第一作者:俞悟周,女,1972年生,博士,副研究员,研究方向为环境声学和噪声控制。
高速铁路动车组列车的噪声特性俞悟周1 王 晨2 毛东兴1 王佐民1 姜在秀1 万 雯2(1.上海同济大学声学研究所,上海200092;2.上海铁路城市轨道交通设计研究院,上海200070) 摘要 测量了车速达250km/h 的高速铁路动车组列车不同距离、不同高度处的噪声,分析了其时间、频谱及空间分布特性,并与普通客运列车比较。
结果表明,动车组列车噪声表现为较强的脉冲性,频谱较宽,为2500Hz 内的宽频噪声,200Hz 以下的低频成分很强;不同高度处最大声压级随距离的衰减规律基本类似,但不同高度处频谱不同。
关键词 高速铁路 动车组 噪声 噪声测量N oise characteristics of China rail w ay high 2speed Yu W uz hou 1,W ang Chen 2,M ao Dong x ing 1,W ang Zuomin 1,J iang Zai x i u 1,W an Wen 2.(1.I nstitute of A coustics ,Tong j i Universit y ,S hanghai 200092;2.S hanghai Railw ay U rban Rail T rail T ransit Desi gn &Research I nstitute ,S hanghai 200070)Abstract : Noise levels of China railway high 2speed (CR H )operating at 250km/h were monitored and measured simultaneously at 12points located at 4distances (30,50,70and 90m )f rom the rail center and 3heights (0,3and 6m above the rail ).The CR H noise characteristics (time and f requency profiles )were analyzed and compared with the same of an ordinary train operating at 120km/h.The noise of CR H was impulsive with a wide f requency range up to 2500Hz.Below 200Hz ,noise of CR H was strong.The noise levels declined similarly with distance and height ;the noise of each height had its own f requency profile pattern.K eyw ords : high speed train ;China railway 2speed ;noise ;noise measurement 高速客运列车是许多发达国家城市间客流的主要交通运输方式,也是中国今后铁路客运的发展方向。
它具有运量大、车速快、时间准、安全舒适的特点,但也存在对沿线环境造成噪声污染的问题。
据实测,中国地面段铁路轨道交通在车速80km/h 时,在距离线路中心线7.5、15.0、30.0m 处的A 计权声压级分别约92、87、82dB 。
2007年4月,中国铁路正式实施第6次大面积提速,其中国产化动车组列车车速达到200km/h 以上,部分段车速达到250km/h 。
笔者测量了动车组列车不同距离、不同高度处的噪声特性,并分析了其时间、频谱及空间分布特性。
1 列车的主要噪声源列车的主要噪声源有机车动力噪声、轮轨噪声、空气动力性噪声等。
通常,低速行驶时,机车动力噪声占主要地位,机车动力噪声与机车的车型、种类有关,其中电动机车的主要噪声源是电动压缩机、电动发电机、电动通风机、牵引电动机及刹车系统等;高速行驶时,轮轨噪声占优势,车速>200km/h 时还将引起强烈的空气动力性噪声。
空气动力性噪声产生的主要原因是分离气流在列车前端汇合、列车表面的湍流边界层、运动气流与列车边缘及外表面附件间的相互作用。
由于空气动力性噪声随车速(v )大致以60lg v ～80lg v 的规律增加[1],车速>200km/h 时,空气动力性噪声将成为重要的噪声源。
根据日本新干线的试验结果,车速为230～240km/h 时,对于7～9m 高的高架结构、轨面上有2m 高声屏障的情况下,距离新干线25m 、距离地面1.2m 处轮轨噪声A 计权声压级为70～72dB ,受电弓噪声A 计权声压级为72dB ,空气动力性噪声A 计权声压级为72～75dB ;车体下半部分的空气动力性噪声和轮轨噪声相当[2,3]。
因此,高速铁路列车辐射的噪声有别于普通客运列车。
不同的高速列车辐射的噪声也有较大差别。
根据有关资料的报道,日本新干线700系列车在采取了声屏障等一系列降噪措施后,距离轨道中心25m 、地面上1.2m 处A 计权声压级为75dB [4];德国ICE 高速列车车速为200km/h 时,与上述同一位置处A 计权声压级为85dB ,车速为250km/h 时为89dB ;法国T GV 2A 高速列车在车速270～300km/h 时,与上述同一位置处A 计权声压级为・47・95～105dB [5]。
2 动车组列车噪声的测量“和谐号”动车组列车在京沪线沪宁段行驶车速在200km/h 以上,上海西站至昆山段车速达250km/h 。
根据沿线现场勘查,噪声测点布置在南翔站和黄渡站间北侧的江桥镇杨家村,此段线路为碎石道床。
在距离轨道中心线30、50、70、90m 处布置高度分别为与轨面同高、距离轨面3m 高、距离轨面6m 高的测点,测点布置见图1。
噪声的测量采用多通道频谱分析仪同步进行。
同时,采用雷达测速仪测量车速。
根据现场实测,动车组列车的经过车速为250km/h。
图1 噪声测点布置图Fig.1 Layout of noise measurement points3 动车组列车噪声特性3.1 噪声的时间特性动车组列车经过测点31时线性声压级和A 计权声压级的时序图见图2,其中列车经过时间为车长和车速的比值。
由图2可见,上升和下降阶段中,线性声压级和A 计权声压级在1.5s 左右的时间内有15dB 的变化;列车经过时间约为2.92s ,动车组列车噪声表现为强脉冲性;列车经过测点31时线性声压级在90～97dB ,车头和车身连接处形成强烈涡流,声压级最大,在车身经过时,因受电弓等部件的影响,在较平稳的轮轨噪声上出现一些峰值。
车尾声压级较车头低3～5dB 。
线性声压级和A 计权声压级的时序图特性不完全一致。
线性声压级在不同列车位置处有较大的起伏,而A计权声压级较为平图2 动车组列车经过测点31时的声压级时序图Fig.2 Pass 2by noise level profiles of CR H at 30m f rom therail center at the rail height滑,最大值约为86dB ,最大值并不出现在车头和车身的连接处,而出现在车身中部,这表明不同列车位置处噪声的频谱也有不同,车头处有很强的低频成分,车身中部以中高频噪声为主。
3.2 最大声压级由表1可见,动车组列车的最大声压级为96.4dB ,比普通客运列车的最大声压级高7～10dB 。
表1 距离轨道中心线30m 处动车组列车(250km/h )和普通客运列车(120km/h )最大声压级的比较Table 1 Maximum noise level (L max )of CR H at 250km/h and ordinary train at 120km/h measuredat 3heights 30m f rom the rail center测点最大声压级/dB动车组列车普通客运列车3394.887.53295.585.83196.486.8 由图3可见,普通客运列车以轮轨噪声为主,其噪声的最大声压级以125～2000Hz 为主,500～1250Hz 为声压级峰值频带。
动车组列车最大声压级频谱明显比普通客运列车宽,为2500Hz 内的宽频噪声;200Hz 内的低频频带内动车组列车声压级比普通客运列车高10dB 以上;1600Hz 以上高频频带内动车组列车声压级比普通客运列车高5～10dB ;200～1000Hz 动车组列车声压级与普通客运图3 动车组列车(250km/h )和普通客运列车(120km/h )最大声压级的频谱比较Fig.3 L max f requency profiles of CR H at 250km/h and ordinary train at 120km/h 30m f rom the rail center・57・列车相当,表明在此频带动车组列车噪声仍以轮轨噪声为主。
3.3 动车组列车最大声压级的空间分布特性由图4可见,不同高度下最大声压级随距离的衰减规律基本类似;对同一距离,列车的最大声压级随距离轨面高度的增加而衰减,距离轨面6m 高处最大声压级比距离轨面3m 高处低1～2dB ,比与轨面同高处低2～3dB 。
根据图4,车速为250km/h 的动车组列车最大声压级随距离按式(1)衰减,即距离加倍,最大声压级衰减约4.7dB 。
L p =L p0-15.5lg (r /30)(1)式中:r 为与轨道中心的距离,m ,30<r <100;L p 为距离轨道中心r 处的最大声压级,dB ;L p0为距离轨道中心30m 处的最大声压级,dB。
图4 最大声压级随距离的衰减Fig.4 Effects of measuring distance and height on L max 由图5和图6可见,动车组列车噪声在不同距离、不同高度处的频谱均表现为2500Hz 内的宽频噪声,200Hz 以下的低频成分很强,但不同高度处频谱不同。
由图5可见,200Hz 以下的声压级随距离轨面高度的增加而衰减,这是由于车体表面空气动力性噪声的影响;200Hz 以上的声压级基本随距离轨面高度的增加而增强,距离轨面6m 高的声压级比距离轨面3m 高处高2～4dB ,距离轨面3m 高处的声压级比轨面同高处高1～3dB 。
由图6可见,各频率的声压级均随与轨道中心距离的增加而衰减,且不同频率下声压级衰减程度不同。