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汽车噪声污染论文

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摘要

噪声属于现代城市的主要污染类别之一，并且是评价汽车环保性能的关键指标。到 2011 年 2 月底，去年全国新增了 2048 万辆机动车以及 1317 万名驾驶人。其中，有 20 个城市的机动车保有量超过了 100 万辆。这些车辆主要集中在经济和文化较为发达，人口较为集中的城镇。《中国城市公共交通》年鉴资料显示，我国拥有城市的数量为 668 个。在接下来的 10 年里，我国的城市化进程将会加快。2005 年，城镇化水平会从 2000 年的 36%提升至 38%。到 2010 年，城镇化水平会再次提升至 45%。届时，约 2 亿农村人口会转移到城市，新增城市人口占比为 40%。车辆噪声已对城市人民的身体健康构成危害，车辆噪声也已对城市人民的生活构成危害，所以把握车辆噪声水平是势在必行的。

汽车工业快速发展，汽车每年的增长率越来越高。人们越来越关注汽车的舒适性和振动噪声的把握。据资料显示，城市 70%的噪声源自交通噪声，交通噪声主要来自汽车噪声。汽车噪声会干扰人们的正常生活和休息，严重时会影响人们的身体健康，比如会引起心血管疾病、内分泌疾病等。汽车噪声会使学习工作效率降低，会使产品质量下降，在特定条件下还会成为社会不稳定的因素之一。所以对汽车噪声的把握，既关系到乘坐的舒适性，也关系到对环境的爱护。然而所有噪声都源于振动。振动能导致某些部件早期出现疲惫损坏，进而降低汽车的使用寿命；过高的噪声既能损害驾驶员的听力，又会使驾驶员快速产生疲惫。汽车行驶平安性因此受到了极大的威逼。汽车噪声的把握与汽车的耐久性和平安性相关。振动、噪声和舒适性三者密切相关，既要减小振动、降低噪声，又要提高乘坐舒适性，保证产品经济性，让汽车噪声处于标准范围之内。

噪声法规标准涉及噪声源，其中包括空气动力噪声。在减噪方法中，噪声源的识别是重要的一环。

1、引言:

20 世纪 50 年代，国际上主要发达国家已将噪声列为主要环境污染源之一。20 世纪 60 年代，各汽车主要生产国陆续制定了汽车噪声法规及其测量方法。国外规定，新车型若达不到本国规定的噪声指标，就不允许销售。在噪声法规的推动下，各阶段汽车噪声控制技术不断取得进步。并且随着法规的日益严格,汽车降噪技术的争辩更加广泛和深化。

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欧洲法规规定，从 1996 年 10 月起，客车外部噪声需降低。削减了一半噪声能量后，到本世纪末还要进一步降低。日本法规规定，小型汽车在今后十年内噪声标准要把握在一定程度以下。国内一些大城市计划在 2010 年将交通干线的噪声平均值把握在一定范围内。而据国内目前资料表明，国内大客车的噪声许可值不得超过一定数值。由此可见,我国在车辆噪声把握方面还得狠下工夫。

我国的汽车噪声法规起步比国外发达国家晚，进展也较为缓慢。然而，近几年国内汽车工业快速发展，相应的汽车噪声法规变化较快，在某些方面已与国外相近。但总体而言，无论是汽车噪声法规和标准，还是噪声控制技术的研究，都与国外存在一定差距。

本文主要分析了汽车运行时的噪声源，并且分析了对应的减噪方法，期望这些内容有助于我国汽车降噪技术的进展。

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噪声的概念

从主观需要的角度来看，噪声的定义主要认为一切不期望存在的声就是噪声。大家都知道，噪声对人的心理和生理都会造成严重的危害，它与大气污染、水污染一起被称为现代社会的“三大公害”。各个国家都制定了噪声允许的标准。关于噪声的评价量有很多，这里主要介绍其中的两种。

1)响度级、等响曲线和响度

人耳能够接收声波的频率大概在 20Hz 到某个范围。低于 20Hz 的声波被称作次声波，高于某个范围的声波被称作超声波。人们一般用“响”或者“不响”来对声音的感受进行描述，这种感受与声波的强度和频率有着紧密的联系。也就是说，相同声压级但单频率不同的声波，人耳听起来是不一样的。为了能够定量地描述声音的这种特性，通常是以纯音作为标准，定义其声压为响度，以此来确定声音的相关情况。对各频率的声音进行同样的试听比较，当得到同样响度级时，就会有频率与声压级的关系曲线，这种曲线被称为等响曲线。因为响度级依然是一种对数表度单位，无法线性地表述响度级与人的主观听觉的轻响程度，所以提出了“响度”这个参量，用它来表述主观听觉与轻响程度的线性关系。

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2)计权声级

对声或噪声进行客观度量时，通常会采用声压级、声强级或声功率级。因为人的感觉会受到频率的影响，所以为了让声音的量度能与人的听觉相契合，在测试过程中会对信号进行模拟人耳的滤波操作，这种滤波被称作计权。由于频响特性不同，计权分为 A、B、C 和 D 计权等。其中，A 计权的频率响应与人体耳对宽频带声音的灵敏程度相当，目前它被广泛应用作为评价参量。

2噪声源的识别

一类是电磁噪声，它是由于电磁场的交变使得机械部件或空间容积发生振动从而产生的。

噪声源识别针对分析对象中存在的各种声源，通过接受各种方法来了解其产生噪声的机理，从而为实行有效的降噪措施提供依据。

声源识别的方法有很多种。在实际应用中，应当根据具体条件，合理地选用一种合适的方法，或者将几种方法相互补充、相互验证，这样才能确保有效地识别声源。以下简要介绍几种常用的声源识别方法。

1)主观评价法

对于结构简洁的系统或者熟知的设备，直接借助人的听觉系统来鉴别噪声，以此推断出声源的位置和特性。这种方法比较简便且容易施行，它依赖于人的实践阅历，不过无法对噪声源进行定量的描述。

2)分别运行法

简单机器存在多个发声的组件或部件时，如果能依次将它们脱开运行，且声学环境保持不变。首先可以测得整个机器运转时的噪声，接着脱开某个部件或组件，让其不产生噪声，然后再运转机器并测量噪声，这样就能识别出所脱开部件的噪声。通过这种方式可以达到识别声源的目的。实际上，部件间的影响始终是存在的，这对该方法的识别精度会产生影响。

3)掩盖法

通常用铅板制作一个密封隔声罩，这个隔声罩要与机器各部分表面相接近。罩的内壁衬有吸声材料，这样可以消退罩内的混响。罩表面设计出一些可打开的小窗口，当小窗口打开后，相应的机器表面就会暴露出来，从而形成直接向罩外辐射噪声的情况，此时可以测得机器暴露部分表面辐射的声压级。依次移动这些窗口，就能够确定机器噪声的主要辐射面以及该面上的主要辐射区域，进而达到声源识别的目的。

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4)表面振速测量法

声的辐射与法向振动速度关系密切。能够测得振动结构表面的速度，借此可以得到表面辐射的分布状况，进而识别出声源。这种方法通常适用于高频段，因为在高频段时结构的声辐射效率约为 1。而在低频段，当声辐射效率小于 1 而使用该方法时，会产生较大误差。

5)信号分析法

通过对测试的振动信号和噪声信号等进行频谱分析，对其进行倒频谱分析，进行相关分析以及相干分析等技术手段，以此来确定噪声信号的频率特性，明确各信号之间的相互关系，进而达到识别声源的目的。

6)声强测量法

声强测量法在目前的噪声源识别中较为先进。因为声强是矢量，所以在测试时不会受到声源类型和现场的限制。并且能够直接识别出声源。

7)声全息法

声全息技术随着信号分析技术不断取得进展，也越来越得到发展和应用。它通过对声源在声场中一个面或者一个包络面的声压进行测量，同时也对声强进行测量，然后利用声学理论进行逆向推导，从而能够识别出声源。

欧盟最早的汽车噪声法规颁布于 70 年代初，也就是 70/157/EEC《欧共体型式认证指令——汽车噪声》。各阶段的限值变化与实施日期，基本和联合国欧洲经济委员会法规《关于噪声方面汽车（至少有 4 个车轮）型式认证的统一规定》同步。该法规至今已修订 3 次，目前的修订版本号为 92/97/EEC。它开头于 1995 年 10 月 1 日开始实施。欧盟汽车噪声法规规定，在新型车型式认证中包含的车型有载客汽车和载货汽车这两大类别。并且依据汽车总质量以及包括驾驶员座位的座位数，载客汽车被细分为 M1、M2 和 M3 类；载货汽车被细分为 N1、N2 和 N3 类。在上述车型分类的前提下，由于发动机最大额定功率以及发动机类型存在差异，所以规定了不同的噪声级水平。图 2 - 1 表示了一种最感兴趣的车型 M1，图 2 - 2 表示了另一种最感兴趣的车型 N3。

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欧盟自 1970 年引入噪声法规。从图 2 - 1 能看出，在过去 30 年中，轿车的噪声限值降低了 8dB(A)。同时，重型货车的限值降低了 11dB(A)。另外，1985 年对噪声测量方法做了一些修改。对于重型货车来说，实际限值比之前更严格，严格 2 至 4dB(A)；对于轿车而言，实际限值有所放宽，大约放宽 2dBA。1996 年，欧盟实施了生产全都性(COP)条例。此条例没有改变噪声限值，然而，实际上对于汽车生产厂家而言，却增加了 1dB(A)的限值压力。在 1995 年之后的新型车型式认证测试里，规定是可以使用已磨损的轮胎的，这样做会使汽车噪声级降低 1 到 2 分贝（A）。所以，把欧盟汽车噪声法规综合起来考虑的话，在过去的 30 年中，轿车的限值降低了 7 分贝（A），重型货车降低了 13 到 16 分贝（A）。

图2-1汽车加速行驶车外噪声限值变化(M1类)

图2-2汽车加速行驶车外噪声限值变化(N3类)

日本从 1952 年开始对汽车噪声进行管控。规定了车辆在等速行驶时的噪声以及排气噪声。然而，早期的日本汽车噪声法规未包含汽车加速行驶噪声，仅仅是笼统地将噪声级限制在 85dB(A)以下。直到 1971 年，日本才推行了与国际标准等效的现代汽车噪声法规体系。当下，日本正在实施的汽车噪声法规是在 1992 年进行修订的。从图 2-1 和图 2-2 能够看出，日本汽车加速噪声限值经历了 4 个阶段。轿车原本是 84dB(A)，现在降低了 8dB(A)。并且重型货车降低了 11dB(A)。对比各个阶段日本和欧盟法规的噪声限值，能发现欧盟法规看起来比日本的更严格。但实际上，如果考虑到各自法规所规定的略有不同的测试条件和数据处理方式，二者几乎是一样的。在重型货车的型式认证测试方面，日本的重型货车是加满载的，然而基于噪声测量方法的欧盟测试条件却不加载荷。所以，相对而言，日本的测试条件更契合车辆的实际行驶状况，这也是日本法规在实际道路交通噪声把控中能取得显著效果的原因之一。日本汽车噪声法规对于车辆等速行驶噪声和定置噪声的把控有着较长的历史。目前，日本车辆在等速行驶时的噪声限值依然保持在 1952 年的 85dB(A)水平。对于在用车辆的定置噪声测量方法，在 1986 年到 1989 年期间，被新的更适合于路边检测的测量方法所替代。

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“近似定置噪声测量方法”被取代了；并且，定置噪声的限值发生了变化，其中规定摩托车的定置噪声限值为 94dB(A)，轿车的定置噪声限值为 96dB(A)，重型货车的定置噪声限值为 99dB(A)。

美国在 1967 年颁布了第一部汽车噪声法规，名为《小客车和轻型载货车噪声级》。接着，在 1969 年又批准了《重型载货车和客车的车外噪声级》。早期的 SAE 标准包含了加速噪声测量方法以及限值。然而，后来这些标准取消了限值的规定，而是在有关机动车辆的联邦法规（CFR）中进行规定。如图 1 - 2 以及图 1 - 3 所展现的那样，美国的汽车噪声法规与欧盟和日本相比存在较大差异。美国联邦法规特别之处在于，它仅仅规定了中、重型载货车和大客车的噪声限值，然而从未对轻型车的噪声加以限制。不过，一些州或市的地方性法规对此有相关规定，并且依据特定的测量方法，将轻型车的噪声级限制在 80dB(A)或者 84dB(A)。另外，规定传声器的测量距离为 15m，而北美以外的大多数标准要求不同。所以，对应于相应的测量方法，美国轻型车的噪声限值应为 86dB(A)和 90dB(A)。然而，与其他标准有所差异，SAE 标准规定了轻型车噪声测量的档位为最低档。这会使 SAE 标准测量的汽车噪声级增加 6dB(A)。美国法规规定的限值是 80dB(A)，这大体上等同于其他基于标准的法规所规定的 80dB(A)。

我国汽车噪声把握与国外相比起步较晚。1979 年我国首次颁布了 2 项国家标准，分别是 79《机动车辆允许噪声》表 2 - 1 和 79《机动车辆噪声测量方法》。这些标准主要适用于新型车型式认证，规定了各类车辆加速行驶噪声的限值以及测量方法。1996 年，我国城市交通噪声污染的情况日益严峻。国家环境保护局和国家技术监督局联合发布了国标 -1996《汽车定置噪声限值》。此标准旨在对处于定置工况下的在用车辆的噪声辐射进行把控。该标准至今依然有效，并且分别对轿车和重型货车的定置噪声规定了 85 这个限值。

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dB(A)的限值以及(A)的限值。在 2002 年，为了能够适应现代车型的噪声测量，并且与国际惯例保持一致，国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局再次联合发布了 2002 年的《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》。2002 主要是以联合国欧洲经济委员会法规以及噪声测量标准为参考，将原有的 2 项国标 -79 和 -79 进行了取代，从 2002 年 10 月 1 日起分 2 个阶段开始实施。由此可以看出，我国汽车噪声法规的修订速度相对较慢，在一段时期内未能跟上国际法规的变化，这也就阻碍了我国在汽车噪声把握技术以及测量技术方面的进展。近几年，我国汽车工业快速发展，汽车噪声问题逐渐引起了国家有关部门和汽车行业的重视，相应的噪声法规进展步伐加快。在新车型式认证中，轿车的限值已与国际接轨。然而，由于汽车降噪技术落后，重型货车的限值与国外发达国家相比还有一定差距，需要进一步研究和投入。

表2--79《机动车辆允许噪声》

车辆种类

车外最大允许噪声级不大于

1985年1月1日以前

1985年1月1日后

载重汽车

8吨≤载重量92

89

≤载重量90

86

89

84

轻型越野车

89

84

公共汽车

4吨