當你開車時，坐在車內的你所聽到的聲音將在一定程度上決定車輛所行駛過的道路質量。當然，你必須有一條平坦且安全的道路，但是道路越安靜，對你和那些生活與工作在同一條道路上的人來說，就越有樂趣。但是，是什么讓一些道路安靜，而另一些道路又吵得你必須把車內收音機音量調大呢？答案并不像你想象的那么簡單。其實，道路并不是唯一的因素，輪胎也很重要。

路噪的來源

道路噪聲（簡稱路噪）產生的本質在一定程度上并未完全弄明白。對于輪胎和路面來說，三個主要特征決定著路噪的產生：紋理、孔隙度和剛度(見圖1)。復雜之處在于這些特征與變化時產生的聲音之間的具體關系。



圖1 輪胎和路面對路噪的產生都有貢獻。沒有胎面花紋的輪胎會很安靜。那些幾何形狀簡單的輪胎產生的聲音會稍微大一些，但那些胎面花紋大而塊狀的輪胎產生的聲音是最大的。最安靜的道路包括那些具有優(yōu)良紋理和顯著孔隙度的路面。那些沒有孔隙但紋理優(yōu)良的路面產生的聲音可能會更大一些。路面有較大或磨損的紋理是最嘈雜的。這三張路面照片顯示的樣本都只有幾厘米寬。

最顯著的特征是道路紋理。開車的時候，你可能會遇到既粗糙又嘈雜的道路。具有顯著大小紋理的道路是糟糕駕駛體驗的主要原因。但造成顛簸或噪聲的紋理波長是不同的。長波長、低頻的紋理會造成顛簸。噪聲主要是由短波、高頻紋理引起的。

At highway speeds, texture with significant amplitudes and wavelengths of about 10–50 mm is largely to blame for noise that is readily radiated away from the vehicle; texture with wavelengths of 20–200 mm is responsible for in-vehicle noise. In both cases, the dominant noise-producing mechanism is termed impact.

與車內噪聲相比，車外噪聲在很大程度上受不同紋理波長的控制。在高速公路上，具有顯著幅值和波長約為10~50mm的紋理是噪聲很容易從車輛輻射出去的主要原因；波長為20~200mm的紋理導致車內噪聲。在這兩種情況下，主要的噪聲產生機理稱為碰撞。當輪胎在路面上滾動時，路面的位移或輪胎胎面花紋會在輪胎結構中產生振動。這些振動，反過來，導致從輪胎胎面元件和側壁輻射聲學能量。在一些越野或重型商用車中，發(fā)現(xiàn)碰撞機理是多節(jié)輪胎產生轟鳴聲最明顯的原因。

那么，造一條完美道路的關鍵是要造一條完全平坦的道路嗎？不幸的是，事實并非如此。實際上，建造平坦的道路不是個好主意，原因有很多。一方面，道路不安全；如果道路沒有紋理，摩擦力會很低，制動距離會受到影響。即使在噪聲方面，工程師們也知道平坦的道路并不安靜。其原因在于輪胎與路面的相互作用機理。認識到紋理降低輪胎路面噪聲說明了紋理與路噪之間關系的復雜性。

尋求一個更安靜的路面往往會被另一類稱為空氣動力的紋理噪聲機理復雜化。這些機理既多又復雜，它們的表現(xiàn)取決于輪胎和路面的特殊相互作用。當輪胎和路面接觸時，在胎面塊和路面表面的凹槽與空腔中都會形成所謂的幾何空洞。這些幾何形狀具有固有的共振特性，很容易被輪胎本身的變形和振動所激發(fā)。當輪胎滾動時，滯留在空洞中的空氣會迅速排出，從而產生噪聲。

除了碰撞和空氣動力機理外，還存在許多其他噪聲源。各種振動源都會產生聲音，包括那些與輪胎橡膠和最細紋理之間的摩擦有關的噪聲。當你在平滑的停車場轉彎時，你會聽到典型的尖叫聲，這說明了摩擦機理有時是如何控制輪胎路面噪聲的。

道路上的孔洞

到目前為止，紋理是造成輪胎路面噪聲最重要的因素，但孔隙度也有影響。使用高滲透性材料來減少噪聲的例子到處都有，很可能就在你附近！在路面中，孔隙空間的幾何形狀和多孔表面層的厚度可以調諧到在產生大部分能量的聲波頻率處衰減。路面的聲學吸收不僅降低了輪胎-路面界面處的噪聲，而且還衰減了噪聲的傳播。多孔路面的另一個好處是，它為空氣提供了排放溝或逃生通道，否則空氣會從滾動的輪胎和胎面之間的孔洞中噴出。這樣可以減少路噪。

輪胎剛度是影響路噪整體水平的另一個重要因素。在其他條件相同的情況下，更軟的輪胎會讓駕駛更加安靜。也就是說，噪聲只是輪胎必須優(yōu)化的一個支柱；其他包括耐久性能、燃油經濟性和操控性等。道路也有不同的剛性，這取決于它們是如何建造的?；炷镣ǔ１葹r青硬，但這兩種材料都比輪胎硬得多。在這兩種情況下，材料的剛度都無助于降低噪聲：只有當路面剛度達到輪胎的剛度時，路面剛度才對降低噪聲有顯著作用。然而，在這種情況下，路面的耐久性將受到損失。盡管如此，被稱為多孔彈性路面(PERS)的創(chuàng)新型道路，由環(huán)氧結合橡膠顆粒建造，目前正在評估中。他們的聲學性能看起來相當好，部分原因是他們具有非常低的剛度。

PERS等概念說明了工程師們是如何尋求創(chuàng)新的、更安靜的道路的。輪胎公司也在尋找新穎、安靜的輪胎設計，以吸引消費者，尤其是汽車公司，而汽車公司是輪胎的最大買家。路面和輪胎設計者面臨的挑戰(zhàn)是確保產品不僅安靜，而且安全、耐用、價格實惠。

測量路噪

一個常見的誤解是，車輛噪聲很大程度上是由發(fā)動機噪聲，甚至是路過的汽車和卡車的風噪聲造成的。在大多數(shù)情況下，輪胎-路面噪聲的主要來源實際上是在橡膠與道路的交匯處。許多國家都有法規(guī)限制車輛的整體噪聲，特別是輪胎的噪聲。然而，直到數(shù)年前，國際政府機構才開始考慮道路的影響。制約這個方面發(fā)展的一個障礙是缺乏一種準確的、可重現(xiàn)的方法來測量輪胎-路面噪聲。

這種技術上的限制已經被諸如車載聲強（OBSI）等技術的采用所克服。車載聲強是通用汽車公司在20世紀80年代開發(fā)的一種方法，在加利福尼亞運輸部門的贊助下得到改進，并由美國國家公路和運輸協(xié)會標準化。盡管標準在不斷發(fā)展，現(xiàn)在OBSI最常見的變體使用兩個探頭，每個探頭由兩個麥克風組成，如圖2所示，具體位置見圖3。每個探頭的位置距離滾動的輪胎只有幾英寸，能夠測量聲強，也就是壓力和聲速的乘積，聲速是一小部分空氣相對于整個空氣的速度。因為聲強是矢量，所以聲強測量提供了不能從標量聲壓得到的有用信息。OBSI技術使用兩個測量探頭，因為從輪胎-路面接觸面前部發(fā)出的聲音通常與從接觸面后部發(fā)出的聲音不同。



圖2 車載聲強是一種用于評估由于輪胎和路面相互作用而產生的噪聲強度的標準方法。測試通常以每小時60英里的速度進行。OBSI的兩個探頭每一個都有一對被帶有風球的麥克風。這兩個探頭可以讓工程師測量輪胎與路面接觸面前后的噪聲。


圖3 OBSI法探頭具體布置

采用OBSI方法對數(shù)千種輪胎-路面組合進行了評價。為了簡化數(shù)據(jù)的解釋，路面工程師采用了一種標準的參考試驗輪胎（SRTT），使不同的路面更容易進行比較。SRTT是由ASTM國際標準化的。盡管由于種種原因SRTT并不理想，但它有一個顯著的優(yōu)勢，即在可預見的將來可以購買到。

美國的AASHTO出的用OBSI方法測試輪胎噪聲的標準如下所示。



我國有標準GB/T 22036 輪胎慣性滑行通過噪聲測試方法 用于評價輪胎噪聲，該標準對應的ISO 標準為 ISO 13325。

除了OBSI方法之外，還有Statistical isolated pass-by method (SIP)和
Continuous-flow traffic time-integrated method(CTIM)方法。

主要來源：https://physicstoday.scitation.org/doi/full/10.1063/1.3273080