噪音是新車(chē)買(mǎi)主的主要抱怨之一。風(fēng)噪音對(duì)任何新車(chē)而言尤其不受歡迎。噪音有兩大來(lái)源：在打開(kāi)側(cè)窗或遮陽(yáng)篷頂，可能會(huì)出現(xiàn)低頻抖振，從而產(chǎn)生噪音：或者由于汽車(chē)高速運(yùn)行，從車(chē)身各個(gè)位置上產(chǎn)生出轟鳴聲。

如果來(lái)源是進(jìn)氣系統(tǒng)的剪流層，則可能會(huì)產(chǎn)生高強(qiáng)度鳴笛噪音。與此相同，氣候調(diào)節(jié)管道中的許多幾何形狀產(chǎn)生強(qiáng)烈紊流，則會(huì)造成寬頻帶噪音。這些問(wèn)題都對(duì)汽車(chē)的總體噪音水平產(chǎn)生影響。汽車(chē)買(mǎi)主十分厭惡這些噪音。

汽車(chē)制造商與供應(yīng)商的系統(tǒng)設(shè)計(jì)師全力以赴，力求解決這一難題風(fēng)洞與試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)一直保留下來(lái)，用于評(píng)價(jià)樣機(jī)與部件的噪音水平。隨著計(jì)算資源與運(yùn)算法則的最新發(fā)展，數(shù)碼工具成為早期處理刺耳噪音的可行方式。

有許多方法可以用于模擬抖振、轟鳴與寬頻帶噪音，每一種方法都要求不同程度的計(jì)算工作量。計(jì)算空氣聲學(xué)(CAA)也許是最為詳細(xì)的方法之一了。結(jié)合計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)與邊界單元法編碼(BEM)的詳細(xì)程度稍低。使用Ffowcs-wi11iams-Hawkings(FWH)模型模擬聲學(xué)也仍然不夠詳細(xì)。使用局部紊流度比例估計(jì)聲學(xué)也許最為簡(jiǎn)單。然而，每一種方法都有其局限性，準(zhǔn)確度也各不一樣。

空氣聲學(xué)是聲學(xué)的一個(gè)分支，與流體流動(dòng)產(chǎn)生聲音的條件相關(guān)。一個(gè)典型實(shí)例就是空穴噪音。通過(guò)空穴的氣流產(chǎn)生截然不同的聲音。在這種情況下，沒(méi)有活動(dòng)部件，流動(dòng)是產(chǎn)生聲音的唯一來(lái)源。在空穴口設(shè)立一個(gè)剪流層，按照導(dǎo)致壓力脈動(dòng)的特殊頻率進(jìn)行振動(dòng)，從而避免空穴口產(chǎn)生噪音。這些設(shè)施表明它們自己就是聲音。

任何空氣聲學(xué)問(wèn)題都具有四大主要部分：聲學(xué)介質(zhì)、流動(dòng)、聲音與接收器。在大多數(shù)問(wèn)題中，聲學(xué)介質(zhì)就是空氣，聲源是流動(dòng)結(jié)構(gòu)，在空氣中產(chǎn)生壓力脈動(dòng)。

來(lái)源可以是渦流、剪流層或湍流渦旋。聲音是通過(guò)聲學(xué)介質(zhì)的氣壓波，而接收器就是這些聲波的見(jiàn)證人，可以是擴(kuò)音器或人耳。模擬來(lái)源流動(dòng)結(jié)構(gòu)需要使用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)。

使用通用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)套裝軟件，有四種主要方法模擬聲音產(chǎn)生與傳輸。按照準(zhǔn)確度、適用范圍程度與計(jì)算工作量進(jìn)行降序排列，分別是：計(jì)算空氣聲學(xué)、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)與聲波方程式求解程序相結(jié)合、使用完整聲學(xué)模型、使用局部紊流度規(guī)模估計(jì)聲源強(qiáng)度。

計(jì)算空氣聲學(xué)是模擬空氣聲學(xué)最為全面的方法。通過(guò)在這些區(qū)域內(nèi)嚴(yán)格計(jì)算時(shí)間變化流動(dòng)結(jié)構(gòu)來(lái)計(jì)算壓力變化。它還通過(guò)解析流體中的氣壓波模擬聲音傳輸。它最終在接收器位置上記錄時(shí)間變化靜壓強(qiáng)。這就是接收器聽(tīng)到的聲音信號(hào)。這是對(duì)大量信息的計(jì)算，需要大量計(jì)算能力，因?yàn)槟M必須將各種各樣的物理現(xiàn)象結(jié)合起來(lái)。

為了準(zhǔn)確預(yù)測(cè)來(lái)源壓力脈動(dòng)，在來(lái)源區(qū)中適當(dāng)收集紊流十分有必要。同樣，必須結(jié)合流體可壓縮性，用于適當(dāng)模擬聲波傳輸。

Navier-stokes方程組可以計(jì)算出這些物理現(xiàn)象。因此，計(jì)算空氣聲學(xué)模擬包括獲得Navier-Stokes方程組在流體領(lǐng)域的一個(gè)完整瞬時(shí)解，該流體領(lǐng)域包括聲源、接收器與兩者之間的傳輸路徑。

雖然計(jì)算空氣聲學(xué)是模擬空氣聲學(xué)最為全面、最為精確的理論方法，但是它過(guò)于昂貴，并且需要很長(zhǎng)時(shí)間，因此對(duì)于大多數(shù)工程設(shè)計(jì)問(wèn)題而言并不可行。為了解決各種各樣的長(zhǎng)度與時(shí)間量程，計(jì)算空氣聲學(xué)模擬需要大量計(jì)算設(shè)備，更短的時(shí)間步驟，模擬相對(duì)更長(zhǎng)的時(shí)間周期。

計(jì)算空氣聲學(xué)模擬另外一大復(fù)雜因素是涉及到多種壓力情況。一般情況下，壓力脈動(dòng)在瞬變流動(dòng)中為200到300千帕之間，瞬變流動(dòng)就像是汽缸運(yùn)動(dòng)一般。然而，聲壓則按照毫帕進(jìn)行測(cè)量。

因此，計(jì)算空氣聲學(xué)模擬必須掌握相差10?或以上系數(shù)的壓力進(jìn)展情況。模擬準(zhǔn)確度對(duì)舍項(xiàng)誤差十分靈敏。

使用計(jì)算空氣聲學(xué)最主要是受到解析大范圍時(shí)間、長(zhǎng)度與壓力范圍所需巨額的計(jì)算費(fèi)用所限制。雖然這些限制使得計(jì)算空氣聲學(xué)在大多數(shù)實(shí)際情況下都不適合，但是有一小部分工程設(shè)計(jì)問(wèn)題使用這種方法可以成功解決。這包括研究頻率范圍非常狹窄、來(lái)源與接收器彼此距離很近及獲得的聲音非常大等幾種情況?？諝鈩?dòng)力抖振就是這樣一種情況。

抖振是在汽車(chē)在運(yùn)動(dòng)打開(kāi)窗戶(hù)與遮陽(yáng)篷頂時(shí)所聽(tīng)到的高強(qiáng)度、低頻率的風(fēng)噪音。該聲音有兩大來(lái)源：瞬變渦泄出仿效側(cè)視鏡與打開(kāi)的窗戶(hù)或遮陽(yáng)篷頂搖擺運(yùn)動(dòng)的剪流層。駕駛員與乘客都聽(tīng)到和感覺(jué)到壓力脈動(dòng)。

抖振的其它兩大特征使其可以使用計(jì)算空氣聲學(xué)建立模型。首先，抖振聲頻非常低，在15到25赫茲范圍內(nèi)。因此，在相對(duì)少數(shù)大時(shí)間跨度的情況下，進(jìn)行計(jì)算空氣聲學(xué)模擬無(wú)需過(guò)高的計(jì)算費(fèi)用。其次，抖振聲壓級(jí)非常高，經(jīng)常超過(guò)100分貝。聲壓脈動(dòng)很大，很容易捕獲。

雖然對(duì)大多說(shuō)問(wèn)題而言，計(jì)算空氣聲學(xué)由于大時(shí)差、長(zhǎng)度與壓力范圍而變得非常昂貴。但是這一差異為簡(jiǎn)化模擬過(guò)程提供了大好時(shí)機(jī)，將問(wèn)題一分為二，每一方面單獨(dú)進(jìn)行模擬。聲音產(chǎn)生包括小長(zhǎng)度規(guī)模與大壓力規(guī)模，而聲音傳輸包括大長(zhǎng)度規(guī)模與小壓力規(guī)模。因?yàn)檫@兩個(gè)現(xiàn)象涉及到的規(guī)?？梢源蟠蠓珠_(kāi)，從而可以單獨(dú)進(jìn)行處理。

Navier-Stokes方程組可以計(jì)算出第一部分，波動(dòng)方程式可以計(jì)算后一部分。昂貴的Navier-Stokes方程組高清晰解被限制于來(lái)源區(qū)附件的小面積之中。

計(jì)算網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行優(yōu)化，符合來(lái)源區(qū)附近的流動(dòng)模擬要求。該方法對(duì)來(lái)源與傳輸部件實(shí)現(xiàn)更為容易的分析模型使用。

然而，將問(wèn)題一分為二也有其固有的局限性。只有當(dāng)聲音產(chǎn)生與聲音傳輸?shù)姆秶黠@不同的時(shí)候，該方法才有效。這也無(wú)法有效處理流場(chǎng)上聲音的逆流效應(yīng)。

因此，它無(wú)法模擬進(jìn)氣歧管中的鳴笛。這是因?yàn)轼Q笛來(lái)自于空穴口升降上下?lián)u動(dòng)所產(chǎn)生的共鳴。

如果整個(gè)來(lái)源區(qū)具有一個(gè)無(wú)障礙接收器視野，將流動(dòng)與聲場(chǎng)彼此分開(kāi)并單獨(dú)對(duì)它們求解還可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化。從源點(diǎn)到接收器的聲音傳輸可以通過(guò)簡(jiǎn)單分析公式進(jìn)行計(jì)算。在來(lái)源表面的所有點(diǎn)上整合這樣的聲音傳輸，在接收器中所有聲音信號(hào)都可以獲得。

Lighthill聲學(xué)比擬為這樣的綜合方案提供了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。FWH方法擴(kuò)展對(duì)堅(jiān)固、可滲透或旋轉(zhuǎn)的表面作為聲源等情況下的比擬。

使用FWH方法計(jì)算聲音，必須在來(lái)源區(qū)進(jìn)行高解析的瞬時(shí)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬。在模擬過(guò)程中，每一個(gè)來(lái)源表面的每一個(gè)點(diǎn)上壓力與速度等流動(dòng)數(shù)量都作為時(shí)間函數(shù)存儲(chǔ)起來(lái)。最后，在FWH中，來(lái)源數(shù)據(jù)是在接收器上計(jì)算聲音不可缺少的一部分。因?yàn)镕WH相當(dāng)通用，可以反復(fù)應(yīng)用于活動(dòng)的來(lái)源表面，它還可以預(yù)測(cè)來(lái)自于風(fēng)扇噪音輻射。

迄今為止，上述方法需要高解析的瞬時(shí)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模型，這是因?yàn)樗麄兛梢栽诮邮掌髋c聲譜中決定實(shí)時(shí)變化聲壓信號(hào)。

然而，在各個(gè)實(shí)際工程設(shè)計(jì)情況下，必須測(cè)定聲源的位置及相對(duì)強(qiáng)度，而不是在在接收器中測(cè)量這些波譜。如果聲音是寬頻帶的，那么聲源強(qiáng)度可以使用合理的準(zhǔn)確度從來(lái)源區(qū)紊流的均時(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估。

在空氣聲學(xué)中，紊流是噪音的根本原因。一般而言，在一個(gè)地區(qū)中，紊流越多，聲音也就越大。有許多分析在流場(chǎng)各點(diǎn)中從局部流動(dòng)與紊流數(shù)量進(jìn)行人工合成聲音，從而估計(jì)局部聲源強(qiáng)度。這綜合稱(chēng)為寬頻帶噪音來(lái)源模型，并以稱(chēng)為合成噪音產(chǎn)生法的方法為基礎(chǔ)。

這些模型的主要優(yōu)點(diǎn)是與前面所述的方法相比，它們需要非常少的計(jì)算資源。寬頻帶噪音模型只需要穩(wěn)態(tài)流解，而其它方法基本上都要求高解析瞬變流動(dòng)解。