1聲音特征
目前,新技術的結合以及日趨嚴格的噪音和排放法規促成了噪聲和振動工程師工作重心的轉變。高速自然吸氣發動機曾是主流,而小型化增壓發動機如今已隨處可見。多方面的信息促使汽車制造商集中精力開展技術改良,如渦輪增壓器能夠減緩12-15 dB的外部噪聲。但即使如此,對工程師而言,開發高性能汽車可謂一項巨大的挑戰。
Bruel & Kjaer 聲學與振動測量公司聲稱,裝配一臺渦輪增壓器能夠徹底改變進氣側和排氣側的和音效果。一臺自然吸氣發動機的進氣噪聲是用來設計真實運動聲浪的重要聲源。一臺4缸4沖程的發動機輻射出的噪聲,可包括二階次噪聲、四階次噪聲和半階次噪聲。當增加了一臺渦輪增壓器時,這些噪聲明顯減小了一個階次,并且會隨之產生大量的流動噪聲,甚至會導致增壓器的嘯叫現象。
汽車行業對換氣噪聲的抑制技術已經非常成熟,但是對增壓發動機產生的運動聲浪進行改善,仍是一項重大挑戰。因此通常會向小型化、減少氣缸數以及降低發動機轉速的趨勢發展,上述措施對聲音都會產生一定的影響。4缸發動機作為多年的標桿機型,通過噪聲抑制技術使其工作過程顯得平穩優雅并不困難。但要在2缸和3缸發動機上實現這一點,則有一定的難度。如果需要在混動車輛或者增程式發動機上應用該技術,其需要在內燃機和電動機之間進行過渡。同時再應用停缸技術和滑行模式,可使動力總成的聲音特征能顯著地從一種狀態切換到另一種狀態。
2安靜的聲浪
對于高性能汽車而言,問題在于聲浪水平的減弱。在歐盟,逐步采用的新法規在未來的8年內將最大程度地使乘用車的噪聲級別限制在68 dB和72 dB之間。
到目前為止,里卡多的新目標是致力于調控排氣聲浪,從而有效改善車內感受。盡管可能從未達到外部聲音環境,但經典的聲浪運動在進氣系統的高壓端仍然存在。從渦輪增壓器與進氣道之間捕獲聲浪,在駕駛室內就會存在有許多傳統的聲浪特性。由于渦輪增壓器的大量使用,汽車行業已經采用了復雜的排氣管和配氣系統。在21世紀的前10年里廣泛使用此類方式,但發展至今也變得愈發復雜、昂貴。
后來,許多車型已經轉而采用電子聲浪系統,使用汽車揚聲器從而增強自然聲浪。此類電子系統有效提升了性價比,而且可從排氣管和配氣機構中選擇其一進行調節,但是其耐久性是關鍵所在。如果將該系統的聲音調至過高,很有可能會使人造聲從整車背景噪聲中凸顯出來。
增強的聲音來源也非常重要。里卡多支持在發動機上使用傳感器以收集真實聲音,并將其通過揚聲器播放出來。如果被過濾或者調整了,它仍然是真實的聲音,并非合成音,也無需更改排氣歧管以產生特別的聲浪傳導。一些汽車的聲音特征是基于揚聲器的聲音增強系統而得到,并可提供立體聲以改變汽車音色。部分制造商一直堅定地使用該系統。但事實是,許多主流汽車制造商僅在其可控范圍內的某個部位使用此系統。依據所使用的電子系統不同,其間也存在細微的差別,例如某些高品質聲音主要來自發動機艙。基于模塊化方法,通過輸入發動機轉速和節氣門響應,能夠合成一個標準聲音信號。
在多種情形下,將軟件布置于現存的車載播放器或擴音器內部,同時使用標準揚聲器產生音效。這意味著就重量和成本而言,通常增加一個音效增強系統產生的弊端最小。然而,揚聲器的數量和位置的布置細節會影響到該系統的聲音真實性。哈曼Halosonic提到,必須考慮到這些技術應用模型的多樣性,不希望出現新的立體聲。
另外需要考慮的是如何避免聲音的局部化。如果揚聲器布置于駕駛室,則有著不少解決方法,而其它選擇則是在外部產生聲音。許多汽車制造商通過附著于前隔離壁上的揚聲器獲得聲音,而其它方案則是在排氣管內或四周布置揚聲器。
3仿真的聲音
自從20世界90年代早期開始,已經對發動機聲音進行仿真處理,以及使用越來越精確的進氣和排氣預測。采用經驗數據或者仿真模型,通過揚聲器聲音增強系統的影響,可對流入駕駛室內的聲音傳播途徑進行模擬。
采用虛擬仿真,其主要目的在于壓縮開發時間節點。仿真可為開發者提供一個非常明確的概況,而不是由噪聲-振動-平順性(NVH)工程師經過測試后得出。這種革新的下一步是車內聲音仿真。目前一些公司提供設備,允許工程師在一個測試臺上使用揚聲器來調節模型聲音。這意味著可通過觸摸鍵調整參數,并可在自主設計和競品車型之間進行實時對比。當電子聲音增強系統的使用持續增強時,此類技術將得以持續使用。
4聽不見的旋律
通過立體聲及確定的頻率,應用發動機階次噪聲抵消(EONC)技術就可抑制一些聲音。只要了解點火階次,就有可能抵消由發動機誘發的任何種類的振動噪聲,例如,在發動機排氣側減輕低頻響聲。
數字模型的優勢是無需對汽車結構進行任何物理更改。相反,傳統的NVH技術可能會導致底盤工程師和動力總成工程師之間的矛盾。但數字模型能更好地調節原聲的傳播路徑,基于日新月異的軟件功能,在原聲調節后仍可以使系統短暫運行。雖然抵消部分噪聲并不存在挑戰性。但在300 Hz以上的頻域,相反聲浪的疊加,會使傳統揚聲器的位置過于局部化而使聲音失真。當零部件老化時,需要使用能夠自檢的麥克風去調整汽車音色的變化。但是,更改發動機音色,對當今動力總成工程師而言可能會更有趣味性。
基于整車輕量化的影響,一種可能的方法是移除如平衡軸的一些特征,但是移除之前需要采用其它方式解決噪聲和振動。增加燃油壓力后采用類似的措施可以緩和發動機強烈的振動。較難抵消的高頻振動,能夠以數字形式記錄,并吸引動力總成工程師去探索發動機的燃燒過程。NVH工程師的工作并不容易,但是沒有哪個技術難關是不可逾越的,因為聲音自始至終是區別不同車型的關鍵特征。
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