汽车风噪声分类及机理

风噪噪声源可以从两个方面来划分：第一方面是从风噪的表现形式来划分，即从所观察和测量到的噪声形式的角度，如由于脉动压力产生的噪声、缝隙产生的噪声；第二方面是从风噪产生的物理机理的角度来划分，如单极子噪声、双极子噪声。

1.按照表现形式来划分风噪源

运动的空气与车身各个部位的摩擦产生了不同形式的噪声源，它们可以归纳成以下四类：

第一类是脉动噪声。空气作用在车身上，形成涡流并在车身表面产生了压力波动。这种涡流扰动产生的噪声被称为脉动噪声。

第二类是气吸噪声。车外的风声会穿过车身缝隙进入车内。即便车身没有缝隙，但是汽车运动时，相邻部件（如车门与车身）之间可能出现了缝隙，车外的噪声会穿过缝隙进入车内。这种透过缝隙的风噪声被称为气吸噪声。

第三类是风振噪声。当打开天窗或者玻璃窗时，车身就像一个共振腔而发出低频的轰鸣声，这类噪声称为风振噪声。

第四类是空腔噪声。车身外部部件之间都有间隙，比如A柱和车门之间的间隙。如果这些间隙大，就形成了一些小的空腔。当风吹到这些小空腔时，气流在里面振荡，并产生噪声。这种噪声就是空腔噪声。

2.按照产生的物理机理来划分风噪源

在经典声学中，声波的产生是源于物体表面的振动。因为物体的振动使得表面流体产生了压缩和膨胀的交替变化，从而发声。最基本的发声单元是点声源。不同点声源的组合就形成了不同的发声体。最典型的声源有单极子噪声源、双极子噪声源和四极子噪声源。

风噪属于气动声学，其发声机理与经典声学有差异，但是气动声学中的声源可以类比成经典声学中的单极子噪声源、双极子噪声源和四极子噪声源。这样就可以从经典声学发声源的角度来分析风噪，因此，从机理上，将风噪源分成单极子噪声源、双极子噪声源和四极子噪声源。不同极子的噪声源与汽车的速度有关系，并具有不同的声辐射能力。

第一种是单极子噪声源。单极子噪声源是一个脉动球源，以小幅度和周期性的形式不断地做膨胀和收缩运动，向空间均匀地辐射球面波，如图6-2所示。单极子噪声源是不稳定的体积气流运动产生的。单极子噪声源在低马赫数情况下效率最高。当车身表面的脉动压力使得不稳定的气流从车外流向车内时，就形成了单极子噪声源。单极子噪声源的声功率与气流速度的4次方成正比，表达为

式中，ρ₀是空气密度；l是物体表面的特征尺寸；v是流体的速度；c是声速。

单极子噪声源的声功率级可以表示为

第二类是双极子（或叫偶极子）噪声源。两个距离很近、相位相反的单极子噪声源就构成了双极子噪声源，如图6-3所示。刚性表面上有不稳定气流压力，或紊流冲击到物体表面，就产生了双极子噪声源。例如：气流冲击到天线时，在其周围形成了冯·卡门（Von Karman）涡流，并产生不稳定力，这时就有双极子噪声源。双极子噪声源的声功率与气流速度的6次方成正比，表达为(www.xing528.com)

图6-2 单极子噪声源

图6-3 双极子噪声源

双极子噪声源的声功率级可以表示为

第三类是四极子噪声源。两个距离很近、彼此平行而相位相反的双极子噪声源就构成了四极子噪声源，如图6-4所示。当两个流体单元相互碰撞时，使得流体产生不稳定的内部应力，从而形成四级子噪声源。在不稳定剪切层紊流中就存在四级子噪声源。四极子噪声源的声功率与气流速度的8次方成正比，表达为

图6-4 四极子噪声源

四极子噪声源的声功率级可以表示为

双极子噪声源强度与单极子噪声源强度之比与马赫数的平方成正比，而四极子噪声源强度与双极子噪声源强度之比与马赫数平方成正比。因此，在超音速情况下，四极子噪声源的声强远远大于双极子噪声源的声强，而双极子噪声源的声强远远大于单极子噪声源的声强。汽车行驶的速度属于小马赫数（M<0.3），因此对汽车风噪来说，单极子噪声源强度要远远大于双极子噪声源强度，而双极子噪声源强度要远远大于四极子噪声源强度。由于气吸噪声是由单极子噪声源引起的，因此有不稳定泄气存在，那么气吸噪声占绝对主导。如果没有泄漏，那么风噪主要是双极子噪声源的贡献。