수동소음제어

(1)

철도 차량의 실내소음저감을 위한

수동소음제어

(2)

철도차량 바닥 진동 기인에 의한 구조진동음 저감을 위한 설계

II. 연구 목적

(3)

철도 차량 바닥 진동 기인에 의한 구조진동음

저감을 위한 설계

문헌조사 및 현장조사, 사례조사

철도 바닥 진동 소음 측정 및 분석 대상차량 설계도면 확보 진동 절연 방법 모색

진동 절연 재료의 물성치 설계 및 평가

II. 연구 내용

진동 절연 재료의 설치 방법 모색

(4)

III. 연구 결과

기술자료 • 한국철도기술연구원 연구보고서 다수

종래연구

• 한국철도학회 발표논문

• 한국소음진동공학회 발표논문 약 50여편

사례연구

• 한국철도시설공단

• ㈜ 로템

(5)

기술 자료 기 관 년도 연구자 종래 연구

전기동차 차내소음분포 분석 전기동차 차내소음의 소음원 규명 소음원 전달경로 분류

차량 내부의 음향해석

차체 각 부위별 음향투과손실 측정 전기동차 차내소음분포 분석

한국철도기술연구원

1998

^김정태_{정승원 외}

김재철

고속철도의 실내소음

전동차 실내소음특성 및 기여도 분석

기여도 분석에 의한 전기자동차 실내소음 저감대책 연구

1999

실내소음 평가 시뮬레이션 및 저감방안 실내소음의 크기와 주행속도의 관계

객실 소음원 기여도

투과 손실값의 증가에 따른 효과

2000

^{김석현 외}_{정경렬 외} 철도차량용 알루미늄 압출재의 투과손실 한국형 고속전철의 실내 외 소음설계 검토

2001

철도차량의 실내소음 해석 및 전동음 해석 객실 실내로 유입되는 파워

틸팅차량 소음특성

2002

^{정경렬 외}_{이병현 외} 한국형 고속전철 차량소음 예측 및 부품 소음관리방안 한국형 고속전철 시제차량용 알루미늄차체 설계개선 및 시험

2003

평가 차량 주행 안정성 및 곡선 추정성 검토

차량 소음원 분석 및 규명 차량 실내소음 예측 및 검토 차량 소음전파 축소모델 및 제작

2004

^{이찬우 외}_{박춘수 외} 기존선 구간에서의 KTX 객차 실내소음 평가 및 분석 한국형 고속열차의 최고속도에서 압력변동 하중과 실내소음 특성 분석

2005

터널 내 차량의 실내소음 측정 및 특성분석 차체진동 및 실내소음 분포도 측정 터널 내 차량의 실내소음 측정 및 특성분석

2006

^{최성훈 외}

김재철

고속열차의 차간 공간에서 발생하는 공력소음의 특성 투과손실을 이용한 틸팅 차량의 실내소음 예측

2007

차량성능향상 핵심 기술개발 한국철도기술연구원

2008

^우관제

김정태 최성훈 외

전동차 바닥구조의 진동절연특성이 실내소음에 미치는 영향,.

제진 도료가 전동차 실내소음에 미치는 영향에 관한 연구.

고속철도 차량의 실내소음 전산해석 기법 연구 철도차량 소음에 대한 음압레벨과 음질지수 비교 평가

2009

2010

^{최용운 외} 도시철도 차량의 차음 향상에 관한 연구 참고자료 : 한국철도학회, 한국소음진동공학회

?

(6)

- KTX와 180km급 틸팅차량의 소음기준

KTX : 300km 주행시 객실소음 개활지 66dB(A), 터널 7dB(A) 상승, 정차시 60dB(A) 틸팅 : 180km 주행시 객실소음 개활지 70DB(A), 터널 7dB(A) 상승, 정차시 63dB(A) - KTX 차량의 소음특성

250~300km 미만: 전동음이 지배적, 300km 이상: 공력소음이 지배적 - 추진장치 소음

냉각팬: 1000 Hz 근처

- 전동음(rolling noise): 250Hz~5kHz 주파수 범위 - 객실 실내로 유입되는 파워

500 Hz 이하: 객실바닥>측벽>창문 500 Hz 이상: 객실바닥>창문>측벽 - 180km/h급 틸팅차량 소음특성

객실 실내로 유입되는 파워: 객실바닥>측벽>객실출입문>창문>천장 - 하부시스템

갱웨이 하부에서 객실바닥 하부로 전달된 소음/진동이 바닥과 측벽을 통해 객실내부로 전달

기술자료 철도 차량의 실내소음 해석 및 전동음 해석

한국철도기술연구원, 고속전철 기반기술개발 과제, 2003. 7

(7)

종래연구 고속철도 차량의 실내소음 전산해석 기법 연구

한국철도학회, 2009년도 추계학술대회논문집, 2009. 11

(8)

사례 연구

Side pannel (TL 1dB 증가)

Side door (TL 2dB 증가)

Door pocket

(TL 4dB 증가) Side window (TL 4dB 증가)

Floor

(TL 4dB 증가)

실제 차량 제작 후 실내 소음은 74.9 dB(A)로 측정되어,

기존차량에 비해 10.6 dB 감소

실제 차량 제작 후 실내 소음 측정

74.9 dB(A) 기존차량에 비해

10.6 dB(A) 감소

도시철도 차량의 차음 향상에 관한 연구

한국소음진동공학회논문집, 2010년 제20권 제3호

(9)

부산교통공사 2호선 차량정보

(10)

전동차 객실내부 전달소음 저감방안

(부산교통공사 자체평가)

구 분

관리 목표치

(dB(A)) 2010년 2월 측정결과 2010년 4월 측정결과

평균 소음

최대 소음

호선 평균

역간 현황

평균 소음

최대 소음

호선 평균

역간 현황

평균 소음

최대 소음

1호선 74 86 72 65~

74

0역/

66역

0역/

66역 71 63~

74

0역/

66역

0역/

66역

 열차 충격에 의한 소음

 차륜 마찰 소음

 기타

- 객실 내 각종 부착 카바류 떨림 현상, 라인데리아 기동 시 간섭 및 떨림에 의한 소음 - 객실안내표시기 팬 동작 시 간섭, 공기압축기 조압 시 ON-OFF 동작 소음

- 출입문 동작 시 간섭 및 공기 배기에 의한 소음

- 건널판 및 보호판, 통로 문 동작 시 간섭에 의한 소음 - 방송장치 스피커 및 음량조정 불량 등에 의한 소음

- 냉방장치 기동에 의한 진동 소음, 본선 공조설비 소음 등

(12)

차량사업소 소음저감 검토의견

노포차량사업소 신평차량사업소 호포차량사업소 대저차량사업소

보조전원장치 IVT 1, 2 - GTO-SIV : IGBT Type으로 교체

- DCH-SIV : 소음이 높은 IVT 1,2 재함침 및 신품교환

출입문장치

- 노후 및 변형 방풍고무교체 - 출입문 로울러 재질변경 검토

※ 1호선 전동차 186량 정밀 진단 완료 후 대수선 시 포함 추진

보조전원장치 IVT 1, 2 - GTO-SIV : IGBT Type으로 교체

-DCH-SIV : 소음이 높은 IVT 1,2 재함침 및 신품 교환 출입문장치

- 도어 포켓 방풍고무 노후품 교체

차륜

- 찰상, 박리 등 차륜 답면이 상 시 즉시 전삭 시행

출입문 및 창문

- 패킹 및 기능검수 철저 통로문

- 일상검수 시 도어첵 상태 확인 및 장력 조정 - 월상∙중간∙전반검수시 기능불량품 수선 및 교체 연결주름막

- 월상검수 시 훼손부 수선

- 중전반검수 시 노후품 연결주름막 교체 차량간 건널판

- 월상∙중간∙전반 검수 시 마찰부 마모상태 점검 및 패드 적기 교환

완충기

- 중간∙반검수 시 싱글형에서 더블형으로 교체 차륜

-본선운행 모니터링 결과에 의거 월 1회 전삭 계획수립 후 적기 시행

차륜

- 모니터링 활동 및 본선 순회점검 중 이상소음 확인 즉시 전삭 시행

출입문

- 경수선 검수 시 방풍고무 상태 점검 철저 및 보완 - 중수선 검수 시 Side Seal Rubber, Cushion Rubber 정밀점검 및 교체

(13)

측정 및 분석 장비

측정 및 분석 기기 모 델 명 용 도

Sound Level Meter B&K 2250, 2260 소음측정

Frequency Analyzer Pimento 주파수분석

Piston Phone B&K 4231 교정

Microphone Set B&K 4178 소음측정

Microphone Preamplifier B&K 4189 소음측정

Accelerometer B&K 4392 진동측정

Charge Amplifier B&K 2645 진동측정

Sound Intensity Probe B&K 3599 소음측정

(14)

측정 및 분석 장비

(15)

차량분야 소음저감 활동

❍ 현행 중점관리 내역

- 차륜전삭 적기시행, 연결 주름막 훼손부 수선 및 교체, 출입문∙창문 패킹류 검수 확행 - 1호선 SIV 변압기 재합침, 2호선 VVVF 국산화 개량 및 완충기 교체(싱글형더블형)

❍ 향후 중점검토 및 추진방안

- 창문 Type 및 재질 개량

- 출입문 방풍고무 정비방법 개선 - 출입문 장치 상∙하부 개선

- 소음원 유발장치 지속 개량

- 객실간 이동용 통로문 개선 `

(16)

호포

못골 율리

중동 동원

수정

덕천 구명

모덕 덕포

모라 구남

감전

문현 화명

사상

주례 냉정

금곡

개금 동백

대연 문전

전포

수영

동의대

가야 광안 민락

부암

센텀시티

서면

시립미술관

지게골

남천 경성대 금련산

해운대

장산

(17)

구간 출발 후 시간

소음원 종류

곡선 반경

바닥 종류

도유기 종류

비고

호포→금곡 20초 분기기소음 자갈

24초 분기기소음 〃

60초 곡선소음 200m 〃 레일측면분출식

동원→율리 310초 곡선소음 400m 콘크리트 레일연마작업

화명→수정 595초 곡선소음 350m 〃

수정→덕천

730초 곡선소음 400m 〃

덕천→구명 835초 곡선소음 210m 〃 레일측면분출식

900초 곡선소음 200m 〃 레일두부분사식

925초 곡선소음 200m 〃 레일측면분출식

구명→구남 995초 분기기소음 콘크리트

구남→모라 1110초 곡선소음 300m 〃 레일측면분출식

덕포→사상 1430초 곡선소음 250m 〃 레일측면분출식

감전→주례 1700초 곡선소음 200m 〃 레일측면분출식 레일연마작업

개금→동의대 1945초 분기기소음 〃

부암→서면 2265초 분기기소음 〃

주요 분석 지점

(부산교통공사)

(18)

서면→전포 2420초 곡선소음 200m 〃 레일두부분사식

전포→문전

30초 곡선소음 300m 〃 레일두부분사식

문현→지게골 230초 곡선소음 200m 〃 레일두부분사식 레일연마작업

260초 곡선소음 400m 〃

지게골→못골 350초 곡선소음 250m 〃 레일두부분사식

370초 곡선소음 340m 〃

대연→부경대 565초 분기기소음 〃

경성대→남천 660초 곡선소음 350m 〃

남천→금련산 740초 곡선소음 250m 〃 레일측면분출식

금련산→광안 840초 분기기소음 〃

광안→수영 930초 분기기소음 〃

수영→민락 1080초 곡선소음 170m 〃 레일두부분사식

민락→센텀시티 1200초 곡선소음 200m 〃 레일두부분사식

센텀시티→

시립미술관

1340초 곡선소음 250m 〃 레일두부분사식

시립미술관→

동백

1440초 곡선소음 350m 〃 레일연마작업

동백→해운대 1550초 곡선소음 230m 〃 레일두부분사식

해운대→중동 1665초 곡선소음 500m 〃

중동→장산 1790초 곡선소음 250m 〃 레일두부분사식

(19)

주요 소음원

부산 지하철 2호선 실내 소음원

곡선 구간

도유기

VVVF 분기기

기 타

차륜/레일 상호작용에 의한 전동음

견인전동기 및 엔진 등 에 의한 추진장치소음

주행하는 차량표면에 서 공력학적 메카니즘 에 의한 공력소음

판토그라프와 가선계 의 접촉 메카니즘에

의한 집전소음

실내에어컨 및 환기 팬 등에 의한

보조기기 소음

차체 구조물의 진동에 의한 구조물 진동소음

(20)

R=170m

R=260m

(28)

전후방향 (진동)

좌우방향 (진동) 상하방향 (진동)

소음

호포-금곡, 구명-구남 구간 바닥 종류에 대한 비교

(자갈식/콘크리트식)

(29)

전후방향 (진동)

좌우방향 (진동) 상하방향 (진동)

소음

수영-민락 구간 도유기 종류에 대한 비교

(레일두부분사식/레일측면분출식)

(30)

전후방향 (진동)

좌우방향 (진동) 상하방향 (진동)

소음

곡선반경에 대한 비교

(R=250m/R=400m)

(31)

전후방향 (진동)

좌우방향 (진동) 상하방향 (진동)

소음

동원-율리, 수정-덕천 구간 레일 연마에 대한 비교

(레일연마 전/레일연마 후)

(32)

전후방향 (진동)

좌우방향 (진동) 상하방향 (진동)

소음

수정-덕천, 구남-모라 구간 VVVF에 대한 비교

(수정-덕천/구남-모라)

(33)

68.7 71.3 73.1

67.1

0 20 40 60 80

도유기 분기기 커브 VVF

dB

S I L

SIL (dB)

만족한 음해도가 얻어지는 최대거리(m) 보통의 소리 큰 소리

50

55 60 65 70

1.3 0.75 0.42 0.25 0.13

2.6 1.5 0.85 0.50 0.26

(34)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

호포_커브

동원_커브1

동원_커브2 율리_커브

화명_커브

수정_커브1

수정_커브2

수정_커브3

덕천_커브1

덕천_커브2

덕천_커브3

구남_커브1 구남_커브2 덕포_커브

감전_커브 서면_커브

전포_커브1 전포_커브2

문현_커브 지게골_커브1 지게골_커브2

남천_커브 수영_커브1

수영_커브2 민락_커브

센텀시티_커브 동백_커브

해운대_커브

중동_커브

S I L

(35)

100 2030 4050 6070 8090 100

호포_도유기

동원_도유기

수정_도유기1

수정_도유기2

구남_도유기1 구남_도유기2

덕포_도유기 서면_도유기

S I L

100 2030 4050 6070 8090 100

호포_분기기

율리_분기기

구명_분기기

덕포_분기기

개금_분기기

부암_분기기 서면_분기기

전포_분기기 대연_분기기

금련산_분기기 시립미술관_분기기

중동_분기기

S I L

100 2030 4050 6070 8090 100

동원_VVVF

수정_VVVF

구남_VVVF 사상_VVVF

S I L

(36)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

호포커브 동원커브1 동원커브2 율리커브 화명커브1 수정커브2 수정커브3 덕천커브1 덕천커브2 덕천커브3 구남커브1 구남커브2 덕포커브 감전커브 서면커브1 서면커브2 전포커브1 전포커브2 문현커브 경성대커브 남천커브 수영커브1 수영커브2 민락커브 센텀시티커브 동백커브 해운대커브 중동커브 문현커브2

Articulation Index

(37)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 호포도유기

동원도유기 수정도유기1 수정도유기2 구남도유기1 구남도유기2 덕포도유기

Articulation Index

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 호포분기기

구명분기기 개금분기기 서면분기기 대연분기기 광안분기기 중동분기기

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 동원VVVF

수정VVVF 구남VVVF 사상VVVF

(38)

(39)

(40)

Loudness Level

0 5 10 15 20 25

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

N`[sone/Bark]

z[Bark]

Kyungsung Univ._curve

0 5 10 15 20 25

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

N`[sone/Bark]

z[Bark]

Kwangan_turnout

0 5 10 15 20 25

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

N`[sone/Bark]

z[Bark]

Kunam_vvvf

0 5 10 15 20 25

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

N`[sone/Bark]

z[Bark]

Dukpo_lubricant

(41)

0 1 2 3 4 5 6

감전커브 개금분기기 경성대커브 광안분기기 구남도유기1 구남도유기2 구남커브1 구남커브2 구남VVVF 구명분기기 금련산분기기 남천커브 대연분기기 덕천커브1 덕천커브2 덕천커브3 덕포도유기 덕포분기기 덕포커브 동백커브 동원도유기 동원커브1 동원커브2 동원VVVF 문현커브 문현커브2 민락커브 부암분기기 사상VVVF 서면분기기 서면커브1 서면커브2 센텀시티커브 수영커브1 수영커브2 수정도유기1 수정도유기2 수정커브2 수정커브3 수정VVVF 시립미술관분기기 율리분기기 율리커브 전포분기기 전포커브1 전포커브2 중동분기기 중동커브 지게골커브1 지게골커브2 해운대커브 호포도유기 호포분기기 호포커브 화명커브1

Sone

(42)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

감전커브 개금분기기 경성대커브 광안분기기 구남도유기1 구남도유기2 구남커브1 구남커브2 구남VVVF 구명분기기 금련산분기기 남천커브 대연분기기 덕천커브1 덕천커브2 덕천커브3 덕포도유기 덕포분기기 덕포커브 동백커브 동원도유기 동원커브1 동원커브2 동원VVVF 문현커브 문현커브2 민락커브 부암분기기 사상VVVF 서면분기기 서면커브1 서면커브2 센텀시티커브 수영커브1 수영커브2 수정도유기1 수정도유기2 수정커브2 수정커브3 수정VVVF 시립미술관분기기 율리분기기 율리커브 전포분기기 전포커브1 전포커브2 중동분기기 중동커브 지게골커브1 지게골커브2 해운대커브 호포도유기 호포분기기 호포커브 화명커브1

Sone/Bark Bark

(43)

(44)

 지하철 차량 바닥 진동 및 고체 전달음 저감

 적용자료 및 문서

KS 시험부 가황 고무 물리 시험 방법, 영구 압축 줄음률 시험 방법

 설계조건

휠 하중, 속도 100Km/h, 가진 주파수 10Hz 대역 10Hz 대역에서 약 3dB의 진동 및 고체음 저감효과

재료는 동적성능, 내마모성, 내유성, 내수성, 내화학성 등을 고려

시 험 항 목 기 준 치

정적 탄성계수(kgf/㎠) 7 이상

처짐량 제한(mm) 방진재 두께 10% 이하

동적 탄성계수(kgf/㎠) 10 이하

영구 압축 줄음률 5 % 이하

진동 절연재의 물리적 성질

(45)

항 목 표 준 값

하 한 값(P1) 0.092ton ( 0.10kgf/㎠) / 0.9KN ( 0.01 N/㎟ ) 상 한 값(P2) 0.55ton ( 0.61kgf/㎠ ) / 5.4KN ( 0.06 N/㎟ )

시험편의 크기 300 × 300 ㎜

정적 탄성계수 시험하중 값 및 시험편의 크기

지그(JIG) SAMPLE 300mm X 300mm

다이얼게이지

하 중

철판 두께: 2cm 이상

(46)

항 목 표 준 값

하 중 값(Pmax) 0.55tonf ( 0.61kgf/㎠ ) / 5.4KN ( 0.06 N/㎟ )

시험편의 크기 300 × 300 ㎜

동적 탄성계수 시험하중 값 및 시험편의 크기

초기하중 시험주파수(Hz)

0.55ton ( 0.61kgf/㎠ ) / 5.4KN ( 0.06 N/㎟ ) 10

처짐량 제한 시험하중 값 및 시험편의 크기

(47)

영구 압축 줄음률 시험

KS M 6518 : 시험편 두께의 50±2%까지 균일하게 압축 후

15분 이내에 규정된 공기 가열식 노화 시험기에 넣고

70±1℃에서 22시간 유지한 다음 시험기에서 꺼내어 압축을 풀고 30분 이내에 두께를 측정

(48)

(49)

시험항목 단위 기준 1 2 3 4

정적 탄성 계수

N/mm² 성적서 0.0188 0.0026 0.0610 0.0222

kgf/cm² 7이상 7.6656 1.3781 24.8725 8.8256

평 가 OK NG NG OK

동적 탄성 계수

N/mm² 성적서 0.0282 0.0266 0.1063 0.0248

kgf/cm² 10이하 11.4984 14.0998 43.3435 9.8593

평 가 NG NG NG OK

최종평가 NG NG NG OK

실험 분석 결과

(50)

절연 재료 설치

(51)

(52)

(53)

부적절한 탄성계수

원인 : 일정하지 않은 Ballast의 열화

해결방법 : 일정한 강성 유지, 침목간격, 침목지지, 발포성 매트교체

(54)

레일연마 도유기 설치 벽면 흡음재

훼어링 시스템

훼어링 시스템(Fairing System) ?

- 차량 하부에서 발생하는 차륜-레일 간의 전동 소음 뿐만 아니라 보조 발전기, 냉난방장치의 컴 프레셔, 저전압공압장치, 냉각브로워 등의 차량운 행에 필요한 모터와 브러쉬 등의 기기에서 발생하 는 소음을 차단, 흡수 하는 시스템

부산교통공사 지하철 소음 저감방안

차량에 대한 소음저감방법

일반적인 소음 저감방법

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- Fairing System 유무에 따른 차외소음, 차내 소음평가를 재질별 분석 / 성능평가

- 터널과 같은 실내공간에서 벽, 바닥, 창문의 차체를 통해서 차내에 유입되는 소음의 영향 평가 - 차내 소음은 공기 전달음에 대한 재료별 투과손실을 고려 평가 / 진동에 의한 2차 소음 배제 - 소음원의 음향파워레벨 : 실측을 통한 주파수별 소음도 고려하여 차량음원 역산하여 가정 - 외장재인 차음성능과 본체와의 연속성을 위해 스테인레스로 선정

- 흡음재는 흡음성능을 고려하여 미네랄울을 주 재료로 선정

훼어링 시스템 성능예측 : 해석모델링

해 석 모 델

차외 소음 해석 모 델

차내 소음 해석 모

델

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훼어링 시스템 성능예측결과 : 차외소음

해 석 결 과

훼어링 설치 전 해석결과 훼어링 설치 후 해석결과

P1 P2 P3

2 3 4 5 6 7 8

Prediction Point

Noise Reduction [dB]

구 분

저감량 6.2 dB(A) 5.6 dB(A) 4.0 dB(A) -높이별로 각 지점에서 4.0 ~ 6.2dB(A)의 소음 저감 -철도 고가구간 인접 민원지 소음저감 대책으로 타당

P1 P2 P3

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훼어링 시스템 성능예측결과 : 차내소음

해 석 결 과

훼어링 설치 전 해석결과 훼어링 설치 후 해석결과

구 분

저감량 0.8 dB(A) 5.1 dB(A) -지점별로 0.8 ~ 5.1dB(A)의 소음 저감 -터널구간 차내소음저감 대책으로 타당

P1 P2

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직선구간 곡선구간

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