CN106768814B - 高速列车模型在声学风洞内的远场噪声测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速列车模型在声学风洞内的远场噪声测量方法，在高速列车模型侧面摆放高度可调的三排麦克风对高速列车模型远场噪声进行测量，然后对测量数据进行如下处理：对远场传声器风帽影响进行修正；对空气吸声的修正；将风洞内实际测量点的声压值转换到远场传声器位置的测量值。与现有技术相比，本发明的积极效果是：立足高速列车模型的风洞实验数据的准确测量和修正，外推实车结果。在高速列车研发阶段，针对模型降噪设计有很重要的指导作用；在现有列车的降噪方法评估方面，也有很强的指导性和针对性。

Description

高速列车模型在声学风洞内的远场噪声测量方法

技术领域

本发明涉及一种高速列车模型在声学风洞内的远场噪声测量方法。

背景技术

由于高速列车模型及其辐射噪声的复杂性，加上模拟地面的列车地板对噪声的反射和干扰。高速列车在声学风洞内的噪声测量存在很大困难。

目前条件下，高速列车远场噪声的测量主要依赖于线路实验，受铁路工况和天气条件等影响较大，且成本高周期长。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出一种高速列车模型在声学风洞内的远场噪声测量方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种高速列车模型在声学风洞内的远场噪声测量方法，在高速列车模型侧面摆放高度可调的三排麦克风对高速列车模型远场噪声进行测量，然后对测量数据进行如下处理：

步骤一、对远场传声器风帽影响进行修正；

步骤二、对空气吸声的修正；

步骤三、将风洞内实际测量点的声压值转换到远场传声器位置的测量值。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：本发明提出了一种声学风洞内的高速列车模型远场噪声测量方法，通过侧面摆放高度可调的三排麦克风，实现对高速列车模型远场噪声的测量，详细给出了该条件下的数据处理和修正方法。并能通过一系列数据处理和分析方法，实现从高速列车模型测量数据到实车结果的外推。

本发明方法，立足高速列车模型的风洞实验数据的准确测量和修正，外推实车结果。在高速列车研发阶段，针对模型降噪设计有很重要的指导作用；在现有列车的降噪方法评估方面，也有很强的指导性和针对性。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为高速列车模型在声学风洞内三种风速下不同构型噪声频谱图对比。

具体实施方式

一种高速列车模型在声学风洞内的远场噪声测量方法,主要包括设备布置和数据处理方法。

按外场标准要求测量位置为25m远、3.5米高的位置，如果只是简单的缩比，测量位置会进入风洞的射流边界层里面，无法测量。

于是选取如下测量位置，按照列车气动噪声主要频率200Hz估算，辐射波长为1.7米，按3倍远场，测量位置需要在5.1米开外。测量高度按照模型辐射噪声角度推算，取0.4m高位置。

再按照数据处理方法，将风洞内实际测量点的声压值转换到标准要求的测量位置，包括其声压级大小和频谱的转换(就是完成实验数据的外推)。

处理过程是将风洞试验时传声器测得的目标声音信号的频域值经过一系列修正，最后得到模型列车运动时，相应麦克风位置的真实噪声信号值。

主要过程有扣背景噪声、扣风帽影响、找到噪声源、根据噪声源进行剪切层修正、空气吸声修正、指向性修正、转换成传声器处声压级等过程。

具体步骤如下：

1.远场传声器风帽影响修正

测量模型噪声远场辐射时，为避免大厅气流对传声器测量的影响，需要给传声器佩戴风帽进行试验，但风帽会使得传入传声器的中高频噪声存在一定程度的衰减，因此需评估其影响量，并将其在最终结果中扣除。具体方法如下：

在列车位置安放标准宽频声源，标准声源型号为B&K4204，其在水平方向不同位置测得的声压波动小于0.2dB。在远场位置选取传声器a和传声器b，其中传声器a有风帽，传声器b无风帽，进行数据采集，分别得到信号P1a，P1b；然后传声器a去掉风帽，传声器b带上风帽，其它条件不变，进行数据采集，得到信号P2a，P2b。最终风帽影响量为(P1a+P2b-P1b-P2a)/2。

上述影响量需在窄带声压级的基础上，求得声压平方值即传声器测得的声能值，然后相减。

2.空气吸声修正

声波在空气中传播会有空气吸声效应导致声衰减，声衰减量与大气的温度、湿度、压力、声波频率和传播距离有关，空气吸声修正公式如下：

SPL_c＝SPL_m+m·L (3.1)

式中，SPL_c为空气吸声修正后的声压级；SPL_m为空气吸声修正前的声压级；m为空气中声强衰减系数(dB/m)，其与大气的温度、湿度、压力、声波频率有关，具体值可参考《声学手册》计算；L为声音传播距离(m)。

按试验大厅平均温度为25℃，湿度50％，大气压力96kPa计算。可得空气衰减量系数拟合公式为：

m＝(0.01497f³+0.4093f²+4.592f-0.544)/1000式中，f的单位为kHz。

3.转换到远场传声器位置的测量值

通过阵列架试验结果获取主要噪声源位置，再经过射流边界层修正，可得到单位距离处传声器声压级为：

目标噪声的实际辐射方向为Θ′而非Θ，忽略传播路径改变带来的空气吸声影响，可近似认为：L_pss(f_ss,Θ′)＝L_pss(f_ss,Θ)。

换算到远场传声器位置的声压级只需考虑声压随传播距离增加，类似球面波的衰减，可采用如下公式得到：

L_p(f_ss,Θ′)＝L_pss(f_ss,Θ′)-20lgR_m (3.3)

式中，L_p(f_ss,Θ′)为远场测点修正后的声压级；L_pss(f_ss,Θ′)为模型测量经过修正后单位传播距离的声压级；20lgR_m项表示球面波衰减。

图1中给出了三种风速下，该车型不同构型的频谱结果。图中数据为模型列车试验结果。该结果为位于模型中轴面侧边5.8米处30个远场麦克风的能量平均结果。由结果可知，列车模型光车体状态各频段噪声都要比全车状态(车体+轨道+转向架+受电弓)要低约10dB，即相对于全车噪声，光车体引起的噪声几乎可以忽略。列车全车状态噪声主要由转向架和受电弓两个部件产生。转向架引起的噪声为全频段宽带噪声，声能主要集中在中低频。受电弓引起的噪声主要集中在中高频。

测量结果符合理论预测和实车测试结果。

Claims (5)

1.一种高速列车模型在声学风洞内的远场噪声测量方法，其特征在于：在高速列车模型侧面摆放高度可调的三排麦克风对高速列车模型远场噪声进行测量，然后对测量数据进行如下处理：

步骤一、对远场传声器风帽影响进行修正；

步骤二、对空气吸声的修正；

步骤三、将风洞内实际测量点的声压值转换到远场传声器位置的测量值。

2.根据权利要求1所述的高速列车模型在声学风洞内的远场噪声测量方法，其特征在于：步骤一所述对远场传声器风帽影响进行修正的方法为：在列车位置安放标准宽频声源，在远场位置选取传声器a和传声器b，其中传声器a有风帽，传声器b无风帽，进行数据采集，分别得到信号P1a，P1b；然后传声器a去掉风帽，传声器b带上风帽，其它条件不变，进行数据采集，得到信号P2a，P2b，计算得到风帽影响量为(P1a+P2b-P1b-P2a)/2；然后用传声器测得的声能值减去风帽影响量。

3.根据权利要求2所述的高速列车模型在声学风洞内的远场噪声测量方法，其特征在于：所述标准宽频声源和型号为B&K4204，其在水平方向不同位置测得的声压波动小于0.2dB。

4.根据权利要求1所述的高速列车模型在声学风洞内的远场噪声测量方法，其特征在于：步骤二所述对空气吸声的修正方法为：

(1)按如下公式计算空气中声强衰减系数m:

m＝(0.01497f³+0.4093f²+4.592f-0.544)/1000；

(2)按如下公式计算空气吸声修正后的声压级SPL_c：

SPL_c＝SPL_m+m·L

式中，SPL_m为空气吸声修正前的声压级；L为声音传播距离。

5.根据权利要求1所述的高速列车模型在声学风洞内的远场噪声测量方法，其特征在于：步骤三所述将风洞内实际测量点的声压值转换到远场传声器位置的测量值的方法为：按如下公式计算远场传声器位置的声压级L_p(f_ss,Θ′)：

L_p(f_ss,Θ′)＝L_pss(f_ss,Θ′)-20lgR_m

式中，L_pss(f_ss,Θ′)为模型测量经过修正后单位传播距离的声压级；20lgR_m表示球面波衰减。