车内噪声机理、测量及其评价标准

（a） 传声器 传声器是一种把声能转换成电能的电声器件，可用来直接测量声场的声压。传声器包括两部分:一是将声能转换成机械能的声接收器。声接收器一般具有力学振动系统如振膜，传声器置于声场中，振膜在声压作用下产生受迫振动。二是将机械能转换成电能的机电转换器。依靠这两部分，可以把声压的输入信号转换成点能输出。灵敏度是传感器最重要的技术指标。由于电容传声器的输出阻抗很高，所以加前置放大器，进行阻抗变化。输入和输出放大器是电压放大器，它们在相当宽的频率范围内相应平直，同时还要给电容传声器提供直流极化电压。电容式传声器是目前较为理想的一种换能器，它主要有构成电容两个极板的振膜和背极组成。振膜和背极之间加一直流电压（极化电压），使振膜与背极保持一个不变的充电状态。当振膜在声压作用下振动时，电容的变化在极板间产生和声压相应的电压。这种传声器灵敏度高，在很宽的频率范围内频率相应平直，输出性能稳定，一般在负50-150摄氏度的温度范围内和0-100%的相对湿度范围内几乎不变，因此它适用于精密声级计除了声压和频率的测量以外，声功率和声强测试也常用到。

（b） 声级计 声级计是噪声测量中最常用的便携式仪器可测量总声压级和各种A、B、C计权声级和各频带声级。它与其他仪器配合时，还可进行频谱分析和振动测量。汽车噪声测量常用精密声级计，它由传声器、放大器、衰减器、计权网络、检波器和指示表头组成，见图3 声级计原理方框图。

1 1 3 4 5 6 7 8 9 1-传声器，2-前置放大器，3-输入衰减器，4-输入放大器，5-计权网络，6-输出衰减器，7-输出放大器，8-检波器 9-表头

图3 声级计原理方框图

（c）频谱分析仪 频谱分析仪是用来测量噪声频谱的仪器。它主要由两大部分组成，一部分是测量放大器，另一部分是滤波器。按滤波器频带宽度分为：1、恒定带宽频谱分析仪 其中心频率可以连续改变，但通过的带宽保持不变，这种分析仪对高频频率选择性强，能提供非常细致频率信息，适用于噪声源的识别及检验产品的脉冲噪声。2、恒定百分比带宽式频率分析仪 其通频带宽度始终等于中心频率的某一百分数，如果百分数为3，中心频率为

100Hz时，其带宽为3Hz；若中心频率为1000Hz时，其带宽为30Hz。故通过的频带宽度是随中心频率的增大而增大的。这种分析仪适用于测量分析不稳定噪声，能测出各谐波成分的相对大小。3、等对数频宽式频率分析仪 即倍频程或1/3倍频程分析仪，用于测量噪声频谱的大概分布，它只能对噪声作粗略的频率分析。4、实施分析仪 上述频谱分析仪要完成一个有一定频率范围的频谱分析，需花费较长的分析时间，且无法分析那些频谱随时间而急剧变化的噪声。实时分析仪是可即时完成频谱分析的仪器。

（d）信号处理仪 随着以FFT为基础的数字计算机技术的发展和信号分析技术的提高，各种专用或多用信号处理仪得到了迅速的发展。这类信号处理仪普遍能进行幅值域内的统计分析，时域内的相关分析和频率域内的频谱分析等，还具有细化、瞬态信号捕捉、波形编辑等多种特殊功能。

2.1.3噪声源识别技术

用于噪声源测试的传统方法主要有分别运转消去法、频谱分析法、声压测量法，表面声强测量法。随着声学测量技术的发展，迅速、简便地识别噪声源的方法也随之取得了进展。新识别方法发展的基本趋势是要求测试方法能现场测量，能实时分析和处理所得测量信号及能提高测试结果的可靠性，包括新发展的信号分析法、声全息技术等。下面介绍这些常用的识别方法。

（a）分别运转消去法 汽车行驶时，有上百个不见在同时工作，要判断那部分辐射的噪声最大，早期一般使用消去法。消去法就是首先测定试验对象在一定条件下的总体噪声，然后对可能发出较大噪声的部分，或暂时停止其工作，或用铅覆盖等方法控制其噪声辐射。再按同样的条件测定试验对象的工作噪声，根据声压级的叠加原理，从两次噪声的测试结果中算出这部分辐射的噪声大小。同样的方法可以得到各个部分的噪声辐射大小，从而找出主要噪声源。

（b）频谱分析法 各种噪声源都有不同的频率特征，如发动机噪声与气缸内燃烧的发火频率有关，风扇噪声与扇叶频率有关，进、排气噪声与进排气门的开闭频率有关，齿轮噪声与基节频率有关，轮胎噪声与花纹间距有关等。噪声的频谱分析法就是利用汽车上各个噪声源产生的噪声频率的不同来判断哪个是主要噪声源的分析方法。首先采用整车噪声场分析法找到主要噪声的发生位置，然后再对该位置处的噪声进行频谱分析，找出主要产生噪声的总成或部件。在汽车的噪声谱中，有时会遇到噪声谱峰值所对应的频率由几个噪声源共同发

出的噪声所组成，而不是由某个单独的噪声源所产生。在这种情况下为正确判断噪声源的主次，可以适当配合其他方法或改变汽车、发动机等的运转工况，重新获取噪声频谱、分析这些频谱成分的变化，从而识别出主要噪声源。一般来说，频谱图上总要出现几个峰值，该噪声的主要能量就集中在这几个频率处，特别是集中在最高的哪个峰值频率处，而总噪声的频谱则是各组成源的频谱在该测点处叠加结果。

（c）声压分析法 声压是一个标量，空间某点处的声压往往受各个方向上存在的声源的影响，所以从一点测到的声压很难判断出其中的主要噪声源。但在一些特定的条件下，如下面介绍的近场测量法和通管测定法，在抑制了其他方向上的噪声干扰的影响时，还是可以从声压的测量结果中判断出主要噪声源。采用这样的方法是别主要噪声源时，操作别叫复杂、效率也较低。

（d）表面声强测量法及表面振动测定法 通过测定振动表面的声压和振速，可以求的声强和声功率。测量时一般用加速度计取得振速信号，用传声器取得声压信号，并要求传声器的位置应尽量靠近加速度计，以减少两信号之间的相位差。

（e）信号分析方法 在整车和个总成部件的噪声测量中，常采用信号分析的方法识别噪声源。一般的使用方法有频谱分析法、倒谱分析法、相关分析法、常相干分析法、数字滤波、时间-频率分析、和小波分析

3车内噪声的评价

车内噪声的评价包括噪声量级的大小和声品质

3.1噪声量级

首先简述声量级。噪声量级直接作用到人的耳朵，采用dB(A)计量。汽车最主要的噪声源是发动机，这样车内噪声随着发动机的转速而变化。因此在评价车内噪声时，不是用一个总的噪声量值，而是采用一条随着转速变化的曲线。在测量车内噪声时，通常是在驾驶员靠近窗户的耳朵旁放一个传声器来测量他耳朵的响应。

3.1.1怠速和加速的声音评价指标

汽车在启动时，发动机温度低，转速较高，1000r/min。发动机运转一会儿，温度升高，怠速会下降，600-700r/min.当发动机转速稳定后，车内噪声就不是转速的函数。声压或声功率是频率的函数。求出所有频率下的声压或是声功率的均方根值，然后得到棋声压级或声功率级。这种声级用来作为怠速时声音的评价标准。

在WOT时，发动机的功率或转速迅速上升，噪声也变大。WOT最能检验汽车的噪声水平。另外乘客驾车多半在POT状态，一般来说，WOT的噪声比POT时要大。在这些状况下，发动机的转速为1000-6000r/min。声级不仅是频率的函数，也是转速的函数可以绘制成三维图谱，或者其总量级和各个阶次的量级绘制在平面图上。噪声的总量级和主要阶次的量级用来评价这些状态下的声音。

3.1.2语音清晰度

语音清晰度是Beranek提出来的。这个参数描述了在噪声环境下说话的清晰程度，用百分数来表示，100%表示说话完全听得清楚，0%表示说话完全听不清楚。说话的声音有他的频谱。这个频谱用1/3倍频程来表示，记为H(?)。

当背景噪声超过说话声音时，说话声音就听不清楚了。当噪声完全盖过说话声音，说话就听不见了。假设噪声超过说话声音12dB时，说话声音就听不见了。这时的背景噪声定义为上限噪声，用UL(?)表示。

UL(?)=H(?)+12dB

同样，当背景噪声低到一定的时候，说话声音就可以完全挺清楚。假设当背景噪声比上限噪声低30dB时，说话完全挺清楚，这个背景噪声称为下限噪声，并且用LL(?)表示。

LL(?)=UL(?)-30dB

上面定义的上下限噪声之间的差值对所有的频率都是一样的，即30dB。然而说话声音是与频率有关的。这样就引入了一个计权系数W(?)。这样就可以定义语音清晰度，用AI表示。

AI=ΣW(?)D(?)/30

其中D(?)定义如下；

当噪声超过上限噪声时，即N(?)>UL(?),说话完全听不见，语音清晰度为0.这时的D()为；

D(?)=0

当噪声在下限噪声和上限噪声之间，即LL(?)

D(?)=UL(?)-N(?)

当噪声小于下限噪声时，即N(?)

D(?)=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。