制造了公路噪音？

科学家们知道是道路和轮胎的不同特性导致了轮胎-道路噪音。然而，创造一个安静的驾驶环境仍然是一项艰巨的任务。

俗话说，感知就是现实。在某种程度上，你开车时听到的声音可以用来定义道路的质量。当然，道路必须是平坦和安全的，但是道路越安静，体验越快乐——对你和那些在路边生活和工作的人来说都是如此。然而，是什么让一些道路变得安静，而另一些道路却震耳欲聋，以至于你不得不打开收音机的音量？答案不像你想的那么简单。事实上，路面不是唯一的因素，轮胎也很重要。

噪声测量

人们经常错误地认为车辆的噪音主要是发动机噪音和汽车和卡车发出的“风”声。事实上，在大多数情况下，噪音主要来自橡胶轮胎和路面的接触——我们称之为轮胎-路面噪音。许多国家颁布了法律来限制汽车产生的噪音总量和轮胎产生的噪音。然而，国际*机构最近才开始关注道路的影响。虽然这可以说是机构惯性的责任，但真正的障碍是缺乏相关、准确和可重复的方法来测量轮胎-道路噪声。

20世纪80年代，通用汽车公司开发的技术克服了这一技术限制，随后在加州运输部的支持下得到改进，并由国家公路和运输协会标准办公室标准化。尽管这一标准在不断变化，但今天最常见的OBSI版本(车辆声强测试)大多使用两套检测器，每套都由两个麦克风组成，如图1所示。每个探测器都位于距离行驶轮胎仅几英寸的地方，可以测量声音强度(声音强度)，即压力和声速的乘积(少量空气相对于总空气的流速)。因为声强是一个矢量，所以声强测量提供了从非矢量压力值中无法获得的有用信息。OBSI技术使用两个探测器，因为来自轮胎与路面接触前部的声音通常不同于来自后部的声音。

OBSI方法已经测量了数千种轮胎-路面组合。为了简化数据分析，路面工程师使用标准参考测试轮胎(SRTT)来比较不同的路面。SRTT的标准由美国材料试验学会规定。尽管出于某些原因，SRTT并不完美，但它有一个显著的优势:它可以在不久的将来被购买。相比之下，在市场压力下，大多数商用轮胎最终会停止生产。

噪声源

发展轮胎道路噪声测量技术的艰巨任务已经解决，但声音产生的本质仍然是一个谜。对于轮胎和道路，有三个主要特征控制声音的产生:纹理、孔隙度和硬度(见图2)。困难在于这些特征和由它们的变化引起的声音变化之间的特定关系。

最重要的特征是纹理。开车时，你会遇到颠簸和嘈杂的道路。这些糟糕的全方位体验是由具有特定振幅的纹理造成的。纹理的波长决定了旅程是颠簸还是嘈杂。长波长和低频纹理产生湍流，而短波长和高频纹理产生噪声。

与车内听到的噪音相比，车外听到的噪音是由不同的纹理波长引起的。高速时的噪声是由特定振幅和波长约为10-50毫米的纹理引起的，并且容易在车辆周围辐射。波长为20-200毫米的纹理主要引起车内噪音。在这两种情况下，噪音产生的机制称为冲击。当轮胎在路面上行驶时，路面和轮胎花纹的运动将导致轮胎振动。反过来，这些振动从轮胎胎面的底部和侧面辐射声能。撞击机制在一些越野车和中型商用车中发现的“Nobi”轮胎特有的轰鸣声中最为明显。

建造一条完全平坦的道路是建造一条理想道路的答案吗？不幸的是，事实并非如此。事实上，出于许多原因，这是个坏主意。一方面，道路不够安全；没有纹理，摩擦力将非常低，制动距离将受到威胁。即使就噪音而言，一条完全平坦的道路也不那么安静。原因是轮胎-路面相互作用的机制。纹理能够降低轮胎噪声的事实表明，纹理和噪声之间的关系非常复杂。

另一个很难找到安静道路的主要原因是被称为空气动力学机制的纹理噪声机制。这些机构数量众多且复杂，其性能取决于轮胎和路面之间的相互作用。当轮胎与路面接触时，在轮胎外带束层和路面凹槽和空腔之间形成所谓的几何间隙。这些几何空隙具有固有的共振频率，并且容易被轮胎本身的变形和振动所激发。当轮胎继续滚动时，空隙中的空气会迅速排出，这也会产生噪音。

除了冲击和空气动力机制，还有许多其他的噪音来源。各种振动都会产生声音，包括轮胎橡胶和纹理之间的摩擦。在平坦的停车场转弯时会听到典型的尖锐声音，这表明摩擦机制有时会主导所有的轮胎路面噪音。

有用的洞

纹理是轮胎-道路噪音的主要制造者，但是孔隙度也有影响。使用多孔材料来降低环境噪音的例子很可能就在你的脑海中！在路面上，调整缝隙的几何形状和多孔表面的厚度可以降低产生大部分能量的声音频率。路面的吸声不仅降低了轮胎-路面界面的噪声，而且在传输过程中提供了良好的声音衰减。多孔路面的另一个优点是，它可以为排水或空气溢流提供通道，从而降低噪音，否则水或空气将从滚动轮胎和路面之间的间隙中溢出。

轮胎硬度是影响道路整体噪音水平的另一个重要因素。在其他条件相同的情况下，软轮胎会让驾驶更安静。换句话说，噪音是轮胎的一个特征，必须进行优化。其他需要优化的特性包括耐用性、燃油经济性和操控性。路面也需要优化，其硬度取决于不同的建筑材料。一般来说，混凝土的硬度比沥青大，但两种材料都比轮胎硬得多，这不利于降低噪音:只有当路面硬度接近轮胎硬度时，噪音衰减才更明显。然而，在这种情况下，路面的耐久性将会降低。然而，一种由环氧橡胶颗粒组成的新型材料——多孔弹性路面正在被评估。这种材料的声学性能相当好，部分原因是它们的硬度相对较低。

像PERS这样的概念说明了工程师如何找到新的安静的道路。同样，轮胎公司正在寻找新颖安静的轮胎设计，以吸引消费者，尤其是汽车公司，它们是目前最大的轮胎买家。道路和轮胎设计师面临着同样的挑战:确保产品不仅安静，而且安全、耐用、价格合理。

罗布·拉斯穆森·(robotto@thetranstecgroup.com)是特兰斯特克集团的副总裁兼总工程师

保罗·多诺万·(pdonavan@illingworthrodkin.com)是伊林沃思和罗金公司的副总裁兼总工程师