高速列车VIP客室噪声机理分析

高阳　吴健

（中车长春轨道客车股份有限公司工程研究中心，130062，长春∥第一作者，高级工程师）

在轨道交通快速发展的同时，随着人们生活水平的提高、环保意识的加强以及噪声防治相关法律的强制实施，轨道交通列车车内噪声问题日益突出，受到了社会上的广泛关注［1-3］。高强度、持续不断的客室内噪声给司乘人员的身体带来疲劳感和压迫感，容易让人脾气暴躁、情绪波动，严重时甚至可能会给听力带来损伤，目前已成为高速列车噪声控制研究的重点［4-6］。

为了获得VIP客室内噪声声压级分布特性和频谱特性，本文对我国某现役高速动车组VIP客室在典型运行速度下的噪声特性进行了测试，分析VIP客室内噪声形成机理，为后续高速动车组VIP客室减振降噪工作提供科学依据和指导。

1　测试方案

列车在匀速运行时，在VIP客室第1、2排座椅正前方距地板面1.2 m高处设置6个传声器测点（前排左、前排中、前排右、后排左、后排中、后排右）。测点的位置分布如图1所示。为获取测试车辆VIP客室内噪声的源强分布特性，在VIP客室第1排座椅后方、第2排座椅前方中间位置布置声源识别球形阵列。为了了解VIP客室噪声来源机理，在车体和转向架区域布置了声学和振动测点（见图2）。

图1　VIP客室传声器测点布置

2　声源特性分析

图2　VIP客室声源识别测点布置

图3给出了VIP客室分别位于头车或尾车两种情况下的客室内声压级总值。从图中可以看出，VIP客室位于头车时其声压级总值较其位于尾车时增大约5 dB。其主要原因在于头车受到气动噪声影响更为显著。因此，欲降低头车VIP客室的噪声，需对高速列车的车头采取低噪声设计，降低车头区域气动噪声。

图3　VIP客室声压级总值比较

为了进一步分析车内噪声特性，图4给出了尾车VIP客室内噪声的1/3倍频程频谱。在1/3倍频程频谱图中，定义频率声压级最大值以下10 dB范围内的频率区域为噪声显著频段。由图4可知，VIP客室内噪声的显著频带为63～2 000 Hz。

图5给出尾车VIP客室噪声频谱各1/3倍频程的能量分布。结合图4可知，125 Hz频段对于尾车VIP客室内的噪声起主导作用，与此同时，500 Hz和630 Hz频段的噪声能量对于尾车VIP客室内的声学环境存在较大影响。为了降低尾车VIP客室噪声，需从噪声机理入手，分析125 Hz、500 Hz以及630 Hz频段噪声来源。

3　噪声机理分析

图6给出125 Hz、500 Hz和630 Hz频段尾车VIP客室A计权声源识别声压云图。图中下方区域是地板，上方为车顶板，两侧是左、右侧墙。从图中可以看出，125 Hz频段噪声主要来自于地板方向，500 Hz和630 Hz两个频段的噪声主要来自于侧窗上方的顶板区域。

图4　VIP客室内噪声1/3倍频程频谱

图5　VIP客室内噪声能量分布

图7给出了尾车VIP客室内噪声的快速傅里叶变换（FFT）频谱以及车外车顶区域气动噪声、侧墙气动噪声、转向架区域噪声信号和轮轨振动信号的FFT频谱。从图中可以看出，尾车VIP客室内125 Hz三分之一倍频程频段内的126 Hz处、500 Hz三分之一倍频程频段内的540 Hz处以及630 Hz段内的569 Hz处等频率存在显著峰值。

从图7中可以看出，轮轨振动和转向架区域噪声在126 Hz、540 Hz及569 Hz处均存在较为明显峰值，车顶和侧墙区域在这些频率处并未发现显著峰值。

由于上述频谱曲线和频率峰值是在列车匀速运行情况下得到的，自身无法判断是否与列车运行速度相关，因此，可通过噪声和振动的时频特性来进一步分析。图8给出了尾车VIP客室、车顶气动噪声、轮轨区域噪声以及轮轨振动信号的时频特性云图。

由图8可见，在尾车VIP客室噪声峰值频率126 Hz处，VIP客室内噪声、转向架区域噪声和轮轨振动信号具有显著阶次特征，对应4.45阶为车辆系

图6　VIP客室A计权声源识别声压云图

图7　尾车VIP客室噪声FFT频谱

统过枕跨频率。结合VIP客室声源识别结果和车外声学和振动测点的测试结果可知，轮轨噪声通过空气路径，透过车体地板在车内形成声源贡献。

在500 Hz和630 Hz频段，对应速度变化的540 Hz和569 Hz等峰值频率，其与车轮19～24阶和24.4阶阶次激励频率密切相关。结合车内声源识别和车外声学和振动测点的测试结果，分析判断其产生机理为车轮19～24阶非圆激励，形成转向架区域显著的转向架区域轮轨振动和声学激励。这些激励作用到外地板上，进而通过结构传递路径传递给侧墙和车窗内饰结构，引起该部位内饰结构显著振动声辐射，从而形成显著声源贡献。

图8　VIP客室时频特性云图

4　结论

（1）VIP客室位于头车时其声压级总值较其位于尾车时增大约5 dB，其主要原因在于头车受到车头区域气动噪声影响更为显著。因此，欲降低头车VIP客室的噪声，需对高速列车的车头采取低噪声设计，降低车头区域气动噪声。

（2）在125 Hz频段，对应阶次特性显著的峰值频率126 Hz，也是4.45阶车辆系统过枕跨频率。轮轨噪声通过空气路径，透过车体地板在车内形成尾车VIP客室在该频段处的声源贡献。

（3）在500 Hz和630 Hz频段，对应随速度变化的540 Hz和569 Hz等峰值频率，其与车轮19～24阶和24.4阶阶次激励频率密切相关。其产生机理为车轮19～24阶非圆激励，形成转向架区域显著的转向架区域轮轨振动和声学激励。这些激励作用到外地板上，进而通过结构传递路径传递给侧墙和车窗内饰结构，引起该部位内饰结构显著振动声辐射，从而形成显著声源贡献。

［1］何宾.高速列车车外噪声分布特征及车轮阻尼控制措施初步探讨［D］.成都：西南交通大学，2011.

［2］何远鹏，焦洪林，赵悦，等.嵌入式轨道弹性材料特性对钢轨振动与声辐射的影响［J］.噪声与振动控制，2015，35（3）：51.

［3］韩光旭.高速列车车轮非圆化对振动噪声的影响及演变规律研究［D］.成都：西南交通大学，2015.

［4］刘玉霞，温泽峰，肖新标，等.不同阻尼形式对车轮振动声辐射特性的影响［J］.噪声与振动控制，2014，34（4）：62.

［5］张捷，肖新标，韩健，等.高速列车车内客室端部噪声分布特性与声学模态分析［J］.机械工程学报，2014，50（12）：97.

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