关于汽车发动机声浪的精准解析与多途径调控的详细分析

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。

增强的声音来源也非常重要。里卡多支持在发动机上使用传感器以收集真实声音，并将其通过扬声器播放出来。如果被过滤或者调整了，它仍然是真实的声音，并非合成音，也无需更改排气歧管以产生特别的声浪传导。一些汽车的声音特征是基于扬声器的声音增强系统而得到，并可提供立体声以改变汽车音色。部分制造商一直坚定地使用该系统。但事实是，许多主流汽车制造商仅在其可控范围内的某个部位使用此系统。依据所使用的电子系统不同，其间也存在细微的差别，例如某些高品质声音主要来自发动机舱。基于模块化方法，通过输入发动机转速和节气门响应，能够合成一个标准声音信号。

在多种情形下，将软件布置于现存的车载播放器或扩音器内部，同时使用标准扬声器产生音效。这意味着就重量和成本而言，通常增加一个音效增强系统产生的弊端最小。然而，扬声器的数量和位置的布置细节会影响到该系统的声音真实性。哈曼Halosonic提到，必须考虑到这些技术应用模型的多样性，不希望出现新的立体声。

另外需要考虑的是如何避免声音的局部化。如果扬声器布置于驾驶室，则有着不少解决方法，而其它选择则是在外部产生声音。许多汽车制造商通过附着于前隔离壁上的扬声器获得声音，而其它方案则是在排气管内或四周布置扬声器。

3 仿真的声音

自从20世界90年代早期开始，已经对发动机声音进行仿真处理，以及使用越来越精确的进气和排气预测。采用经验数据或者仿真模型，通过扬声器声音增强系统的影响，可对流入驾驶室内的声音传播途径进行模拟。

采用虚拟仿真，其主要目的在于压缩开发时间节点。仿真可为开发者提供一个非常明确的概况，而不是由噪声-振动-平顺性（NVH）工程师经过测试后得出。这种革新的下一步是车内声音仿真。目前一些公司提供设备，允许工程师在一个测试台上使用扬声器来调节模型声音。这意味着可通过触摸键调整参数，并可在自主设计和竞品车型之间进行实时对比。当电子声音增强系统的使用持续增强时，此类技术将得以持续使用。

4 听不见的旋律

通过立体声及确定的频率，应用发动机阶次噪声抵消（EONC）技术就可抑制一些声音。只要了解点火阶次，就有可能抵消由发动机诱发的任何种类的振动噪声，例如，在发动机排气侧减轻低频响声。

数字模型的优势是无需对汽车结构进行任何物理更改。相反，传统的NVH技术可能会导致底盘工程师和动力总成工程师之间的矛盾。但数字模型能更好地调节原声的传播路径，基于日新月异的软件功能，在原声调节后仍可以使系统短暂运行。虽然抵消部分噪声并不存在挑战性。但在300 Hz以上的频域，相反声浪的叠加，会使传统扬声器的位置过于局部化而使声音失真。当零部件老化时，需要使用能够自检的麦克风去调整汽车音色的变化。但是，更改发动机音色，对当今动力总成工程师而言可能会更有趣味性。

基于整车轻量化的影响，一种可能的方法是移除如平衡轴的一些特征，但是移除之前需要采用其它方式解决噪声和振动。增加燃油压力后采用类似的措施可以缓和发动机强烈的振动。较难抵消的高频振动，能够以数字形式记录，并吸引动力总成工程师去探索发动机的燃烧过程。NVH工程师的工作并不容易，但是没有哪个技术难关是不可逾越的，因为声音自始至终是区别不同车型的关键特征。