【摘要】地铁车站中存在诸多噪声污染，而风机是最大的噪声来源，风机系统中的消声器是主要的降噪措施。本文介绍了地铁车站中目前既有的消声器材料耐候性随着时间的推移而消声性能降低的问题，从而提出一种新型消声器的材料和结构。这种新型消声器材料针对传统的消声器材料有较强的替代性，为消声器的研究应用提供一种方向。
【关键词】地铁车站；消声器；材料；结构；优化
1、前言
地铁车站内对周围环境产生噪声污染的噪声源主要有列车运行噪声、风机、水泵、冷水机组等，风机噪声是主要的噪声源之一，而消声器是地铁车站系统的主要降噪措施。传统片式消声器的消声片由金属穿孔板内填含包覆层的玻璃纤维棉构成。目前经过应用发现由于玻璃纤维棉耐候性差，长期使用后材料容易出现板结、纤维断裂，造成吸声性能的显著降低，从而影响消声器的降噪效果。本文主要围绕地铁车站风机系统的消声器，进行材料的优化比选论证，并对进、排风土建风道内的消声器进行结构方面的优化，供今后的地铁车站风机系统消声器设计提供参考。
2、新、旧消声器实验室小样测试
通过对上海多条已运营的轨道交通地铁车站排风通道调研，发现既有各车站的排风通道均有所不同，消声器结构也不完全具备可比性，难以通过对新建排风通道消声器和已使用十年以上的排风通道消声器进行传递损失的测量和比较得出准确结论。为此，课题组经过讨论，调整测试方案，按实际排风通道结构消声器的消声片片距、片厚，加工四套消声器小样，其中两套分别以新、旧（新指“材料为未经使用”，旧为“材料使用年限超过十年”，下同）玻璃棉材料为吸声材料的消声器、另两套分别以新、旧泡沫铝材料为吸声材料的消声器，进行插入损失的实验室测量，四套小样的测试方法和小样的制备过程相同，以比较玻璃棉材料和泡沫铝材料的吸声特性以及耐候性对吸声特性的影响。
对四种的消声器均测试插入损失模型，测试依据《GB/T 4760-1995声学消声器测量方法》进行。
测试消声器为片式消声器，片距、片厚采用排风通道结构消声器的通用尺寸，均为25cm，限于实际试验条件，消声器总尺寸为1.25m（W）×1.0m（H）×1.94m（L），其中长度包含气流导流片长度，实际消声长度为1.5m。
测试结果见图2～图4。
对于所进行试验的消声器，在5m/s的风速下，插入损失大于10dB的频带范围：泡沫铝消声器为200～630Hz，带穿孔板护面的玻璃棉消声器（无包覆层）为200～800Hz，有多层包覆层的带穿孔板护面层玻璃棉消声器为200～630Hz；峰值插入损失：泡沫铝消声器为18dB，带穿孔板护面的玻璃棉消声器（无包覆层）为25dB，有多层包覆层的带穿孔板护面层玻璃棉消声器为15dB；峰值频率，泡沫铝消声器为315Hz，带穿孔板护面的玻璃棉消声器（无包覆层）为200Hz，有多层包覆层的带穿孔板护面层玻璃棉消声器为500Hz。
对于泡沫铝消声器，新泡沫铝和旧泡沫铝相差很小，在各频带上差值低于1dB，大多数低于0.5dB；对于玻璃棉消声器，无包覆层时，旧玻璃棉的消声性能明显低于新玻璃棉，峰值下降8dB，大多数频带降低量超过2dB；
经分析应用表明，泡沫铝具有良好的耐候性，使用时间达10年后消声性能没有改变。对于玻璃棉消声器，使用时间超过10年之后，消声性能有所降低，其中玻璃棉消声器无包覆层时，峰值下降8dB。
3、新型消声器的设计
既有地铁车站的风机系统消声器已有成型的模块化应用，局限于预留的土建空间及安装条件。为本研究的成果能够与新建及改建地铁消声器的土建结构相匹配，故本研究在基于已有通用设计的基础上，保持与现有通用的片式消声器模数尺寸一致，针对地铁站土建消声器前实测的风机频谱，维持既有通用消声器消声单元的片厚及气流通道间距，满足进风面积不小于50%，减小压力损失，仅对消声单元本身的材料组合及片倾斜角度等进行优化，来设计新型消声器，以实现良好的声学性能。
泡沫铝材料本身是刚性材料，可塑性强，机械强度较高，可直接加工为吸声单元，通过和材料后的空腔组合，可以形成共振型吸声结构，具有一定的吸声性能，在低频吸声性能表现良好，但吸声频带比较窄。在进行吸声单元的设计时，考虑在吸声单元中增加可拓宽频带的材料，并且从吸声单元的结构上改善消声性能。
通过测试，新型泡沫铝消声器，插入损失大于10dB的频带范围为200Hz以上的频率，500Hz以上插入损失达20dB，最大插入损失为630Hz的33dB，满足一般消声器每延米大于10dB的设计要求。
4、总结
本课题对既有车站消声器材料的耐候性进行测试，提出了使用新型泡沫铝吸声材料来替代传统玻璃纤维棉吸声材料，解决玻璃纤维棉耐候性差，长期使用后造成吸声性能降低的弊端。在既有地铁车站风机系统消声器的模块化应用的基础上，以不改变主体结构和通用性的原则，优化吸声单元片的自身结构来达到提高消声器的声学性能。通过加工小样进行实验室消声器插入损失和传递损失的频谱测试，得出具有一定实用价值的实验数据，可供实际工程参考。
（1）使用玻璃纤维棉为吸声材料的消声器在使用时间超过10年后，吸声材料老化，消声性能有所降低，在200Hz-500Hz的插入损失降低量约为2～8dB；使用泡沫铝为吸声材料的消声器在使用时间超过10年后，由于吸声材料耐候性佳，消声性能基本不发生改变，下降仅在1dB以内，大部分频段的降低量小于0.5dB。
（2）新型泡沫铝消声器的最大插入损失为在630Hz的33dB，频率在500Hz以上的插入损失大部分超过20dB，具有优良的声学性能。
（3）新型泡沫铝消声器是基于既有地铁车站风机系统片式消声器的通用原则来优化的，结构尺寸设计完全能与现有消声器安装空间相匹配，且使用材料的整体装配性能好。
（4）新型泡沫铝消声器单纯从造价来分析，是略高于传统的玻璃棉消声器，但若放入地铁运营周期（50年）中长远考虑，通过详细的经济效益分析，从造价上也应具有相当优势，具体可通过选取典型车站做试点后考虑推广应用。
参考文献
[1]马大猷.噪声与振动控制工程手册.机械工业出版社，2002，9
[2] GB/T 4760-1995声学 消声器测量方法[S]