高速鐵路動車組列車的噪聲特性分析

李錦

摘 要：本文首先對列車的主要噪聲源進行了簡要分析，指出了測量動車組列車噪聲的具體方法，探討了動車組列車噪聲的基本特性，望能經此論述為此領域研究有所借鑒。

關鍵詞：高速鐵路;動車組;噪聲;特性

高速客運列車是諸多國家競相追捧的重要交通運輸方式，其拉近了各個城市之間相互達到的時間與距離，因而有著廣闊的發展前景與價值，乃是我國今后交通產業發展的重要部分。針對高速客運列車來講，其不僅車速快、運量大，而且還有安全、舒適及準時達到等優點，但由于沿線環境的差異性，易出現噪聲問題。近年來，隨著我國鐵路的幾次大調速，中國產化動車組列車的時速已經達到一個比較高的階段，部分段的車速達到了350km/h;本文以動車組列車為對象，分別對其各高度、距離下的噪聲特性進行測量，深入、細化的分析了其在空間、頻譜及時間方面的基本特性。

1.列車噪聲源分析

針對列車來講，其噪聲源有多種類型，不僅有空氣動力性噪聲、輪軌噪聲，還有機車動力噪聲等。一般情況下，當列車處于低速行駛狀態時，機車動力噪聲占據著核心地位;機車動力噪聲通常與機車的種類、車型之間有著緊密關聯，其中，針對電動機車來講，其噪聲源主要有剎車系統、電動通風機、電動壓縮機、牽引電動機及電動發電機等;當列車處于高速行駛狀態時，輪軌噪聲便占據著重要地位，尤其是車速達到300km/h時，會有比較強烈的空氣動力性噪聲形成。針對空氣動力性噪聲來講，其產生的原因為運動氣流、列車前端運動氣流的會和、列車表面形成有比較強烈的湍流邊界層以及外表面附件之間所存在的相互作用。需要指出的是，因空氣動力性噪聲伴隨車速的增加而增加，如果車堵超過300km/h，此時，主要噪聲源為空氣動力性噪聲。此外，還需要強調的是，高速列車類型不同，其輻射的噪聲也會存在比較大的差異。

2.測量動車組列車噪聲

我國的“和諧號”在我國的多個城市已投入運行，部分地區的時速高達350km/h，本文對上海西站導昆山段的沿線進行實地勘查，分別在沿途的多個點布置噪聲測點，此段線路實際是碎石道床。在與軌道中心線分別為30m、50m、70m、90m的距離處，分別布置高度同于軌面、高度高于軌面3m以及距離軌面6m高的位置處布設測定。在測量噪聲時，選用最新型的多通道頻譜分析儀，同步開展。此外，借助雷達測速儀，對列車速度進行測量。見表1。

3.動車組列車的基本噪聲特性

3.1噪聲所具有的時間特性

針對動車組列車來講，當其經過測量點31時，無論是線性聲壓級的時序，還是A計權聲壓級的時序，均會發生變化，其中，對于列車所經過的時間來講，實際就是車速與車長度之間的比值。另外，無論是上升階段，還是下降階段，A計權聲壓級與線性聲壓級于1.5s時，會有15dB的變化幅度;而當列車經過時間達到2.91s時，強脈沖性為動車組列車的主要噪聲表現;如果列車進過測點31時，線性聲壓級的區間值為90～96dB，而車頭與車身之間的連接處，便會產生比較大的渦流，形成最大的聲壓級，當車身經過時，受諸如電弓等部件的綜合影響，即便在一些比較平穩的輪軌噪聲上，同樣會有峰值出現。針對列車車尾來講，其聲壓級相比車頭，往往會低3～5dB。A計權聲壓級的時序圖與線性聲壓級的時序圖在具體的特性上，存在著較大差異。當在各個列車位置處，線性聲壓級的起伏較大，而針對此時的A計權聲壓級來講，其比較的光滑，最大值85dB，車頭不會出現最大值，而且車身連接處也不會出現，但在車身中部會出現。由此可知，列車位置不同，其噪聲頻譜會存在差異，在車頭位置處，往往有著比較強烈的低頻成分，而在車的中部位置，則主要時中高頻噪聲。

3.2最大升壓級的空間分布特性

在高度不同的情況下，最大聲壓級呈現出伴隨距離的衰竭，有著基本相同的規律;如果距離相同，那么針對此時的列車最大聲壓級來講，其會伴隨距離軌面高度的增加而隨之衰減，在與軌面之間距離6m高的位置處，其最大聲壓級與距離軌面3m高位置處相比較，要低1～2dB，如果與軌面同高位置處相比，則低2～3dB。如果動車組列車的車速為300km/h，那么其最大升壓伴隨具體按照公式（1）而衰減，也就是距離加倍，其最大升壓級衰減至為4.6dB。

在此公式當中，r所代表的是與軌道中心之間的距離，單位是m，30

需要指出的是，如果距離不同，或者是高度不同，那么在這些位置處，動車組列車噪聲都表現為<2500Hz的寬頻噪聲，有著非常強的低頻成分（<200Hz），但需要指出的是，如果高度不同，那么其頻譜也會存在差異。如果聲壓級小于200Hz，那么伴隨距離軌面高度的增加，其會隨之而衰減，究其原因，主要受車體表面空氣所產生的動力性噪聲的綜合影響;如果聲壓級大于200Hz，那么此時，其基本會伴隨距離軌面高度的增加，而呈現隨之增強的發展趨勢，針對距離軌面6m高的聲壓級來講，其與距離軌面3m高處相比較，往往會搞2～4dB;另外，相比于軌面同高處，距離軌面3m高處的聲壓級往往會高1～3dB。

4.結論

綜上，如果高速鐵路動車組的車速達到300km/h，那么列車噪聲的脈沖性會比較強，在處于下降或上升階段時，A計權聲壓級與線性聲壓級在大約1.5s的時間內，會有高達15dB的變化，與軌道中心大約30m位置處，動車組列車在具體的車線性聲壓級上，數值會維持在90～96dB這一區間內，A計權聲壓級的最大值此時能夠達到85dB，而車尾聲壓級相比于車頭，通常會低3～5dB。另外，還需要指出的是，如果動車組列車的車速維持在300km/h，那么其最大聲下，會有非常強的低頻成分，但高度不同，其頻譜會存在差異;如果聲壓級小于200Hz，那么其伴隨距離軌道高度的增加，而隨之衰減;如果聲壓級大于200Hz，那么其基本伴隨距離軌面高度的增加，而呈現隨之增強的態勢。

參考文獻：

[1]王成強， 邢海英， 鄭繼峰. 基于CAA的高速動車組氣動噪聲仿真研究[J]. 華東交通大學學報， 2015（1）：9-15.

[2]袁磊， 甘慶鵬， 劉雨，等. 高速鐵路列控系統列車位置在線估計算法研究[J]. 鐵道學報， 2017， 39（9）：95-99.

[3]范欽海. 高速鐵路的主要技術特征與高速動車組[J]. 機車電傳動， 2003（5）：5-9.