7.2.1.1 车外声源识别基本介绍
基于78通道相控声阵列和Beamforming声源识别系统，对高速动车组车外运行噪声进行测试，进而做声源识别，以了解运行在我国高速铁路线路上高速动车组主要声源分布及频谱特性。
根据ISO标准及国外高速动车组运行噪声声源识别试验经验，在列车和线路状况满足ISO 3095—2005相关要求的前提下，对京沪高速铁路进行声源识别试验，测试现场如图7-5所示。安装声阵列，阵列平面距离较近正线轨道中心线7.5m，阵列中心垂直距离钢轨顶面2.0m。
根据ISO标准及国外高速动车组运行辐射噪声测量经验，在列车和线路状况满足ISO 3095—2005相关要求的前提下，布设高速动车组运行噪声空间声场测点，在高速动车组以不同速度通过测量所在位置时，由多通道噪声采集仪器对各测点处的噪声数据进行采集、记录，然后通过多通道噪声分析软件，对运行状态下高速动车组车外辐射噪声空间声场特性进行分析。空间声场测点布置如图7-6所示。
图7-5 京沪高速动车组车外声源识别测试现场
图7-5 京沪高速动车组车外声源识别测试现场（续）
图7-6 空间声场横断面测点示意图
车外噪声测试时，由于列车在远轨一侧运行，标准点的水平距离实际为12.5m和30m。报告中给出了实际测试结果，以及减去5m距离后的修正结果。测试采用的仪器和分析系统见表7-2。
表7-2 高速轨道交通噪声数据采集与分析系统
测试仪器在试验前经过国家级计量检测单位检定，符合国家相关标准要求和ISO 3095—2005《Railway applications-Acoustic-Measurement of noiseemitted byrail bound vehicles》的相关规定。
7.2.1.2 车表面声源识别结果及其频谱特性分析
由声强表示的噪声云图一般作为相控声阵列声源识别系统典型结果的首选表示方式，其结果直观明了，还可以根据声源区域面积直接计算其对应的声功率。因此，高速动车组车外噪声声源识别的结果选择以声强云图的方式来表示。云图所示的列车表面场点声强值，不单包含大小（源强）和方向（指向性）信息，还包含了各自的频谱特性。
基于车外声源识别系统的高速动车组典型声源识别结果如图7-7～图7-18所示，列车速度等级为314km/h。图7-7为整个分析频率区段总的声源识别结果，动态显示范围为100.0～110.0dB。为了进一步了解高速动车组在高架区段主要噪声源的源强分布特性，图7-8～图7-18为中心频率为500Hz～5000Hz各1/3倍频程的声源识别结果。
（1）全频段分析 图7-7中在高架区段以314km/h速度运行的声源分布状态如下：
1）轮轨位置是最大的声源来源。
2）在两节车辆连接位置附近，存在一定的气动噪声，声源大小仅次于轮轨噪声。
3）升起的受电弓区域（包括底座）位置存在显著的声源。
（2）各1/3倍频程的分析 对图7-8～图7-18进行比较、分析与总结，得出规律如下：
1）500～1000Hz频率对应的声源主要是轮轨噪声和辅助设备噪声。
2）1250～1600Hz频率主要声源依然是轮轨，但车身的气动噪声开始变得明显。
3）主要声源的显著频率为2000～5000Hz。
4）2000Hz和2500Hz频率对应的主要声源是车身部分由车窗引起的气动噪声，轮轨噪声区域依然占较大比重。
图7-7 高架区段列车（314km/h）前八节声强云图（全频段：500～5000Hz）
图7-8 高架区段列车（314km/h）前八节声强云图（1/3频段：500Hz）
图7-9 高架区段列车（314km/h）前八节声强云图（1/3频段：630Hz）
图7-10 高架区段列车（314km/h）前八节声强云图（1/3频段：800Hz）
图7-11 高架区段列车（314km/h）前八节声强云图（1/3频段：1000Hz）
图7-12 高架区段列车（314km/h）前八节声强云图（1/3频段：1250Hz）
(www.xing528.com)
图7-13 高架区段列车（314km/h）前八节声强云图（1/3频段：1600Hz）
图7-14 高架区段列车（314km/h）前八节声强云图（1/3频段：2000Hz）
图7-15 高架区段列车（314km/h）前八节声强云图（1/3频段：2500Hz）
图7-16 高架区段列车（314km/h）前八节声强云图（1/3频段：3150Hz）
图7-17 高架区段列车（314km/h）前八节声强云图（1/3频段：4000Hz）
图7-18 高架区段列车（314km/h）前八节声强云图（1/3频段：5000Hz）
5）3150Hz以上的频率对应的主要声源为气动噪声，主要来自两节车连接位置附近的气动噪声，头车两节车厢和最后两节车厢气动噪声不明显。轮轨噪声依然占一定比重。
7.2.1.3 噪声声源垂向分布特征
高速动车组车外噪声垂向分布反映列车声源垂向分布状态，用声暴露级表示。声暴露级是衡量瞬态噪声中所含能量大小的量，根据ISO 3095—2005定义，声暴露级的计算公式如下：
式中，T0=1s，表示参考时间间隔为1s。
图7-19所示为高速动车组以运行速度314km/h通过时位于列车靠近声阵列一侧表面位置处的声暴露级垂向分布曲线。
由图7-19可见，列车运行速度为314km/h时，最大声暴露级位于钢轨顶面位置，即距钢轨顶面0.10m高处，对应的最大声暴露级为125.9dB（A）。即轮轨位置是主要的声源来源，且偏向于车轮；车窗和受电弓及其底座位置，气动噪声显著；车体位置的气动噪声偏小。
图7-19 声暴露级垂向分布图（314km/h）
由图7-20可以看出，车外标准点的噪声测试结果具有较明显的关联性，每一个局部峰值都对应车辆连接或转向架位置。M1要比M2的高约3dB（A）。对测点M1、M2，声压时间历程出现的局部最大峰值，对应车辆连接或转向架位置，头车前转向架和受电弓通过测点位置时刻没有局部峰值。由此可见，轮轨噪声在高速动车组噪声中占着最重要的地位。对较远测点M3，由于传播途径过程中的噪声衰减，导致车前转向架和受电弓位置的时间历程出现的局部最大峰值不明显。
图7-20 车外标准点噪声时间历程（314km/h）
不仅要考虑噪声的强度，而且要考虑它的作用时间。另一方面，由于高速动车组的噪声不连续稳定，其强度是随时间变化的。为了表征不稳定噪声对人体的作用，要求在一段时间间隔内A计权声压级的能量平均意义上的等效声级，称为等效连续A声级（通常简称等效声级）。
式中，pA（t）为A计权瞬时声压值，p0是基准声压，在实际测量中往往不是连续的采样，而是离散的采样，且采样的时间间隔一定时，可以用以下公式表示：
式中，n为时间内采样的总数；LAi是第i次测量的A声级。
现有铁路噪声标准都是以A计权声压级来评价，3个标准点测试得到的等效连续A声级分别为94.5dB（A）、92.6dB（A）和84.9dB（A），水平距离减去5m后的修正值分别为96.7dB（A）、94.8dB（A）和85.7dB（A）。对标准点M1、M2和M3等效声级频谱特性进行分析，得到标准点的声压频谱特性。如图7-21～图7-23所示，为高速动车组以314km/h速度通过时，3个标准测点噪声的A计权等效声级倍频程频谱。
从频谱图可以得出以下结论：
1）3个标准点等效A声级的显著频率分别为1000Hz、5000Hz和800Hz，标准点M1、M2和M3显著频带范围都在315～5000Hz。主要声功率都在这个范围。
2）M1和M3在同一高度，标准点等效声级相差9.6dB（A），噪声值在较远标准点有明显的衰减。
3）M1和M2离车体有同样的垂直距离，标准点等效声级相差1.9dB（A），差距比较大，是由于车窗位置的气动噪声显著。
图7-21 M1等效声级倍频程频谱（314km/h）
图7-22 M2等效声级倍频程频谱（314km/h）
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
