汽车NVH综合技术：空气传播噪声成果分享

空气传播噪声是以外部噪声为激励，受车身结构遮音特性的影响，在汽车内部空间形成的声压。对于货车来说，发动机、排气系统、进气系统和空气摩擦等都是噪声源，通过驾驶室壁板件的透射，受驾驶室内声学特性的影响形成一定的声压。近年来在法规的限制下，车外噪声得到了有效的控制，发动机舱的遮音性也得到了提高，因此，发动机舱内的共鸣噪声成为车内轰鸣噪声的主要来源。在发动机放射噪声的激励下，诱发发动机舱内的空气共鸣，增加了噪声的幅值。在该激励作用下，引起驾驶室壁板振动，产生强迫振动。因驾驶室壁板振动，与驾驶室内空气的声学模态耦合，形成驾驶室内部的轰鸣噪声。

图9-19为搭载V8发动机的大型货车在加速时的车内噪声测试结果。气体燃烧1次成分（C4）占最大的贡献量，整体噪声上升的领域即对应轰鸣噪声的峰值。分析显示，车速60km/h、95Hz时出现最大的噪声峰值。

作为车内轰鸣噪声的外部激励源主要有以下几项。

①发动机本体噪声。

●曲轴箱、油底壳、罩壳类零件都是燃烧激励作用下的放射声源，在发动机舱内的声学特性影响下被增幅。

●关于发动机本体噪声的降低措施，在本文中不作详细论述，但是关于发动机舱内的声学特性，在汽车设计时是要重点关注的对象。

图9-19 V8发动机加速噪声测试结果

②进气噪声。进气噪声包括吸气声和空气滤清器壳体的放射噪声。空气滤清器安装在发动机舱内部时，同①所述同样，受发动机舱内声学特性的影响，有增幅的可能。

在设计空气滤清器时，需要从确保发动机性能和NVH性能两方面加以综合考虑。在提高消声性能的同时，还要在特定的频率段内对噪声峰值有抑制功能。

③排气噪声。排气噪声包括排气噪声和消声器等管外壁放射噪声。乘用车容易产生排气系统噪声问题，而从排气管的支撑系统传递来的结构传播噪声的贡献很小，空气传播噪声占主要成分。

与进气系统的设计相同，需要在排气性能和振动噪声两方面来综合考虑消声器的设计。

④风噪。随着车速向高速化发展，风噪声占车内噪声的贡献越来越大，成为车内轰鸣噪声的另一个重要的声源。风噪的形成原因，包括外部空气乱流引起的气动噪声向车内的传递和由于车厢内外压力差而产生的空气从车外向车内吸入时引起的吸气噪声。

风噪的构成成分一般以高频为主，有时也可能将驾驶室周围的低频模态激励起来，因此在设计的时候也要加以关注。对于这些激励源，驾驶室成为传递系统和放射系统。对于空气传播噪声，在之前的结构传播噪声中讨论过，在分析驾驶室内部的声学特性的基础上，对壁板的遮音性能、壁板的降振性能以及内饰板件的吸音性能等都要加以详细分析，这些分析，包含高频成分的大范围内的声学设计，特别是针对轰鸣噪声，仅仅依靠提高吸、遮音性能是不够的。

在进气系统、排气系统的低噪声设计中，确定平面波激励的消音理论方程，对于以压力变动很大的气流冲击为特点的进、排气系统，可以设定一定的目标值。目标值之一的传递损失，所对应的参数包括容积、断面积、管道长度和吸音材料的有无等。同时，对进、排气系统的空间布置、发动机性能等方面综合考虑，以达到最佳的设计方案。但实际上，特别是进气系统，包含发动机燃烧室、进气歧管在内具有特殊的声学特性，经常发生某些特定频率的噪声峰值。而为了解决这些问题，一般可以考虑使用进气谐振腔。

图9-20 吸、隔声材料性能

其次，从驾驶室的结构声学性能方面来讨论一下有关的设计注意事项。图9-20所示为一些常用的吸音材料的性能参数。对于单层的复合吸音材料，表现出不同的吸音特性。

对于吸音材料，单层板和双层板的遮音性能也是有所不同的。驾驶室壁板的遮音性能中的传递损失，一般都遵守质量法则。对于面积足够大的壁板，在遮断音波的传递时，壁板也会受气压的影响而振动，从而影响声波的传递。壁板件的声音传递损失按下式计算：

TL₀=20log（Mf）-42.5（9-6）

随机入射波则按下式计算：(www.xing528.com)

TL=18log（Mf）-44（9-7）

式中，M为面密度（单位面积上的重量，kg/m²）；f为频率。

图9-21 地板的隔声性能

对于中间夹有一层空气的双层壁板，虽然整体的传递损失增大，由面密度和空气层厚度所决定的气体共鸣，会造成在某些频率范围内传递损失的降低。

实际上，驾驶室壁板的振动对内部的声场也有影响。图9-21中显示的是驾驶室地板的隔声性能。图中是当面密度增加2倍时的计算结果。仅变更面密度，相当于在壁板上粘贴了遮音材料或者降振材料，对壁板的弯曲刚度影响很小，在全频率范围内起作用的是增加的质量和减衰系数。从计算结果中可以看出，虽然在低频范围内变动较大，以平均值来说，在几乎全频率范围内，大约有6dB的降低效果。在低频范围内具有明显的减振效果，是由于受板件的振动影响较大，当面密度增加时壁板的振动减衰性能增大，而相反刚度的贡献量则很少。

图9-22 空气传播噪声

最后，对空气传播噪声的降低流程和目标值加以论述。图9-22所示为根据空气传播噪声产生轰鸣噪声的原理，以降噪为目的的分析项目、选材等，以及在设计中需要关注的对象。对于目标值设定，首先要明确各个设计关键部件，不仅仅考虑NVH性能，强度耐久性、重量和成本也需要综合考虑。最重要的是，不追求每个部件的最佳状态，而是要全面分析，达到整体的最优化结果，满足NVH、耐久性、重量和成本等多方面的要求。

图9-23～图9-27是几个主要系统的目标值设定案例。

图9-23 驾驶室的遮音性能

图9-25 排气管出口到驾驶室声学传递特性

图9-24 排气噪声

图9-26 进气噪声

图9-27 进气口到驾驶室传递函数