摘要：隨著高速列車不斷提速，車內聲環境問題越發凸顯，車窗是距離人耳最近的隔聲元件，但目前鮮有針對新型車窗在高速列車運行環境下的隔聲特性的研究。本文針對高速列車運行環境下不同參數的真空車窗玻璃進行隔聲性能計算，并將其板件厚度、聲橋長度和真空度屬性對隔聲性能的影響規律進行總結;以北京航空航天大學電致變色中心某型電致變色玻璃為例，對電致變色車窗玻璃進行隔聲性能探討，高速列車車窗玻璃選型與改進提供一定理論參考。

　　關鍵詞：聲學;高速列車;列車車窗;隔聲性能;真空車窗;電致變色車窗

　　當列車以200km/h以上的速度運行時，噪聲污染問題將同列車安全性、牽引動力等因素一起限制高速列車的進一步提速[1]。當前研究多集中于高速列車板材隔聲問題的研究[2–5]。列車車窗區域作為噪聲敏感區域[6]，目前對于其研究主要針對普通車窗，如張玉梅等[7]建立高速列車雙板空腔結構車窗隔聲量計算模型研究了車窗厚度、空腔厚度和空腔阻尼對車窗隔聲量的影響，劉繼生等[8]從隔聲機理角度比較了現用鐵路客車車窗玻璃中單層鋼化玻璃、鋼化中空玻璃和夾層中空玻璃3種結構形式對隔聲效果的影響。

　　此外徐振驍[9]開展了高速列車常用車窗玻璃的隔聲性能研究。對于真空車窗玻璃與智能車窗玻璃(電致變色車窗玻璃)卻鮮有研究，所以對于新型列車車窗的隔聲性能研究是很有必要的。本文通過建立更符合高速列車運行環境的聲學計算模型，計算真空車窗玻璃的隔聲性能曲線，分析其聲橋長度、外板厚度以及真空度對其隔聲性能的影響，并對其各自影響規律進行對比總結;以北京航空航天大學電致變色中心某型電致變色玻璃為例，計算電致變色車窗玻璃的隔聲性能曲線，分析其總隔聲量隨軟膜厚度變化的規律。將兩類新型車窗玻璃的隔聲性能曲線與現有高速列車車窗玻璃隔聲性能曲線進行對比，說明其聲學性能在不同頻段或不同情況下的優劣勢，對高速列車車窗玻璃選型與改進有一定的實用價值。

　　1聲學計算模型

　　在列車實際運行中，內部的聲場是有限的空間，而外部的聲場是接近無限的空間，參照實際情況，建立外部的空間較大的混響室，內部按照高速列車內部空間參數建立消聲室。進行統計能量法(SEA)計算時，統計能量分析的子系統必須要求其子系統內能夠儲存振動能量[10]。而只有當一定數量的相似共振模態所組成的一組或一群能夠實現共振運動的子系統才可以儲存振動能量。這樣的一群或一組相似模態在統計能量分析中就可以視為一個統計能量子系統。

　　一個SEA子系統在目標帶寬內的模態數，與其子系統的特性參數，即模態密度有著直接關系。目前的統計能量計算具有低模態密度的子系統的耦合動力學問題時，計算精度并不高。而在式(1)和式(2)中，聲橋桿件的模態密度較低，真空車窗玻璃外板件的模態密度較高，所以為了提升計算精度，在對聲橋影響下真空車窗玻璃隔聲性能計算采用有限元-統計能量法(FE-SEA)混合計算方法。

　　由于聲橋在振動時與外板相連，故對真空玻璃聲橋的聲振模態進行計算時不能僅僅計算柱形聲橋的自由模態，而需要對聲橋在真空外板的約束下的聲振模態信息進行求解。求解前，將真空外板用較大網格進行劃分，而對聲橋結構則采用更為精密的網格，并檢查整體網格質量，進行計算。求解模態結果如圖3所示(以前4階為例)。將模態計算結果導入VAOne中，生成有限元(FE)子系統模型，將有限元子系統模型與外部SEA板件相連接，將FE聲橋子系統SEA外板子系統與內外側聲腔相連接，實現聲能傳遞。

　　2隔聲性能計算

　　依據上節聲學計算模型，分別計算真空車窗玻璃的聲橋長度屬性、板件厚度屬性以及真空度屬性對其隔聲性能的影響;并對電致變色車窗玻璃的隔聲性能進行計算分析。

　　2.1不同聲橋長度計算

　　真空腔內的中空聲橋結構不僅支撐著中空車窗玻璃的外側板件，還具有聲能傳遞的功能。故當真空車窗玻璃的真空腔內聲橋長度發生變化時，其隔聲量也勢必發生改變。本小節中采用控制變量的方法對真空玻璃真空腔內聲橋長度與隔聲量的變化關系進行研究。選用真空玻璃的真空介質壓強為5000Pa保持不變，真空腔兩側的玻璃外板厚度保持不變，中間聲腔長度選為5mm～30mm(變化步長為5mm)。將各個子系統同內外側聲腔進行連接，實現能量傳遞。

　　當真空車窗玻璃的聲橋長度發生變化時，其隔聲量總體有所增加。聲橋長度增加，其隔聲量的增加在個別頻段并不十分明顯。當聲橋長度由5mm變化至25mm時，真空車窗玻璃在中低頻的隔聲量雖然有所增加，但是增幅并不明顯，當真空聲橋長度增加至30mm時，真空車窗玻璃在低頻段的隔聲量有較大的增幅。在高頻段，隨著聲橋長度的增加，真空車窗玻璃的隔聲量基本在全部的頻段都隨之增加但增幅較小。隨著聲橋長度的增加，隔聲量也隨著增加。但是實際生產和使用時并不能無限制地增加聲橋長度來增強其隔聲量。

　　當聲橋長度每增加1mm時，其總隔聲量隨之變化的增值大小能夠評判其總隔聲量隨厚度的變化速率，對真空玻璃聲橋長度的選擇具有參考意義，也能更直觀地考察其對總隔聲量增值的貢獻效率。即長度每增加1mm所帶來的總隔聲量增值越大，其隔聲性能的經濟適用型就越高。真空聲橋長度為5mm～30mm區間內。當真空車窗聲橋長度變化區間為5mm～30mm時，其總隔聲量一直在增加，但是增速隨著厚度的增加逐漸變小。所以單純通過增加真空玻璃聲橋長度來增強其隔聲性能是不可取的。

　　2.2不同板件厚度計算

　　當真空車窗玻璃的兩側玻璃板件的厚度發生變化時，其隔聲量也勢必發生改變。本小節中采用控制變量的方法對真空玻璃面板厚度與隔聲量的變化關系進行研究。選用真空玻璃的真空介質壓強為5000Pa保持不變，真空腔的厚度設置為30mm且保持不變，一側玻璃板件厚度為8mm且保持不變，另一側厚度選為6mm～16mm的相同玻璃板件(變化步長為2mm)。將各個子系統同內外側聲腔進行連接，實現能量傳遞。

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　　3結語

　　(1)真空車窗玻璃的隔聲性能隨著聲橋長度、板件厚度的增加而增加，但總隔聲量的增速隨著長度、厚度的增加呈下降趨勢;(2)真空車窗玻璃的隔聲性能隨著真空度的增加而增加，但總隔聲量的增速隨著真空度的增加呈下降趨勢，對真空車窗玻璃隔聲性能影響最大的因素為真空度;(3)真空車窗玻璃在真空度較低時，其隔聲性能在低頻段弱于相同厚度中空車窗玻璃，但真空度較高時，其隔聲性能大幅提高;(4)電致變色軟膜厚度增加，隔聲性能隨之增加，在高頻段尤為明顯，現有電致變色軟膜車窗在高頻段相較于PVB車窗擁有更好的隔聲性能。

　　參考文獻：

　　[1]崔健，袁天辰，楊儉.基于仿真與實測的列車遠場氣動噪聲分析[J].測控技術，2018，37(9)：67-71.

　　[2]劉彬.阻尼材料對地鐵車輛地板隔聲性能的影響[J].城市軌道交通研究，2018(11)：133-139.

　　[3]張詠琳，凱森，趙艷菊.車輛型材結構的隔聲性能優化研究[J].噪聲與振動控制，2019，39(5)：84-88.

　　[4]劉天熙，張學飛，王瑞乾.高速列車側墻鋁型材降噪研究[J].噪聲與振動控制，2020，40(1)：165-170.

　　[5]蔣文杰，張捷，李志輝.高速列車風擋區域車內噪聲特性及聲學靈敏度分析[J].噪聲與振動控制，2020，40(1)：147-153.

　　[6]方晨宇.CRH380B型高速列車空氣動力噪聲的數值模擬研究[D].蘭州：蘭州交通大學，2019.

　　[7]張玉梅，王瑞乾，李曄，等.高速列車車窗隔聲量研究[J].機械工程學報，2018，54(4)：212-221

　　作者：石廣田1，徐鄭驍2，張小安1，張曉蕓1，楊力1