。因此，将1 5 m i n 的测 试样本中包含的列车噪声数目定为6 。此外，该车流量与k u r r a 1 6 1 、d ec o e n s e l 等【3 2 】等人选取 的车流量也一致。 实验使用h e a da n a l y s e ra r t e m i s1 0 0 软件中的h e a da n a l y s e ra r t e m i s 组件将导入的5 个高速铁路实验声样本原始材料分别调制成三a 值为5 3 6d b a 、5 8 4d b a 、6 2 7d b a 、6 8 3d b a 、 7 5 1d b a 的5 个声样本，将导入的5 个传统铁路实验声样本原始材料分别调制成三a e a 值为5 3 9 d b a 、5 8 6d b a 、6 4 4d b a 、7 1 3d b a 、7 6d b a 的5 个声样本。 1 6 浙江大学硕士学位论文 3 1 2 实验任务 噪声暴露结束后，被试需要通过填写问卷对自己所听到的铁路噪声进行主观评价。本研究 选用的主观评价指标为主观烦恼与主观干扰，评价方法包括数字等级法与语义细分法。数字等 级法中，0 代表 n o ta ta l l ”，1 0 0 代表 e x t r e m e l y ”，要求被试从0 - 1 0 0 中选择1 个数字来描述自 己对所听到的铁路噪声主观感受。语义细分法中，要求被试在5 个描述等级( n o ta ta l l ，s l i g h t l y , m o d e r a t e l y , v e r y , e x t r e m e l y ) 中选取1 个等级来描述自己的主观感受( g b z2 1 2 3 3 - 2 0 0 7 i s o t s 1 5 6 6 6 ：2 0 0 3 ) 。考虑到被试为在校大学生，均可使用中英文，为避免描述等级在2 种语言中出 现的细微语义差别，因此问卷中出现的描述等级用中英文都进行了标注。评价表格见附录。 3 1 3 评价表格( 见附录) 图3 1 主观评价实验照片 1 7 浙江大学硕士学位论文 第4 章实验结果分析与讨论 4 1 高速铁路与传统铁路噪声特性分析 4 1 1高速铁路与传统铁路噪声声场分布对比 经过软件分析，一趟高速列车经过时辐射的噪声长度约为1 5 2 0 s ，传统列车辐射的噪声 长度约为3 5 - - 4 0 s ，因此，为了测试用声样本能包含整个噪声事件，将两种噪声样本长度截为 4 5 s 1 3 1 3 2 1 。 用h e a da n a l y s e ra r t e m i s1 0 0 软件对截取的高速铁路和传统铁路噪声样本进行分析( 单 趟列车驶过的情况) ，分别得到高速铁路和传统铁路噪声样本在3 0 米距离处的上a 。q 值，根据所 得到的z 棚值，使用c a d n a a 噪声预测软件计算出高速铁路和传统铁路噪声源强厶蜘值，再 进行声场模拟； 计算得高速铁路噪声样本在3 0 米距离处的a a 口_ 8 0 0 7 d b a ，声场的水平和垂直分布状况 见图4 1 和图4 2 ； l s j9 0d bls o $ 5d bl s 叭l b _ w 一5d b 豳4 1 高速铁路噪声声场水平分布模拟图 1 8 说明：五个标注点按距离远近分别为2 0 米、3 0 米、5 0 米、1 0 0 米和2 0 0 米；高铁高架桥 高度为1 5 米；颜色越深，表明噪声值越大，相邻色系相差5 d b a ，相邻线条相差l d b a ： 9 0 d bi l l i i l8 0 ，s sc i bi i i i l _ 。s 。$ 0 d bi l l i l 一( j 一一5 d b 图4 2 高速铁路噪声声场剖面分布模拟图 计算得传统铁路噪声样本在3 0