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摘要：本文对地铁噪声信号处理方式进行了分析与研究，介绍了地铁噪声测试系统与噪声测量方法，重点研究了地铁噪声信号处理方式：地铁噪声信号处理、频谱分析、滤波分析以及地铁噪声信号处理界面的设置，旨在为地铁噪声是否超标提供判断依据。
关键词：地铁噪声；信号处理方式；分析研究
一、地铁噪声测试系统
（一）地铁噪声测试系统
地铁噪声测试系统（如下图所示）主要由传声器、信号调理器以及数据采集系统等组成，在地铁噪声测试系统中，传声器是最重要的一部分，传声器是测量地铁噪声信号的主要设备，信号调理器将传声器测得的噪声方法，数据采集系统就会将噪声信号传给计算机。
（二）地铁噪声测量方法
地铁噪声测量方法有两种，地铁不同的位置要选用不同的方法，地铁客室噪声测量主要采用声强测量法，地铁车外噪声测量主要采用声压测量法。这两种噪声测量法存在一定的差别，以下是对这两种测量方法差异的分析：
1.声强测量法具有方向性，所以采用声强测量法进行噪声测量时只能测得其正面的声源，不能准确的获取其他方向的地铁噪声。
2.声压测量法没有方向性，声压测量法在测量地铁噪声时没有方向性，任何一个方向的噪声都能测得，所以声压测量法的噪声测量值是地铁周围所有方向声源的声压值总和。
由于两种噪声测量法的差异主要表现在方向性上，所以对于单一声源来说声强测量法和声压测量法测得的值基本上是一致的，在声源较多的情况下，两种测量方式测的值差异较大，但是声压测量法测得的值较准确。地铁噪声的主要来源比较多样，所以应该采用声压测量法。
二、地铁噪声信号处理
（一）地铁噪声信号的数据处理
在处理地铁噪声信号时，采用的采样频率为30 kHz，应用地铁噪声信号采集器采集噪声模拟信号，信号采集完毕后对模拟信号进行放大和滤波，最后再将处理过后的噪声模拟信号传送给计算机。对一组时长30s的噪声信号进行数据处理，就能获得地铁车内的时域信号。根据相关资料可知，人能在2×10-5 Pa的声音下听到频率厂=1 kHz的纯音，所以地铁噪声声音参考值应该选择该频率下的声压，这个参考值声压被称为可闻阀声压，另外，还有一个声压为痛阀声压，痛阀声压主要就是指对人耳听觉机构发生机理损害的最大声压。在处理地铁噪声数据时将声压值按照一定的标准用声压级表示出来，通常情况是根据把声压值相差100万倍的变化范围用1～120 dB的变化范围表示出来，声压值每增加一倍，声压级就增加6dB。
（二）频谱分析
声压级反应了噪声的具体情况，人耳对噪声的感应不仅与声压有关还与频率和频谱先关，所以在处理地铁噪声信号时要进行频谱分析。地铁噪声频谱分析要采用专业的滤波器，通常情况是选用1/3倍频程的滤波器，然后再对滤波器测得的数据进行傅里叶转换。采用1/3倍频程进行地铁噪声分析时，用对数表示噪声频率的坐标，每个频率坐标之间就是1/3倍频程关系。所以1/3倍频程进行地铁噪声分析时就是在一个倍频程的上限频率与下限频率之间插入两个噪声频率，主要这四个噪声频率的比值由大到小应该为：为21／3 ：2 2/3：21：1。这样就能将一个倍频程细化分为3个具体的倍频程，这样就增加了噪声信号数据分析的可比性。
傅里叶转换是一种高效的离散傅氏变换的计算方法，对噪声信号数据进行傅里叶转换就是为了将地铁噪声信号由时域转换为频域，这样就能够在频域分析和处理噪声信号。
（三）滤波分析
对地铁噪声进行滤波分析时主要采用巴特沃思滤波器，巴特沃思滤波器的主要作用就是选频，具体就是对地铁噪声信号进行分析，只允许噪声信号的一些领域成分通过，噪声信号的中其他频率成分就会受到限制。巴特沃思滤波器主要是根据一定的值和地铁实际的工作情况设置滤波器的阶数，通常情况下巴特沃思滤波器选取的噪声信号频率在31.5 Hz～6 300 Hz的范围之内。
（四）地铁噪声信号处理界面
地铁噪声信号处理是在Labwindows/CVI虚拟仪器开发平台上开展的，Labwindows/CVI虚拟仪器开发平台的函数库十分强大，所以地铁噪声信号处理界面可以使用Labwindows/CVI编程进行。首先要建立地铁噪声信号处理程序的基本框架，基本框架的建立要根据地铁噪声测量的具体任务、以及信号处理程序所需的函数创建。地铁噪声信号处理程序的基本框架建立完成之后，就要创建地铁噪声信号处理程序用户界面，用户界面创建完成之后就是程序源代码的编写，可以利用计算机技术直接生成源代码。最后再创建工程文件，地铁噪声信号处理界面就设置完成了，数据采集系统将噪声信号传给计算机处理界面时，就能对地铁噪声信号进行处理和分析，然后根据测量的噪声数据绘制出噪声信号的声压级图和频谱图（如下图所示）。
三、总结
综上所述，随着社会与经济的不断发展，城市交通越来越拥挤，地铁已经成为城市运输中重要的交通工具，而乘坐地铁舒适性的一项重要指标就是地铁内的噪声。本文对地铁噪声信号处理方式进行了分析与研究，介绍了地铁噪声信号处理、频谱分析、滤波分析以及地铁噪声信号处理界面的设置，希望能够为地铁噪声是否超标提供判断依据，为地铁内控制噪声提供指导。
参考文献：
[1]佟海彬,陈春俊. 地铁噪声信号的数据处理[J]. 四川兵工学报,2011,07:85-86+89.
[2]吴健. 地铁列车车内噪声预测与车体铝型材减振降噪优化[D].西南交通大学,2016.
论文作者:赵峪逢,杨洁
论文发表刊物:《防护工程》2017年第6期
论文发表时间:2017/7/17
标签：噪声论文; 地铁论文; 声压论文; 信号论文; 测量论文; 信号处理论文; 频率论文; 《防护工程》2017年第6期论文;