汽车风噪声及抖振主动控制综述

图7 四极子声源辐射声波

在超音速流动中，四极源是最高的。在低马赫数的飞行器周围流动中，有泄漏噪声时单极源最大，否则，偶极源最大。

2.3.按波动类型区分

压力波动的水动力分量也称为湍流压力或对流压力。它依赖于流体质量的运动，并以对流的方向传播。  声压依赖于空气向各个方向的压缩和膨胀，它比对流压力低2到3个数量级， 但其对车内噪声的影响很大。压力波的频率f与波速v和波长λ有关

它通常也用波数（wavenumber）k[46]表示

水动压的波速由汽车车速决定，其比声速要小得多。也就是说，与声波相比，水动压波长短，波数大。因此水动压与玻璃震动弯曲弯曲波之间的耦合较弱，传输效率较低。在窗玻璃重合频率附近，声压能有效地传递，对室内噪声的影响很大。

3.评估和开发方式

3.1.噪声评估

声压级和谱分量

声压是由于声波传播相对于静止介质中的平均压力p而产生的压力波动p '，单位为帕斯卡(Pa)。 

由于人耳的听觉范围跨越几个数量级，从2 × 10 - 5pa(可听)到200 Pa(疼痛)，为了方便起见，声音是用对数声压级分贝(dB)来测量的。声压级的关系与均方根声压以及参考声压之间的关系如下

其中，Pref = 2e−5pa是人耳能听到最小的声压，其频率为1000赫兹。由于声压级是对数的，当存在多个声源，不能简单的线性相加。

时域压力波动经过傅里叶变换后表现为不同频率声波的叠加。  窄带频谱的频率分辨率等于采样频率与用于FFT的样本数之比 。对于宽带噪声，如风噪声，窄带频谱中的局部频率信息通常不重要。特别是在将实验结果与仿真结果进行比较时，由于仿真时间等因素的限制，很难得到相同的频率分辨率。此时，可以使用三分之一谱和整体声压级对多个噪声进行比较，而不强调窄带谱的频率分辨率。对于抖振等音调噪声，窄带频谱的频率分辨率是必要的。   

响度（loudness）以及A-加权声压级（A-Weighted SPL)

响度是一种考虑人耳对不同频带声音感知的心理评价指标。 响度等级定义为纯音在1000hz时的声压级，用Phon表示。 图8显示了响度、响度级和声压级之间的关系，虚线表示人耳的可听下限。 在100hz以下，等响度曲线更为密集，说明响度在低频时对声压级的变化更为敏感。很明显，由于耳道的共振，人的耳朵在4000赫兹时最敏感。  响度N的单位为Sone，与响度级别LN的关系如下

也就是说，40“Phon”等于1“Sone”，“响度”每增加10“Phon”，“响度”就翻倍。 在频域中，响度对低频声音的变化更为敏感。

图8 响度轮廓

如图9所示，a加权滤波器与40 Phon等响曲线频谱相似，不同之处是滤波器没有捕捉到等响曲线的几个谐振峰。 在整体响度计算方法出现之前，由于考虑到人耳的实际感知，方便测量总声能量，使用a加权的整体声压级被广泛使用。 一般在24 Phon ~ 55 Phon范围内选择a权重。

图9  a -加权的频率响应曲线

清晰度指数

清晰度指数(Articulation index, AI)表示乘客在嘈杂环境下的语音清晰度。100%表示语音清晰度完美，0%表示噪声完全掩盖了语音。说话声H(f)、噪音上限UL(f)和噪声下限LL(f)的关系为  

也就是所，当噪音高出12分贝时，乘客的声音就完全听不清了。当噪音低于上限30db时，声音完全清晰。AI与权重因子W(f)的关系为  

其中

其中权重因子、上限值和下限值的取值如图10和11所示。

图10 清晰度指标权重系数曲线

图11 噪声上下限曲线

3.2.测试方式

风洞和道路测试

风噪声试验方法主要包括风洞试验和道路试验。 由于风洞中可以控制风速和环境参数，因此可重复性更强。 相反，路试容易受到侧风、温度、湿度等天气因素变化的影响。  风洞试验消除了背景噪声源的影响，如轮胎、传动系统、发动机等，这些在道路试验中经常发生。 路试具有成本低的优点。

麦克风测试

汽车风噪声采集通常包括外表面噪声、远场噪声和车内噪声。相位麦克风阵列基于波束形成技术由一组已知空间位置的麦克风组成。  通过分析到达每个传声器的声波的相位和位置差来计算波的传播方向(图12)。 它被放置在垂直于车辆侧的流场外，用于研究风噪声源在车辆外表面的分布。   球形麦克风阵列也可用于机舱内的风噪声分布采集。

图12 风洞中相位麦克风阵列

通常使用表面传声器或平顶传声器来测量窗口表面特定位置的压力波动。  使用平顶式麦克风需要在车辆表面打孔，麦克风放置在与车辆表面平齐的孔中，向外放置，避免暴露在流场中，可能带来额外的噪声(图13)。 

图13 嵌入式麦克风阵列和表面麦克风

舱内风噪声反映了乘员对风噪声的感知，可以使用普通声学麦克风或人工头部进行捕捉(图14)。 人造头部模拟了乘客头部和耳道的形状，因此噪声采集是有方向性的