摘要：随着高速列车速度的提高，对噪声控制提出了挑战。为保证车内外噪声符合人体舒适度及相关标准要求，在方案设计过程中，运用声学统计能量的方法，进行噪声控制方案的计算、对比分析，经过工程优化，在内部噪声控制方面取得了较好的效果。
关键词：高速列车；减振；降噪；
0引言
随着高速列车速度的提高，对噪声控制提出了挑战。本文通过对高速列车车内噪声源分析，制定噪声控制方案，基本满足旅客舒适度要求，符合GB12816列车声学性能标准要求，高速列车车上设备较多，运行速度较快，给减振降噪带来了极大的挑战。
2噪声控制计算仿真及分析
传统的数值计算方法如有限元法在强度和振动计算方面取得很大成功，但在噪声预测方面存在一定的局限性。传统的数值方法建模的精度在大约20阶模态后较低，而重要的声学频率范围常常超过100阶模态。基于上述原因，在高速列车的高频振动、高频噪音预测方面引进了统计能量分析技术。准确的统计能量分析方法依赖于结构的高模态密度、高模态重叠度和短波波长。然而，高模态密度、高模态重叠度和短波波长恰好是造成传统数值方法不精确和计算量大的因素。
相比之下，统计能量分析把复杂结构动力学系统的模态参数（频率、振形、阻尼等）处理成随机变量，其预测结果不能提供系统某个局部位置的精确相应，却能从统计意义上较精确地预测出各个子系统的响应级。
3车内噪声分析与计算
3.1车内噪声源分析
高速列车车内声场环境非常复杂，声源众多，根据噪声传递过程，可以分成直达声、透射声和振动辐射声。直达声是从噪声源发出，以空气为媒介，从车窗、车门的缝隙和排风口等直接传播到车内的声音。透射声指的是透过车身结构传到车内的声音。振动辐射声为固体传播声，包括一次固体传播噪声和二次固体传播噪声。一次固体传播噪声主要是轮轨、车辆机械系统引起的振动，振动能量通过固体结构和悬挂系统传到车体内壁，引起车体内壁振动，进而辐射噪声。二次固体传播噪声是噪声源的声能量激发车体内壁，引起车体内壁振动，进而辐射噪声。
3.2车外噪声控制计算验证
3.2.1仿真预测模型建立
根据统计能量分析法子系统的划分原则，建立了高速列车车内噪声仿真预测模型，包含有620多个子系统、40多种材料和结构属性设置、280多种载荷输入激励、10多种噪声控制措施以及70多个相关的载荷和特性谱，便于研究车内不同位置的噪声分布情况。
高速列车的主要声源激励的加载情况包括：（a）车下载荷激励，其声压频谱由实验测得，以约束的方式加载在车下相应位置的声腔上；（b）车顶辅助设备载荷激励，在相应位置的声腔上施加声功率载荷激励；（c）车体板件结构载荷激励，将实验测得的振动加速度频谱以约束的方式加载在车体相应的板件上。
3.2.2列车仿真预测计算结果
针对400 km/h运行速度，根据高速车车内噪声仿真预测模型，对其车内噪声进行仿真预测计算，如图所示。
4列车车外噪声分析与计算
4.1列车车外噪声源分析
高速列车运行时的车外噪声主要来源于轮轨噪声、气动噪声、集电系统噪声以及结构振动噪声四方面。通过前期测试结果表明， CRH3高速列车以394km/h速度运行时，车外辐射噪声主要声源来自转向架、轮轨接触位置、受电弓及其底座、车辆连接处、车体空调平顶。
轮轨噪声是高速动车组的主要噪声源，车内噪声有一半以上是直接或间接由轮轨作用产生的，轮轨噪声随车速的3次方增长，特别是在500～4000Hz的听力敏感范围内。轮轨噪声主要包括：车轮通过钢轨接头处的冲击声，车轮踏面疤痕的冲击噪声，在弯道运行时由于轮轨相对滑移产生的尖叫声，车轮滚动时由于表面粗糙而产生的滚动噪声，钢轨波纹磨损产生的噪声等。
空气动力学噪声主要是由于车体表面的空气湍流边界层对车体表面的激励。另外，在高速列车进入隧道及两车交会时产生的压力波动也会产生噪声。空气动力学噪声随着车速的提高而加大。高速动车组的气动噪声主要有列车头部气动噪声、隧道微气压波引起的气动噪声、表面凹凸造成的气动噪声等几方面。
车体结构振动噪声大致可分为车体钢结构的噪声传递和表面复层的声辐射。
高速列车的集电器在高速运行时，会产生较强烈的噪声，包括滑动噪声、弧光噪声和气动噪声等。
对于传统时速下的列车（200km/h以下），噪声主要来源于轮轨噪声。但对于现代高速列车而言（速度大于200km/h），气动噪声的比例增强，在300km/h附近，气动噪声超过轮轨噪声。
4.2列车车外噪声控制计算验证
根据声源特性对车内噪声的贡献量大小，可以分为以下部分控制车内噪声：优化受电弓处噪声；优化转向架区域噪声。
4.2.1优化受电弓区域的气动噪声
高速列车气动噪声主要产生于列车表面装置和特殊结构的特定位置。现有的研究结果表明，不同位置的气动噪声，其产生机理也不相同，大致可归纳为由于气流流经结构部件表面产生的噪声和湍流流动产生的噪声两大类。
气流流经结构部件表面产生气动噪声的来源包括：受电弓、受电弓底座、风挡等。
受电弓区域产生气动噪声的机理是：构成受电弓的各种杆件引起非稳态气流，进而形成周期性的涡旋脱落，从而产生噪声。因此受电弓平顶采用流线型处理，将大大减少流致噪声，减少周期性涡流脱落，从而有效减少受电弓处的气动噪声。
4.2.2优化转向架轮轨噪声
轮轨噪声主要是由车轮和钢轨的撞击和摩擦激发的振动产生的辐射噪声和高速产生的转向架气动噪声，控制车轮和钢轨的振动，可有效地控制车辆行驶过程中的结构噪声。另外，转向架区域也是主要的气动噪声源，尤其是头车前转向架部位。
因此为减少转向架结构冲击振动带来的噪声问题，可以采取喷涂阻尼浆、添加吸/隔声处理，减少车外振动噪声和气动噪声对车内的影响。
5 结论
在北京铁科院环形铁道试验和京沪线运行试验证明，列车基本满足旅客舒适度要求，符合GB12816列车声学性能标准要求，因此上述优化方案是切实有效的，采用计算机模拟计算机的方法满足了设计的要求。
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