SEA 法を用いた高速車両の車内騒音解析
Development of the Noise Prediction in the Passenger Area of the Railway Vehicle by the SEA Method
橋本克史
谷口宏次

Katsufumi HASHIMOTO
Koji TANIGUCHI

鉄道車両にとって，車内静粛性はお客様に快適にご利用いただくための重要な要素である．特に高速走行する新幹線車両では，車内騒音を低減する構造が強く求められる．車内騒音低減策の開発に向け，車内騒音の現状分析や騒音低減策の効果の予測が重要であることから，SEA 法を用いた解析手法について開発を進め，実際の測定値との比較で実用的なレベルまで精度を上げることができた．今後は，車内騒音低減策の開発に使用するとともに，さらなる精度向上もすすめていく．
Quietness･of･the･passenger･area･is･important,･for･the･railway･vehicle.･Particularly,･it･is･important･to･the･highspeed･vehicle.･Because･when･a･vehicle･runs･at･high･speed,･the･noise･increases.･It･is･important･that･we･can･analyze･the･noise,･to･develop･structure･to･reduce･the･noise.･So･we･develop･a･method･to･analyze･by･the･SEA･method.･The･SEA･
model･of･the･vehicle･which･we･built･collated･it･with･measurements･and･was･able･to･secure･analysis･precision.･We･
analyzed･using･this･model,･to･develop･･structure･to･reduce･the･noise.

１ はじめにでは解析モデルの要素数が少なくできることから，計鉄道車両にとって，車内静粛性はお客様に快適にご算負荷が小さく，比較的短時間で高い周波数域の解析利用いただくための重要な要素である．特に新幹線車ができ，これが最大の特長となっている．比較的新し

両は高速走行するため車内騒音が大きくなる傾向にあい解析手法であるが，現在は解析ソフトが市販されてり，車内騒音を低減する構造が強く求められる．一般に，おり，建築，船舶，自動車などの分野でも利用されて騒音低減策は質量が増加する方向になるが，高速走行いる．のため新幹線車両には軽量化も求められている．今後SEA法では，解析対象物を幾つかの要素に分けて解の新幹線の速度向上に向け，相反するこれらの性能を析モデルを構築し，パワーとエネルギを用いて解析を満足させるため，軽量な車内騒音低減策の開発が必要

行う．要素数が2つの場合の概念を図1に示す．
鉄道車両に適用するには構体，内装，断熱材，車内である．
車内騒音低減策の開発にあたっては，車内騒音の現外空間などをそれぞれ複数のサブシステムに分解し，状分析や騒音低減策の効果の予測が重要である．そのサブシステム間の接続を設定する．各サブシステムは，ため，車内騒音解析手法の確立が必要と考え，SEA法構成材料の密度，ヤング率，ポアソン比，吸音率，厚を用いた解析手法について開発を進めている．

さなどを特性として設定し，サブシステム間のパワー伝達係数（Coupling･Loss･Factor：CLF）とサブシステ

２ SEA法についてムの内部損失係数（Internal･Loss･Factor：ILF）をパ

SEA法はStatistical･Energy･Analysis･Methodの略で，ラメータとして設定する．構造が複雑なサブシステム

統計的エネルギ解析法と訳されている．
SEA法では，「音については，特性を決定するために，FEモデルによる響」と「音の元となる振動」を統一してエネルギとし解析や実測によるデータの取得が必要となる．て扱い，実測データなどを用いて統計的手法を適用してモデルを作成し解析を実施する．
従来，音響，振動の解析はFEMを用いて実施されてきたが，鉄道車両のような複雑で規模が大きい構造物の場合，計算負荷が非常に大きくなり，200Hzを超える高い周波数域での解析は難しい状況である．SEA法

総合車両製作所技報第5号

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SEA 法を用いた高速車両の車内騒音解析に分割して構成する．車両全体のSEAパネル構成を図4

P1P2P12E1Subsystem1に示す．
これらのSEAパネル間の接合を設定して，車両のE2SEAモデルが完成した．車両全体で要素数は2269となった．

Subsystem2
P21

Pd1

Pd2

Ei･ :･･エネルギ
Pi･ :･･外部入力パワー
Pi･j :･･要素間伝達パワー（i→j）
Pdi :･･内部損失パワー
図1
3

SEA 法の概念
図3

SEAモデルの開発

新幹線車両の構造

３．１ 開発手順
最初に車両の形状，寸法，使用材料などの特性を元にSEAモデルを作成し，仮のパラメータ（CLF，ILF）を設定する．これと並行して実際の車両での音響・振動測定を実施しデータを取得し，コリレーション分析によりパラメータの値を同定する．開発手順を図2に示す．

車両SEAモデル作成

車両実測データ取得

パラメータ設定
図4

コリレーション分析（合わせこみ）SEAパネルに設定する特性は，対象が単純な形状をしている場合は計算が可能で，解析ソフト内に用意されパラメータ同定
図2

車両全体の SEA パネル構成た計算式や数値を使用することができる．しかし，新幹線車両の構体はアルミ中空押出形材で構成されており，SEA モデル開発手順

その形状は複雑であり，計算でパラメータを求めること

３．２ SEAモデルの作成ができない．そこで，構体については先行してFEモデ

図3に新幹線車両の構造を示す．車外空間と室内空間

ルを作成し，解析を実施し，その結果を用いてSEAパネの間には，構体と内装パネル，床があり，さらに，このルのパラメータを設定した．その他の部位については解間には断熱材，空調ダクト，空気層などが設置されてい析ソフトに用意されている計算式や数値を使用してパラる．また窓部は構体がなくガラスが車内外を隔てている．

メータを設定した．図5にその手順を示す．

これらの全ての部位について，SEAパネルを作成する．
それぞれの部位は解析精度を考慮して複数のSEAパネル

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2016年12月

３．４ 解析結果
ダブルスキン構体の SEAモデル作成

車両での測定データを用いて，コリレーション分析をダブルスキン構体の FE モデル作成実施し，各パラメータを同定した．その結果，実用可能な解析精度を得ることができた．解析結果と測定値の比較例を図7と図8に示す．現時点では，入力部位によってFE モデルの解析は精度が十分でない結果も出ており，今後も改良を進めることが必要である．

SEA パネルのパラメータ設定

解析結果が測定値と一致せず，検討により改善することができた例として窓ガラスについて紹介する．窓ガラスから侵入する音の車内騒音への寄与は比較的高く，車構体以外の（窓 ,ドア等）モデル作成

内騒音低減を検討するうえで重要な部位である．当初の解析結果と実測値の比較を図9に示す．現状の窓ガラス

車内の吸音性部品のモデル作成（腰掛 , カーペット等）

は特定の周波数にピークが現れる特徴があるが，解析結果ではこれが再現できていなかった．窓ガラスは車外側と車内側のガラスの間に空気層がある複層構造である．

車内空間のモデル作成

当初はこれをSEAパネルでモデル化しパラメータ設定をしたが，SEAパネルは単純な平板が基本であるため，中間の空気層の再現ができていないと考えられた．そこで，

SEA サブシステムの結合

窓ガラスについては，FEモデルを作成して置き換え，
図5

車両 SEA モデル作成手順詳細解析を実施することとした．解析結果を図10に示す．特定の周波数のピークが再現され，解析精度が向上してい３．３ 車両実測データの取得る．このようにFEモデルとSEAモデルを混合したハイSEAモデルのパラメータの同定に使用するため，実際ブリット解析は，精度向上に有効であるが，解析時間はの車両での測定を実施した．加振条件はインパクト加振増加するため注意が必要である．とスピーカ加振の2種類とし，車内中央の床面上1.2mで音圧を測定するとともに，車内の内張パネル，床，窓の4振動を測定した．

車内騒音低減策の開発に向け，車内騒音の現状分析や（1）インパクト加振試験

まとめ

騒音低減策の効果の予測が重要であることから，SEA法

インパクトハンマにより車体外面を打撃して加振．

を用いた解析手法について開発を進め，実際の測定値と（2）スピーカ加振試験の比較で実用的なレベルまで精度を上げることができ車体外側に設置したスピーカからの音を出し加振．

た．今後は，車内騒音低減策の開発に使用するとともに，さらなる精度向上の検討を進めていく．

図6

総合車両製作所技報第５号

実測データの測定方法

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SEA 法を用いた高速車両の車内騒音解析

図7

図9

当初解析結果と測定値（窓ガラス）

図 10

改良解析結果と測定値（窓ガラス）

解析結果と測定値（インパクト加振）

著者紹介
橋本克史
生産本部
技術部 部長（高速車両）

谷口宏次

図8

技術士（機械部門）生産本部
技術部（車体設計） 主任技師

解析結果と測定値（スピーカ加振）37

2016年12月