海拔高度對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)?yán)妊b車(chē)性能的影響研究

摘要：機(jī)動(dòng)車(chē)?yán)鹊难b車(chē)性能是汽車(chē)強(qiáng)制認(rèn)證中的重要內(nèi)容。根據(jù)依據(jù)GB15742—2019《機(jī)動(dòng)車(chē)用喇叭的性能要求及試驗(yàn)方法》規(guī)定的試驗(yàn)方法，選取了不同的海拔高度作為變量，進(jìn)行了機(jī)動(dòng)車(chē)裝車(chē)?yán)嚷晧杭?jí)測(cè)試。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，擬合相關(guān)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)，確定機(jī)動(dòng)車(chē)?yán)嚷暭?jí)與海拔高度變化之間的相關(guān)關(guān)系，揭示了機(jī)動(dòng)車(chē)?yán)嚷晧杭?jí)隨海拔高度變化的規(guī)律，即海拔每下降100m，喇叭聲壓級(jí)降低0.16db。研究結(jié)論也進(jìn)一步豐富了機(jī)動(dòng)車(chē)?yán)葯z測(cè)的內(nèi)容，為相關(guān)檢測(cè)和標(biāo)準(zhǔn)修訂工作提供了新的視角和補(bǔ)充。

關(guān)鍵詞：機(jī)動(dòng)車(chē)?yán)?；聲壓?jí)；海拔高度

中圖分類(lèi)號(hào)：U461收稿日期：2024-11-11

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.01.029

1前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各種道路交通工具變得越來(lái)越普及，道路上汽車(chē)產(chǎn)生的噪聲對(duì)城市居民的生活產(chǎn)生了較大影響?？萍嫉牟粩噙M(jìn)步，致使汽車(chē)的功能不斷優(yōu)化升級(jí)，汽車(chē)功率越來(lái)越大，故產(chǎn)生的噪聲也日益增加，大致占整體交通噪聲的80%[1]。

機(jī)動(dòng)車(chē)?yán)仍肼曌鳛槠?chē)的主要噪聲源，對(duì)環(huán)境噪聲污染產(chǎn)生了一定的影響。機(jī)動(dòng)車(chē)檢測(cè)中，喇叭聲級(jí)作為汽車(chē)性能的重要檢測(cè)指標(biāo)，保證喇叭聲級(jí)維持在一定的范圍內(nèi)，能夠在源頭上降低和減小汽車(chē)對(duì)環(huán)境造成的噪聲污染，這促使汽車(chē)制造廠(chǎng)商在設(shè)計(jì)制造汽車(chē)時(shí)，需要密切關(guān)注相關(guān)的制造技術(shù)。

國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB15742—2019《機(jī)動(dòng)車(chē)用喇叭性能的性能要求及試驗(yàn)方法》對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)?yán)嚷暭?jí)檢測(cè)提出了明確的規(guī)定，并給出了相關(guān)的性能檢測(cè)方法及對(duì)應(yīng)的噪聲限值要求。但是，由于地形的不同和海拔高度的差異，對(duì)于機(jī)動(dòng)車(chē)在不同的海拔高度下的喇叭聲級(jí)變化及具體數(shù)值，并沒(méi)有開(kāi)展相關(guān)的研究。

在該檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)下，測(cè)量機(jī)動(dòng)車(chē)在不同海拔高度下的喇叭聲級(jí)數(shù)值，可為汽車(chē)設(shè)計(jì)制造提供一定的參考，同時(shí)為汽車(chē)檢測(cè)行業(yè)海拔變化下的汽車(chē)?yán)嚷暭?jí)檢測(cè)做出一定的補(bǔ)充。

2喇叭聲級(jí)檢測(cè)

2.1汽車(chē)?yán)?/p>

汽車(chē)?yán)确譃殡娎扰c氣喇叭兩種形式。氣喇叭主要是利用壓縮空氣的氣流讓金屬膜片不斷產(chǎn)生振動(dòng)，傳遞聲波，其外形多為長(zhǎng)喇叭形，聲音相對(duì)較大且聲調(diào)較高，傳播距離較遠(yuǎn)，大多用在大中型汽車(chē)上，一般禁用于城市內(nèi)。電喇叭主要是通過(guò)對(duì)電磁線(xiàn)圈進(jìn)行不斷的通電與斷電，金屬膜片因不斷振動(dòng)而產(chǎn)生音響，聲音悅耳，其外形多為螺旋形與盆型，應(yīng)用于各種汽車(chē)上[2]。

2.2聲級(jí)檢測(cè)儀器

在汽車(chē)?yán)鹊南嚓P(guān)聲級(jí)檢測(cè)中，主要是使用聲級(jí)計(jì)來(lái)開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)的。在試驗(yàn)研究中，喇叭裝車(chē)性能聲級(jí)計(jì)的測(cè)試采用的是丹麥Bamp;K公司生產(chǎn)的數(shù)字型聲級(jí)計(jì)，該聲級(jí)計(jì)（不確定度）F和S計(jì)權(quán)為±0.3dB。同時(shí)，采用丹麥Bamp;K公司生產(chǎn)的聲級(jí)計(jì)校準(zhǔn)器對(duì)聲級(jí)計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，保證測(cè)量?jī)x器的可靠性，提高測(cè)量精度及數(shù)據(jù)的有效性。

2.3聲級(jí)計(jì)工作原理

聲級(jí)計(jì)[3]是噪聲測(cè)量中最基本的使用儀器，由傳聲器、前置放大器、衰減器、放大器、頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)以及指示表頭等部件組成。

聲級(jí)計(jì)的工作原理為：由傳聲器將聲音轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由放大器變換阻抗，使傳聲器與衰減器相匹配。放大器將輸出信號(hào)加到計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻率計(jì)權(quán)（或外接濾波器）處理，然后再經(jīng)衰減器及放大器將信號(hào)放大到一定幅值，傳到有效值檢波器（或外按電平記錄儀），在指示表頭上顯示出噪聲聲級(jí)的具體數(shù)值。

計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)為了模擬人耳聽(tīng)覺(jué)在不同頻率下的不同靈敏性，在聲級(jí)計(jì)內(nèi)設(shè)有一種能夠模擬人耳的聽(tīng)覺(jué)特性，將電信號(hào)修正為與聽(tīng)感近似值的網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。計(jì)權(quán)（又叫加權(quán)）參數(shù)是對(duì)頻響曲線(xiàn)進(jìn)行了一些加權(quán)處理后測(cè)得的參數(shù)，以區(qū)別于平直頻響狀態(tài)下的不計(jì)權(quán)參數(shù)。根據(jù)所使用的計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)不同，分別稱(chēng)為A聲級(jí)、B聲級(jí)和C聲級(jí)，單位記作dB（A）、dB（B）和dB（C）[4]。

對(duì)于目前的噪聲測(cè)量設(shè)備，聲級(jí)計(jì)的表頭響應(yīng)按照靈敏度分為四種：“慢”“快”“脈沖或脈沖保持”“峰值保持”。

2.4聲級(jí)檢測(cè)試驗(yàn)方法

喇叭裝車(chē)性能聲壓級(jí)檢測(cè)依據(jù)GB15742—2019《機(jī)動(dòng)車(chē)用喇叭性能的性能要求及試驗(yàn)方法》中第4.2條款的要求，在試驗(yàn)時(shí)，將車(chē)輛停在平坦的空地上，同時(shí)將聲級(jí)計(jì)放置于被檢車(chē)輛正前方7m處，在離地高度為0.5～1.5m范圍內(nèi)測(cè)得最大的聲壓級(jí)為測(cè)試值。

3研究思路

結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，選取不同的海拔高度，對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)?yán)嚷暭?jí)進(jìn)行檢測(cè)，得到不同海拔下的聲級(jí)計(jì)數(shù)值。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值擬合，得出機(jī)動(dòng)車(chē)?yán)嚷暭?jí)變化與海拔高度變化之間的關(guān)系，為后續(xù)機(jī)動(dòng)車(chē)的喇叭性能研究提供相關(guān)的思路，同時(shí)為噪聲檢測(cè)提供一定的支持。試驗(yàn)研究思路如圖1所示。

4機(jī)動(dòng)車(chē)用喇叭性能測(cè)試

4.1試驗(yàn)進(jìn)行

選取平整的路面測(cè)量相關(guān)參數(shù)，包括氣壓、溫度、濕度、風(fēng)速等，在符合GB15742—2019《機(jī)動(dòng)車(chē)用喇叭性能的性能要求及試驗(yàn)方法》規(guī)定的情況下開(kāi)展汽車(chē)?yán)嚷暭?jí)試驗(yàn)。

4.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)

如圖2所示，根據(jù)測(cè)試需求，在不同的海拔高度下對(duì)汽車(chē)?yán)嚷暭?jí)進(jìn)行檢測(cè)，主要從距離汽車(chē)7m，離地高分別為50cm、100cm、150cm以及喇叭最大聲壓級(jí)時(shí)對(duì)應(yīng)離地高度89cm開(kāi)展試驗(yàn)，并記錄喇叭聲壓級(jí)值見(jiàn)表1。

4.3試驗(yàn)結(jié)果擬合

根據(jù)表1得出的相關(guān)數(shù)據(jù)，采用MATLAB軟件對(duì)數(shù)值進(jìn)行曲線(xiàn)擬合，得出喇叭聲級(jí)變化與海拔高度變化的關(guān)系，根據(jù)采取的數(shù)據(jù)點(diǎn)，選取線(xiàn)性擬合、高斯擬合、傅立葉函數(shù)三種擬合方式。

線(xiàn)性擬合公式為：

f（x）=aexp（bx）

f（x）=86.29exp（-0.02013x）

高斯函數(shù)擬合公式為：

f（x）=a1exp（-（（x-b1）/c1）2）

f（x）=89.72exp（-（（x+2079）/（1.999×104））2）

傅立葉函數(shù)擬合公式為：

f（x）=a0+a1cos（xw）+b1sin（xw）

f（x）=86.28+-0.4553cos（0.001839x）+

2.644sin（0.001839x）

根據(jù)對(duì)測(cè)量高度分別為50cm、100cm、150cm、喇叭最大聲壓級(jí)時(shí)對(duì)應(yīng)離地高度89cm下進(jìn)行的數(shù)據(jù)測(cè)量，利用線(xiàn)性函數(shù)擬合、高斯函數(shù)擬合、傅里葉函數(shù)擬合，得出對(duì)應(yīng)的線(xiàn)性方程、高斯方程以及傅里葉公式，在對(duì)應(yīng)的海拔高度下，可以根據(jù)對(duì)應(yīng)的公式，計(jì)算出該海拔高度下的聲壓級(jí)值，得到曲線(xiàn)圖像如圖3所示。

4.4試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)曲線(xiàn)進(jìn)行分析，四個(gè)點(diǎn)在不同海拔測(cè)試下的喇叭聲壓級(jí)變化趨勢(shì)基本一致，均隨海拔高度增加而降低，海拔每下降100m，喇叭聲壓級(jí)降低0.16dB。

聲源發(fā)出聲音，其聲波以一定的速度向四周傳播，傳播的速度與介質(zhì)的性質(zhì)有較為密切的關(guān)系。聲波能在所有物質(zhì)（除真空外）中進(jìn)行傳播，故在真空中聽(tīng)不到聲音，因此，聲波傳播的介質(zhì)決定聲音傳播速度的快慢。傳播過(guò)程中，由于受到聲波影響，介質(zhì)分子在原來(lái)所處的平衡位置附近依次振動(dòng)，如果某個(gè)介質(zhì)分子偏離所處平衡位置，其附近的其他分子會(huì)使其恢復(fù)原來(lái)的平衡狀態(tài)。

對(duì)于介質(zhì)分子，均具有反抗偏離平衡位置的能力。固體、空氣和液體均為聲音傳播的介質(zhì)，不同形態(tài)的介質(zhì)分子，反抗能力不同。介質(zhì)反抗能力越強(qiáng)，振動(dòng)傳播的能力也越強(qiáng)，損失的能量越少，因此，聲音傳播的速度就更快。同時(shí)，聲波速度的傳播也由介質(zhì)中的某些物理性質(zhì)來(lái)決定，主要為該介質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)。例如，介質(zhì)的密度和彈性性質(zhì)對(duì)聲音的傳播速度產(chǎn)生較大影響，故隨著介質(zhì)的溫度、壓強(qiáng)等狀態(tài)參量發(fā)生變化，傳播速度也發(fā)生改變。

由于海拔高度的不同，導(dǎo)致傳播的介質(zhì)的密度、溫度與壓強(qiáng)等均不一樣。隨著海拔高度的增加，空氣密度越來(lái)越小，溫度不斷降低，介質(zhì)分子受到振動(dòng)后恢復(fù)原狀態(tài)的能力降低，能量損失減少，故聲波的傳播速度降低，測(cè)得的汽車(chē)?yán)嚷暭?jí)數(shù)值降低。

5結(jié)語(yǔ)

在本文的研究中，基于GB15742—2019《機(jī)動(dòng)車(chē)用喇叭的性能要求及試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，深入探討了機(jī)動(dòng)車(chē)?yán)妊b車(chē)性能的一個(gè)特定維度——即其聲壓級(jí)與海拔高度之間的關(guān)系。通過(guò)系統(tǒng)的測(cè)試與數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步精確量化了海拔變化對(duì)喇叭聲壓級(jí)的具體影響：海拔每下降100m，喇叭聲壓級(jí)大約降低0.16dB。這一結(jié)論不僅具有理論價(jià)值，更為實(shí)際應(yīng)用提供了有力的科學(xué)依據(jù)，尤其是在考慮不同地理環(huán)境下機(jī)動(dòng)車(chē)?yán)鹊男阅茉u(píng)估與調(diào)整時(shí)顯得尤為重要。

本研究成果不僅是對(duì)現(xiàn)有機(jī)動(dòng)車(chē)?yán)葯z測(cè)體系的一次有益補(bǔ)充，更是對(duì)未來(lái)標(biāo)準(zhǔn)修訂和技術(shù)創(chuàng)新的一次積極探索。它強(qiáng)調(diào)了在進(jìn)行機(jī)動(dòng)車(chē)?yán)刃阅荛_(kāi)發(fā)和測(cè)試過(guò)程中，應(yīng)充分考慮環(huán)境因素的復(fù)雜作用，尤其是海拔高度這一自然條件對(duì)喇叭實(shí)際表現(xiàn)的影響。這對(duì)于提升機(jī)動(dòng)車(chē)整體安全性、確保喇叭在不同使用場(chǎng)景下的有效性具有積極的推動(dòng)作用。

總之，本研究通過(guò)揭示機(jī)動(dòng)車(chē)?yán)嚷晧杭?jí)與海拔高度之間的變化規(guī)律，不僅為當(dāng)前的行業(yè)實(shí)踐提供了科學(xué)指導(dǎo)，也為未來(lái)的研究指明了方向。這一研究成果能夠?yàn)闃?gòu)建更加安全、智能、環(huán)保的交通環(huán)境貢獻(xiàn)力量，同時(shí)也為機(jī)動(dòng)車(chē)?yán)鹊男阅茉u(píng)估與標(biāo)準(zhǔn)制定提供新的思路和參考。

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作者簡(jiǎn)介：

張海林，男，1992年生，工程師，研究方向?yàn)槠?chē)法規(guī)認(rèn)證。