进气系统的噪声及其调音

进气系统的噪声及其调音一 汽车噪声的特征在汽车行业，在涉及噪声与振动时，常采用一个词NVH ，即是噪声（Noise ），振动（Vibration ）和不舒适（Hardness ）三个英文单词的简写。

人的耳朵是一个非线性结构，对不同噪声的听觉不一样。

噪声与振动能让乘客直接感受到一部车是否舒服。

对此，汽车公司投入大量人力物力来减少噪声与振动。

对于一部车的噪声指标，政府对其的法规只有一项——通过噪声标准（pass-by noise ）。

即汽车整体通过时产生的噪声，包括进气系统的噪声等其他一系列在汽车通过时产生的噪声，在欧洲，通过噪声为74dB ，美国为78dB 。

随后汽车制造商会将不同的噪声要求分配到不同的汽车部件上，比如这次的a1774_AFS GP50项目，根据泛亚要求，进气噪声与发动机转速的关系如图，即要求进气系统的噪声在以下转速下不超过此直线的范围。

汽车噪声有两个特点。

一是与发动机的转速和汽车行使速度有关，二是不同的噪声振源有不同的频率范围。

下图表示汽车噪声与行使速度的关系：，轮胎与路面的摩擦是主要噪声，而在高速时，车身与空气之间的摩擦是主要的噪声。

图表示噪声源与频率的关系： 动低速时，发动机是主要噪声源，中速时间汽车速度下频率低频时，发动机是主要噪声源，中频时变速箱和风激励噪声占主导成分，高频时考虑的是说话的声音是否清晰，即所谓品质问题。

压缩质点振速和声功率等。

其中声压和频率是两个主要参数，声压，瞬时声压对时间声压与位置和时间有关，下图表示某固定时间而在不同地点的声压情况：图表示某固定地点而不同时间的声压情况：出来的上噪声的概念是纯主观上的定义，但是大部分噪声是人们共识的，如汽车的交二 声学的基本概念当物体振动时，会引起周围空气振动，空气具有质量和弹性，是可以压缩的。

空气被后会扩张后又被压缩，由于这种不断扰动，空气就产生一定压力，从而产生了声波。

描述声音的参数有声压，频率，也是测量的主要对象。

声压是指当地声压与大气压之差。

声场中某一瞬时的声压称为瞬时取均方根值称为有效声压，一般声学仪器测得的往往是有效声压。

下声源的强弱用声功率（W ）来表。

单位时间内，通过垂直于声波的传播方向的单位面积的声能称为声强（I ），单位为W/m 2。

声强的大小与离开声源的距离有关，因为声源是从一点向四周辐射，声源单位时间内辐射声能是一定的，离开声源越远辐射声波的面积越大，通过单位面积的声能就越小。

上述的声音都与人的反应有关。

声音的频率范围非常广，而人的听力范围是从20~20 000Hz 。

实际通噪声等。

三 声级的评估声压的平方与性量，即响度N ，单位为“宋”（sone ）。

响度为2宋的声音比响度为1宋的声音响一 的概念，下图为A,B,C 计权网络的衰减曲线，它们分别是模拟不同响度对人耳的反应。

评价一个声音的强弱可以用声功率，声强，声压等。

对于1 000Hz 的纯音，人耳刚刚能够感觉到的声压为2X10-5Pa ，称为“听阈声压”，人耳难以忍受的声压为20Pa ，两者相差一百万倍，显然用声压来表示声音的强弱很不方便。

同时人耳对声音的感觉不是与声压的绝对值成线性关系，而与其对数近似成正比。

取一个参考声压，用某个测量或者计算的这个参考值的的平方相比，再取自然对数，然后乘以十就的到“声压级”。

L p =10 lg P 2/P 02，式中P 是实际声压值，P 0是参考声压值，声压级的单位是dB 。

前面提到的人类的听觉频率范围是20～20 000Hz ，人在这些不同频率下对声音的的强弱感受是不同的。

为了反应人耳对所有频率的声音听起来响亮程度相同，就引入了响度级L N , 单位为“方”（phon ），下图表示响度级曲线。

图中的每根曲线是相同的响度，即听起来同样响亮。

这条曲线是以1 000Hz 声音的声强为参考的，即在这个频率时，响度级等于声强级。

但是在其他频率下，这两者是不相同的。

响度与主观评价没有直接关系。

这样就引入了一个线倍。

为了使噪声测量仪器的读数与人对声音的主观感觉一致，必须对声信号进行修正，从而引入了升级计权四噪声测试技术一． 噪声标准中国先后颁布了机动车噪声限制和实验方法的国家标准GB 1495-79《机动车辆允许噪声》和GB/T 1496-79《机动车辆噪声测量方法》，对与a1774_AFS GP50项目，主要是针对进气系统的噪声测量，一般国家只有车辆通过噪声的要求，零部件的试验方法和要求主要遵循汽车制造商的标准，如GMW14217（air intake system snorkel noise）和GMW14225 (Air Induction System Radiated Sound Pressure Level)。

二．噪声测量仪器测量声音的基本系统组成包括传声器（麦克风）、声级计、频率分析仪、放大器和滤波 系统、读数装置和校准系统。

大多数声音测量系统用于获取有关心理声学的信息，因此，一 般将仪器设计成具有类似人耳的非线性特性，并且包括滤波网络，用来分离和识别各种复杂 声音的各频率成分。

1.麦克风大多数麦克风有一个作为初级传感器的膜片，该膜片被作用在其上的空气所激励而运 动。

膜片后面连接有提供模拟电信号的二次传感器，将膜片的机械运动转换为电信号输出。

电容式麦克风时声音测量中最常用的麦克风。

它配置有一个张紧的金属膜片，厚度在0.0025-0.05mm 之间。

该膜片组成空气介质电容器的一个动极板（如下图所示）。

因此声压的冲击所导致的膜片运动而产生一个输出电压。

2. 声级计声级计接收输入的声压，输出一个与声压成正比的计示读数。

声级计通常包含有滤波 器组成的权重网络，用于粗略地将仪器响应与人耳响应相匹配。

由于人耳的频率响应是非线 性的，因此声级计的频率特性应模拟人耳的频率特性。

下图显示一种声级计标准化加权特性，可通过对声级计仪器的设计来加以选择。

由图中可以看到，其中滤波器的响应有选择地在低 频和高频上较弱，非常类似人耳的频率响应。

习惯上将特性曲线A 用于低于55dB 的声压级，特性曲线B 用于55-85dB 之间的声压 级，特性曲线C 用于大于85dB 的声压级。

3.声音信号的频谱分析测定声压或声压级的值虽然提供了对声强的度量，但没有指示出声音频率是如何分布 的。

实际工作中，常常为了消除噪声，希望知道声音中涉及的主要频率成分。

因此要对声音 作频谱分析。

测定声音强度与频率的关系成为声音的频谱分析，一般用带通滤波器来实现。

对采集 的时域信号，通过滤波器进行滤波，然后进行FFT 变换，即可得到该滤波器感兴趣的频率范 围的声音频谱图。

滤波是选取信号中感兴趣的成分，而抑制或衰减掉其他不需要的成分。

能 实施滤波功能的装置称为滤波器。

根据滤波器的选频方式一般可将其分为低通滤波器、高通 滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。

下图表示出了这4 种滤波器的幅频特性。

a. 低通滤波器。

从0 到f2 频率，幅频特性平直，该范围称之为通频带，信号中高于f2 的频 率成分则被衰减。

b. 高通滤波器。

滤波器的通频带为f1~∞，信号中高于f1 的频率成分可不受衰减的通过， 而低于f1 的频率成分被衰减。

c. 带通滤波器。

它的通频带为f1~f2 之间，而其他频率成分则被衰减。

d. 带阻滤波器。

与带通滤波器相反，其阻带在f1-f2 之间；其他频率成分则可通过。

在进行噪声频谱分析时，常常将带通滤波器进行并联（如下图），用于信号中特定频率成分的提取和分析。

使用时，将被分析信号通入一组具有相同增益但中心频率不同的滤波器，从而各个滤波器的输出反映了信号中所含的各个频率成分。

在声学测试中，由于1/3 倍频程滤波器在500Hz 以上的频率能更好的模拟人耳对不同频 率声音的灵敏度，且1/3 倍频程滤波器较倍频程滤波器有更高的频率分辨率，因而被常常使 用。

下表列出了ISO 中定义的1/3 倍频程的中心频率以及上下截止频率。

三．噪声测试环境噪声测试环境（声场）对测量结果影响很大。

因而，不同测试环境中使用的测量分析仪器和测量方法有相当的差别。

许多噪声标准中，规定用测量A声级来作为评判噪声的依据，所测得的A声级是是反映了所测声源在特定声学环境中对该测点的影响，而不只表示声源本身所发出的声能的大小。

若在环境中粗存在反射体，则测到的声压是直达声与反射声叠加的结果，而反射声的强弱随环境变化不同而变化。

因而，同一声源处于不同环境中所测得的声级也存在差异，必要时对测量结果进行修正。

根据距声源远近分类，声场可分为近场和远场；根据声场性质分类声场可分为自由声场，半自由声场，扩散声场和半扩散声场等。

1.近场和远场下图定义例如远场和近场，自由声场与混响声场位置关系（r为距离）。

在声场中，质点振动速度和声压存在平面波的简单关系的区域称远场。

在汽车噪声测量分析中，一般声源的声压或声功率级的测量均在远场进行。

2. 自由声场及消声室自由声场指只有直达声没有反射声的理想化自由空间。

在实际中很难找到这种条件，通常只要反射和直达声相比十分小，则可把它看作是自由声场。

消声室的墙壁可以吸收大部分声音，且由于消声室内容易控制测量条件，不受气候影响，在实际中使用较多。

3.半自由声场及半消声室半自由声场指只存在直达声和一次反射声的声学空间。

实际中开阔的室外环境和实验室中的半消声室可近似为半自由声场。

在半消声室中，反射声可能对测试结果带来较大的误差，但是对于汽车，发动机这样的宽频声带源，由于不同频率波和反射声之间相位差不同，所有频率无规则叠加结果，在离地面1/4中心频率波长以上位置的测量误差小于3dB。

对与进气系统的声学测试也是在半消声室中进行的。

4.扩散声场及混响室声波在声场中反射多次，致使声波在所有方向的幅度与概率传播的声学空间称扩散声场。

混响室可近似为这中声场。

5.半扩散声场及半混响室在实际的汽车噪声测试中，经常遇到声场是介于自由声场和混响声场之间，称之为半扩散声场。

满足这一声场的房间称为半混响室。

半混响室适合于一般性的汽车及零部件噪声测试，是最为普通的测试环境。

五 进气系统的声学特性一． 进气系统的消声元件作为进气系统的噪声控制，主要就是利用进气管上的消声元件来达到消声的目的，同时气体在进气系统中运动，又必须满足空气流动的要求，另外还有材料安装空间等方面的要求。

1.扩张消声器扩张消声器是由一个主要腔室和两边之间连接的管道组成，进气系统的空滤滤盒，如下图所示。

进气管道的截面积S1和出气管道的截面积S3比扩张腔室的截面积S2要小。

由于截面积变化，声抗也随之变化，因此扩张消声器是一种抗性消声器。

声波在进气管中前进，当到达与扩张室的交界处时，一部分被反射回来，形成反射波；一部分进入扩张室。

声波进入扩张室后，一部分入射波被反射回来，而剩下的被投射到出气管中继续传播。

S1S21）扩张比对传递损失的影响m=S2/S1称为扩张比，当扩张比m增加，传递损失就增加。