基于动力总成激励的汽车车内噪声分析及控制

1、基于动力总成激励的汽车车内噪声分析及控制 （） ， 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：互振日期：，年多月罗日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容

2、编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 、保密口，在年解密后适用本授权书。 、不保密目 （请在以上相应方框内打“”） 作者笨幺互振作者签名：二期：年弓月了，新虢轵）肯，厂刁扣日期：伊年汐扣萨 汽车车内噪声分析及控制 摘要 动力总成激励是汽车车内振动噪声最主要的激励源之二。由动力总成振动通过悬置激励车身引起的车内噪声主要是低频结构传播噪声，由动力总成噪声通过声波激励车身引起的车内噪声主要是中高频空气传播噪声。低频段的噪声问题可以通过结构改善来控制，中高频段噪声问题可以通过阻尼和吸声隔声材料来控制。 本文的主要目的是研究如何在汽车设计中利用

3、各种仿真分析方法，结合动力总成振动噪声的特点，综合性的控制车内低频和中高频噪声。同时本文还研究了如何在后期通过试验的方法来解决动力总成激励的车内噪声问题。具体研究内容如下： 基于动力总成激励时的车内低频（）结构传播噪声，本文采用有限元法对其进行分析和控制。通过车内噪声的仿真计算，发现驾驶员耳旁噪声在处的峰值超过了设计目标。接着通过板件贡献量分析发现对峰值点噪声贡献最大的板件是后挡风玻璃。最后对挡风玻璃上横梁制定了结构更改方案，验证分析表明所使用的分析方法能有效的控制车内低频结构传播噪声。 基于动力总成激励时的车内中高频（）空气传播噪声，本文采用统计能量法对其进行分析和控制。通过对车内中高频噪声

4、的仿真计算，发现驾驶员耳旁噪声计算结果在不满足设计目标。针对驾驶员头部声腔和腿部声腔进行了输入能量分析，确定前门是造成车内高频噪声不达标的主要贡献板件。最后根据分析结果针对前门增加阻尼和吸声材料，验证分析表明所使用的方法能有效的控制车内中高频空气传播噪声。 基于动力总成激励时的车内噪声，本文采用传递路径法对其进行实验分析及控制。首先建立了由悬置车身侧到驾驶员耳旁的传递路径分析模型。接着通过传递路径分析结果找出了对车内噪声贡献最大的路径是左悬置向到驾驶员耳旁，并且通过详细的分析结果确定了该条路径贡献大的原因是传递不好，而不是激励源过大的问题。最后对左悬置支架刚度进行了加强，验证试验表明所使用的分

5、析方法能有效的控制车内噪声。 研究表明，针对动力总成激励时的车内噪声问题，本文从仿真到试验，从低频结构传播噪声到高频空气传播噪声，从理论到实践，对设计提供了一个较全面的解决方案。 关键词：汽车噪声；有限元法；统计能量法；传递路径法； ?， ? ，： （）（）?，? ，? （）（），? （） ?， 汽车车内噪声分析及摔制 ， ， ：； 风激励噪声汽车车内噪声的控制车内噪声控制的基本方法车内噪声控制的基本流程第章基于有限元法的车内低频噪声分析及控制引言有限元法基本理论有限元法简介模态分析理论基础声固耦合动态分析理论基础板块声学贡献量分析理论基础有限元模型的建立及模态分析驾驶室有限元建模一驾驶室结构

6、模态分析 汽车车内噪声分析及控制 驾驶室声腔模态分析有限元分析结果及控制动力总成低频振动激励获取一车内噪声仿真计算板块声学贡献量分析：。分析结果验证及噪声控制小结第章基于统计能量法的车内中高频噪声分析及控制弓言统计能量法基本理论统计能量法系统方程统计能量分析的频率适用范围统计能量分析子系统的划分原则统计能量分析模型的建立几何模型的建立模型主要参数的确定吸声、隔声材料性能数据测试统计能量分析结果及控制动力总成中高频噪声激励获取车内噪声仿真计算输入能量贡献量分析分析结果验证及噪声控制小结第章基于传递路径法的车内噪声实验分析及控制引言传递路径分析基本理论 结构声传递路径分析基本原理结构声工作载荷的提

7、取传递路径分析模型的建立分析模型路径的划分分析模型数据的采集传递路径分析结果及控制一分析结果分析结果验证及噪声控制一小结 结论与展望参考文献。致谢附录（研究生期间发 硕十学位论文 第章绪论 本课题研究的工程应用背景及意义一 就汽车性能指标而言有很多，如可靠性、安全性、性能、操纵稳定性、经济性能等等。虽然可靠性和安全性等技术指标在所有车型的开发中都显得比较重要，可是（噪声与振动）性能的要求越来越受到重视，特别是对于中高级轿车而言。随着我国汽车工业的发展和人们环境意识的增强，声场设计和噪声振动控制是汽车设计中普遍而重要的问题。汽车噪声不仅给乘员造成疲劳与不适，而且给环境带来噪声污染【】。激烈的市场

8、竞争使得噪声问题显得尤其重要，现代车身设计中，车内声学舒适性已成为重要的设计指标之一，直接决定着该款车在市场上竞争力。多数顾客在驾驶汽车时，希望有一个安静和平稳的车内环境，能够充分享用车内通信与影音娱乐系统，因此在购买汽车时很看重汽车的振动与噪声水平。统计分析表明，一辆车的振动噪声水平与顾客对这辆车的总体印象和评价有着直接的关系。对于一些特殊人群，除了追求传统的低噪声与振动外，还对于汽车的声音品质有所追求。如对豪华车而言，既要安静、振动小外，而且要使声音中尽可能多的只含有发动机点火频率的成分；对于赛车，为了使车驾驶起来有动感，声音中要尽可能多的含有半阶次成分。图指示了不同年代中档轿车的车内噪声

9、值。对于汽车振动、噪声的研究与控制是汽车自主开发设计中非常重要的一个环节，制定出合理的车内噪声目标，从而在汽车开发初期就进行噪声与振动的设计、分析、优化和控制是世界各汽车厂商的研究方向。因此对汽车车内噪声研究具有重要的意义。 年份图不同年代中档轿车的车内噪声值 汽车车内噪声分析及控制 从汽车车内噪声的来源来看，主要有：发动机噪声、进排气噪声、风噪声、风扇噪声等。从汽车振动源来看，车内振动激励源主要是发动机激励、路面激励和风激励。车内噪声的产生主要有两个途径，一是车外噪声源产生的噪声通过车身壁板及孔洞直接传入车内；二是车外噪声声波和振动源激励车身壁板，使其产生振动，并向车内辐射噪声。车身壁板主要

10、是由金属钣金件和玻璃构成，再加上一些塑料件，这些材料具有很强的声反射性能，声波在密闭的驾驶室内多次反射，从而形成了复杂的驾驶室内部声场【，要预测它首先要对这些系统的振动噪声特性进行参数化建模，预测产生噪声的大小及分布情况，同时研究参数化优化方案，知道阻尼、吸声材料、声场贡献度、传递路径、结构的形状和尺寸与噪声响应的关系，从而达到减振降噪的目的。这对于减少设计成本，缩短设计周期和提高设计效率具有重要的意义。 汽车噪声振动有两个特点。一是与发动机及汽车行驶速度相关；二是不同的噪声振动源有不同的频率范围。图表示汽车噪声源与行驶速度的关系。在低速时，发动机是主要噪声与振动源；在中速时，轮胎与路面的摩擦

11、是主要噪声振动源；在高速时，车身与空气之间的摩擦变成了最主要的噪声振动源。车内噪声按频率可分为低频噪声、中频噪声和高频噪声，。图表示噪声源与频率的关系。 蘸 、 警 汽车速度 图汽车噪声源与行驶速度的关系 蕊 二： 、 型 频率 图噪声源与频率的关系 由动力总成振动通过车身结构向驾驶室内传递引起的噪声主要是低频结构传播噪声，由动力总成噪声通过声波激励车身结构向驾驶室内传递引起的噪声主要是中高频空气传播噪声，分别对它们进行分析和控制对于降低车内噪声非常重 硕卜学位论文 要，特别是从汽车设计的初级阶段出发来分析和控制它们，因此研究由动力总成激励引起的车内噪声具有重要的意义。 车内噪声国内外研究现状

12、 车内噪声的研究分为两个方面第一方面是试验研究；试验研究的主要工作是针对引起车内噪声的不同声源及如何控制这些声源对车内噪声的影响进行了大量的试验研究工作；第二方面是理论研究；理论研究的主要工作是对车内噪声的产生建立理论模型，同时研究理论模型的精确度和计算效率，通过理论模型来预测车内噪声的大小，最后利用理论模型对车内噪声进行优化，从而指导汽车设计工作。从汽车噪声的研究内容上看，首先是对噪声进行分析，其次是对噪声进行控制。分析可以是试验分析，也可以是理论分析。分析的目的是进行车内噪声的控制。 在汽车振动噪声问题的研究方面，国内外学者做了大量的研究工作，取得了重大的研究成果。由于车内噪声振动源非常多

13、，而且噪声振动传递的路径也很复杂，使得车内噪声的分析及控制变得非常困难。从世纪年代起就有国外学者开始研究汽车噪声振动问题，国内学者对汽车噪声的研究比国外学者晚了将近十年。国外学者先后对发动机机舱的噪声辐射特性、车身结构发出的轰隆声的声学特性、汽缸和油箱的辐射噪声、轮胎和路面的接触噪声、轮胎与路面接触噪声的产生机理、汽车在高速运行中产生的紊流对车内气动噪声的影响、汽车多层结构内饰材料的吸声性能、汽车车门的反光镜及汽车骨架产生的气动噪声、汽车排气系统的噪声、低噪声轮胎等进行了研究，并利用其研究成果来降低汽车车内和车外噪声，发现其效果很好。 国内学者对动力总成引起的车内噪声仿真问题已经进行了部分研究

14、工作，主要集中在发动机振动引起的车内低频结构噪声，很少对发动机噪声引起的车内中高频噪声进行研究，而且以声学灵敏度计算为主，很少直接以动力总成激励作为输入进行仿真计算的。试验分析的研究则主要是频谱分析，主要有两种，一种是噪声与时间和频率的三维瀑布图，另外一种是噪声与发动机转速和频率的三维瀑布图。将传递路径法应用于车内噪声试验分析中还处于研究阶段，应用很少。通过他们的研究发现发动机二阶激励对车内噪声的贡献最大，找到了发动机振动向车内的传递途径和对车内噪声贡献最大的车身板件。在此研究的基础上，提出了如何改善发动机引起的车内低频结构噪声的有效方案：（）修改发动机悬置系统的刚度来控制发动机振动向车身的传

15、递，来达到降低车内噪声的目的。（）提高顶棚板件的刚度来改善顶棚的振动，控制对车内噪声贡献比较大的发声部件，从而达到降低车内噪声的目的。同时还对车内噪声分析后发现发动机和传动系统是汽车的主要噪声源，发动机燃烧基频与传动轴旋转基频下车内噪声值都很大，而 汽车车内噪声分析及控制 且其不随车速的变化而变化，这些不随车速变化的低频噪声是汽车固有的结构特性或声腔特性所决定。在路面激励引起的车内噪声问题方面国内学者也进行了一些研究，发现可以通过控制悬置阻尼来控制路面激励在车内引起的噪声。 主动噪声控制技术也称有源噪声控制，经过年的发展已经相当成熟，与传统技术相比，它对低频噪声的控制效果非常好。国外的有源噪声

16、控制研究开始与年。当时的德国物理学家提出了有源消声的概念和思路，并申请了专利，但由于受当时电子技术的束缚，他的设想并没有马上实现。直到年美国通用电气公司把有源消声的思路应用于大型变压器线谱的噪声控制中，才使得这一创造性的设想真正应用于实际工程中。国内开展有源消声技术的研究比较晚。清华大学、西安交通大学和西北工业大学的学者从年开始对有源消声技术进行了大量的研究工作。近几年国内对于有源噪声的研究工作主要有：对基于智能模糊控制策略的有源消声进行了研究；对空间声场的自适应有源噪声控制进行了研究；对低频噪声的有源吸收理论进行了研究；对在有源噪声控制中应用进行了研究；对有源噪声控制的前馈和反馈算法进行了研

17、究。 车内噪声分析方法概述 从世纪年代，就有人从事汽车噪声振动的研究，基本上是基于实验和简单的计算，比如在排气系统中使用的赫姆霍兹消声器就可以用简单的计算来设计。经过国内外学者和工程技术人员的大量研究性工作，汽车振动噪声技术得到了突破性的进展。年代后，计算机逐步应用到汽车领域，首先用于结构分析，数值分析方法被用于计算动态系统的振动和声学响应的研究。经过多年的发展，数值计算方法主要有：经典方法；有限元法；边界元法；统计能量法；传递路径法；模态综合法等。他们有各自的优点和缺点，并在实践中得到发展与完善。到年代，随着计算机容量和计算速度的发展，数值计算方法的精度越来越高。到了年代，随着工作站的应用，

18、大型计算成为现实，于是出现了整车噪声与振动的计算，其中以模态综合技术为主。以下来具体介绍这些方法。 经典方法：在汽车设计初期，概念设计阶段，能获得的数据有限，这时只能根据这些基本参数建立汽车四分之一模型和二分之一模型，来研究汽车最基本的频率和振型特征，或者研究汽车的动力特性。经典方法只适合于分析很低频率的整体模态，应用软件有等。 有限元方法：对于汽车而言，整体和局部的振动情况都很重要。经典方法不具备对汽车结构设计指导作用，必须分析汽车子系统或局部的振动情况。汽车是一个连续的弹性结构，形状比较复杂，应用计算机技术和仿真分析技术能够极大的提高设计效率。目前，用得最为广泛的方法是有限元分析【，已经成

19、为复杂结构系统动力学的重要手段。根据分析精度的需求，有限单元的划分也不同。当 硕？学位论文 只是对整车进行粗略的振动噪声分析时，有限单元可以划分得大一些；当需要对整车进行细致的振动噪声分析时，有限单元的划分需要小一些。细致的单元网格大小为，单元的数量和自由度个数可以达到几百万甚至上千万。结构划分的单元愈多，自由度也就愈多，计算精度也愈高，但计算时间也愈长。有限元方法是一项非常成熟的分析方法，能够准确的预估整车和各个系统的模态和模态频率，并且能动态演示整车模态。有限元方法的思路来源是矩阵分析，其基本思路是用有限单元将结构弹性域或空气域离散化，单元通过节点处相连，节点位移分量是最基本的未知量。这样

20、无限自由度连续系统的问题被分解为有限元单元自由度的离散系统问题。根据力学方程或声波动方程，引入边晃条件和激励后，通过求解代数方程式得到结构弹性或声传播空气域中的振动和声特性，即完成对系统的动力学响应求解问题。有限元分析方法在汽车方面的应用有：零部件及整车模态分析、刚度分析、强度分析、安全分析、约束系统分析、振动噪声分析、空气动力学分析等。 边界元方法有限元主要用来解决声场内部问题，为解决部分结构辐射噪声问题，发展起来了边界元。边界元方法对处理结构声辐射、声散射和结构声腔问题有独特的优越性，因而在实际中得到应用【。在边界元方法中，方程被转化成积分方程。由于积分方程中的未知变量分布在声场的边界表面

21、，因此只有边界被划分为网格单元。这样，简化了输入数据，减少了计算时间和代价。此外，在积分方程中，远场中的声学条件能够自动满足。由于边界元方法的这些特点，他被广泛应用于计算声辐射的问题。 边界元方法的输入是声场边界上的复声压、复振动速度或者复阻抗，计算时必须知道复声压和复振动速度中的一个物理量，另外一个通过边界条件可以求出。作为输入，结构表面的复声压或复振动速度可以实测得到，也可以通过计算得到。对于结构表面复振动速度的计算，边界元方法常常借用有限元方法。整车结构振动分析使用有限元模型，车内空腔的声场分析使用边界元模型。应用软件有等。 统计能量分析法一一在高频范围内，由于模态密集，能量的传递已经分

22、不清是哪一阶模态传递的，但是可以从统计的角度出发分析密集模态的平均能量传递水平。有限单元方法计算汽车的高频问题时会导致计算量巨大，工程上难以接受，统计能量法正好克服此缺点，因为对于统计能量法而言，模态越密集，分析越准确。统计能量分析是个模型化分析方法，以板、梁、柱、壳等基本单位进行建模，将车辆划分为若干个子系统。能量在子系统之间的流动关系是以功率流的形式来描述的。外界激励以输入功率流的形式进入模型，结果以输出功率流的形式表示。当然，能量的流动具有一定的规律，一般是从高内部损耗因子的系统向低内部损耗因子的系统流动，从低模态密度子系统向高模态密度子系统流动。统计能量分 汽车车内噪声分析及控制 析作

23、为一种分析方法【，其更重要的作用在于列出主要噪声贡献，以及预测不同设计对车内噪声的相对影响。目前，统计能量分析在预测和分析车内空气噪声的应用比较普遍，而预测和分析车内结构噪声却是研究得多，应用得少。其中一个重要局限是在汽车研发初期无法预测结构耦合损耗因子。建立大量的类似结构的耦合损耗因子数据库可以在一定程度上缓和这个局限性，但其工作量大，而且即使有了数据库，可能仍然很难满足车内结构噪声分析的所有需求。另一方面，传递路径分析方法发展很快，逐渐成为分析车内结构噪声的主要方法。 传递路径分析方法车内振动或者噪声响应是由激励源和振动源经过很多条路径传递的，有些是通过结构传递，有些是通过空气传递。结构传

24、递又可以细分，从每个激励点到响应点为一条路径，再进一步细分就是从每个激励点的一个方向到响应点的一个方向为一条路径。所以车内噪声是由多种振动噪声源经过多条路径衰减，然后传递到多个响应点的结果【。为了降低噪声，就需要对每一条路径进行研究，经过矢量叠加来预测车内噪声，这样就可以看出每一条路径对车内噪声的贡献量，从而使我们降低车内噪声的时候具有针对性，而不是盲目的试探性工作。 传递路径分析中首先要明确问题的路径，也就是要建立传递路径模型。例如动力总成激励引起的车内噪声问题，就需要考虑每个悬置点到车内噪声的响应。路面激励引起的车内噪声问题，就需要考虑每个底盘硬点到车内噪声的响应。整车问题就比较复杂，激励

25、源特别多，要建立很多条传递路径。明确了所分析问题的路径后，首先需要计算出路径上耦合点处的激励力大小，然后计算出耦合点到响应点的传递函数，最后进行合成得到车内噪声值，工作量往往非常大。传递路径分析目前基于试验测试的方法运用比较成熟，基于仿真计算的方法还处于研究阶段。应用软件有的传递路径分析软件，传递路径分析软件提供了用于数据处理和结果显示的许多有效工具，成为试验和设计工程师的好帮手。 模态综合方法一一虽然有限元法能快速解决车内结构噪声问题，但是建立整车级的有限元模型计算量是非常庞大的，其效率无法得到体现，为了解决大型复杂有限元模型的难题，模态综合技术将复杂结构划分为若干个简单子系统【，对每个子系

26、统单独进行分析得到其模态和动力学响应，然后根据他们的边界条件将它们组合起来，得到复杂结构的模态和动力学响应。这项技术大大缩减了对计算资源的需求，特别是当某个子系统结构改动时，只需要对修改过的子系统进行重新计算或试验，然后运用模态综合技术就可以获得整体结构的动力学特性【】。 模态综合技术对于汽车设计厂商是非常有意义的，汽车是由不同的部件组成的，每个部件也许是经过不同的供应商提供的，这就使得供应商分别进行设计分析成为可能。在汽车设计初期，只需要每个供应商设计分析好自己所提供的部件模态和动力响应，最后整车生产厂商根据每个部件的连接方式进行综合得到整车 硕十学位论文 的模态及动力响应。 早期，测试分析

27、设备简单，只能用声级计、加速度传感器等来进行简单的噪声振动测量。当电子技术和信号处理技术迅速发展的时候，出现了频谱分析。相干分析、相关分析等应用到信号分析和噪声振动源识别。以后又出现了声强测量、小波分析、倒频谱法、声全息方法等等新的测试与分析技术【】。这些技术大大提高了分析噪声振动谱和识别噪声振动源的能力。 本文的主要研究内容 汽车驾驶舱作为一个声学系统是比较复杂的，不仅噪声的产生比较复杂，而且他们之间的联系也比较复杂，这就使得传统的分析方法很难对驾驶舱内噪声进行准确的预估与分析。而且由于噪声的频率范围非常广，使得用单一的方法很能对汽车噪声进行全面的分析，考虑到各种噪声分析方法的适用频率范围，

28、本文针对由动力总成激励时车内噪声的分析及控制的一些关键技术进行了研究。动力总成激励是汽车车内振动噪声最主要的激励源之一，由动力总成振动通过悬置激励车身结构引起的车内噪声主要是低频（）结构噪声，由动力总成噪声通过声波激励车身结构引起的车内噪声主要是中高频（）空气噪声。图显示了不同的噪声分析及控制方法适用的频率范围。由于有限元法、统计能量方法和传递路径法理论比较成熟，在汽车振动噪声分析中的应用己被工程界所熟悉，同时成熟的商业软件可供使用，因此采用这些方法进行车内噪声的分析及控制具有很高的工程实用性。 釜 ?蕾 数翠 图有限元、统计能量法和传递路径法的应用频率范围 本文首先用有限元法对动力总成激励时

29、的车内低频段结构传播噪声进行了分析，并通过改进车身结构达到对车内噪声进行控制的目的；其次利用统计能量法对动力总成激励时的车内中高频段空气传播噪声进行了分析，并通过增加阻尼、吸声隔声材料来进行车内噪声的控制；最后利用传递路径法对动力总成激励时的车内噪声进行了试验分析及控制，从而为解决由动力总成激励时的汽车车内噪声问题提供了一套完整的策略。 本文的研究内容主要包括以下几个方面： 一、对车内噪声的产生与控制进行理论研究 汽车车内噪声分析及控制 对声学基础理论进行了研究 对汽车车内噪声的产生机理进行了研究 对汽车车内噪声的控制方法和流程进行了研究 二、利用有限元法对动力总成激励时的车内低频噪声进行了分

30、析和控制 对某轿车整备车身进行有限元网格划分，同时对驾驶室内部声腔进行网格划分，然后根据它们的连接方式建立整备车身有限元模型。 根据有限元模型，进行结构和声模态分析、并与试验数据进行对比来验证有限元模型的有效性。 对车内噪声进行有限元仿真计算，判断其是否满足设计标准。 对于不满足标准的峰值频率点进行板件声学贡献量分析，找出对车内噪声贡献最大的板件，为车身结构修改及优化提供指导性意见。 制定修改方案，重新对车内噪声低频段进行仿真计算，考察方案实施效果来验证所使用的分析方法的有效性。 三、利用统计能量法对动力总成激励时的车内中高频噪声进行分析和控制 利用统计能量法理论建立模型，包括几何模型，模型参

31、数获取，材料性能测试，激励载荷参数获取等。 根据模型进行车内中高频噪声级的预测，并与设计目标进行对比，找出不满足设计目标的频率段。 对不满足目标的频率段进行驾驶员头部声腔输入能量贡献量分析，找出对车内中高频噪声贡献量最大的子系统，从而为车身板件进行声学处理提供指导性意见。 制定修改方案，重新计算车内噪声的高频段，考察方案实施的效果来验证所使用分析方法的有效性。 四、利用传递路径法对动力总成激励时的车内噪声进行试验分析和控制 根据传递路径分析理论建立基于动力总成激励时的试验模型。对模型进行传递路径分析，找出对车内噪声贡献最大的路径。对贡献最大的路径进行详细分析，具体找出该路径贡献大的原因是传递的

32、结构问题还是激励源的问题。 对薄弱的传递路径环节制定修改方案，重新对车内噪声进行试验分析来验证分析方法的有效性。 第 汽车噪声分为车内噪声与车外噪声。车内噪声的大小决定着一辆车的舒适性、语音清晰度、行车安全、听觉损害程度以及人在车内驾驶过程中对外界各种声音讯号的识别能力【】。据有关实验数据表明：人在车内的谈话声一般为（）；当车内噪声高于（）时，人在车内交谈就变得有点困难，必须提高嗓音才能让对方听清楚；当车内噪声高于（）时，人在车内不可能听清楚对方的说话声，而且长时间处于这种噪声环境中的话，人的听觉系统将受到损伤。噪音控制已成为现代环境科学工程中的一个重要分支。 声学基础 声学基本概念 物体的振

33、动会引起周围空气的振动，空气是一种具有质量、弹性和可压缩性的物质。由于空气的压缩与扩张这种不问断的运动就形成了声波，声波在空气中传播，它的速度只与介质的特性和热力学温度有关系。在理想气体中，声速可用下面表达式定义： ）， 式中，是流体的比热比；是气体常数；乙是热力学温度。（） 声压、频率、质点振速和声功率是描述声音的基本物理参数【，其中声压和频率是两个比较重要的参数。波长沏）、频率（）和声速（）是描述声波的三个重要物理量。当地气压与大气压的差值就是声压。声压是一个与时间和位置相关的物理量，用（，）来表示。介质的特性决定着声音的传播，介质的特性用声阻抗来表示，是一个十分重要的物理参数，它可由声压

34、与体积速度的复数比值得到： 吾 式中，为声压；为速度体积，其中 （）（） 式中，是面积，是质点的速度。 声阻抗率【】就是在声阻抗不考虑面积的情况下得出的，它是声压与质点速度的比值： 汽车车内噪声分析及控制 。旦（） “ 平面波在自由声场中存在一个特殊的声阻抗，我们称之为特性阻抗。某一点的介质密度乘以声速就得到特性阻抗的表达式为： 一（） 式中，是介质的密度，因此用介质中的声压与特性阻抗的比值可以得出平面波的速度公式为： ：旦；旦（） 声源的特性和强弱决定着声音传播的快慢和幅值的大小等，声功率（）是表示声源强弱特性的物理量【。单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积上的声音能量称之为声强（，）

35、，单位为。只有规定了方向声腔，才有意义，因为它是一个矢量。声源从一点向四周辐射声波，单位时间内声源辐射出来的声能量是一定的，离声源越远，声波的面积就越大，所以通过单位面积的声能就越少，因此声强越小。声强可表示为声功率与面积的比值： ，；言（） 对于平面波来说，当声速与特性阻抗一定时，声强的大小与声压的平方成正比，其表达式可表示为： ；“；芝；（） 虽然声音的频率范围非常广，但是只有频率从的声音才能被人耳所识别，低于的声音我们称之为次声波，高于的声音我们称之为超声波。声音的频率和幅值大小对于人的听觉来说是非常敏感的，噪声就是人们不喜欢的那些频率和幅值范围内的声波。实际上，?噪声的概念也可以说是一

36、个纯主观上的概念，因为同一种声音对于不同的人来说听起来的感觉是不同的，有些人觉得是噪音，但对于另一部分人来说也许就不是了。但是人们对某些声音判断成噪声是可以达成共识的，比如汽车的车外噪声与车内噪声。 声学方程的建立 设有一个长、宽、高分别为，和的微元体，如图所示，根据质量守恒定律，流入和流出这个微元体的质量之差应该等于这个微元体的质量变化，由此建立这个微元体在方向上的连续性方程为： 硕士学位论文 望堕：（）、 如图所示，对微元体左右侧进行受力分析，再根据牛顿第二定律，可以得到微元体在方向上的动力学方程为： 一鲁舭一（罢出）批仁埘 简化方程（）得到方程如下： 誓。一罢言一言（）【 ， 赤 图流体

37、流入和流出一个微元体 纠小话 瑚： 图微：体沿方向的受力 在听力频率范围内，声波的波长比分子间的距离大得多，由于分子之间被拉伸和压缩的动作非常快，因此质点间来不及进行热交换。可以认为此过程是等熵的，热力学方程可表示为： 巴一一（） 将上式对时间进行求导，得到： 詈嚣护“。詈一一， 、甜“一（?） 根据公式（）的连续性方程、公式（）的动力学方程和公式（） 汽车车内噪声分析及控制 的理想气体方程，由此可以推导出在方向的一维声学方程： 軎毒粤缸、 ）（ 根据同样的方法可以推导出和方向各自的一维方程，同时考虑、和三个方向的声波运动，就可以推导出三维声波系统的声学方程【，表达式如下： 軎窘窘；吉等缸，朋

38、，、 噪声的量度 声功率、声强、声压等都可以用来评价一个声音的强弱。对于的纯音来说，人耳能够听到的声压值为，称为“听阀声压”，人耳无法容忍的声压值为，称为“痛阀声压”，两种声压值相差一万多倍，这样的话用声压来表示声音的强弱显得很不方便，而且声压的大小与人耳对声音的感觉不是成线性的关系，而是与声压的对数大致成正比的关系，因此我们需要引入声压级的概念来描述声压的强弱【。声压级的公式可表示为： （） 式中，是实际声压；是参考值声压，其值见表。同样根据声压级的概念可以推导出声功率级和声强级的公式如下： 。一。瓦（） 厶一（） 表声级参考值 声级类别参考值 声压级。 声功率级。 声强级（?）。 声功率和

39、声强都代表的是能量，而声压不是，但是声压的平方也带着能量的意思，因此这三个物理量的声级就是某个能量与参考能量的比值。如果同时存在两个及以上的声源，就必须对声源进行叠加，但是声级是不能直接相叠加的，而声能量是可以的，所以必须先将这些声源转化成声能量然后再进行叠加。当某空间中存在个声源，其总的声级和每个声源单独作用时的声级关系可以用下面的式子表示【】： 硕士学位论文 一（） 珂， 式中表示第个声源的声级，可以是声压级、声功率级或声强级。 人耳是一个比噪声测量设备要复杂很多的系统，人们在长期的实践中，人耳可以大致判断噪声源的频率及位置，从而可以进一步判断机器运转是否正常，并找出原因进行修理。人对声音的强弱感受程度并不是只与声音的大小有关，而且与声音的频率有关，为了反应人的耳朵对不同频率的声音听起来的强弱程度相同，我们引入响度级的概念【，就是人们对不同频率的声音听起来响亮程度是相同的。图表示响度级曲线。响度级的参考标准是以声音的声强级，只有在这个频率下声强级和响度级是相等的，在其它频率下两者不相等。响度级的单位为“方”（）。 在噪声的测量仪器中，为了使测量出来的数值与人耳听到的感觉一致，设置了“”、”、，等计权网络【，使测量仪器对所接受的声音进行滤波。计权网络是模拟等响曲线设计的，因为人耳对高频敏感，对低频不敏感，计权网络对低频有很大的衰减作用，所以现在一般用