解析国家标准《动车组玻璃隔声性能试验方法》.pdf

2023 年 10 月（总第 444 期）10标准化工作STANDARDIZATION WORK第 51 卷Vol.51第 10 期No.10铁 道 技 术 监 督RAILWAY QUALITY CONTROL收稿日期：2023-08-03基金项目：中车青岛四方机车车辆股份有限公司科研项目（SF/JS-华字-2021-454）作者简介：崔志国，正高级工程师；韩磊，工程师；陈曦，工程师；白璐，高级工程师；丁栋，工程师；庞世红，教授级高级工程师1轨道交通噪声研究现状声音是由物体做机械振动产生的，而日常生活中，人们将不需要的声音都可以称之为噪声。噪声不仅影响人体健康，还可能损伤列车设备。轨道交通噪声主要有轮轨噪声、牵引噪声和空气动力噪声等。这些噪声通过地板、车体、车窗等媒介传入车厢内，作用于人耳，影响乘客的乘坐舒适度。高速列车噪声与普速列车噪声又有所不同。对于普速列车，由于运行速度低，车厢内以轮轨噪声为主，包含 3 类：滚动噪声、撞击噪声和啸叫声，其能量频率集中在 800 Hz2 500 Hz；对于高速列车，车厢内噪声包含气动噪声、轮轨噪声、集电系统噪声和牵引动力系统噪声，其中，气动噪声即列车高速运动时产生的空气动力噪声，轮轨噪声包括轮、轨之间相互作用产生的滚动噪声、冲击噪声和尖啸噪声等，集电系统噪声为受电弓与导线接触摩擦产生的噪声；牵引动力系统噪声即牵引动力系统运行中产生的噪声。在不同运行速度下，4 类噪声的占比会有不同。日本研究表明，列车速度低于240 km/h 时，车厢内噪声能量的 45%为轮轨噪声；列车速度高于 240 km/h 时，车厢内噪声能量的45%为气动噪声；列车速度在 300 km/h 以上时，气动噪声开始占主导地位。何姣等研究了动车组气动声学性能，结果表明，声源主要分布在转向架及其周围的车体表面位置，噪声能量集中在 1 000 Hz 左右1。800 Hz 以上的中高频噪声主要通过空气传入车内，而 500 Hz以下的中低频噪声则主要是由固体传播产生2。刘全刚用有限元分析方法研究了高速磁浮车内噪声的控制，并对车窗进行设计优化，结果表明，氩气隔声效果比空气好。随着气层厚度增加，车窗隔声性能提高；玻璃厚度越厚，隔声效果越好；玻璃倾解析国家标准动车组玻璃隔声性能试验方法崔志国1，韩磊2，陈曦1，白璐1，丁栋1，庞世红2（1.中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266111；2.中国国检测试控股集团股份有限公司，北京 100024）摘要：随着高速铁路的快速发展，降低动车组的噪声是提高乘客乘坐舒适性的重要方面。控制噪声的重要手段就是采用隔声材料，玻璃作为动车组必须采用的透明材料，其隔声性能对动车组的整体降噪起到非常重要作用。在分析国内外轨道车辆噪声来源研究现状基础上，介绍 GB/T 397962021动车组玻璃隔声性能试验方法的制定背景，深入分析隔声频率、样品尺寸、密封方式选择原则，使得标准使用者能够更准确地理解标准技术内容。关键词：动车组；玻璃；隔声频率；密封方式中图分类号：U266.2TQ171.732文献标识码：A文章编号：1006-9178（2023）10-0010-04Abstract：With the rapid development of high-speed railways,reducing the noise of EMU/DMU is an important aspect of improving riding comfort.An important means of controlling noise is the use of sound insulation materials.Asa transparent material glass must be used in EMU/DMU,and its sound insulation performance has a very importantrole in the overall noise reduction of EMU/DMU.By analyzing the research status of noise sources of rail vehicles athome and abroad,this paper expounds the formulation background of GB/T 397962021 Test method for airbornesound insulating properties of glass used on multiple units,and deeply analyzes the selection principles of sound insulation frequency,sample size and sealing method,so that standard users can more accurately understand the technicalcontent of the standard.Keywords：EMU/DMU;Glass;Sound Insulation Frequency;Sealing Method11铁道技术监督第 51 卷第 10 期斜度越大，隔声效果越强3。李翠岚等分析了高速动车组噪声标准，对标准规定的噪声限值和测试方法进行了对比分析4。在速度大于 200 km/h 时，受气动噪声及集电系统噪声的影响，随着速度增加，辐射噪声在 1 600 Hz2 500 Hz 内增长很快。动车组高速运行时，桥梁区段噪声峰值均出现在低频段（31.5 Hz63 Hz）；路基区段噪声频谱呈宽频特性，在低频段和中高频段（500 Hz8 000 Hz）声能量均较为集中；对于 380 型高速动车组，随着速度的提升，转向架处噪声在 500 Hz 以下的低频段和 2 000 Hz 以上的高频段显著增加，车厢内噪声频段主要集中在 250 Hz1 000 Hz 内5-7。2标准制定背景过去，一直没有针对动车组玻璃隔声性能的测试标准，大多数动车组玻璃隔声性能的测试，都参照建筑门窗隔声性能测试方法的相关标准8。但是，动车组车内噪声的频谱分布与建筑环境噪声的频谱分布有很大差别，动车组噪声的分布频率比建筑噪声的分布频率宽。因此，按照建筑门窗隔声标准测试动车组玻璃得到的结果与实际效果有较大差别，不利于动车组隔声材料的研究与选择。为掌握车内噪声，控制动车组车窗玻璃隔声量，制定 GB/T397962021动车组玻璃隔声性能测试方法。3标准主要技术内容GB/T 397962021 中，规定了动车组玻璃隔声性能试验的试验频率、试验装置、试验样品及安装、隔声量测量、隔声量计算、试验报告等内容，适用于动车组玻璃及门窗的隔声性能测试，也适用于其他轨道交通装备玻璃及门窗。根据动车组运行过程中的噪声特点，动车组门窗玻璃安装方式以及当前噪声测试技术发展现状，规定了试验频率选择、试验装置要求等，并给出空气声隔声 A 计权基准值。以下重点解析 GB/T 397962021 中隔声量的测试频段、试验装置、样品尺寸、密封方式、隔声量测试方法等主要技术内容。3.1测试频段研究表明，A 计权在低频范围的声压级大幅衰减，使高速铁路客车在低频范围内噪声被低估；高频成分的影响被减弱，使达到 A 声压级要求的高速铁路客车与噪声实际情况不相符，导致高速铁路客车减振降噪设计出现偏差。高速列车噪声由轮轨噪声、气动噪声、集电系统噪声和车载设备噪声组成。研究显示，速度低于250 km/h 时，轮轨噪声与列车运行速度的三次方成正比；气动噪声与列车运行速度的六次方成正比；速度高于 250 km/h 时，气动噪声为主要噪声源。气动噪声为宽频带噪声，噪声能量在一个宽频段范围内呈连续分布。京津城际铁路 A 计权声压级噪声实测值如图 1 所示。90807060504032641282565128 1924 0961 024 2 048A 计权噪声声压级/dB（A）频率/Hz250 km/h140 km/h；200 km/h；图 1京津城际铁路 A 计权声压级噪声实测值由图 1 可知7，速度为 200 km/h 和 250 km/h时，第 1 个峰值出现在 40 Hz，这是轨道振动引起的钢轨辐射噪声峰值。速度为 140 km/h 时，有 2个峰值，分别出现在 800 Hz 处（74.1 dB（A）和 1 600 Hz 处（72.5 dB（A）；速度为 200 km/h时，有 3 个峰值，分别出现在 1 000 Hz 处（74.6 dB（A）、1 600 Hz 处（75.7 dB（A）、5 000 Hz 处（65.9 dB（A）；速度为 250 km/h 时，有 3 个峰值，分别出现在 1 600 Hz 处（78.8 dB（A）、2 000 Hz 处（85.1 dB（A）、5 000 Hz 处（70.3 dB（A）。在 1 600 Hz 左右处的峰值，主要由车轮辐射的噪声组成，随着速度增加，峰值向高频移动，同时，峰值受到气动噪声、集电系统噪声的影响而迅速增加。在 GB/T 397962021 发布前9，动车组设计过程中，设计人员主要参考建筑门窗隔声性能测试标准，建筑门窗隔声性能测试的 1/3 倍频程频谱范围为 100 Hz3 150 Hz，频率范围较窄，扩展计算后的交通噪声频率范围为 50 Hz5 000 Hz。ISO 3095：2013声学铁路应用有轨车辆噪声排放的测量中规定测试的 1/3 倍频程频率范围为31.5 Hz8 000 Hz10。参照上述标准及实测数据，在 GB/T 397962021 中，测试频率规定为 1/3 倍频程，频率范围规定为 50 Hz10 000 Hz，并给出空气声隔声 A 计权基准值。12解析国家标准动车组玻璃隔声性能试验方法标准化工作3.2试验装置实验室由 2 间相邻的混响室（声源室和接收室）组成，2 室之间为测试洞口。测试隔声量最常用的方法是声压法，这种方法广泛用于建筑门窗及构件的隔声量测量。由于外界噪声对声压法测试结果影响较大，该方法要求有效控制外界噪声，对实验室的要求较高。声压法实验室内试验装置布局如图 2 所示。白噪声或粉红噪声发生器1/3 倍频程滤波器功率放大器放大器1/3 倍频程滤波器表头或记录仪器传声器传声器扬声器扬声器接收室声源室填隙墙试样洞口试样图 2声压法实验室内试验装置布局近年来，随着技术进步，测试仪器设备有了很大发展，逐渐采用声强法测试隔声量，外界噪声对声强法的影响较声压法小，因此声强法对实验室的要求不高，且测试结果重复性较好。声强法实验室内试验装置布局如图 3 所示。信号发声器1/3 倍频程滤波器功率放大器放大器1/3 倍频程滤波器表头或记录仪器传声器消声箱接收室声源室填隙墙试样洞口试样声强探头扬声器图 3声强法实验室内试验装置布局GB/T 397962021 规定了 2 种测试方法，可以根据需要选用。为了对比 2 种测试方法的结果，在附录 A 中给出了声强法的隔声量计算修正项。3.3样品尺寸为验证样品尺寸对隔声量的影响，制备 2 种水泥样品：一种为正方形样品，尺寸为 1 000 mm1 000 mm，编号为正 1#和正 2#；另一种为长方形样品，尺寸为 1 400 mm700 mm，编号为长 1#和长 2#。2 种样品水泥厚度均为 6 mm，聚乙烯醇缩丁醛酯（PVB）厚度为 1.52 mm，夹层玻璃厚度为 6 mm。不同尺寸样品测试的隔声量（水泥密封）如图 4 所示。6560555045403530252005001 5003 5002 500空气声隔声量/dB频率/Hz15104 5005 500长 1#；正 1#；正 2#；长 2#图 4不同尺寸样品测试的隔声量（水泥密封）由图 3 可以看出：低于 800 Hz 时，正 1#、正2#样品的隔声量比长 1#、长 2#样品高；超过 800 Hz后，长 1#、长 2#样品隔声量比正 1#、正 2#高。京津城际铁路 A 计权声压级噪声实测数据表明，样品尺寸对夹层玻璃隔声效果有重要影响。对低于800 Hz 的低频段，正方形样品的隔声效果优于长方形样品；对频率高于 800 Hz 的中高频段，长方形样品的隔声效果优于正方形样品。动车组门、窗制品多为长方形，因此 GB/T397962021 中规定，对于门窗试样应采用门窗制品；对于玻璃，试验样品材料、结构、工艺应与制品相同。3.4密封方式1 400 mm700 mm 的长方形样品不同密封方式下隔声量如图 5 所示。长 1#、长 2#样品采用水泥密封，长 3#、长 4#样品采用油灰密封，长 5#、长 6#样品采用密封胶密封。图 5 表明，长方形样品的隔声量波动均较小；密封胶密封的样品隔声效果最好，油灰密封的样品13铁道技术监督第 51 卷第 10 期隔声效果次之，水泥密封的样品隔声效果最差。动车组车窗与车体通常采用密封胶密封。测试结果表明，密封胶密封的样品隔声效果比水泥和油灰 2 种密封方式好，因此综合考虑试验结果准确性和测试步骤的简便性，GB/T 397962021 中推荐选择油灰密封或密封胶密封。3.5隔声量测量方法空气声隔声量的测试方法有声压法和声强法。空气声隔声声压法测试在图 2 所示的 2 个相连的混响室进行。每个混响室容积不小于 50 m3，并且容积差大于 10%。测试时将试样置于公共隔墙的开口上，开口面积为 10 m2左右，以尽可能减小边界声场对隔声测试的影响，确保测量频率高于试样产生弯曲振动的共振频率。同时，试样洞口边框四周边缘的缝隙应密封，以保证声源室发出的稳态噪声主要通过试样进入接收室。空气声隔声声强法测试的声源室一般也采用混响室，声源室的声场也用声压法测量，在接收室采用声强法测量。在测试过程中，为了消除声强扫描时反射声波的影响，对接收室应采用消声处理。4结语针对动车组运行过程中噪声的实际分布规律，GB/T 397962021 中规范了动车组玻璃隔声性能测试的试验频率；根据隔声测试技术的发展现状，给出了声压法和声强法 2 种测试方法，可以根据实际情况选择；由于样品形状和密封方式对最终样品的隔声量有重要影响，为保证测试结果的准确性，规定了样品形状和采用的密封方式。GB/T 397962021 填补了我国动车组玻璃隔声性能试验方法标准的空白，对指导和规范动车组玻璃隔声性能检验，推动产业技术进步，提高产品质量起到积极作用，是相关企业进行质量控制和检验的重要依据。参考文献1 何姣，李盈利，谭晓明，等 EMU6 动车组气动声学性能分析J 铁道科学与工程学报，2018，15（8）：1911-1919.2 戚方好城市轨道客车车内噪声预测与控制技术研究D 上海：上海交通大学，2006：5-73 刘全刚高速磁浮车的车内噪声控制计算研究 D 上海：上海交通大学，2008：20-364 李翠岚，张 明高速动车组噪声标准分析研究J 中国标准化，2016（4）：92-955 董孝卿，黄欣，吴宁高速铁道车辆辐射噪声特性初步研究J 铁道机车车辆，2009，29（4）：42-456 尹皓，李耀增，辜小安高速铁路列车运行噪声特性研究J 铁道劳动安全卫生与环保，2009，36（5）：221-2247 张曙光350 km/h 高速列车噪声机理、声源识别及控制J 中国铁道科学，2009，30（1）：86-908 建筑门窗空气声隔声性能分级及检测方法：GB/T 84852008S 9 动车组玻璃隔声性能试验方法：GB/T 397962021S 10 声学铁路应用有轨车辆噪声排放的测量：ISO 3095：2013S（编辑吴磊）要点解读及发展趋势分析 J 中国铁路，2023（7）：73-78，894 王宝亮依据 ISO/TS 22163：2017 实施首件鉴定分析 J.铁道技术监督，2020，48（10）：22-25，325 万殿明，李艳，王新华ISO/TS 22163：2017 技术规范过程评审分析J 铁道技术监督，2020，48（9）：12-156 姜悦礼解析 ISO/TS 22163：2017 实施中的 5 个关键过程（上）J 铁道技术监督，2019，47（3）：1-37 姜悦礼解析 ISO/TS 22163：2017 实施中的 5 个关键过程（下）J 铁道技术监督，2019，47（4）：9-12，308 International Organization for Standardization.ISO/IEC DirectivesPart 1：Procedures for the technical workA/OL （2023）2023-8-22 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