文|农夫

编辑|农夫

从第一列动车组投入商业运营，中国已经迈进高铁时代十多个年头。

随着动车组进入标准化时代，最新的标准动车组复兴号运营时速已经达到350km/h，速度越高，车内低频段噪声也就越显著，乘坐的舒适性也会越差。

为了营造舒适的乘坐环境，对进入客室的各类噪声进行控制尤其重要。

那么我们的动车组总体设计过程中都有哪些巧妙的降噪设计呢？

一、车内声环境的构成

车内声环境指的是车内环境里的各种声波，包括：信息交流以及人们互相沟通时的必要声波、多媒体影音设备产生的声波以及车内外各种有害无益的噪声。

动车组在高速运行时产生的各种外部噪声通过车体传到车内。

这些外部噪声主要由空气与车体的摩擦声、受电弓与接触网的摩擦声及弧光放电声、轮轨噪声和动车组进出隧道产生的压缩波及反射波等组成。

动车组运行时自身设备也会产生一些噪声，例如，空调机组、废排机组、空气压缩机、变压器等设备运行时会产生噪声，甚至真空集便器在使用时都会产生很刺耳的噪声。

只有在设计动车组过程中更加有效地降低各种噪声对乘客的影响，才能提高动车组的乘坐品质。

二、车内声环境的控制参数及噪声控制要求

根据《铁道客车内部噪声限值及测量方法》（GB/T12816-2006）中的规定，如表1所示，高速动车组在以构造速度运行。

所有辅助设备正常使用时一等车厢噪声值不大于65dB（A），二等车厢噪声值不大于68dB（A），餐车的就餐区噪声值不大于68dB（A），餐车的厨房区不大于75dB（A）。

动车组静止、空调机组等辅助设备额定负荷运转时一等车厢噪声值不大于60dB（A），二等车厢噪声值不大于62dB（A）。

餐车的就餐区噪声值不大于62dB（A），餐车的厨房区不大于70dB（A），以上噪声值为等效连续A计权声压级。

三、噪声分类

动车组噪声源可分为设备运行噪声、轮轨接触噪声、空气动力学噪声、受电弓系统噪声、结构振动噪声以及周边建筑物反射的噪声等，其中轮轨噪声是高速动车组上的主要噪声源。

（一）设备噪声

空调机组、主变压器、空气压缩机、废排机组、牵引电机、牵引电机冷却风机等设备运行时会产生噪声。

这些设备产生的噪声对乘客区的影响与这些设备的功率大小、距乘客区的相对距离、乘客区的降噪措施等有很大关系。

（二）轮轨接触噪声

轮轨接触噪声是高速动车组上的主要噪声之一，包括车轮经过轨道接头处的撞击声、制动时轮与轨之间产生的摩擦噪声、车轮滚动时由于表面不平产生的滚动声。

通过弯道时相对滑移时产生的刺耳摩擦声、车轮挤压轨道及内侧车轮滑行时产生的摩擦声等。

轮轨噪声主要是由轨道及动车组自身原因造成的。

车辆自身原因包括车轮表面存在凹面擦伤、表面剥离、锥度不符合要求以及车轮的蛇形运动等。

轨道原因包括轨道接缝处的轮轨冲击、轨道表面不平顺等。

轮轨噪声主要是通过空气和固体传播至车厢内的。当列车高速运行时，轮轨发出的噪声一部分通过车体结构传至车内，引起车体结构件振动而激发噪声。

另一部分通过空气传播，从车辆的车门、车窗、风挡等缝隙直接传入车内，其噪声大小取决于车辆的密封程度。

（三）空气动力学噪声

空气动力学噪声是由气流流经车头、车辆连接处、转向架和设备舱等结构部件表面产生的噪声。

一般有湍流流动产生的噪声、气流流经车体表面产生的噪声两类。

湍流产生气动噪声的来源包括：车身表面、头车和尾车。高速动车组的速度越高，这种噪声会越来越明显。

由于头车车头表面形状变化较大，沿表面的气流也大，该处容易产生剧烈的空气湍流并形成噪声。

气流流经结构部件表面产生噪声的来源包括车顶凸出设备（车顶天线、高压电缆等）、车辆连接处的不平顺、空调格栅、转向架表面的不规则形状等。

这些位置表面的不规则，会引起空气流紊乱而产生噪声。

（四）受电弓系统噪声

受电弓系统噪声是高速动车组高速运行情况下因受电弓和接触网相对运动、弓网之间电弧以及受电弓凸出部分气动效果产生的较剧烈振动的噪声。

弓网滑动噪声是由于受电弓和接触网之间相对滑动、使周围空气产生高频振动产生的；电弧噪声是由于受电弓与接触网发生瞬时脱离时弧光放电产生的噪声。

（五）结构振动噪声

结构振动噪声是由于轮轨、运转设备振动激发车体各种设备、安装结构件及车体本身产生的振动并以噪声的形式辐射产生的噪声。

结构振动噪声来源于部件之间的交变力，包括撞击力、周期性作用力和摩擦力。对于撞击噪声，降噪方法是降低激励力幅值。

设计时要考虑各种材料及结构的固有频率，避免共振带来的噪声。

（六）建筑物回声噪声

这是一种二次噪声。

主要是轨道周围的建筑物反射轮轨噪声等产生的辐射振动以及高速铁路中轨道桥梁的振动噪声。当列车经过隧道和桥梁时，振动噪声尤为明显。

在列车经过隧道时，车内噪声会提高8～10dB。这是由于轮轨噪声受到隧道壁的阻挡，经过多次反射，从车窗、车门、车顶、车底架等车体隔声薄弱环节传进车内，如图1所示。

四、动车组降噪措施

目前，由于动车组车体结构和牵引方式的固有特点，动车转向架和受电弓位置所对应的车厢空间，其声压级明显高于其他位置，需进一步采取措施，降低这些部位的噪声值。

通常的降噪措施有：降低钢轨和车轮表面的粗糙度，对轮轨表面进行研磨，使之保持平滑完好状态。

铺设无缝线路及可动心轨道岔，可减少车轮对钢轨接缝的冲击声；采用防震钢轨；车体采用密封结构。

优化动车组外形，动车组头部流线化、车体表面无凸凹、过渡平滑，将使空气阻力大大减少，并能降低空气动力学噪声。

安装隔音、吸音、减振材料，通过隔断空气声和二次固体声来降低车内噪声。

五、动车组降噪在实际设计中的措施

高速动车组部分区域噪音影响比较大，需要采取相关措施来降低噪音。

（一）高速动车组

客室下部及车下设备的降噪措施车下是动车组噪音来源的一个主要方向，因此人们采用很多措施来降噪。

例如，车下设备采用弹性悬挂的方式，避免车下设备的振动和噪音通过连接传入车内，通过在转向架上部安装隔声板。

在车体下部悬挂车裙板，车裙板内侧覆盖吸音材料，以减轻轮轨噪声的辐射。

车内客室区域地板采用复合隔音降噪浮动地板结构，浮动地板隔声量可提高2～4dB（A），如图2所示。

具体结构如图3所示，客室地板侧部周边与墙板插接结构，达到整体与外界隔离，起到隔音降噪的作用，并且客室地板采用蜂窝夹心的三明治结构。

地板最底部一层为不锈钢或铝板，能够大大阻碍噪声向客室传播。客室地板支撑与地板之间，地板支撑与车体之间均采用橡胶垫隔开，避免硬接触，这种结构也大大降低了声波的传播。

客室地板与车体之间的空隙处塞有隔音防寒棉，也能很好起到隔绝外部噪音向车内传播的作用，以上地板结构能够很好地阻碍车体外部，特别是车体下部的噪声向车内传播。

（二）内装材料及车内设备的降噪

高速动车组内装普遍采用轻量化、美观、隔音效果好的材料。例如，各种间壁采用三明治结构板，中间层采用蜂窝结构，这种板材隔音效果非常好。

另外，车内设备与车体之间的连接固定，均采用橡胶减振块组件，确保部件与车体之间无直接硬连接，降低了噪音通过固体媒质向车内传播的量，如图4、图5所示。

动车组外门门板采用隔音性能良好的铝蜂窝结构，车门密封采用橡胶迷宫结构等措施。

（三）高速动车组空调系统降噪

空调系统处理不好的话，会对乘客的舒适性影响很大，另外，空调机组也会产生噪声，因此要采取很多措施来降噪。

空机组在车体上的凸出部分，通过安装扰流板使通过空调机组的气流更加顺畅，降低高速动车组运行时气流产生的噪音。

固定空调的连接件也采用相对较软的非金属垫片来减少噪音的传播；空调机组的周边与车体搭接处用密封胶密封，起到防水降噪的作用。

以上结构如图6所示。空调系统在车内也采用了很多降噪措施，例如，如图7所示，空调机组与客室风道通过柔性过渡风道连接。

风道的第一节被设计成消音风道，在消音风道内部设置了气流的导向板；风道和风道之间采用柔性过渡连接。

新风入口和空调机组出风口第一节风道粘贴吸音棉；出风口避免太狭窄以免引起哨音等。

（四）高速动车组车窗的降噪措施

高速动车组的侧窗对车内环境的影响非常大，好的结构能够对车外的噪声起到隔绝的作用。

新一代动车组采用高隔声中空玻璃结构，隔声量提高了约8dB（A），新型窗玻璃结构与之前普通窗玻璃的隔声比较如图8所示。

车窗除了玻璃采用新结构，车窗玻璃的固定安装和密封也充分考虑了阻碍噪音的传播。

例如，窗玻璃与金属窗框之间采用结构胶固定的方式；窗框与车体之间采用结构胶和螺栓的固定方式，螺栓连接采用橡胶垫片。

这些措施都能有效降低车外噪音向车内传播，如图9所示。

（五）车体的降噪措施

高速动车组车体相当于动车的皮肤和骨骼，是隔绝噪音的第一道屏障，因此也采用了很多降噪措施。

例如，采用隔热隔音、密封性好的铝型材结构；采用连续焊缝来保证车体的气密性；车体涂装具有吸音和减振功能的阻尼材料和油漆；

对不能施焊的部位，用密封胶密封等。这些措施都能有效地减少车外噪音向车内传播。

（六）车体气动外形上的降噪措施

在设计车体外形时，高速动车组会对优选的几种外形设计进行气动外形的相关试验，通过制作的小比例车模进行多种风速的风洞噪声试验。

对优选出的方案进行样车试制，最终确定高速动车组的头型方案。图 10 为 300km/h 车体表面声功率级分布云图。

为进一步降低车体表面气动噪声，高速动车组对外露在车体表面的天线座进行了平顺化结构优化，车顶天线处气动噪声可降低 3 ～ 5dB（A）。

六、总结

我国高速动车组技术的水平不断提高，日趋成熟，新技术也不断被应用，同时人们对高速动车组车内的声环境也有了更高的要求。

节能降噪是一个永远不变的课题，科研和工程技术人员要不断攻克难关，使中国高速动车组技术领先世界。

中国高铁在减少噪音方面已经走在了世界前列，但它也面临一些挑战，声屏障在合理设置的同时也必须确保不影响高铁线路的运营安全和效率，因此，在设计声屏障时，必须兼顾减噪效果与高铁线路的布局和结构。

参考文献

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 .GB /T12816-2006 铁道客车内部噪声限值及测量方法 [S]. 北京：中国标准出版社，2006.

[2] 李芾 . 高速动车技术 [M]. 成都：西南交通大学出版社，2008.

[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 .GB/T 8485-2008建筑门窗空气声隔声性能分级及检测方法 [S]. 北京：中国标准出版社，2008.A Brief Discussi