声音的魅力——汽车发动机声浪的精准解析与多途径调控

声音的魅力——汽车发动机声浪的精准解析与多途径调控

1 声音特征

目前,新技术的结合以及日趋严格的噪音和排放法规促成了噪声和振动工程师工作重心的转变。高速自然吸气发动机曾是主流,而小型化增压发动机如今已随处可见。多方面的信息促使汽车制造商集中精力开展技术改良,如涡轮增压器能够减缓12-15 dB的外部噪声。但即使如此,对工程师而言,开发高性能汽车可谓一项巨大的挑战。

Bruel & Kjaer 声学与振动测量公司声称,装配一台涡轮增压器能够彻底改变进气侧和排气侧的和音效果。一台自然吸气发动机的进气噪声是用来设计真实运动声浪的重要声源。一台4缸4冲程的发动机辐射出的噪声,可包括二阶次噪声、四阶次噪声和半阶次噪声。当增加了一台涡轮增压器时,这些噪声明显减小了一个阶次,并且会随之产生大量的流动噪声,甚至会导致增压器的啸叫现象。

汽车行业对换气噪声的抑制技术已经非常成熟,但是对增压发动机产生的运动声浪进行改善,仍是一项重大挑战。因此通常会向小型化、减少气缸数以及降低发动机转速的趋势发展,上述措施对声音都会产生一定的影响。4缸发动机作为多年的标杆机型,通过噪声抑制技术使其工作过程显得平稳优雅并不困难。但要在2缸和3缸发动机上实现这一点,则有一定的难度。如果需要在混动车辆或者增程式发动机上应用该技术,其需要在内燃机和电动机之间进行过渡。同时再应用停缸技术和滑行模式,可使动力总成的声音特征能显著地从一种状态切换到另一种状态。

2 安静的声浪

对于高性能汽车而言,问题在于声浪水平的减弱。在欧盟,逐步采用的新法规在未来的8年内将最大程度地使乘用车的噪声级别限制在68 dB和72 dB之间。

到目前为止,里卡多的新目标是致力于调控排气声浪,从而有效改善车内感受。尽管可能从未达到外部声音环境,但经典的声浪运动在进气系统的高压端仍然存在。从涡轮增压器与进气道之间捕获声浪,在驾驶室内就会存在有许多传统的声浪特性。由于涡轮增压器的大量使用,汽车行业已经采用了复杂的排气管和配气系统。在21世纪的前10年里广泛使用此类方式,但发展至今也变得愈发复杂、昂贵。

后来,许多车型已经转而采用电子声浪系统,使用汽车扬声器从而增强自然声浪。此类电子系统有效提升了性价比,而且可从排气管和配气机构中选择其一进行调节,但是其耐久性是关键所在。如果将该系统的声音调至过高,很有可能会使人造声从整车背景噪声中凸显出来。

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