-
NVH
基础知识
轰鸣噪声
，英文
Booming
Noise
主要指的是汽车车
内在怠速或者加速时，某个转速下骤然出现的轰鸣声。该噪
声会极大的影响车内声品质和
舒适度，是乘客所不能接受的主观驾驶感受。而该噪
声主要以低频为主，因此也是进行<
/p>
NVH
控制时极难消除的噪声之一。
轰鸣噪声对车内声品质的影响
影响汽车车内
声品质
评价的主要因素之
一是声压级及主要点火阶次的线性度。
这就要求在进行汽车驾驶尤其是加速行驶时，总噪
声声压级及主要点火阶次应随转
速升高而基本呈线性增高趋势，而没有明显的波峰或者波
谷现象。如下图所示为一
总声压级与点火频率对应转速的分析图，
由图可见其二阶频率在
4000
转左右有一个
极强的波峰现象，其会导致该范围的声品质下降。
频谱瀑布图
，英文
Waterfall
plot
简称瀑布图，又称
谱阵图。是将等间距时间或者转速变化下振动或噪声的系列
功率谱或者是幅值谱相叠置而
成的三维谱线图，显示振动、噪声信号中各阶次成分
随转速或时间变化的情况。随时间的
变化或者转速的增大，整个三维图像中的功率
谱或者幅值谱会随之发生渐变，其形状非常
类似瀑布的流动，因此被称之为“
瀑布
图
”。
瀑布图在
NVH
中的应用
类似于
Colormap
，频谱瀑布图主要用于分析与发动机相关的振
动噪声频率、阶
次成分，进而进行故障诊断或者是优化处理。如下图所示为一典型的发动
机转速
-
频率
-
幅值的三维瀑布图实例。
Colormap
，即彩图
是通过颜色深浅的变化，
将两
个变量以及其对应的函数值同时显示的一种方法，
在现代计算数值分析或试验数据处理都
经常应用到。
其原理是通过一个
mx3
的矩阵，
将具体的颜色变成
colormap
< br>中的相应
Index
，即相应的数值通过转算矩阵，将指
定
的数值向量
(
矩阵
< br>)
，映射到相应的颜色，形成
Colormap
。
Colormap
在
NVH
中的应用
Colormap
是进行
NV
H
数据分析的重要途径之一。通过
Colormap
将噪声、振动
数值与发动机转速、频率同时显示，可以清晰全面的反映当前
的振动或噪声状态，
进而进行优化设计或者故障诊断。
一般设定为
X
轴向变量为频率，
Y
轴向数值为发动机转速
RPM
或者是时间
T
。<
/p>
而
在
X-Y
的区
域内则相对应的噪声或者振动的数值，其大小通过颜色的深浅来表示。
如下图所示为一整车在怠速和全加速下的
Colormap
图。
C
计权
，英文
C-Weightin
g
为模拟人耳听觉在不同频
率下的不同的灵敏度，在以声级计为代表的噪声测试
仪器内设计了一种特殊的滤波器，即
计权网络。
A
计权是模拟
60dB
以下的声压，也
是最符合人耳的响应曲线，
而
C
计权
则是
模拟人耳对
80dB
以上的高强度噪声的频率
< br>特性的的计权声级，主要被用于机场、车间等噪音较大的环境评价。
C
计权特性曲线及计算公式
C
计权特性曲线如下图所示，
而
C
计权特性曲线的获得则基于如下计算公式：
其中，
为应用的计权，单位为
dB,
为频率，单位
Hz
。
< br>
与三分之一倍频程相对应的
C
计权值如下表所示：
B
计权
，英
文
B-Weighting
为模拟人耳听觉在不同频率下的不同灵敏度，在以声级计为代表的噪声测试仪
器内设计了一种特殊的滤波器，
即
计权网络
，
而
B
计权
则是模拟人耳对
55dB
到
85dB
的中等强度噪声的频率特性的的计权声级。
B
计权特性曲线及计算公式
B
计权特性曲线如下所示，
而
B
计权特性曲线的获得则基于如下计算公式：
其中，
为应用的计权，单位为
dB,
为频率，单位
Hz
。
< br>
与三分之一倍频程相对应的
< br>B
计权值如下表所示
白车身
，英文
Body In
White
，简称
BIW
是指汽车在完成焊接但是尚未涂装之前的主车体框架部
分，不包括发动机、动
力传动、内部装饰等部件，如下图所示。
白车身主要构成
汽车白车身主要是由如下几部分组成的：
1
、车身覆盖件
包裹车身骨架的表面板件，
主要功能是封闭车身，
天车身外观造型以及增大
结构强度和
刚度等。
2
、车身结构件
一般指梁、
支柱等，
是支撑覆盖件的全部车
身结构零件，
他是车身承载能力
的基础，对保证车身所要求的结
构强度和刚度非常重要。
3
、结构加强件
主要用于加强板件的刚度，提高各构件的连接强度
白车身模态
汽车作为一个复杂的系统，其是在白车身上搭载各个子系统组建而成的，因此
白
车身的模态控制对于整车
NVH
开发是非常重要的，通过在前期
NVN
开发时，通过
对白车身的计算和
试验，提前预估出整车的模态频率，可以避免总成系统、子系统
和部件之间的模态耦合，
以及避免与主要激励源发生共振。
< br>如下图为一采用模拟软件计算某车型白车身一阶扭转模态的
3D
< br>模态分析图
皮带噪声
，英文
Belt
Noise
皮带所产生的噪
声一般有两种，
一种是吱吱的摩擦声，
一种是高频的尖叫噪声，
而造成这两种皮带噪声主要有如下几种情况：
冲击
：皮带与皮带轮之间的冲
击所产生的噪声
皮带轮振动
：由于扭转力波动引起皮带轮振动
摩擦
：
皮带轮与正时皮带之间的摩擦产生噪声
空气挤压
：在皮带和皮带轮之间的空气挤压所产生的噪声
皮带振动
：皮带的横向和扭
转方向的振动形成的咯咯吱吱的噪声
背景噪声
(Background
Noise)
背景噪声
，又称环境噪声或本地噪声，英文
Background
Noise
，
是指在工业生
产、建筑施工、交通运输和社会生活中所产生的干扰周围生活环境的声音。而在进
行
环境噪声影响评价中，背景噪声是指除研究对象以外的所有噪声的总称
环境噪声影响评价
根据背景噪声的声压量级，环境噪声所造成的
影响可以分为
4
个级别，如
下图所示，
可以分为以正常交流可以听清、可能听清、大声交流才能听清、大声交
流也无法听清的四
个区域。因此对于一些特殊的环境，比如飞机场周围或者是道路
交通两侧的居民区，如果
背景噪声过大就必须对居民区采取一定的防噪声措施，例
如在道路两侧种植树木，安置隔
音屏障等，来改善环境噪声对周边居民的影响。
背景噪声对噪声测量的影响
在进行任何关于噪声的测量时，了解并消除背景噪声是非常重要的，否则
就有可能得到错误的数据和结论。比如在进行
汽车车外加速噪声
测试时，要求背景
噪声要低于声源噪声
10dB
以上，如果不足
10dB
，则必须对测量的噪
声声级进行修
正，而如果不足
3dB
，
则该测试结果无效。
衰减
(Attenuation)
衰减，英文
Attenuation
，或者
Loss
。衰减的最基本的意思是指一个信号
的
强度的减小。
任何信号，
无论是真实存在的或者是计算模拟的，
都可以发生衰减。
衰减是一个信号传输时所发生的固有特性之一
。代表衰减程度的单位为
decibels
，
< br>简写为
dBs
。
衰减的计算
对于一个信号，如果用
来表示发出信号的信号源处的能量，而用
来
表示接受该信号的接受处的能量，那么
下关
系式来表示：
，而两者之间的能量衰减可以用如
衰减系数
(Attenuation
coefficient)
衰减系数，英文
attenuation
coefficients
，用来指代不同的传输介质对
于
信号的不同衰减特性。衰减、衰减系数与传输频率之间的关系式如下所示：
其中，字母
A
指的是衰减值，
指代衰减系数，
指介质长度，
f
指的是频率。
声音的衰减
由式
(2)
可知声音的衰减受温度、粘度以
及物质衰减机理有关。在常温下
(20°C)，声音在空气中的衰减系数为
1.64 dB/(MHz*cm)
，
而在水中的衰减系数
为
0.0022
dB/(MHz*cm)
。
参考
：
1)/wiki/Attenuation
2)/article/ultragarsas/63-2008-no.1_
3)ISO
20998-
1:2006
“Measurement
and
characterization
of
particles
by
acoustic methods
频率
(Frequency)
频率，英文
frequency,
最
基本的定义是在单位时间内完成的任何重复工作的
参数
,
在振动噪声研究中主要指单位时间振动或者波动的次数
,
用符号
来表示
,
单位为赫兹（英文
Herz,
简写为
Hz
，以纪念德国物理学家赫兹的贡献。
固有频率
(Natural
Frequencies)
当物体做自由振动时，振动的周期或频率与初始条件无关，而与物体本身的固
有特性有关
，因此被称之为固有频率，物体的固有频率并不是唯一的，而是成阶次
离散的。其一阶固
有频率计算公式为：
其中
是物体的一阶固有频率，
是物体的刚度
，
m
是物体的质量。
频率与波长、波速的的关系
频率与波长成反比关系，频率
等于波的速度
除以波长
如下图所示为同一时间段不同频率的波的波长对比。
相位，英文
Phase
是描述周期性信号变化的度量，定义了在任何瞬时一个
周期性曲线在它所在周
期中的位置，
通常以角度为单位，
因此也称之为相位角。
根据在正弦函数或曲
线中
的定义不同，有两个不同但很相近的含义，即初始相位和相位差。
< br>
相位角计算公式
一个周期性正弦函数或者正弦波的相位角可以用如下公式求解：
其中，
A
为振幅，
刻振动的相位。
相位移
(Phase shift)
相位移，英文
Phase
shift,
指的是在相位中一个量的变化，或者是在两个量
或多个量之间的相位差异。
下图所示为相位移图解，左侧图为两个量随时间变化旋转
360
度，右侧为其相
位差异。
为角速度，
t
为时间，
为初始相位
,
ω
t+
θ
为时间
t
时
相位差（
Phase
difference
）
相位差，英文
Phase
difference,
主要应用在通信和电子领域。指的是
有相同
频率和参考时间点的两个波的差异。相同频率，但是不同相位的两个振荡器就会有
一个相位差，这两个振荡器也被称之为异相。如下图所示，左图为相同频率，相同
相位的波，而右图为频率相同，但是相位差异的波。
参考资料：
1
、
/wiki/Phase_(waves)
振幅
，英
文
Amplitude
是指在物体在做周期性运动时，
物体偏离平衡位置的幅度的大小。<
/p>
振幅是振动、
噪声领域里非常重要的基本参量，对于振幅的定义目
前有三种，即
峰值振幅
、
峰值
到峰值振幅
以及
均方根振幅
。
1
、
峰值振幅
(Peak
Amplitude)
峰值
振幅指的是一个周期性运动中，
物体偏移平衡位置的最大幅值大的绝对值，
如下图
(1)
所示；
2
、
峰值
-
峰值振幅
(Peak-Peak
Amplitude)
峰值
-
峰值
振幅指的是物体在一个周期性运动中，
在波峰
< br>(
最大的正幅值）
和波
谷（最大
的负幅值）之间的差值；
3
、
均方根振幅
(RMS
Amplitude)
均方
根振幅指的是在整个周期性波段中，均方根处的幅度数值。在一周期性正
弦波中，峰值<
/p>
-
峰值振幅值大约是均方根振幅值的
2.
8
倍。
如下图所示为一正弦波，其中
(1)
为峰值振幅值，
(2)
为峰值
-
峰值
振幅值，
(3)
为均方根振幅，
(4)
为一个周期的波长值。
对于一个简单的正弦波振动系统，振幅与时间位移的关
系公式如下所示：
其中，
A
指的是峰值振幅，
< br>x
指的是物体振动的变量，
t
指
的是时间变量，而
K
和
b
则是系统时间和位移常量。
声波中的振幅
相对于物体振动的振幅可以看做是物偏移平衡位置大小来定义的不同，声波的
振幅实际上是反映了声波中空气分子移动的程度。空气在可稀疏或者压缩的范围之
内，伴
随着声波运动。声波的振幅越大，那么空气分子击打骨膜的程度就越强，人
耳所能感应到
的声音就越响亮。声波的振幅可以通过测量空气分子的位移，压缩或
者稀释的压力差值或
者是声能来表示。
参考
:
1
）
/wiki/Amplitude
；
2
）
/~emusic/acoustics/
自相关函数
(Autocorrelation)
其在不同的领域中定义不完全等效。在信号分析中，通常将自相关函数称之为
自协方差方程，
自相关函数描述的是随机信号在任意两个不同时刻
t1,
t2
的取值之
间的相关程
度。
自相关函数的表达式如下所示：
其中，
=
随机信号
X
的自相关函数；
= <
/p>
随机信号
X
作为时间
t
的
函数；
T=
< br>在每个自相关的信号时长；
=
随机信号
< br>X
在两个不同时刻
t1,t2
之
间的时
差。
自相关函数在噪声测试分析中的应用
自相关函数在测试分析的应用非常广泛，
而在噪声测试分析中的
经典应用如下：
1
、检测噪声信号的回声（反射）
若在某宽度信号中存在带有时间延长
的回声，
< br>那么可以根据
确定反射体的位
置，同时也可以通过自相关
函数得到反射信号的强度量级。
2
、检测被覆盖在随机噪声中的周期信号
由于周期信号的自相关函数仍然是周期性的，而随机噪
声信号随着延迟增加，
其自相关函数将减到零。因此通过对噪声污染严重的声音信号做自
相关，在一定延
迟时间后，被干扰信号的自相关函数中就只保留了周期信号的信息，而排
除了随机
信号的干扰。
参考：
1
、
/jpxin/gccsjs/class/2/
发动机噪声试验室（
ENTC
）
发动机噪声试验室
，英文
Engine
Noise Test Cell
，简称
ENTC
。发动机噪声
是整车噪声的最主要的噪声源，因此对发动机振动噪声性能的研
究对于整车
NVH
性
能的提高尤为重要
。但是由于受发动机舱空间的局限性，在整车状态下就很难得到
准确的测试数据。而发动
机噪声试验室
(ENTC)
就是让发动机在一个无混响的半消声
环境下模拟真实同等于安装在汽车上的状态，如速度、载荷和温度等。通过这种方
式可以测得具体而详细的发动机振动和噪声数据，同时还可以实现在整车上无法实
现的连续性和重复性状况。
发动机噪声试验室主要组成
发动机噪声试验室是将发动机置于一半消声室中，类似
整车半消
声室
(
VSAC
)
，
提供一发动机测试平台，对发动机进行振动噪声的评价、分析、诊断和改进。发动
机噪声试验室主要由发动机台架测功系统、
长轴驱动系统、
声学测试系统组成。
如
< br>下图所示为一国外发动机噪声试验室实例，将发动机台架至于半消声室中与测功机
相隔离，中间通过长轴将两者联接起来，在集成相关的测试设备和辅助设备后，满
足发动
机的动力性能、经济性能和振动噪声测试要求。
为了满足更为严格的噪声法规，国外各大汽车公司以及
相关研究机构早已开展
低噪声发动机的研究开发，而我国尽管近几年汽车工业发展较快，
但是在低噪声发
动机性能研究方面还处于落后状态，而要想进行低噪声发动机的性能研究
，发动机
噪声试验室则是一个不可或缺的测试平台和工具。
声传递函数（
ATF
）
声传递函数
，
英文
Acoustic
Transfer
Function
或
Noise
Transfer
Function
，
简称
ATF
或
NTF
。声传递函数通过将输入端
(
声源
)
的声压传递给接收端，建立起两
者之间的声场联系。传递函数技术作为一种研究手段正广泛应用于分析源
-
路径
-
贡
献量之类的问题也
称之为传递路径分析，该传递函数被称之为频率响应函数，简称
FRF
< br>。
在汽车
NVH
控制技术研究中
，
该方法尤为重要。
通过
ATF
测量得到噪声的声传
递函数以及声源强度，即可得到声源在目标位置处
声压的贡献量，进而可以对其采
取具体的降噪措施。
声传递函数的测量
声传递函数
(ATF)
的测量一般是基于驾驶员
和乘客耳边作为接收端，
在输入源选
取可能引起其贡献量的噪声
源位置，如发动机、排气尾管或者轮胎发声部分。但是
对于某些部件如发动机由于发动机
舱空间的局限性，
按常规方法很难得到频向函数，
这时一般需要
采用相互性原理，
通过在车内接收端布置一个声源，
在输入端<
/p>
(
如发动
机表面附近
)
布置麦克风，
这样当驾驶员耳边的声源发声时，
麦克风就可以采集到相
关数据，进而采用相互性原理，计算得到相关的声
传递函数。
如果声源主要是
通过空气传播的，
那么一般只需要采集声压以及声强数据即可，
汽车排气尾管噪声，而如果噪声源主要是通过结构振动引起且传播的话，这时除了
需要采
集声压信号还还需要采集压力信号。
如下图所示为一发动机
-<
/p>
车内
ATF
传递路
径分析实例。
车外加速噪声
(Pass By
Noise)
汽车
车外加速噪声
，英文
Pass
By
Noise
，简称
PBN
，主要指的是汽车在城市内
主要行驶状态，如
轿车的三档和四档状态下加速行驶时所辐射出车体外的噪声。由
于汽车保有量的逐年增加
，汽车车外噪声已经成为城市交通噪声的主要构成部分，
严重污染着城市的环境，并影响
到人们的正常工作和生活；与此同时，各国的汽车
噪声法规和标准也变得越来越严格，以
满足人们对低噪声生活环境的需求。因此
汽
车噪声控制
尤其是车外加速噪声控制是
汽车
NVH
控制技术的重要环节之一。
汽车车外加速噪声法规和标准的发展
早在
20
世纪
30
年代，
一些发达国家就先后制定或引入了汽车噪声法规和标
准，
并不断得以修订和完善。如欧盟最早在
70
年代初期就颁布了相应的汽车噪声法规，
经多次修改后，
其噪声限值不断降低，
如下图为
M1
车型车外加速噪声限值的发展情
况。
相对于国外发达国家，我国的汽车噪声法规制定较晚且
比较宽松，但是随着近
几年国内汽车工业的快速发展，相应的汽车噪声标准和法规也不断
修改和完善，如
目前正在采用的《
汽车加速行驶车外噪声限值及
测量方法
》
-GB1495-2002
已基本与
国际水平接轨。
车外加速噪声测量方法
汽车车外加速噪声的测量方法有严格的标准及要求，需要在特定的测试场地内
（如下图所示），使用合适的档位并按照如图所示的区域加速行驶采集数据。具体
的测量要求参见《
汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法
》。
车外加速噪声控制技术研究
基于日益严格的噪声法规，
车外加速噪声控制
< br>一直以来都是
汽车
NVH
控制研
究
的一个重要课题。而降低车外加速噪声一般需要先进行
噪声源
识别，通过采用消去
法、频谱分析法等识别技术来初步确定汽车
部件噪声源对整车车外加速噪声的贡献
量；然后根据声源识别结果来针对不同的部件以及
降噪目标来制定并实施具体的噪
声控制方案。
由于近年来国内外汽车技术尤其是发动机技术性能的提
高，现在大多乘用车已
鲜有加速噪声不达标的问题了。而国外的汽车公司更是把目标投入
到提高声品质的
同时达到汽车噪声法规的噪声要求限制。
风噪声
(Wind
Noise)
风噪声
，英文
Wind
Noise
，是
空气动力噪声性噪声
的一种。在
汽车
NVH
中，风
噪声主要指的是汽车在行驶过程中，车体周围的空气流动与车身各处结构相互影响
所形成的噪声。例如汽车
A
柱
(
发动机舱与驾驶舱之间，左右后视镜上方的横梁
)<
/p>
、
后视镜以及底盘处易形成风噪声，如下图所示为汽车在高速行驶
时，后视镜出发生
气动分离而形成涡流，从而产生强烈的
风噪声
。
风噪声分类及产生机理
风噪声是
车内噪声
的重要来源之一。按照其
发生机理及频率可大致分为两种。
一种是低频的“
风振
”噪声（
Flutter or Buffe
ting
），该噪声是气流直接通过顶
部天窗或侧窗与车内空腔
相互作用所产生的。当汽车侧窗或顶部天窗开启时，车厢
内部实际上就形成了一个声学空
腔，气流进入时产生非稳态的动力脉动，同时形成
一种低频振动（
20Hz ~50Hz
）的风振噪声该噪声在车速为
50
~70km/h
时最为显著。
另一种
为空气通过车身结构，
如车窗，
将噪声导入车窗，
这样产生的噪声称之为“
风
激
”噪声（
wind
Rush
），频
率通常为
500Hz
以上，同时该噪声也是在汽车高速行驶
时占主导地位的噪声源。
汽车设计中风噪声的影响因素的考虑
由于
风噪声
与汽车的车体结构有很大关
系，且噪声频带非常宽阔，因此要保证
车内乘坐的舒适度要求，就必须在汽车设计阶段，
尽可能的消弱或消除其带来的隐
患。
1
、
保证车体周边的空气流动是平滑的
需要检查顶部、侧部和底部等所有可能受影响的角度，
尽可能保证其气体流动
为平滑均匀的，否则就有可能在高速行驶时产生气动分离以及重附
着区，造成气流
扰动噪声。
如下视频为某试验人员在进行汽车的空气气流流动情况的全面检测
/v_show/id_XODc2NTQ3NDg=.html
< br>
2
、
密封
车门、车窗、雨刷胶条等的密封性都会影响到风噪声想车内传播，同时车门的
密封必须考虑到静力和动力负载两种状况，所谓动力负载主要来自于空气流动，因
< br>为有可能会因其背面所形成的低压区域而使得车门被拉出。
3
、
车身外表面突出部分结构
车体突出部分，如后视镜、雨刷和天线等都需要考虑其
气流影响，如天线就有
可能在某个特定的频率下产生一定的气流扰动。
< br>
空气动力噪声
(Aerodynamic
Noise)
空气动力噪声
，英文
Aerodynamic
Noise
,
简称
气动噪声
，是由气体在流动过
程
(
多为高速、湍流状态
)
中相互作用，或者是与固体介质接触时
，所产生的振幅和
频率无序、
杂乱的声音，
例如飞机喷气发动机噪声、
风机噪声以及汽车排气噪声等
，
这些气动噪声以及所产生的脉动声压不仅会使人不舒服，同时还会使发声部件产生
疲劳应力，甚至破损。
空气动力噪声理论
气动噪声理论是由英国人
Lighthill
率先提出的，
Lighthill
于
< br>1952
发表了一
篇关于流体发声机理的论文
(Lighthill,
On
sound
generated
aerodynamically,
I.
General theory. 1952,
Proc. Roy. Soc. London A 211, 564),
在该论
文中，他
推导了后来以他名字所命名的方程，把它应用到亚声速湍流射流的研究，并获得
了
很好的结果。根据
Lighthill
空气动力声学理论，空气动力噪声可认为由如下三种
线性声学中的基本声源所组成：<
/p>
单极声源
、
偶极声源
和
四级声源
。
1.
单极子声源
可以认为是一个
脉动质量的点源。
对于单极子声源，
声场的振幅和
相位在球表面上的每一个点都是相同的，在静止流体中的单极子声源的指向性是在
各个方向均匀的。
2.
偶
极子声源
是当流体中有障碍物存在时，
流体与物体之间产生的不
稳定反作用
力所形成的。偶极子声场的特征是该声场有一个最大值方向，正像在声源处流
体的
流出流动和流入流动的相位差那样，偶极子声场的每个声瓣相差
180
度。
3.
四极子声源
是媒介中没有质量或热量的注入，
也
没有障碍物存在，
只是由粘滞
应力辐射的声波所形成的，它属于
应力声源。现实中四极子声源发声的例子有超音
速喷气飞机发出的噪声等，四极子声源的
声强受流场速度影响非常大，与流场速度
的
8
< br>次方程成正比。
任何
实际声源都可以看做是由适当的相位和幅值的诸多单极子的一个分布系统
所组成的。
汽车气动噪声研究
汽车气动噪声主要是由泄漏噪声
(Leak or
aspiration noise)
、风激励噪声
(Wind
rush noise)
和风振噪声
(wind
buffeting noise)
三部分组成。诸多研究结果
表明，当汽车车速超过
100 m/h
时，空气动力噪声的影响
就会超过其他噪声，占主
导地位。因此降低空气动力噪声，以便降低汽
< br>车车外通过噪声
和
车内噪声
，已
经成
为全球各大汽车公司研究
汽车
NV
H
的重要内容之一。早期的汽车气动噪声研究主要
依赖于风动试
验或者是实体路面试验，该过程耗时耗资，而近年来随着计算机硬件
的提高以及计算流体
力学的发展，使得通过计算机模拟计算预测气动噪声源以及噪
声传播成为可能。
如上图为
风动试验与计算模拟相结合进行汽车空气动力学研究的实例，通过对
气流流线轨迹的研究
，从而设计优化汽车的外形，达到降低其空气阻力，减小空气
动力噪声的效果。
主动噪声控制
(ANC)
主动噪声控制
，又称之为有源
噪声控制，有源消声等，英文
Active Noise
Co
ntrol
，简写为
ANC
。主动噪声
控制实际上是一种采用电子
技术来降低或消除不想要的噪声的方法，
通过制造一个与原始
噪声源振幅大小相同，
但是相位相反的
声波信号，
如右图所示
根据杨氏干涉原理，
如果该电子信号与原声音信号在空间相遇
时，就会因为相干而抵消，从而达到消除噪
声的效果。
主动噪声控制的原理及结构
主动噪声控制
的设想是由德国物理学家
Paul Lueg
于
1936
年首次
提出的，并
随着近代数字信号处理技术不断成熟和发展，而成为现实可行的降噪方法。<
/p>
主动噪声控制主要包括声品质主动控制模块、误差信号传感器、
次级声源和目标声
源传感器四部分，如下图所示。其中声品质主动控制模块是最主要的模
块，它以控
制单元
(DSP)
为核心，
通过分析计算和对比得出次级声源的波形参数，
并将其发送给<
/p>
次级声源。误差信号传感器则起到了反馈信号兵使系统能够及时的对次级声源进行
有效调节和控制，从而使得噪声达到所设定的
声品质
要求。次级声源实际上就是扬
声器，它根据系统的要求发出与噪声源初始波形、振幅
相同但相位相反的次级声波
来抵消噪声。初级声源传感器则主要用于监视声源信号，如发
动机转速等。
< br>主动噪声控制在汽车
NVH
的应用
在汽车
NVH
研究中，目前采用的降噪技术仍基本为被动隔离或消除技术，尤其
是车内噪声
，通过采用阻尼涂层、泡沫材料等来降低车内噪声，提高声品质。但是
该方法很难消除低
频噪声，如果发动机或传动系统引起的噪声等。而主动噪声控制
由于其主动性和低频噪声
控制效果好等优点，
已经开始逐渐
被
各大汽车公司所采用，
来降低汽车车内噪声，提高乘车舒适度。例如本田汽车公司某车型
通过采用主动噪
声控制技术，
大幅度降低车内低频噪声，
并有效的消除后排座椅所引起的“Booming”
问题，如右图所示
。
除了被应用于车内低频
降
噪外，
主动噪声控制技术也被应
用在
排气系统噪声的控制上。
该
方法实际为半主动噪声控制，
在
主消声器上安装一个阀门，
通过
控制该阀门的开启，从而实现在低转速下达到车外通过噪声限值的法规要求，同时
< br>又可以获得在高转速下的声品质以及发动机动力性能要求。
共鸣
(Acoustic
Resonance)
共鸣
，也称
声音的共振
，英文
Acoustic
Resonance
。当外来声
音的频率与接收
声音的声学元件的某个固有频率相同时，该声学元件会吸收比其他频率下
更多的声
音能量，当声音能量达到一定限值时，则它将由于共振的作用而发声，这种声学
中
的共振现象叫作“
共鸣
”。如下图所
示为一简单的声音共振现象实验：两个属性相
同的音叉，当敲击左侧的音叉时，由于两个
音叉的固有频率是相同的，因此右侧的
音叉会因为声音的共振作用而发声。
声音的共振对汽车
NV
H
的影响
< br>一般来讲，
声学元件有多个共振频率，
尤其频率是最低频
整数倍
(
通常把这样频
率的声音称之为
谐音
)
时，
共
鸣效果最为显著。
而当一个含有各种频率的波动
(
例如：
脉冲波、不规律噪声等
)
< br>传至声学元件时，该元件有可能过滤掉共振频率以外的声
音，因此我们可以利用这
个原理来设计汽车进、排气的
消声元件
。
而同时由于汽车车身形成一定形状的封闭空腔，因
此可以简单的将车内看做是
一个封闭的声学元件，即
声腔
。当发动机启动或加速时，发动机的激励频率接近或
者等于某个声腔的
某个声学模态共振频率时，该声音传播到车内时，就有可能引起
车体共鸣，
使得车内噪声增大，
更为甚者会出现乘客难以接受的低频“
< br>Booming
”声。
因此在进行汽车设计时，需要考虑
使车身声腔的共振频率远离发动机的激励频率或
者其他可能引发共振的部件的激励频率。
声音的共振频率计算公式
由于发动机产生气流噪声主要是通过汽车的进、排气系
统传出的，也就是说通
过管道传出的，因此要进行相应的消声元件设计，清楚空气管道的
声音共振极其重
要。
至于声音在管道中传播所造成的共鸣，则与管道的长度、醒转以及管道两端开
< br>关控制有关。
1
、开口<
/p>
-
开口的管道共振频率计算公式如下：
对于圆柱形的管道，理论共振频率为
< br>声速，与温度和空气密度有关。
其修正的共振频率值为
2
、闭口<
/p>
-
开口的管道共振频率计算公式如下：
对于圆柱形的管道，理论共振频率为
，
，其中
L
是管道长度，
是
，
d
代表管道的内径。
其中
L
是管道长度，
< br>是声速，与温度和空气密度有关。
其修正的共振频率值为
，
其中
d
代表管道的内径。
如下两图显示的分别的是开口
-
闭口管道和开口
-
开口管道的声音的
第一、二和
三共振频率模式。
3
、封闭的长方形体的共振频率计算公式：
封闭的长方形体其实已经基
本接近汽车车身所形成的车内空腔了，其声音共振
频率计算公式如下
其中：
为声腔某固有模态下的
共振频率；
为声音在声腔中的传输速度，一般为空
气中速度；<
/p>
量；
,
,
为长方体声腔空间的长、宽、高；
,
,
为整数向
WOT
WOT
，英文
Wide Open Throttle
，即
节气门全开
，通俗来讲就是
全油门加速
。
节气门是汽车发动机的重要控制部件，被
称之为汽车发动机的咽喉，其基本形状如
下图所示。通过控制节气门的开启角度，从而调
制发动机进气量的大小。而
WOT
状
态
指的是汽车加速的时候，加速器完全按下，实现空气和燃料的最大进气量，从而
获得最高的发动机动力和功率。
WO
T
状态是进气汽车整车以及动力传动系统
NVH
性能研究的一个重要试验状态，
因为全油门加速所造成的噪声以及振动问题往往
最为明显，即会影响车外加速噪声
的通过，同时也会影响车内的乘坐舒适度。
POT
<
/p>
与
WOT
相对应的是
POT
，全称
Part Open
Throttle
，或称
Light
Open
Throttle
，即节气
门半开或半油门加速。该状态虽然其噪声和振
动问题一般不大，
但是由于在通常的汽车行驶
中非常常见，因此也是汽车
NVH<
/p>
研究的重要试
验状态之一。
需要注意的是柴油机的
WOT
意义略有不同，
因为柴油机并没有节流阀，
因此在此所指的
WOT
实际上指最大的燃料量被喷射入气缸
后能够使
得油、气混合物可燃的最大空气量状态。
声品质
(Sound
Quality)
声品质
，英文
Sound Quali
ty
，简称
SQ
。
声品质
指的是特定的技术目标或任务
内涵中的声音的适宜性
，而一个产品的声品质指的是它带给人特有的听觉感受。在
过去的二十年里，乘用车的振
动和噪声水平已经得到极大地控制，汽车的
NVH
性能
也越来越精致，这时汽车的
声品质
也就变的越来
越重要。因为随着人们对汽车质量
和舒适度要求的提高，汽车的
声品质
的优劣，不仅能直接影响人们对汽车质量的印
象和购车的
选择倾向，同时也是汽车品牌的一个重要的展示因素。
声品质基本评价参量
声品质
反映的是作为评价主体的人对特定环境下的主观感受，但是目前
对噪声
的主观评价尚不能直接测量，为客观量化对声音品质的主观评价，人们提出了一些
客观衡量声品质的评价模型，这些评价量量主要有：
响度
(Loudness)
、
粗糙度
(Roughness)
、
锐度
(Sharpness)
、
抖动度
(Fluctuation Strengthness)
、
语
音清晰
度
(AI)
等，这些参量组合在
一起，形成了感觉舒适度
(Sensory Pleasantness)
和烦
恼度
(Psychoacoustic
Annoyance)
等综合评价指标。
抖动强度
(Fluctuation
Strength)
抖动强
度
，英文
Fluctuation
S
trength
，
声品质
客观评价参数
之一，表征的是
人对噪声信号瞬时变化的主观感受。当声音信号的调制频率低于
20 Hz
时，人可以
主观感受到声音上下起伏
和抖动的感觉，在心理声学里以
抖动强度
(Fluctuati
on
Strength)
来描述这种主观感觉。
抖动强度的计算
抖动强度与噪声的
调制频率
、调制比、
中心频率和声压级等因素有关，为定量
地描述抖动度，需要规定抖动度的参考值。抖动度
的单位为“Vacil”(Vacillate
的缩写
)
，规定声压级为
60dB
，调制比为
1
的
1K Hz
幅值调
制的纯音在调制频率为
4Hz
时的抖动度为
1Vacil
。与粗糙度的计算类似，抖动度的计算也采用瞬时掩蔽模
式，以最大和最小声压级
来表示：
其中，
FS
指的是抖动强度，单位
vacil,
间掩蔽深度。而对于真实的机械发出的噪声，
时采用是取各临界频带特性响度的
变量来代替
指的是调制频率，
指的是时
是很难直接得到的，因此在计算
。
式中，
，
指的是临界频带内特性响度的最大值和最小值。
调制频率
(Frequency
Modulation)
调制频率
，英文
Frequency
Modulation
，简写为
FM
，
即
调频
。调频的概念多
出现在广播电台
声音传播技术中。而在声品质的研究中，调制频率也至关重要。所
谓声音调制
(Modulation)
，就是通过一个声信号的振幅、频率和相位调制
另一个声
音信号的振幅、
频率和相位。
被调制的声音信号被称之为载体
(Carrier)
，
而调制信
号称之为调制体
(Modulator
)
。
而通过载体波的瞬态频率变化来表示声信号的调制方
式，即被称之为
频率调制
(
< br>如下图所示为一简单信号调频的例子
)
，而与之相对应的
载波幅度发生变化而频率保持不变的方式称之为
调幅
(Amplitude Modulation- AM)
。
调制频率对调制声音的影响
声音信号在经过调制之后一般会产生较差的
声品质
。而对于声音接收者来讲，
高频调制和低频调制的噪声信号所产生的感觉是不
同的。一般来讲低频调制声信号
(
低于
20 Hz)
会使人感受到声音在上下起伏和抖动的感觉，在心理声学里以
抖动度
来描述这种声音的主观感受；而当调制频率大于
20 Hz
时，起伏感消失，代之为粗
糙感，在心理声学里以
粗糙度
来描述这种主观感觉，一般来讲粗糙度产生于调制频
率
25~300Hz
范围内。
整车半消声室
(VSAC)
整车半消声室
，英文
Vehicle
Semi Anechoic Chamber
，简称
VSAC
。整车半消
声室是进行汽车
NVH
试验和测试中及其重要的试验场所。通过提供一个半自由场的
低噪声
测试环境，
可以有效的进行相关的汽车试验，
既保证试验的可控
性、
重复性，
同时无需担心天气、环境等不良影响因素。
整车半消声室的基本设计要求
整车半消声室
其主要功能是为
声学测试提供一个半自由场空间，进行汽车振动
和噪声方面的研究。虽然消声室可以提供
更好的声学自由场环境，但是由于整车半
消声室更接近与真实的道路行驶状况，因此也更
受相关汽车厂家和研究院所重视。
由于整车半消声室主要用于
车辆的
NVH
开发试验，
因此不仅需要
有良好的声学性能，
同时需要有试验样车运行所需的
底盘测功机
系统、
空调通风系统、
迎面风冷却系统
、
尾气排放系统以及电气控制、信号传输、安全等多方面的设计要求。
< br>
而据
ISO
3745
、
GB
6882-86
标准，推荐的整
车半消声室应具有基本条件
为：
1
、足够的体积；
2<
/p>
、
在测试的频率范围内，
界面上具有
很大的声吸收；
3
、除了良好的反射地面和被测声源有
关的物体之外，没有声学反射面和障碍<
/p>
物；
4
、足够低的背景噪声。
例如英国<
/p>
MIRA
研究院的
VSAC
的基本规格为：
?
?
?
?
?
?
*
半消声室尺寸：
17
米长
X6.8<
/p>
米宽
X4
米高
*
截止频率：
80Hz
*
可测试速度：
0-200<
/p>
千米
/
小时
*
功率吸收：
250
千瓦
*
电机功率：
200
千瓦
*
转鼓直径：
1.6
米
?
?
粗糙度
(Roughness)
?
粗糙度
，英文
Roughness
，<
/p>
声品质
客观评价参数之一，表征的是人对噪声信号
瞬时变化的感觉。当声音的调制频率在
20-300H
组之间时，声音的响度随时间快速
的起伏变化，给人以粗糙的感觉，因此将这种特殊的声
音质量特性表征称之为粗糙
度
(Rough)
< br>。
?
?
粗糙度的计算
粗糙度
的单位是
Asper
,
其定义为
60dB
的
1K Hz
的纯音在调制频率为
70Hz
的
100%
调幅作用下产生的粗糙度为
1Asper
。
粗糙度跟噪声的频率、幅度和声压级等有关，由于粗糙度是由激励模式随时间
变化引起的，而非常缓慢的时间变化是不会使人产生粗糙度的感受的，因此调制频
< br>率和事件掩蔽深度对粗糙度的影响最为明显，粗糙度的计算公式如下所示：
其中，
R
指的是粗糙度，单位
Asper,
掩蔽深度。而对于真实的机械发出的噪声，
采用是取各临界频带特性响度的变量来代
替
指的是调制频率，
指的是时间
是很难
直接得到的，因此在计算时
。
式中，
，
指的是临界频带内特性响度的最大值和最小值。
三分之一倍频程
(1/3
Octave)
三分之倍频
程
，英文
1/3Octave
，主要用
于对噪声信号做频谱分析。将宽广的
连续的频率范围划分为若干个频段，而频段上下限的
频率比值为
2
的三分之一倍，
即为三分
之一倍频程。
1/3
倍频程中心频率和频带计算
对于
1/3
< br>倍频程的理论中心频率和频带的计算是基于
ISO
R266
和
ANSI
S1.6-19
84
。而对于实际的中心频率计算是基于如下公式：
其中，
代表实际中心频率值，
n
代表频带数。一般为了方便，频带
数是从
1
开始计算的，即使小于
20H
z
频率的声音无法被人耳所听到。
1
/3
倍频程中心频率及频段数值如下表所示
频带数
理论中心频率
Hz
实际中心频率
(Hz)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1.25
1.6
2
2.5
3.15
4
5
6.3
8
1.26
1.58
2.00
2.51
3.16
3.98
5.01
6.31
7.94
频段
(Hz)
1.12
–
1.41
1.41
–
1.78
1.78
–
2.24
2.24
–
2.82
2.82
–
3.55
3.55
–
4.47
4.47
–
5.62
5.62
–
7.08
7.08
–
8.91
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
10
12.5
16
20
25
31.5
40
50
63
80
100
125
160
200
250
315
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3150
4000
5000
6300
8000
10000
12500
16000
20000
10.0
12.59
15.85
19.95
25.12
31.62
39.81
50.12
63.10
79.43
100.00
125.89
158.49
199.53
251.19
316.23
398.11
501.19
630.96
794.33
1000.0
1258.9
1584.9
1995.3
2511.9
3162.3
3981.1
5011.9
6309.6
7943.3
10000.0
12589.3
15848.9
19952.6
8.91
–
11.2
11.2
–
14.1
14.1
–
17.8
17.8
–
22.4
22.4
–
28.2
28.2
–
35.5
35.5
–
44.7
44.7
–
56.2
56.2
–
70.8
70.8
–
89.1
89.1
–
112
112
–
141
141
–
178
178
–
224
224
–
282
282
–
355
355
–
447
447
–
562
562
–
708
708
–
891
891
–
1120
1120
–
1410
1410
–
1780
1780
–
2240
2240
–
2820
2820
–
3550
3550
–
4470
4470
–
5620
5620
–
7080
7080
–
8910
8910
–
11200
11200
–
14100
14100
–
17800
17800
–
22400
频程
(Band)
频程
，又称频带，英文
Band
，是两个声或其他信号的频率间的距离，是频率的
相对尺度，以高频和低频的比率的对数来表示。人耳的可听声音的频率范围约为
20Hz-20000Hz
，低于
20Hz
的声音信号称之为次声，而高于
20000Hz
的称之
为超声。
为方便起见，将连续频率范围内划分为若干个频带，频率上限频率和下限频率之
差
称之为频带宽度，它与中心频率的比值称之为频带相对宽度。
倍频程
(Octave)
倍频程
，英文
Octave
。在对噪声做频谱分析时，通常采用两种类型：保持频带
宽度相对恒定或者保持频带相对宽度恒定。在频率变化不大的范围内做频谱分析，
一般采用恒定带宽。
而在宽广的频率范围内做频谱分析时，
一般采用恒定相对带宽，
长采用的是倍频程。
倍频程数
n
与频率的关系式为：
< br>
式中，
f1
、
f2
为频带的上下
限频率
(Hz)
，
n
< br>为正实数。当
n=1
时，称之为倍频
程；
n=2
时，称之为
2
倍频程；
n=1/3
时，称之为
三分之一倍频程
。其中倍频程和三
分之一倍频程比较常
用。
倍频程中心频率及频段数值如下表所示：
频段数
中心频率
Hz
精确的中心频率
Hz
通过频带
Hz
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
33
2
4
8
16
31.5
63
125
250
500
1000
2000
2.00
3.98
7.94
15.85
31.62
63.10
125.89
251.19
501.19
1000.0
1995.3
1.41
–
2.82
2.82
–
5.62
5.62
–
11.2
11.2
–
22.4
22.4
–
44.7
44.7
–
89.1
89.1
–
178
178
–
355
355
–
708
708
–
1410
1410
–
2820
36
39
42
4000
8000
16000
3981.1
7943.3
15848.9
2820
–
5620
5620
–
11200
11200
–
22400
清晰度指数
(Articulation
Index)
清晰度指数<
/p>
，英文
Articulation Index
< br>，简写为
AI
，是
语音清晰度<
/p>
的评估方
法之一，采用百分比来表示。通过不同的百分比数值可以
客观的得到在背景噪声下
说话的清晰程度。在汽车
声品质
研究中，
语音清晰度
的评估方法基本采用的都
是清
晰度指数
AI
方法。
清晰度指数的计算
要确定
清晰度指数
(AI)
，
首先需要测量从
200Hz
到
6300Hz
频率范围内所有的三
分之一倍频程的噪声信号，然后将这些信号的噪声频率以一个重要性函数分别进行
加权
，最后将加权值加起来得到一个总的加权值，就是该噪声信号的
清晰度指数
。
加权标准为：
?
?
?
?
1
、如果某频段的三分之一倍频程位于最高上限和最低下限
之间，则其线性值在
0
和
1
之间；
2
、如果该
值远大于最高上限，那么在这个三分之一倍频频段内的信号值为
0
；
3
、如果该值远小于最低上
限，那么在这个三分之一倍频频段内的信号值为
1
；
4
、将所有倍频频段内的信号值加权后可以
得到该频段的清晰度指数，而累加后，
即可得到以百分比表示的总的
AI
值，即语音清晰度值。
20
0Hz-6300Hz
范围内三分之一倍频频段内的
AI
上下限声压级值以及计权系数如下
表所示：
1/3
倍频程中心频率
Hz
200
250
315
400
500
630
800
1000
1250
AI
最低下限
dB(A)
23.1
30.4
34.4
38.2
41.8
43.1
44.2
44.0
42.6
AI
最高上限
dB(A)
53.1
60.4
64.4
68.2
71.8
73.1
74.2
74.0
72.6
AI
计权值
1.0
2.0
3.25
4.25
4.5
5.25
6.5
7.25
8.5
1600
2000
2500
3150
4000
5000
6300
41.0
38.2
36.3
34.2
31.0
26.5
20.9
71.0
68.2
66.3
64.2
61.0
56.5
50.9
11.5
11
9.5
9.0
7.75
6.25
2.5
语音清晰度
(Speech
Intelligibility)
语音清晰度
，英文
Speech
Intelligibility
，
声品质
客观评价参数之一。
语音
清晰度
表示的是在背景噪声下说话的清晰程度。在汽车
NVH
中，
语音清晰度
是评价
车内噪
声好坏以及
声品质性能
的重要指标之一。
语音清晰度的评估方法
语音清晰度的评估方法主要有三种，即
清晰度指数
、
清晰度实验
和
语音传递指
数。
清晰度指数
(Articulation
Index)
清晰度指数<
/p>
(AI)
是评价语音清晰度最常用的评估方法，采用百分比来表示
，通
过不同的百分比数值，可以得到在背景噪声下说话的清晰程度，如
< br>100%
表示可以完
全听的清楚，而
0%
则表示完全听不清。
清晰度实验
(Articulation
Test)
清晰度实验是通
过实验得到一个量化的清晰度的测试值，即讲者对着一组听众
说出一连串音韵平衡的字节
或句子时，被听众正确接收的字节百分比称之为清晰度
百分数，而被听众正确接收的词组
的百分比则被称之为语音清晰度。
语音传递指数
(Speech Transmission
Index)
语音传递指数
(STI)
也是判定语音清晰度时常用的指数。
语音传输指数的理论基
础是声源与接受体之间的调变转换函数
< br>(MTF)
。
MTF
是由
Houttgast
和
Steeneken<
/p>
引
入室内声学研究领域的。即将空间视为一个信号传递路径，对于
一个具有不同强度
的输入信号
，
输出信号的形式为
，
其中
m<
/p>
是调变函数，
T
是因为传输所造成的时间
停滞，
F
是调变频率。
F
的范围取决
于瞬态语音时间包络
(Temporal
Envelope)
的频谱。
传声器
(Microphone)
传声器
，
英文
Microphone
，
俗称
麦克风
，
即从英文
Microphone
音译过来的。
传
声器
实际上是将声波信号转换成相应电信号的传感器，因
此也称
声传感器
。与应用
于汽车振动分
析的
加速度传感器
相对应的，传声器主要用于采集汽车的噪声信
号，
然后对该信号进行分析和诊断。
传声器的分类及特点
传声器
的工作原理是用变换器将由声压引起的振动膜振动转换成电参数
的变化。
因此根据变换器的不同形式，可以将传声器分为电容式
/
动圈式
/
压电式和永电体式
等几种。
1
、电容式传声器
电容式传声器是精密测量中最常用的一种传
声器，其稳定性、可靠性、耐
震性，以及频率特
性均较好。因此在进行汽车噪声信号采集时被广
泛采用，如右图所示为一电容式传声器。
2
、动圈式传声器
动圈式传声器的精度、
灵敏度较低，
体积大。<
/p>
其突出特点是输出阻抗小，所以接较长的电缆也
不降低其灵敏度。
温度和湿度的变化对其灵敏度也无大的影响。
3
、压电式传声器
压电式传声器的膜片较厚，其固有频率较底，灵敏度较高，频响曲线平坦，结
构简单、价格便宜，广泛用于普通声级计中。
4
、永电体传声器
永电体传声器，工作原理与电容式传声器相似。其特点是尺寸小、价格便宜，
可用于精密测量，适于高湿度测量环境。
声校准器
(Acoustic
Calibrator)
声校准器
，英文
Acoustic
Calibrator
或者是
Sound level Calibrator
。是
一种能在一个或者几个频率点产生需要的恒定声压的声源的仪器。
它的主要作用是
用来校准
声级计
、测试
传声器
或者其他声学测量仪器的绝对声压灵敏度，用以保证
测量结果的正确性，有时还作为声测量装置的一部分，来保证声音测量的精度。
声校准器的分类
声较准器作为声音测量的校准仪器，
其准确度和
稳定度的要求都要比一般仪器更高。
IEC
和
OIML
于
2003
年
联合制订了
IEC60942
：
200
3
《电声学
-
声校准
< br>器》国际标准，基于此标准，规定了各种声较准确的
产品分类
/
技术要求和标志等，在标准条件下，按照
准确度的不同，
声校准器被分为
0
级、
1
级和
2
级三
个等级。
而按照工作原理，声级计又分为<
/p>
活塞发声器
、带温度补偿的声级校准器以及带
声负反馈的声级校准器。如右图为
B&K
公司的一带声负反
馈的
1
级声级校准器，其
校准频率为<
/p>
1000Hz
，声压为
94dB±0.2
dB。这种声校准器的优点是具有很高的稳定
性，同时产生的声压级不需要对大气压的变
化而进行修正，此外还可以根据需要，
产生
114dB
或
104dB
的声压级。因此被广泛使用。
白噪声
(White Noise)
白噪声
是指功率谱密度在整个
频域内均匀分布的噪声信号。由于白色是由各种
频率
(
颜色
)
的单色光混合而成，因此这种具有恒定功
率谱的性质就被称之为“白色
的”，这种信号也因此被称为
白噪
声
，相对的，其他不具有这一性质的噪声信号被
称为有色噪声。
理想的白噪声具有无限带宽
，
因此其能量是无限大的，
而在现实中是不存在的，
实际上为了便于分析方便，我们往往是把有限带宽的平整讯号视为白噪声。比如做
< br>模态锤击试验时，锤击试验的激励是力脉冲，它是用锤头的瞬时敲击待测物体来模
拟力脉冲信号的，对于一个理想的脉冲信号频谱就是功率谱密度均匀分布的信号，
因此也
常常假定随机激励或者是随机噪声为白噪声。
其他有色噪声的定义
1
．粉红噪声。在给定频率范围内
(
不包含直流成
分
)
，随着频率的增加，其功率密
度每
倍频程下降
3dB(
密度与频率成反比
)
。每倍频的功率相同，但要产生每倍频程
3dB
的衰减非常困难
,
因此，没有纹波的粉红噪声在现实
中很难找到。
2
．
红噪声
(
海洋学概念
)
。
这是有关海洋环境的一种噪声，
由于它是
有选择地吸收
较高的频率，因此称之为红噪声。
3
．橙色噪声。该类噪声是准静态噪声，在整个连续频谱范
围内，功率谱有限且零
功率窄带信号数量也有限。这些零功率的窄带信号集中于任意相关
音符系统的音符
频率中心上。由于消除了所有的合音，这些剩余频谱就称为“橙色”音符
。
4
．蓝噪声。在有限频率范围
内，功率密度随频率的增加每倍频增长
3dB(
密度正
比于频率
)
。对于高频信号来说，它属于良性噪
声。
5
．紫噪声。在有限频率范
围内，功率密度随频率的增加每倍频增长
6dB(
密度正
比于频率的平方值
)
。
6
．灰色噪声。该噪声在给定频率范围内，类似于心理
声学上的等响度曲线
(
如反
向的
A-
加权曲线
)
，因
此在所有频率点的噪声电平相同。
7
．
棕色噪声。
在不包含直流成分的有限频率范围内，
功率密度随频率的增加每倍
频下降
6dB(<
/p>
密度与频率的平方成反比
)
。该噪声实际
上是布朗运动产生的噪声，它
也称为随机飘移噪声或醉鬼噪声。
8
．黑噪声
(
静止噪声
)
包括：
(1)
有源噪声控制系统在消除了一个现有噪声后的输出信号。
(2)
在
20kHz
以上的有限频率范围内，
功率密度为常数的噪声，
一定程度上它类
似于超声波白噪声。这种黑噪声就象“黑光”一样，由于频率太高而使
人们无法感
知，但它对你和你周围的环境仍然有影响。
(3)
具有
f
β
谱，其中
β
>2
。根据经验可知，该噪声的危害性很大
声级计
(Sound level
Meter)
声级计
，英文
Sound Level
Meter
，是用来测量
声压级
的仪器
。
声级计
是声学测量中最基本也是最常用的仪器，适用于工业噪
声、
环境噪声、汽车噪声和飞机噪声等各种噪声测量。
声级计的分类
目前对于声级计的功能和使用设定的最新国际标准为
IEC <
/p>
61672
：
2003
< br>，而根据国际标准
IEC 61672-1
：
2002
和国家计量检定规则
JJG188-20
02
的规定，根据声级计的精确度级别，声级计分为
1
级和
2
级两种。在
参考
条件下，
1
级声级计的准确度是±0.7dB，而
2
级声级计的准确度是±1dB。
声级计参考标准
声级计的级别以及使用的主要参考标准如下所示
GB/T
17181-1997
积分平均声级计
GB/T
17312-1998
声级计的无规入射和扩散场校准
GB/T
3785.1-2010
电声学
声级计
第
1
部分：规范
GB/T
3785.2-2010
电声学
声级计
第
1
部分：规范
JJG
188-1990
声级计检定规程
JJG
188-2002
声级计检定规程
JJG
699-1990
积分声级计检定规程
SJ/T
10114-1991HS5633
型数字声级计
SJ/T
10423-1993
声级计通用技术条件
SJ/Z
9151-1987
积分平均声级计
锐度（
Sharpness
）
锐度
，英文
Sharpness
，是
声品质
客观评价参数之一
,
主要用于线性化表征声音
信号的高频部分信息。
人们通过比较相同响度，
但所包含不同频率能量的声音信号，
发现含高频能量多的声音听起来要尖锐一些
。因此人们引入了
锐度
这一参数来表达
这一声学特征，一般来讲锐度值越高，
声品质
越差。
锐度的计算
锐度
的单位是
acum
，其定义为中心频率为
1000Hz
、带宽为
60dB
的窄带噪声的
锐度值为
1 acum
。
锐度值的计
算，一般采用临界频带的频谱响应对总响度加权积分的方式计算，即
其中
确定。
为临界带内响度密度的积分，
比例常数
C=0.11
，
值由如下曲线
<
/p>
赫兹（
Herz
）
赫兹
，英文
Herz
，是计算频率的单位，属于公制的一种，其定义为每秒的周期
性振动次数。
1
秒钟振动一次就是
1Herz
。
赫兹最常见的应用是描述不同频率下
的正
弦波，比如声波和电磁波。右图所示为简单的正弦波与频率的关系。赫兹的命名取<
/p>
自德国物理学家海因里希
*
赫兹，
符号为
[Hz]
。
Hz
在声学中应用的一些例子
声音可以根据声波频率的大小简单分为几
类：
次声波
<20Hz
人耳可听的见的声音的下限
20Hz
人耳可听见的声音的上限
20,000Hz
超声波
>20Hz
?
?
声学模态（
Acoustic
Mode
）
声学模态
，英文
Acoustic <
/p>
Mode
。声学模态是声腔的固有特性，该特性取决于该空
腔的结构形状和空腔内的介质。每一个声学模态都具有特定的固有频率、阻尼比、以及
模态振型等特性。
声学模态分析
声学模态分析
, Acoustic mode analys
is
，一般用于车内噪声分析。在进行汽车车
体声腔的研究时，
需要计算其该声腔在受到不同频率声音激励时产生的形态，
也就
是声
学模态分析。
不同形状和大小的声腔有不同的声模态频率及模态振形。
当声腔的激励接
近或等于
某阶固有频率且与其振型不垂直时，就会发生声腔共鸣，使得噪声增大。而在进
行汽车
设计时则需要尽可能的避免此类状况发生。
模态
(Modal)
模态
，英文
< br>Modal
。模态是一个结构的固有属性，它是由结构的材料特性
(
质量、
弹性和硬度等
)
以及结构的形状所决定的。
每一个模态都具有特定的固有频率、
阻尼比、
以及模态振型等特性。如果结构的材料改变，那么它的模态
也会随之改变。
模态参数
模态参数有：模态频率、模态质量、模态向量、模态刚
度和模态阻尼等。
模态分析及应用
模态分析
，
< br>通过计算或试验得到结构的模态参数的分析过程称之为模态分析。
模态
分析的过程如果是由计算的方法取得的，则称为计
算模态分析
,
如右图所示为一简单的振动模态计算
模拟结果；如
果通过试验将采集的系统输入与输出
信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分<
/p>
析。一般来讲模态分析指的是振动模态分析，但是
在进行汽车
NVH
研究中，
有时需要对车体声腔进行模
态分析，
这时的模态指的是
声学模
态<
/p>
。
通
过模态分析可以识别出结构或系统的模态参数，
为进行结构特性分析、
< br>故障诊断
以及优化设计提供依据。
1)
评价现有结构系统的动态特性；
2)
在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计；
3)
诊断及预报结构系统的故障；
4)
控制结构的辐射噪声；
5)
识别结构系统的载荷。
声学谐振腔
(Acoustic
Cavity)
声学谐振腔
，英文
Acoustic
cavity
。当声音在一个封闭的腔体里传播时，有可能
发生共振现象，这种现象称之为声学共鸣，而这种腔体也就被称之为声学谐振腔，简称
声腔。
声学谐振腔共振频率计算
声学谐振腔的
共振频率
可以通过一些声
学有限元软件计算得到，如
SYSNOISE
。如
果没有这些工具，你也可以通过简化结构，使用公式计算。
长方体结构声腔共振频率计算公式：
其中：
为声腔某固有模态下的
共振频率；
为声音在声腔中的传输速度，一般为
空气中速度；<
/p>
,
,
为长
方体声腔空间的长、
宽、
高；
,
,
为整数向量；
< br>声学谐振腔研究在汽车
NVH
的重要性
< br>
对声腔的研究主要集中在车内噪声方面。<
/p>
因为汽车车身形成一定形状的封闭空腔，
如下图所示。因此可以简
单的将车内看作是一个声腔，当发动机启动或加速时，发动机
的激励频率接近或者等于某
个声腔的某个声学模态共振频率时，该声音传播到车内时，
就有可能引起车体共鸣，使得
车内噪声增大，更为甚者会出现乘客难以接受的低频
“Booming”声。因此在进行
汽车设计时，需要考虑使车身声腔的共振频率远离发动机
的激励频率或者其他可能引发共
振的部件的激励频率。
一般来讲
4
< br>车门的普通轿车的共振频率在
50Hz-200Hz
之间
，空间大一点的小巴或
者卡车的共振频率会低一些，
而
2
车门跑车由于空间小一些，
因此其共振频率会
高一些。
声学
(Acoustics)
声学
，英文
< br>Acoustics
，该词源自希腊文
Akoustik
os
,
意为“听觉”。
声学
是经典
物理学分支学科之一，
研究范围主要包括声
音的产生、
声音在介质中的传播以及声波的
接受的各种效果等。
声学研究的基本内容
最简单的声学研究就是声音的产生和传播，其过程如下图所示
1
声音的产生：声音是由物体
振动产生的，我们称之为
声源
；
2
声音的传播：声音的传播需要介质，它可以在气体、液
体和固体中传播，在真空中
不能传播，因为真空中没有介质。声音在不同介质中的传播速
度是不同的，一般来讲在
固体中传输的速度最快，液体次之，空气中传播的最慢。
3
声音的接受效果：在空气中，物体
的振动引发空气分子相应的振动，形成一种可以
被人或动物听觉器官所感知的波动，我们
称之为“声波”。
不同的声源和介质可能引
< br>发不同的声波，也会导致人耳接受到不同的声音效果。
声学研究在汽车
NVH
中的应用
根据人可听到的声音的效果，
声音可以被简单的分为两种，
没有规律的使人不舒服
的声音叫噪
声，
有规律的悦耳的声音叫乐声。
而汽车
NVH
的研究目标之一即为降低甚至
消除不好的噪声，制造出
体现汽车品牌的，客户满意的乐声，简单讲也就是
降噪
和提高<
/p>
声品质
，而要实现这一点就必须清楚和利用声学原理和规律。
噪声
(Noise)
噪声
，英文
< br>Noise
。人们不喜欢，无序的声音或者是音量过大的声音，会让人不舒
服，甚至危害人体健康的声音，都统称为”
噪声
“。汽车的噪声问题有多个方面，如发
动机噪声
,
进排气噪声
,
车外加速噪声，轮胎噪声等等。
噪声评价的要素
-
-
-
-
-
-
-
-
-
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