0 引言

利用隔音屏屏蔽高速铁路噪声的原理在于,在噪声的传播过程中阻断噪声的传播,现如今在保证客运专线的运营速度的基础上,运用隔音屏,控制噪声,使其既做到不影响沿线居民生活,又做到不影响列车运行,便成了目前有待解决的问题之一。

1 高铁噪声的来源及其原理(表1)[1]

1.1 轮轨间噪声

其为噪声的主要来源,运行时不可避免地产生冲击声,高速铁路虽然采用的是无缝钢轨,但经过不同车辆的碾轧和外部环境的作用后,虽罕有断裂的情况出现,但其形态上会发生一定的改变,这样的改变形成了五种不平顺接触,如图1所示。在这五种冲击情况中,高跨是最为不利的,不同于其它四种情况,其速度越高,产生的冲击声就越大,可见应尽力避免此类情况。

1.2 集电系统的高速接触摩擦

日本的研究表明,集电系统的噪声仅次于轮轨噪声,其主要在于受电弓和接触网的高频振动发出的噪声,其中,滑动声是随着滑板导线间的滑动因弓网的高频波振动而产生的：电弧噪声是列车在高速运行时受电弓和容易发生脱离而产生的;而受电弓的气动噪声是由于受电弓突出在车顶上,几乎受到与列车速度相同的风速作用而产生摩擦从而引发的。

1.3 空气动力性噪声(气动噪声)

由气流直接产生的振幅和频率杂乱、统计上无规则的声音叫做空气动力性噪声,简称气动噪声。列车高速运行时来自各方向的气流与车体摩擦产生的声音就是一种气动噪声。

1.4 桥梁构筑物噪声

高速铁路在通过城市区域时,由于与河流,公路和铁路的交叉,需要建造多各种结构的桥梁,当高速列车通过这些高架结构时,由于引起桥梁上各种构件的振动而向外辐射噪声,称之为高速铁路桥梁构筑物噪声。

2 隔音屏障的调整

高铁列车运营期间会产生噪音,其中离铁轨外轨中心线30米左右,噪音在62-72分贝;震动干扰,离铁轨外轨中心线30米左右在76-85分贝之间,相关数据见表2、表3[2]。

我们从一方面来分析,如果将此运行区间全部包围起来,那么声波积聚的能量将会直接作用与列车之上,随着列车速度的不断提高,来自车体各部分的大量声波聚集的能量,在某些情况下是会干扰列车运行的。目前的研究多是集中研究噪声对外界的影响及防治工作,还很少涉及到声波反射对列车的影响,由此我考虑到“怎样去调整隔音屏,可以将反射回来影响到列车本体的声波能量降到比较低的水平”,对此我展开了探究。

图1 五种不平顺接触

表1 不同列车运行速度来自不同位置产生噪音的统计表列车运行速度（km/h）噪声源240 300 350 dBA 比例% dBA 比例% dBA 比例%轮轨噪声 68.4 67 71.4 54 73.9 46集电系统噪声 61.7 14 67.7 23 71.7 28空气动力性噪声 60.5 11 66.0 16 70.0 19桥梁构筑物噪声 59.3 8 62.4 7 65.3 6总噪声级 70 74.1 77.2

表2 既有铁路边界噪声限值统计表时段 噪声限值（单位：dB）白昼 70夜间 70

表3 新建铁路边界噪声限值时段 噪声限值（单位：dB）白昼 70夜间 60

表4 和谐号CRH380B型电力动车组参数统计表车厢高度 3.89m顶部至接触网 约2m建筑限界（人） 1.6m

图2 直面型(一)

3 模型对比分析

3.1 建立简化模型

以当下主流车型和谐号C R H 380 B型电力动车组为例相关参数见表4。

我们基于列车车厢及其至接触网的高度为一个单位长度,同隔音屏、住宅一同建立一个简化模型,比例为1：2：4,对于建筑限界,我们从单轨的角度分析,轨道到隔音屏的距离约为2-4米,我们将隔音屏至住宅楼的距离规定为轨道到隔音屏的距离的2倍,同样建立一个简化模型,比例为1：2,通过对声波反射的绘图、测量、分析、计算等步骤,来探究怎样去调整隔音屏,可以将反射回来影响到列车本体的声波能量降到比较低的水平。

3.2 对比分析过程(分析的基础建立在列车运行时速为300km/h)

至于隔音屏对房屋的影响,我们将以下图1模型中的屏高,看作可以完全屏蔽掉对房屋的噪声,只分析隔音屏声波对车体的影响。第一行线为列车及受电装备的高度,根据上文对噪声来源的分析,可以将第一行线划分为四个点分成的区段,第一个点A——轮轨噪声和桥梁构筑物噪声;第二个点B——空气动力性噪声;第三个点C——车顶;第四个点D——集电系统噪声(受电弓),从不同点出发的噪声声波能量,会发散到各个方向上去,为了确定区间,计算反射回来影响到列车的声波能量占总噪声的比重,所以继续进行分析。现存的隔音屏形状大致有两大种,一类是直面型,另一类是曲面型,曲面型当中又分为内曲型、外曲型两种,通过简化模型可以探究轮轨噪声、空气动力性噪声、集电系统噪声、桥梁构筑物噪声之间的关系。