噪声计算的目的是校核动车组的噪声是否满足设计要求，并评估噪声控制设计的有效性。该计算采用了公司内部的预测软件(BRAINS)，该软件已完成了不同项目的车内噪声和车外噪声预测的验证。BRAINS整合了几大计算模块，形成了一个有效的管理架构。铁路车辆的BRAINS模型包括一个简化的几何车体，该车体由代表地板、侧墙、车窗和车顶的传输单元组成。该模型沿车辆长度方向被分为几个声学腔体，各声学腔与其周围传输单元和相邻腔体连接。传输单元采用测得的或估计的传输损耗谱建模。模型以8编组的列车为基础，有三个主要的噪音来源：滚动噪音，结构传播噪音和气动噪声。噪声预估表明满足了对外部噪音的要求。车辆通过的噪声级在很大程度上取决于轮轨噪音的激发和辐射。噪声的激发和辐射强烈地依赖于声轨质量。

高速列车对周边环境的影响主要有噪声、振动和电磁波干扰，其中噪声最受关注。高速列车的振动噪声问题是制约高速列车发展的关键技术问题之一。就噪声问题而言，高速铁路噪声问题主要体现在高速列车车外噪声和高速列车车内噪声两个方面。高速列车车外噪声主要是对高速铁路沿线环境造成污染，而车内噪声则主要影响车内司乘人员的乘坐舒适性。

随着我国高速列车车速提高，轮轨噪声和空气动力噪声对周边环境的影响成为轨道交通研究重点。但随着车辆的轻量化，车内乘车舒适性和声学环境舒适性成为影响轨道交通行业竞争力的一个重要因素，为提高轨道交通的竞争力，高速列车乘车舒适性和车内噪声环境近年来也开始受到重视，世界各国大力开展相关研究。

-         噪音概念

将高速列车声源特征与基于高速列车系统动力学理论的轮轨耦合关系、流固耦合关系、弓网耦合关系和车线桥耦合关系相结合，高速列车噪声问题机理如图1所示。

图 1高速列车噪声机理框图

不同车辆状态起主导作用的噪声源是不同的。对于静止状态主要的是辅助设备噪声；对于运行状态，起主导作用的噪声源与行车速度有关。轮轨滚动噪声、牵引噪声和空气动力噪声作为铁路噪声的主要成分，它们与列车运行速度的相关关系如图2所示。

图 2不同噪声成份随列车运行速度变化的关系

按照牵引噪声、轮轨噪声和空气动力噪声占主导所对应的列车运行速度范围，可以将其分为三个区段，两个不同区段转变的列车运行速度称之为声学转变速度，如图V_t1和V_t2所示。在车辆运行速度低于35km/h的情况下，车辆运行总辐射噪声主要由牵引噪声、辅助设备噪声和轮轨噪声三部分组成，其中牵引噪声起主导作用。随着列车运行速度的提高，牵引噪声和轮轨噪声逐渐增大，且轮轨噪声的比重逐渐变大。而辅助设备噪声则几乎不随列车运行速度的变化而变化。当列车速度大于35km/h而小于250km/h时，轮轨噪声是总辐射噪声的主导成分。

轮轨噪声包括轮轨滚动噪声、冲击噪声和曲线啸叫。轮轨滚动噪声是由于轮轨表面粗糙度激发车轮、钢轨和轨枕结构振动，并通过周围空气向外传播而产生的。典型的轮轨噪声频谱分析如图3所示。低于500Hz，轮轨滚动噪声主要来自轨枕贡献，在500Hz～1600Hz频率范围区段，主要来自钢轨贡献，大于1600Hz频率，主要来自车轮贡献。冲击噪声是由车轮或钢轨表面的局部不连续性激励轮轨系统而产生的。这种局部不连续性主要表现为钢轨的轨缝、不平坦的钢轨接头、车轮和钢轨表面较大的剥离掉块、局部擦伤等。曲线啸叫是当车辆在小半径曲线线路上运行时，由于轮轨之间发生粘滑振动而产生的强烈窄带噪声，具有显著的高频纯音特性。一般情况下，对高速铁路而言，轮轨噪声主要体现为轮轨滚动噪声。

图 3轮轨噪声频谱分析

空气动力噪声的主要来源是在高速列车表面上的装置和从特殊结构相应的特定部位产生的。不同位置的空气动力噪声，其产生机理也不相同。大致可归纳为两大类：

Ø  气流流经结构表面产生的噪声

Ø  湍流流动产生的噪声

气流流经结构部件表面产生的噪声的来源包括：受电弓及其附属系统、车顶天线、车辆连接处、空调通风设备格栅、转向架等。该类气动噪声的机理是：车体突出部位、车辆连接处、空调通风设备格栅周围引起空气流紊乱，进而形成周期性的涡旋脱落而产生噪声；在高速列车的转向架处产生较明显的气动噪声，尤其是在头车前转向架部位，气流非常复杂，包含大量冲击气流、流体排除和循环区域。

湍流噪声产生气动噪声的来源包括：车身表面、头车和尾车。随着高速列车速度的不断提升，这种噪声越来越显著甚至起主导作用。车身表面、车窗、车门和车体侧门之间的凹凸不平会在车体表面形成湍流边界层，产生气流噪声，而且车身表面湍流流动会对车体形成波动的载荷，使其强迫振动，进而使车身结构产生振动声辐射，对车内噪声产生较大影响。由于头车车头附近有很多集中的表面形状变化，另外沿表面的气流大，从而导致在该处产生剧烈的空气湍流并形成噪声，其噪声频谱呈连续分布特征。此区域气流沿表面速度高、流量大，致使列车头部噪声明显增大。而列车尾流不单对行车安全和周边环境产生影响，还会产生尾流气动噪声。高速列车尾流气动噪声相对其它气动声源所产生的不利影响要小，但作为高速列车气动噪声来源之一，须在设计阶段给予相应的重视。

牵引噪声为辅助设备噪声的统称，主要包括牵引电机、齿轮箱、空调系统、牵引变压器、牵引变流器、辅助变流器、车载电源、风缸、废排系统等辅助设备在工作状态下的噪声。辅助设备噪声主要影响高速列车静置状态下的车内外噪声，列车运行速度变化对其影响不大，基本可视作稳态声源。

所有车外噪声源均会对车内噪声形成激励输入，在一定条件下形成显著贡献声源。因而，高速列车车内声场环境非常复杂，声源众多，按形成车内声源的激励能量传播路径，大致可分为三种类型：直达声、透射声和振动辐射声，如图4所示。

图 4高速列车车内噪声源

直达声是从噪声源发出，以空气为媒介，从车窗、车门的缝隙和排风口等直接传播到车内的声音。透射声指的是透过车身结构传到车内的声音。振动辐射声为固体传播声，包括一次固体传播噪声和二次固体传播噪声。一次固体传播噪声主要是轮轨、车辆机械系统引起的振动，振动能量通过固体结构和悬挂系统传到车体内壁，引起车体内壁振动，进而辐射噪声。二次固体传播噪声是噪声源的声能量激发车体内壁，引起车体内壁振动，进而辐射噪声。

-         设计要求

  对于噪音的设计要求分为车外辐射噪音及车内噪音两个方面

表 1 CRH380D 车外噪音要求

表 2 CRH380D 车内噪音要求

鉴于上述的设计要求，对于噪音的概念设计主要从以下几个方面着手：

1，气动噪音控制

对于时速300公里以上的高速动车组而言，气动噪音在车内外噪音很大程度上起主导作用，其中主要的气动噪音源有：转向架区域尤其是第一个转向架；车头前鼻区域包括车头刮雨器及汽笛开口的设计；受电弓区域包括升弓及降弓两种姿态；车端连接区（如下图）。

图5 350km/h速度级下车外声源识别结果

针对这些区域都采取了相应的降噪措施来降低此处的气动噪音，尤其对于车身开口及突出部位，需要采用流线型设计避免产生多于的气动噪声。对于关键部位的气动噪音设计要求如下：

Ø  整车外型要求流线型，避免出现凹槽或突出物，尽可能的降低车身表面风阻；

Ø  转向架裙板尤其是第一个及最后一个转向架裙板对于降低气动噪音有着非常显著的作用，而对于裙板的细节设计也显得尤为重要，其必须满足整车流线型的需要，同时不可以有孔或者薄壁结构的存在，避免产生多余的气动噪音；

图 5头车第一个转向架开口设计（上图：初始设计；下图：优化设计）

Ø  车头前鼻处气动噪音的细节优化，包括刮雨器设计以及汽笛开口形状设计； 

图 6刮雨器停放位置要求与车身流线型方向一致（图中白色线位置）

图 7 刮雨器停放位置要求与车身流线型方向一致（图中白色线位置）

Ø  对于受电弓区域的降噪设计，一是增加一个额外的框架结构用来安装受电弓，不再是同之前一样直接安装到车顶钢结构，有效的降低结构噪音，另外在车顶区域设计了一个独特的凹槽结构，当受电弓处于折叠状态时，可以将受电弓存放于此，折叠之后的受电弓高度与车顶齐平，进一步降低气动噪音；

Ø  车间连接的风挡区域采用双层风挡结构，保证两车连接处的无缝连接，避免列车高速运行时在两车连接开口处产生过大的气动噪声，而且可以将车端连接处的高压电缆置于风挡内部，避免大线裸露造成空气扰动；

Ø  车顶高压设备有别于200公里动车组的车顶高压设计，所有的车顶高压设备都集成于一个专门设计的车顶高压设备箱，一方面可以避免车顶区域由于设备安装产生过多的开口或者突起，另一方面可以很大程度的降低污闪的风险。

2，轮轨噪音控制

轮轨噪音在高速列车噪音控制中一直处于举足轻重的作用，轮轨噪音的主要来源在于转向架区域，由于轮轨不平顺产生的噪音及振动，通过转向架与车体的连接部传递到车体。对于350公里时速的高速车，不但要采取更好的隔声处理，更要考虑车辆运行中振动引起的结构噪音，在轮轨噪音控制方面主要的设计要求有：

      对于转向架的要求，要求一是运行时低噪音，另外要求转向架有很好的减振性能，

车外转向架区域增加吸音板结构，由于轮轨噪音主要来源于转向架区域，此处增加吸引板结构，可以有效降低从转向架区域到客室的噪音传递，降低轮轨噪音对于客室内部噪音的影响；同时在此区域喷涂一层阻尼浆，进一步提高转向架区域的隔声降噪能力；

车内转向架区域的地板设计，有别于其它区域的单层木板结构，采用中间带阻尼层的三明治结构的减振设计，并且增加不锈钢板，进一步提高此处的隔音减振性能；

为了进一步提高整车车体的阻尼性能，整车车体增加一层约束阻尼层，对于受电弓及转向架等特殊区域，要求采用隔音减振效果更佳的不锈钢基体的约束阻尼层，进一步起到降低结构噪音的作用；

图 8 整车地板阻尼层示意（紫色为转向架区域）

由于时速超过300公里的高速车，由于振动产生的结构噪音要远远大于200公里列车，所以要求所有车内部件安装时不可出现振动异响等情况，同时为了降低钢结构车体向车内的振动传递，要求车内所有内饰件与车体安装时，需要增加减振垫结构，不允许存在硬连接的情况出现；

3，其他噪音源

高速列车噪音源除了气动噪音，轮轨噪音这两大主要的噪音源之外，牵引设备噪音也是另外一个重要的噪音源，尤其在列车静止及时速低于35公里时，设备噪音是最重要的噪音源，对于设备噪音要求所有的设备噪音满足如下要求：

表 3主要设备噪音要求

-         计算仿真

铁路车辆的BRAINS模型包括一个简化的几何车体，该车体由代表地板、侧墙、车窗和车顶的传输单元组成。该模型沿车辆长度方向被分为几个声学腔体，各声学腔与其周围传输单元和相邻腔体连接（参见图9）。传输单元采用测得的或估计的传输损耗谱建模。

图 9单车BRAINS模型

CRH380D 的BRAINS模型以8编组的列车为基础，有三个主要的噪音来源：滚动噪音，结构传播噪音和气动噪声。前两者与列车运行速度相关，模型中分别用30*log(v)， 60*log(v)来表示。列车布置图中，使用车辆内部和地板下的舱室来获得正确的几何体，定位主要的噪音源，详见附录。图3列出了8车列车的布置，以及模型的几何体和主要的噪音源。

图 10 BRAINS 模型主要噪音源概览

表5概述了噪音预估结果与噪音要求的对比。350公里/每小时的列车的通过噪音比要求高1 dB（A），是因为在CRH380D的最新设计中省略了端部转向架的裙板。

对于所有其他情况，噪声预估表明满足了对外部噪音的要求。车辆通过的噪声级在很大程度上取决于轮轨噪音的激发和辐射。噪声的激发和辐射强烈地依赖于声轨质量（轨道粗糙度和轨道衰减）。若轨道条件劣于TSI HS RST，通过噪声级将高于预估。

表 4外部噪声预估的结果和要求

表 5客室内部噪声预估的结果和要求