日本新干线列车噪声声源分布及主动降噪实车试验研究综述

晋永荣 陈晓丽

摘 要：高速列车的噪声严重影响人的身心健康，列车速度提高后，气动噪声将成为列车噪声的主要组成部分。认识列车噪声声源的分布，采取主动降噪的方法控制噪声幅值，显得尤为重要。我国高速铁路发展起步较晚，我国对于列车噪声声源方面的研究相对较少，国外研究的方法和结论可为我们认识列车噪声提供借鉴。本文以日本新干线列车实车试验结果为基础，介绍了日本新干线列车噪声声源分布情况及日本高速铁路主动降噪措施。

关键词：日本新干线列车；降噪；噪声污染

中图分类号：U467.493；U270.16 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）03-0168-03

Overview of Research on Noise Source Distribution and Active Noise Reduction of

Shinkansen Trains in Japan

JIN Yongrong，CHEN Xiaoli

（Hunan Railway Professional Technology College，Zhuzhou 412001，China）

Abstract：The noise of high-speed train seriously affects people’s physical and mental health. With the increase of train speed，aerodynamic noise will become the main component of train noise. It is particularly important to understand the distribution of train noise sources and adopt active noise reduction method to control the noise amplitude. The development of high-speed railway in China started relatively late，and the research on the noise sources of trains in China is relatively few. The methods and conclusions of foreign research can provide us with reference to understand the noise sources of trains. Based on the test results of Shinkansen trains in Japan，this paper introduces the noise source distribution of Shinkansen trains in Japan and the active noise reduction measures of Japan’s high-speed railway.

Keywords：Shinkansen train in Japan；noise reduction；noise pollution

0 引 言

随着社会的不断进步，噪声污染已成为城市污染最为突出的部分，噪声严重影响人的身心健康。日本科学家研究表明，气动噪声幅值与列车速度的6次方成正比[1]，列车速度提高后，噪声问题日益突出，日本法律规定，新干线列车产生的噪声传播到与线路垂直距离为25m的位置時，测得的A计权声压值必须在75dB以内[1]，为了将高速列车噪声幅值控制在这一范围内，日本科学家做了大量的研究。

为了准确确定气动噪声声源的位置，有效降低气动噪声幅值，日本实车试验时，将高速列车运行过程中产生噪声的声源分为以下几个部分：

（1）列车底部，其产生的噪声包括轮轨噪声、转向架机械噪声和气动噪声等；

（2）受电弓气动噪声，主要指高速列车运行过程中产生的气动噪声；

（3）高速列车车顶其他设施，其产生噪声主要包括绝缘子、风挡、空调风道格栅、列车车体不光滑表面等产生的噪声；

（4）路基，其产生的噪声主要包括桥梁、轨道振动产生的噪声[1，2]。

在经历了六次大提速后，我国高速列车气动噪声问题也逐渐突显出来，由此可以预见，随着列车速度的进一步提高，列车噪声问题也将更加突出，可能影响铁路沿线居民的健康。因此，有效控制高速列车噪声已成为高速列车研发设计人员必须考虑的问题。

高速列车降噪措施主要分为两类，一类是被动降噪，一类是主动降噪。在被动降噪方面，日本、德国都进行了大量的研究，日本在新干线铁路沿线修建了高为1m到2m的噪声屏蔽墙[2]，德国在隧道内铺设了减噪设施[3]。在主动降噪方面，日本从70年代开始，进行了大量的实车试验，本文将主要介绍日本实车试验的方法、过程及结果。

1 试验工况

日本新干线列车实车试验从1985年开始，试验工况如表1所示，其中A组、B组、C组数据是在列车速度为210Km/h时测得的，D组、E组、E’组数据是在列车速度为240Km/h时测得的，F组、F’组、G组、G’组数据是在列车速度为270Km/h时测得的，H组、H’组、I组、I’组数据是在列车速度为300Km/h时测得的[1]。

2 测点

如图1所示，在距离轨道中心25m的位置设置噪声采集器，噪声采集器由定向声波采集器和普通声波采集器组成。噪声采集器设置于桥梁下方，距离地面高1.2m的位置。试验桥梁高8.9m，线路两侧有高约1.8m的噪声屏蔽墙[1，2]。

3 试验过程及结论

图2为噪声采集器采集的各种工况下高速列车不同部分的气动噪声幅值。其中A～I组数据为普通声波采集器采集得到的数据，E’～I’组数据为定向声波采集器采集得到的数据。

（1）图中A组数据是在20世纪70年代，日本新干线沿线刚刚修建了噪声屏蔽墙后，在测点位置测量得到的噪声幅值，新干线列车速度为210Km/h，由图可见，尽管修建了噪声屏蔽墙，但车底设备噪声与电火花噪声依然是高速列车噪声的主要组成部分。

（2）1985年，日本高速列车车身流线型得到优化，轮轨噪声降低，如图中B组数据所示，列车运行速度为210Km/h。

（3）C组数据是在彻底消除了电火花噪声之后获得的数据。

（4）电火花噪声消除之后，受电弓气动噪声成为新干线噪声的主要组成部分，气动噪声主要是由高速列车受电弓、橡胶绝缘子、裙板格栅、风挡、空调等设备产生，这些车身位置表面流线型较差，容易引起周围气体涡脱落，产生气动噪声。图中D组数据为1986年新干线列车速度进一步提高到240Km/h后，测量得到的噪声值，由图可见，噪声幅值提高到了77dB，造成气动噪声幅值急速增大的原因是气动噪声幅值与列车速度的6次方成正比。

（5）为了解决列车速度提高后引起的噪声幅值增大的问题，日本对高速列车的车身表面进行了进一步优化，图中E组、E’组数据是在优化了受电弓羊角后测量得到的，由数据可见，受电弓羊角优化后，受电弓气动噪声幅值降低，但气动噪声还保持相对较大的值。

（6）20世纪90年代，当新干线列车速度提高到270 Km/h后，有效降低气动噪声更为迫切，日本通过进一步优化车身表面，降低了列车气动噪声幅值，如图中F组、F’组、G组、G’组数据所示。

（7）新干线列车速度提高到300Km/h之后，列车噪声幅值随着列车速度逐步增大，为解决这一问题，日本研发了低噪受电弓——高速T型受电弓，如图中H组、H’组数据所示，新干线列车装配低噪受电弓后，噪声得到了有效的控制，可见低噪受电弓能够有效降低高速列车气动噪声。此外，日本还对列车车身表面进行了更进一步的优化，替换了原来使用的绝缘子等产生较高噪声幅值的设备，测量得到图中I组、I’组数据。

4 结 论

我国高速列车速度进一步提高后，列车噪声问题也逐步突显，认识噪声声源的分布，采取措施有效地控制噪声幅值十分必要。日本在上世纪70年代开始研究高速列车噪声声源的分布及主动降噪措施，大量的实车试验结论和数据能够帮助我们认识噪声声源的分布，日本主动降噪的研究结论可供我国高速列车降噪研究参考。

参考文献：

[1] Kitagawa T，Nagakura K. Aerodynamic noise generated by shinkansen cars [J].Journal of Sound and Vibration，2000，231（3）：913-924.

[2] Wakabayashi Y，Kurita T，Yamada H，et al. Noise Measurement Results of Shinkansen High-Speed Test Train （FASTECH360S，Z） [M]// Noise and Vibration Mitigation for Rail Transportation Systems，2008：63-70.

[3] 晋永荣，梅元贵.德国高速列车ICE3隧道微压波试验研究综述 [J].国外铁道车辆，2013，50（5）：1-6.

[4] Nagakura K.Localization of aerodynamic noise sources of Shinkansen trains [J]. Journal of Sound and Vibration，2006，293（3-5）：547-556.

[5] 张曙光.高速列车设计方法研究 [M].北京：中国铁道出版社，2009.

[6] 钱立新.世界高速铁路技术 [M].北京：中国铁道出版社，2003.

作者简介：晋永荣（1988-），男，汉族，甘肃定西人，讲师，硕士研究生，研究方向：高速列车空气动力学；陈晓丽（1990-），女，汉族，甘肃兰州人，助教，硕士研究生，研究方向：列車转向架优化设计。