车内噪声机理测量及其评价标准汇总

车内噪声的产生机理、测量方法及其评价标准 汽车噪声与振动是一门非常复杂的学科， 涉及很多方面。在汽车产品开发过程中， 噪声 与振动控制也是一门关键技术。 汽车噪声与振动可以用很多方法来分类： 按频率来分，可以 分成低频问题、中频问题和高频问题；按专题来分可以分成摩擦噪声、 风激励噪声、机械噪 声等等；按源—传递途径—接受体来分， 可以分成振动噪声源、 传递通道和人体对噪声与振 动的响应。 本文就汽车噪声与振动问题中的一个方面——车内噪声的产生机理、 测量方法及其评价 标准作一个简单的论述。 1 车内噪声的产生机理 一般噪声与振动系统可以用源- 传递路径- 接受体模型来表示。车辆的主要噪声源有: 发 动机辐射噪声、进排气噪声、冷却风扇噪声、底盘噪声、轮胎噪声、风噪声等 ; 主要振动源 有: 发动机自身振动、排气系统振动、传动轴振动、悬架振动、路面激励等。振动的传递路 径主要有: 发动机悬置、车身、悬架、排气系统悬置等; 噪声传递路径主要有: 车身孔隙、 车身。接受体主要指驾驶员和乘客, 噪声和振动通过传递路径传递到人体。对于噪声与振动 的控制包括对噪声源和振动源的控制、 对传递路径的控制和对接受体的控制, 降噪的根本是 要控制噪声源和振动源, 其次在传播路径上加以控制。 车内噪声产生的机理如图1 所示。 车 辆噪声源, 如轮胎- 路面噪声和发动机噪声向外辐射, 通过车身孔隙透射到乘坐室内, 车内 这部分噪声被称为空气传播噪声, 其频率一般在几百赫兹到几千赫兹。车辆振动源, 如路面 激励、发动机振动等直接或者间接作用到车身, 引起车身振动; 另外车辆噪声源向外辐射噪 声作用到车身, 也会引起车身振动,车身的振动产生结构辐射噪声 , 车内这部分噪声被称为 结构噪声, 结构噪声的频率一般在几十赫兹到几百赫兹。 结构噪声和空气传播噪声相互叠加 形成车内噪声。 噪声源 振动源 车身孔隙 噪声叠加 车内噪声 车身振动 图 1 1.1 发动机的噪声 发动机热力过程中的周期性及部分受力机件的往复运动构成为汽车主要的振动噪声 源，主要分为三种： 燃烧噪声、机械噪声和空气动力噪声。燃烧噪声声强与压力升高率的平 方成正比，噪声声压级与放热率的对数成正比，燃烧噪声还与滞燃期、 转速负荷等有关。机 械噪声主要是活塞敲击、配气机构的摩擦、冲击、齿轮啮合、齿带啮合、皮带打滑、轴承工 作、供油噪声等。机械噪声正比于发动机转速，另外结构的共振也引起噪声辐射， 在发动机 表面辐射噪声中，主要是发动机机体表面和油底壳辐射， 其次是缸头、缸盖罩等。风扇噪声 的主要影响因素是转速、叶片弦长、型线、夹角和叶片数。进、排气噪声是由于压力脉动、 气流通过气门时的涡流、边界层气流扰动排气口喷注引起的。尾管的影响和消声器壁 面振动辐射的噪声也是重要声源之一。 图2为发动机噪声贡献分项图,可见影响发动机噪声的 主要因数有燃烧噪声、排气噪声等。 图 2 发动机噪声贡献分项图 表1为发动机主要噪声源的噪声主要频率范围表， 这里大部分噪声源都与发动机转速密 切相关。 表 1 发动机主要噪声源的噪声主要频率范围表 Table 1 The frequency of engine noise sources 噪声源 燃烧 频率范围/Hz 500-8000 备注 汽油机集中在500-4000Hz，柴油机范围广 活塞敲击 进、排气门 冷却风扇 进气 排气 喷油泵 齿轮 皮带 2000-8000 500-2000 200-2000 50-5000 50-5000 〉2000 4000 〉4000 与转速和缸数有关 与转速和气门有关 与转速和叶片数有关 周期进气〉200Hz，进气涡流UL(ƒ),说话完全听不见，语音清晰度为0.这时的D()为； D(ƒ)=0 当噪声在下限噪声和上限噪声之间，即LL(ƒ)N(ƒ)UL(ƒ),说话被噪声掩盖了一部分， 这时的D(ƒ)为： D(ƒ)=UL(ƒ)-N(ƒ) 当噪声小于下限噪声时，即N(ƒ)N(ƒ),说话可以完全听清楚。这时D(ƒ)为： D(ƒ)=0 3.2声品质 自20世纪80年代以来，人们不仅要求汽车“安静” ，还关心它的频率组成成分，与发动 机转速的关系等因素，即考虑声音的质量。声品质包括响度、音色、音调、锐度、纯音度、 声音的调制和语音清晰度等方面的指标。 响度是指人对声音的主观感受。 锐度是指高频部分 与低频成分的比值，如果高频的成分多，声音的锐度高。当某个频率的声音掩盖了其他频率 的声音，这个声音就可以听得非常清楚， 被称为纯音。同时， 考虑到这些与声音有关的指标 已达到顾客所需的声音就是寻求所需的声品质。 声品质的研究涉及物理、机械、通讯、声学、心理学、音乐和市场等学科，它是一种 主观概念。汽车上发出声音的系统和部件很多， 最主要的是与发动机有关的。 人们用很多主 观指标来评判这些声音的声品质，如舒适感、运动感、平稳感、动力感和纯音色感觉等等。 发动机的声音与发火阶次密切相关， 于是声音的阶次的成分决定了声品质。 如运动车的声音 节奏强烈，带给人动感，这样的声音组成上不仅发火阶次以及谐波次声音强烈， 而且半阶次 的声音也强烈。对豪华轿车而言，人们喜欢和谐悦耳的声音。 这样就要控制发动机声音的阶 次，要使得半阶次的声音越低越好。这样的声音基本是由发火阶次以及谐次声音组成。 现在， 世界各国的汽车公司都在研究声品质的主观评价与客观测试之间的关系， 即不能 定性而且能定量的描述声品质。与发动机有关的声品质的定性和定量描述有以下几个指标： 声压级指数、阶次组成、线性度、和高频噪声。 (a)声压级指数 在开发一部新汽车时，会制定车内噪声量级指标， 为保证声品质提供基础。 车内噪声的 目标曲线是一条随转速而上升的直线，在设计时期望噪声线与目标直线尽量与目标直线接 近。 ，这样就能使噪声保持良好的线性度。 (b)声音的阶次组成 汽车噪声与发火阶次相关，但不同的汽车的阶次大小设计是不同的。主要是考虑半阶， 其大小完全取决于顾客的需求。声音阶次的调节主要靠进排气系统的设计。 (c)声音的线性度 线性度是指车内噪声随发动机转速的变换而变化的曲线接近一条直线的程度。 噪声曲线 越接近直线，表明线性度越好， 反之就越差。一条噪声线接近直线，且声音大小是随着转速 的增加而增加的，这样声音听起来比较平缓；反之如果在转速区间中的某些点处出现峰值， 这时就会明显感觉到声音的跳动。比较这两个声音，认为第一个声音要好于第二个。 (d)高频噪声 从前可知语音清晰度随转速的增加而衰减，也就说明语音清晰度在高频时比低频时低， 所以高频噪声严重的影响说话的清晰度。 改变进排气管道的尺寸和结构以及车身隔声与吸声 设计可以控制高频噪声。