- [讲堂]超跑的排气声为什么这么“浪”?
- 来源:踢车帮
如果有人问我:你喜欢超跑的原因是什么?速度与激情,应该是最直接的回答了。赛道上疾驰的超跑,伴随着血脉贲张的声浪,让无数少年深陷其中不能自拔。本期《讲堂》就给大家“掰扯”一下,“激情”过后,那些你不知道的事。2018-19赛季FE电动方程式汽车大赛中国站于3月份在三亚落幕。速度方面,FE赛车丝毫不逊于F1,对比给观众带来的激情,FE似乎逊色了很多。
超跑为什么这么“浪”?
从产品定位的角度来看,首先,超跑夸张的造型彰显其运动基因。厂家不仅要让你看的见,还得让你听得见,咆哮的声浪,则是力量感最直观的表现;其次,对于消费者而言,声浪,是满足消费者心理需求的一个重要因素。当你开着超跑炸街的时候,你想要全世界的人都知道你的存在。炫酷和逼格,是消费者所希望拥有的,而声浪的存在恰恰满足了消费者的这一需求;此外,从兰博基尼到法拉利等众多跑车,车型不同,发动机类型不同,声浪的效果是不一样的。在标签盛行的今天,声音也需要标签,而不同的声浪效果则标榜着不同的汽车品牌。
排气系统知多少?
排气噪声是如何产生的?排气声主要包含四部分:空气噪声、冲击噪声、气流摩擦噪声和辐射噪声。空气噪声是指发动机工作时产生的压力波,在排气管道中传播形成空气噪声。管道中,这股气流是稳定的。排气系统中的声学设计,就是针对这类噪声;冲击噪声是指排气管道中不稳定的气流对管道进行冲击形成冲击噪声。如果排气歧管弯曲度弧度过小,发动机气流会对其进行强烈的冲击,发出“砰、砰、砰”的冲击声;辐射噪声主要是指发动机及气流冲击引起结构振动辐射的噪声,因此排气系统与车身的悬吊减振结构虽然看起来并不起眼,但也需要精心设计才能起到减振降噪的效果;气流摩擦噪声:当管道中气体流速很高时与管壁之间产生摩擦,发出巨大的噪声。摩擦噪声(不稳定气流)和空气噪声(稳定气流)二者组成尾管噪声。而且发动机转速越高,摩擦噪声越大。这也是装有高功率发动机的性能车可以炸街的原因之一。对于需要符合国家噪声法规的汽车而言,我们希望噪声越小越好,这就要求在排气管道的设计阶段,管道截面积不能太大,如果太大的话,气体流动阻力变小,噪声会变大。为了便于理解这个问题,这里给大家引入个概念:排气系统背压。
排气系统背压?所谓排气系统背压,是指排气歧管出口处的压力与大气压之间的差值。而发动机的功率损失(这里指发动机最大转速时的损失)与背压值存在直接的关系,二者的关系可以通过大量的测试数据处理得到,下面这张图即为排气系统平均背压与发动机功率的关系。
消音器,到底如何消音?这自然离不开排气系统的关键部件——消音器。或许有读者朋友觉得这个东西很简单,大声音进去,小声音出来。其实细究下来,里面的门道还真是不少。一般来讲,传统的被动式消音器可以分为阻性消声器、抗性消声器和复合消声器。所谓阻性消声器,简单理解就是利用吸声材料(如纤维材料)将噪声的能量吸收掉,转化成热能,从而达到消声的目的。这种消声器主要是吸收高频的宽带噪声。吸声材料一般是安放在消声器里面。其吸声效果取决于材料的结构、孔洞直径以及材料的密度等。
声浪是如何调教出来的?削减消声器作用:对于超跑而言,其发动机功率一般都比较大。因此其发动机排气噪声本身就会比一般的家用汽车要大。为了使排气声浪更加悦耳,工程师会对消音器进行调整以及适当的削弱其消音作用,这种方法带来两个好处:第一,可以减少发动机功率损失,满足大功率要求;第二,可以使特定频段的发动机声音凸显出来,更加符合人耳的听觉要求,即,让声浪听起来更加悦耳。设计管路结构:对于下图的Y型排气系统,与排气歧管相连的左右两侧的排气管长度也决定了排气的声浪效果。对于轿车来说,尽可能使二者的长度相等,这样排气声中的发火阶次及谐频(以四冲程六缸机为例,其发火阶次为3阶,谐频为6、9、12……等阶次),半阶及其他整阶次的成分比较低,这是大多数人喜欢的音质。因为这种阶次可以让乘客感到舒适和和谐。而对于超跑的声浪调教则不同,工程师可以通过改变两根排气管长度关系,使半阶声音成分凸显出来,这种声音效果就是我们听到的“激情”的声浪。
声浪也能“造假”?所谓耳听为虚,眼见为实。对于声浪其实也一样。上述结构的改进与调整多多少少存在一定的困难,且存在一定的成本问题。而声浪模拟器则避免了这些问题。通过模拟超跑的声浪,相关的厂家开发了对应的声浪模拟系统。大众汽车2011年在高尔夫GTI上安装了模拟发动机声浪的Soundaktor系统,它的声浪是由安装在防火墙上的扬声器发出的,目的是为了改善驾驶员的驾驶体验。
新的时代,新的挑战此外,电动化时代的到来,对NVH工程师们也提出了新的要求。一方面,从安全角度的考虑,传统的内燃机汽车由于有发动机的存在,驾驶员不用担心行人听不到汽车的声音。因此,电动汽车的主动发声,已经被明确规定在相关的法律法规中了。如何更好的起到提醒行人的作用,是需要解决的一个问题。另一方面,没有了发动机的掩蔽效应,驾驶室内其他的噪声变得更加突出,空调噪声、齿轮噪声、电机的高频噪声、路噪等等。如何屏蔽掉这些烦人的噪声,如何对驾驶室内的声品质进行合理的调教,对于NVH开发来说,并不是件简单的事情。撰文丨杨帆版式丨兔子
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