[논문]도시철도 전동차 객실 소음에 관한 연구

최용운; 구정서; 유원희; 고효인

[국내논문] 도시철도 전동차 객실 소음에 관한 연구
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최용운 (서울도시철도공사(서울산업대학교 철도전문대학원 철도차량 시스템공학과)) , 구정서 (서울산업대학교) , 유원희 (한국철도기술연구원) , 고효인 (한국철도기술연구원)

Subway is used as a useful transportation method to solve the metropolitan traffic problem for its advantages of being not only accurate, safe and massive, but also of not producing any exhaustion gas in compare with the other ground transportation systems. However, noise inside the car due to concrete based rail track and tunnel structure has become a social problem. So, an analysis on the noise characteristics according to their routes and locations was made on the basis of the actually measured results from the trial run.

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문제 정의

본 연구는 콘크리트도상에서 운행하는 전동차의 내부소음 저감설계를 하기 위한 기초연구로서 전동차를 직접 운행하면서 소음측정을 수행 하였다.

제안 방법

. 또한 이들 결과를 토대로 하여 객실소음에 지배적으로 기여하는 주 소음원 및 소음경로를 파악하였다.
외부소음을 측정하고자 임시열차 1편성을 운행하였으며, 측정은 도봉산역과 건대입구역간 상하행 차량에 대하여 수행하였다. 모터를 포함한 구동장치 및 주변 시스템이 부착된 Motor car(M-Car)와 일반 차량인 Trailer car(T-Car)를 대상으로 차량 객실 내 소음, 대차 위와 차량측면 및 지붕의 외부 소음, 암상자와 sound intensity를 이용한 각 부위별 소음을 측정하였다. 측정은 그림 3.
또한, 차량 내.외부소음을 측정하고자 임시열차 1편성을 운행하였으며, 측정은 도봉산역과 건대입구역간 상하행 차량에 대하여 수행하였다. 모터를 포함한 구동장치 및 주변 시스템이 부착된 Motor car(M-Car)와 일반 차량인 Trailer car(T-Car)를 대상으로 차량 객실 내 소음, 대차 위와 차량측면 및 지붕의 외부 소음, 암상자와 sound intensity를 이용한 각 부위별 소음을 측정하였다.
터널내부의 소음을 측정하기 위하여 7호선을 대상으로 하여 태릉-공릉역간의 차륜과 레일간 접촉소음과 터널 내부 소음을 측정하고, 그 결과를 주파수 분석기를 이용하여 1/3 옥타브 밴드로 분석하였다. 그림 3.

대상 데이터

3은 차량이 주행함에 따라 마이크로폰에서 측정된 소음 수준이 시간에 따라 변화하는 것을 나타낸 것이다. 지하철 7호선 터널의 사정으로 인하여 측정 당일에 차량은 10분 간격으로 운행되었으며, 모든 차량은 수동으로 운행되었다. 따라서 각 기관사의 운행에 대한 판단에 따라서 측정 위치를 통과하는 차량의 주행속도와 가감속도의 조건이 모두 달랐으므로, 그림 4.

성능/효과

1. 터널소음은 차량 측부에서의 최댓값을 지니는 주파수가 차륜/레일 위치에서의 주파수에 비하여 낮은 값을 보였다.
2. 객실내부 소음 저감을 위해서, 차량측면은 저주파대역을, 차량바닥은 중대역 구간의 소음대비책을 강구하여야 하며, 차량 하부뿐만 아니라, 차량 측부에서의 차음과 흡음량이 높아야 한다.
일정속도(70km/h 이상)를 지니는 직선 구간에 대해서는 구간별로 측정부위에서 특별한 음압 차이를 보이지 않으나, 곡선구간에서의 소음 수준은 상대적으로 낮은 주행 속도에도 불구하고 측정 결과는 직선구간에서 객실내외 소음에 비하여 상당히 높은 값을 지니는 것으로 나타났다. 속도 70km/h 정속 주행 시에 직선 구간에서의 전체 평균 소음은 표 4.
2는 각 측정에 대하여 최대 소음 수준을 나타내는 구간을 선택하여 차륜/레일 접촉면과 차량 측면 판넬 위치에서 측정한 결과를 주파수 영역에서 A-가중치(weighting function)를 이용하여 분석한 자료이다. 하행선 측정 결과를 살펴보면, 차륜/레일 위치에서 측정된 결과는 1kHz에서 최댓값을 보여주고 있고 차량측면 판넬위치에서 측정된 결과는 400Hz에서 최댓값을 보여주고 있다. 반면에, 상행선 구간에서 측정된 결과는 1500Hz에서 양 측정점 모두에서 최댓값을 지니는 것을 알 수 있다.

후속연구

3. 객실내 소음 저감을 위한 개선책으로 객실바닥, 벽체, 출입문 및 포켓, 창문의 투과손실 향상 및 차체의 기밀을 유지하는 것이 필요하다.
따라서, 지하철 차량의 향후 설계 방향은 차량의 측면에서는 저주파소음 성분[63~400Hz]에 대한 차음 또는 흡음을 높일 수 있도록 설계하여야 하며, 차륜/레일 소음에 직접적인 영향을 받는 차량의 하부는 상대적으로 높은 중대역[400Hz~1kHz]구간의 소음에 대한 대비책을 강구하여야 하며, 차량 하부뿐 아니라 차량 측부에서의 차음과 흡음량이 높아야 하는 것을 알 수 있다. 차량외부소음은 해석에 의하여 계산되거나 시험에 의하여 측정하는 것이 가능하다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

지하철 차량의 소음은 어떻게 실내로 전달되는가?

발생된 소음은 대차나 차체의 구조물을 통해서 진동의 형태로 차체를 가진하여 실내로 전달(구조음: Structure-borne noise) 되기도 하고, 출입구나 창틈 등의 개구부를 통하여 직접적으로 실내로 전달(공기음 : Air –borne noise) 되기도 한다. 또한 발생된 소음이 공기 중을 통하여 전파되어 차체를 가진 시킴으로써 실내로 유입되는 2차 고체음( Second Struc-ture borne noise)의 형태도 있다.

분당선 및 2기 지하철의 기존 자갈도상에서 콘크리트 궤도구조로 변경은 차량 소음에 어떤 영향을 미쳤는가?

그러나 이러한 궤도구조의 변경은 터널내부의 반사음장 강도를 높게 만들었고 결과적으로 이것은 전동차 객실내부로의 소음투과를 증대시키는 요인으로 작용하게 되었다.

지하철 차량의 소음원으로는 무엇이 있는가?

차량의 소음은 소음발생 기구에 따라 구조전달 소음과 공력소음으로 분류된다. 소음원은 차륜과 레일의 접촉에 의한 전동음, 차량에 전력을 공급하는 판토그라프와 가선의 접촉에 의한 집전소음, 견인전동기등 주요 전장품의 구동에 의한 구동장치음, 실내 에어컨이나 환풍기에 의한 보조기기 음과 주행하는 차량의 표면에서 공기동력학적인 메커니즘에 의해서 발생하는 공력소음이 있다[4].

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