什么导致的路噪

当你开车时，坐在车内的你所听到的声音将在一定程度上决定车辆所行驶过的道路质量。当然，你必须有一条平坦且安全的道路，但是道路越安静，对你和那些生活与工作在同一条道路上的人来说，就越有乐趣。但是，是什么让一些道路安静，而另一些道路又吵得你必须把车内收音机音量调大呢？答案并不像你想象的那么简单。其实，道路并不是唯一的因素，轮胎也很重要。

路噪的来源

道路噪声（简称路噪）产生的本质在一定程度上并未完全弄明白。对于轮胎和路面来说，三个主要特征决定着路噪的产生：纹理、孔隙度和刚度(见图1)。复杂之处在于这些特征与变化时产生的声音之间的具体关系。



图1 轮胎和路面对路噪的产生都有贡献。没有胎面花纹的轮胎会很安静。那些几何形状简单的轮胎产生的声音会稍微大一些，但那些胎面花纹大而块状的轮胎产生的声音是最大的。最安静的道路包括那些具有优良纹理和显著孔隙度的路面。那些没有孔隙但纹理优良的路面产生的声音可能会更大一些。路面有较大或磨损的纹理是最嘈杂的。这三张路面照片显示的样本都只有几厘米宽。

最显著的特征是道路纹理。开车的时候，你可能会遇到既粗糙又嘈杂的道路。具有显著大小纹理的道路是糟糕驾驶体验的主要原因。但造成颠簸或噪声的纹理波长是不同的。长波长、低频的纹理会造成颠簸。噪声主要是由短波、高频纹理引起的。

At highway speeds, texture with significant amplitudes and wavelengths of about 10–50 mm is largely to blame for noise that is readily radiated away from the vehicle; texture with wavelengths of 20–200 mm is responsible for in-vehicle noise. In both cases, the dominant noise-producing mechanism is termed impact.

与车内噪声相比，车外噪声在很大程度上受不同纹理波长的控制。在高速公路上，具有显著幅值和波长约为10~50mm的纹理是噪声很容易从车辆辐射出去的主要原因；波长为20~200mm的纹理导致车内噪声。在这两种情况下，主要的噪声产生机理称为碰撞。当轮胎在路面上滚动时，路面的位移或轮胎胎面花纹会在轮胎结构中产生振动。这些振动，反过来，导致从轮胎胎面元件和侧壁辐射声学能量。在一些越野或重型商用车中，发现碰撞机理是多节轮胎产生轰鸣声最明显的原因。

那么，造一条完美道路的关键是要造一条完全平坦的道路吗？不幸的是，事实并非如此。实际上，建造平坦的道路不是个好主意，原因有很多。一方面，道路不安全；如果道路没有纹理，摩擦力会很低，制动距离会受到影响。即使在噪声方面，工程师们也知道平坦的道路并不安静。其原因在于轮胎与路面的相互作用机理。认识到纹理降低轮胎路面噪声说明了纹理与路噪之间关系的复杂性。

寻求一个更安静的路面往往会被另一类称为空气动力的纹理噪声机理复杂化。这些机理既多又复杂，它们的表现取决于轮胎和路面的特殊相互作用。当轮胎和路面接触时，在胎面块和路面表面的凹槽与空腔中都会形成所谓的几何空洞。这些几何形状具有固有的共振特性，很容易被轮胎本身的变形和振动所激发。当轮胎滚动时，滞留在空洞中的空气会迅速排出，从而产生噪声。

除了碰撞和空气动力机理外，还存在许多其他噪声源。各种振动源都会产生声音，包括那些与轮胎橡胶和最细纹理之间的摩擦有关的噪声。当你在平滑的停车场转弯时，你会听到典型的尖叫声，这说明了摩擦机理有时是如何控制轮胎路面噪声的。

道路上的孔洞

到目前为止，纹理是造成轮胎路面噪声最重要的因素，但孔隙度也有影响。使用高渗透性材料来减少噪声的例子到处都有，很可能就在你附近！在路面中，孔隙空间的几何形状和多孔表面层的厚度可以调谐到在产生大部分能量的声波频率处衰减。路面的声学吸收不仅降低了轮胎-路面界面处的噪声，而且还衰减了噪声的传播。多孔路面的另一个好处是，它为空气提供了排放沟或逃生通道，否则空气会从滚动的轮胎和胎面之间的孔洞中喷出。这样可以减少路噪。

轮胎刚度是影响路噪整体水平的另一个重要因素。在其他条件相同的情况下，更软的轮胎会让驾驶更加安静。也就是说，噪声只是轮胎必须优化的一个支柱；其他包括耐久性能、燃油经济性和操控性等。道路也有不同的刚性，这取决于它们是如何建造的。混凝土通常比沥青硬，但这两种材料都比轮胎硬得多。在这两种情况下，材料的刚度都无助于降低噪声：只有当路面刚度达到轮胎的刚度时，路面刚度才对降低噪声有显著作用。然而，在这种情况下，路面的耐久性将受到损失。尽管如此，被称为多孔弹性路面(PERS)的创新型道路，由环氧结合橡胶颗粒建造，目前正在评估中。他们的声学性能看起来相当好，部分原因是他们具有非常低的刚度。

PERS等概念说明了工程师们是如何寻求创新的、更安静的道路的。轮胎公司也在寻找新颖、安静的轮胎设计，以吸引消费者，尤其是汽车公司，而汽车公司是轮胎的最大买家。路面和轮胎设计者面临的挑战是确保产品不仅安静，而且安全、耐用、价格实惠。

测量路噪

一个常见的误解是，车辆噪声很大程度上是由发动机噪声，甚至是路过的汽车和卡车的风噪声造成的。在大多数情况下，轮胎-路面噪声的主要来源实际上是在橡胶与道路的交汇处。许多国家都有法规限制车辆的整体噪声，特别是轮胎的噪声。然而，直到数年前，国际政府机构才开始考虑道路的影响。制约这个方面发展的一个障碍是缺乏一种准确的、可重现的方法来测量轮胎-路面噪声。

这种技术上的限制已经被诸如车载声强（OBSI）等技术的采用所克服。车载声强是通用汽车公司在20世纪80年代开发的一种方法，在加利福尼亚运输部门的赞助下得到改进，并由美国国家公路和运输协会标准化。尽管标准在不断发展，现在OBSI最常见的变体使用两个探头，每个探头由两个麦克风组成，如图2所示，具体位置见图3。每个探头的位置距离滚动的轮胎只有几英寸，能够测量声强，也就是压力和声速的乘积，声速是一小部分空气相对于整个空气的速度。因为声强是矢量，所以声强测量提供了不能从标量声压得到的有用信息。OBSI技术使用两个测量探头，因为从轮胎-路面接触面前部发出的声音通常与从接触面后部发出的声音不同。



图2 车载声强是一种用于评估由于轮胎和路面相互作用而产生的噪声强度的标准方法。测试通常以每小时60英里的速度进行。OBSI的两个探头每一个都有一对被带有风球的麦克风。这两个探头可以让工程师测量轮胎与路面接触面前后的噪声。


图3 OBSI法探头具体布置

采用OBSI方法对数千种轮胎-路面组合进行了评价。为了简化数据的解释，路面工程师采用了一种标准的参考试验轮胎（SRTT），使不同的路面更容易进行比较。SRTT是由ASTM国际标准化的。尽管由于种种原因SRTT并不理想，但它有一个显著的优势，即在可预见的将来可以购买到。

美国的AASHTO出的用OBSI方法测试轮胎噪声的标准如下所示。



我国有标准GB/T 22036 轮胎惯性滑行通过噪声测试方法 用于评价轮胎噪声，该标准对应的ISO 标准为 ISO 13325。

除了OBSI方法之外，还有Statistical isolated pass-by method (SIP)和
Continuous-flow traffic time-integrated method(CTIM)方法。

主要来源：https://physicstoday.scitation.org/doi/full/10.1063/1.3273080