基于多声源干涉的长隧道噪声致灾机理与优化策略研究

During the long tunnel driving, due to the acoustic characteristics of the tunnel, drivers are in a high decibel noise environment for a long time, leading to accelerated fatigue and lack of attention. The probability of traffic accidents is greatly increased, which seriously affects the safety of driving. Considering the interference of multi-sources, a long tunnel sound field model based on the acoustic approximation of multi-sources during the long tunnel running was established to analyze the influence of the size and the sound absorption property of the long tunnel on the sound field.The contribution model of vehicle external acoustic environment to interior sound field is established, coupled with the sound field model of tunnel running time, to obtain the influence model of sound field on vehicle interior noise in long tunnel and verify the established model by actual test.Based on the contribution model, the relationship between the contribution of car interior noise and the driver's attention and fatigue degree under different long space acoustic field conditions is discussed to get noise disaster model of long tunnel.The optimization of long tunnel sound field is designed by the disaster induced model, and the optimization strategy of long tunnel boundary condition based on driving safety is proposed.

长隧道驾驶过程中，由于隧道的声学特性，驾驶者长时间都处于高分贝的噪音环境中，加速疲劳产生，注意力不集中，发生交通事故的几率大大提高，严重影响驾乘的安全性。本项目拟通过对长隧道运行时多声源进行声学近似，考虑多声源干涉，建立长隧道运行时声场模型，分析长隧道的尺寸、边界吸声性能对声场的影响。建立车外声环境对车内声场的贡献模型，与隧道运行时声场模型相耦合，得到高速公路长隧道内声场对车内噪声的影响模型，并开展实际测试验证所建立的模型。基于贡献模型研究不同长空间声场条件下对车内噪声贡献程度与驾驶员注意力、疲劳度的关联，得到长隧道噪声致灾模型。通过致灾模型为长隧道声场进行优化设计，提出基于驾驶安全的长隧道边界条件优化策略。

降低长隧道运行状态下高噪声，对提升驾驶安全具有重要意义。本项目针对长隧道运行时声场规律、车外声环境对车内声环境的贡献规律和长隧道噪声致灾影响进行了研究。项目主要研究内容及成果包括：（1）建立了长隧道运行时声场模型。研究了长隧道运行条件下交通噪声声源模型构建，在此基础上，研究了虚墙面法、不相干虚声源法的单车道和多车道长隧道内声场模型，即主要考虑多车道实际情况，构建运行条件下长隧道内声场模型。根据模型预测分析观测位置等效声压级随其余长隧道三壁吸声系数的变化，此外也分析了实际隧道交通噪声实测数据与Odeon软件仿真结果进行对比。（2）建立了长隧道声场环境对车内噪声贡献模型。研究了不同位置声源的车外声环境对车内声场影响，揭示了车窗状态对车内声环境的影响规律，车窗插入损失随着频率升高而增大，对100 Hz以下的低频声的插入损失约5 dB，对8 kHz高频声的插入损失约26 dB；车窗全开与仅驾驶位处的车窗打开两种情形下的驾驶位处声压级频谱曲线的变化约5 dB。结合长隧道运行时交通噪声预测模型，得到隧道声场环境对车内噪声贡献模型，并开展隧道内实际测试进行验证，说明模型运用时仍需考虑复杂的实际声环境。（3）建立了隧道噪声致灾模型。基于脑电功率特征研究了长隧道噪声对疲劳的影响，建立了噪声与脑电频段能量的关系模型，实验结果说明持续噪声刺激对被试者显著带来疲劳，在隧道开窗驾驶时的高噪声导致疲劳加剧。由于隧道噪声将导致额外的疲劳产生，综合分析，在隧道较长或较多的高速公路上，特别是隧道群地段，单调高速公路安全驾驶的极限时间将有缩短趋势，为长隧道驾驶安全优化策略提供了理论支撑，研究给出了相关优化建议。