心疼打工人，坐个地铁都有“刺破耳膜”的风险？

中国科学院物理研究所副研究员

提起中国“新四大发明”之一的高铁，不管是国人还是外国友人，无不竖起称赞的大拇指。一段硬币屹立于复兴号高铁车窗上的视频火遍大江南北，让 友们啧啧称奇，感叹中国的高铁真是既稳定又安静。

而提到与高铁同为轨道交通的地铁，给人们留下的印象除了方便外，更多的是“我要被挤扁了”“车厢太吵，打电话完全听不清啊”。地铁的乘坐体验真的有点不太友好，一趟行程下来，列车高速运行产生的“吭吭吭滋滋滋”的噪音几乎要刺破耳膜，弄得人心烦意乱。

经常乘坐地铁的小伙伴们会发现这些烦人的噪音并不是全程都有，而是在某些地段声音特别大，非常刺耳。那造成这一现象的原因是什么呢？

要想弄清这一现象，首先我们得搞明白地铁噪音是怎么产生的。

地铁噪音从哪来？

轮轨噪音包括滚动噪音、冲击噪音和尖啸声。车轮与钢轨摩擦、振动向外辐射形成滚动噪音，相互撞击形成冲击噪音以及制动时形成尖啸声等。

车辆设备噪音，即齿轮箱、发电机、压缩机等在运行过程中所形成的噪音。现在的地铁列车都配备空调，空调机组运行时也会产生噪音。

空气动力噪音，顾名思义就是由于列车运行扰动空气产生的噪音。众所周知地铁列车运行的隧道通常是封闭狭长的，列车运行压缩隧道内空气，气流相互振动形成气流噪音。气流噪音在列车高速运行时才会显现，车速较低时一般不考虑此噪音的影响。

电弧噪音则指的是集电弓与架空接触 间发生摩擦产生的噪音。

在地铁列车运行过程中，轮轨噪音是主要的噪音源，也是影响地铁乘坐听觉体验的主要原因。车轮和钢轨接触时，钢轨表面上微米级别的微小凸起与车轮产生振动，无序的振动能量通过空气向外传播，形成噪音。

没错，地铁噪音在某些地段特别大的主要原因就是：该地段地铁列车运行时产生了很大的的轮轨噪音。

那么有哪些因素会在地铁列车行进过程中产生大的轮轨噪音呢？

轮轨为什么噪音大？

>>>>轮轨匹配不佳

目前生产地铁列车的厂家有很多，国外的公司主要有法国的阿尔斯通、德国的西门子、意大利的庞巴迪和日本的日立等。国内的则多属于中车集团，长春轨道客车、青岛四方机车、株洲机车车辆、南京浦镇车辆都属于中车旗下的主机厂。

不同的厂家生产的地铁列车轮轨踏面（车轮与钢轨顶面的接触部分）不同，不同轨道厂商的地铁轨道生产标准不同，这种情况不可避免地会出现地铁列车车轮与轨道匹配度不佳的问题。这就好比10个同学去同一家文具店买自动铅笔和笔芯，会发现粗笔芯只能和粗自动铅笔搭配使用，细笔芯只能和细自动铅笔搭配，如果反着搭配使用，就会出现匹配不上的问题。

轮轨匹配不佳会使列车车轮在行进过程中扭曲共振产生交替纵向力，使轮对纵向滑动造成钢轨波磨（轨道面上一定长度范围内出现的周期不平顺）。这个过程可以理解为列车在前进时，车轮会有轻微的左右晃动。

波磨的本质是钢轨的一种不均匀磨损，列车在某些弯度较大的线路行驶时会发生异常波磨，加剧轮轨间振动的同时，也加强了噪音的产生。

>>>>弯道曲率半径小

考虑到城市地铁线路上的站点距离近且不在一条直线上，地铁线路在设计时会有很多曲线路段，这些曲线的曲率半径往往较小（弯曲越明显），一般在400m以下。列车拐弯时车轮与钢轨间相互挤压，发生严重波磨的同时，纵向摩擦振动加剧，也会产生高频的刺耳噪音。

这里多提一句，开篇提到的高铁又快又稳的原因主要是高铁线路的曲率半径大，一般在4000m以上（弯曲不明显，从人的视角观察铁路几乎是直线）。曲率半径越大，几百米的线路近乎是条直线，列车在直线线路行驶时，车轮与钢轨的摩擦挤压远远小于在弯道行驶时，噪音的响度频率也远远低于过弯道时产生的噪音。

列车运行线路的曲率半径大小决定了高铁和地铁两种截然不同的乘坐体验。地铁的站点间短距离联通的特点，注定地铁的乘坐体验难以像高铁一样稳定安静。

>>>>道岔的不连续性

道岔是一种使列车变换轨道的线路连接设备，是轨道的重要组成部分。列车通过道岔时，为使车辆方向改变，道岔尖轨会在车轮边缘施加侧向推力，在压力作用下车轮与钢轨发生相对运动，钢轨的不连续性会产生瞬时顿挫感和冲击高频噪音。

就好像我们骑自行车经过路面小坑时，路面的不连续会让我们产生颠簸感一样。

车速越快、车辆越重，经过道岔时，由钢轨的不连续性产生的摩擦力越大，噪音的频率就会越高。

>>>>运行环境密闭狭长

地铁列车一般运行在密闭狭长的隧道内，噪音能量在这样的环境下无法快速向外传递或衰减，本来向四周扩散的声能量经隧道壁多次反射进入车厢，使噪音的强度增大，所以车厢内的乘客也会感觉到轰鸣声变大。

这就好像展开的湿衣服比卷在一起的衣服晾干的快一样，噪音就像湿衣服中的水分，当衣服展开时蒸发速度快，而在衣服被卷起时水分蒸发受到衣服阻挡，蒸发速度变慢。

减弱地铁噪音的方法

那么，哪些方法可以帮助地铁列车在运行时尽可能地少产生噪音呢？

>>>>控制噪音源

降低噪音源是控制噪音污染的最根本最有效方法，降低轮轨噪音可以极大地减弱噪音。目前在地铁建设和维修中可以通过平滑化钢轨、降低钢轨粗糙度，提高列车车轮和钢轨间的匹配度，减弱轮轨间的波磨效应，从而降低轮轨振动产生的高频噪音。

>>>>控制噪音传播途径

对噪音的传播途径的控制一方面可以采取吸声处理，如通过在隧道内壁安装吸声材料以降低隧道内混响声。另一方面，可以采用隔声处理，如列车尽可能多地使用高隔声材料并加强车体的整体气密性，最大限度地阻止噪音能量传递进车厢内。

不过以上两个方法都是从地铁运营方的角度来考虑的降噪方式，对于经常乘坐地铁出行的小伙伴们而言，身边常备一副降噪耳机或耳塞也许是一个一劳永逸地解决噪音烦扰的终极办法。（降噪耳机的原理是啥？点击复习）

耳机耳塞一戴，我的世界就只有我啦！