輪胎的噪音是影響汽車舒適性的一個(gè)重要因素。輪胎的噪音不僅會干擾駕駛員和乘客的心情，還會對周圍環(huán)境造成噪音污染。因此，降低輪胎的噪音是汽車工業(yè)和消費(fèi)者共同關(guān)注的問題。
本文將介紹一種新穎的降低輪胎噪音的方法 —— 音高序列工程。輪胎的噪音主要來源于輪胎與路面的相互作用，音高序列工程是一種利用聲學(xué)原理，通過設(shè)計(jì)輪胎花紋形狀和排列方式，來控制輪胎發(fā)出的聲音頻率和強(qiáng)度的技術(shù)。音高序列工程的靈感來源于歌聲合成技術(shù)，它可以通過調(diào)節(jié)音素、音高、時(shí)長等參數(shù)，來合成不同風(fēng)格和表現(xiàn)力的歌聲。
音高序列工程的基本原理是利用了人耳對聲音頻率的敏感度和區(qū)分度。人耳對聲音頻率有一個(gè)閾值，低于或高于這個(gè)閾值的聲音，人耳就很難聽到或分辨出來。這個(gè)閾值隨著聲音強(qiáng)度和周圍環(huán)境噪聲的變化而變化，一般在 20Hz 到 20kHz 之間。
根據(jù)這些特點(diǎn)，我們可以設(shè)計(jì)一種輪胎花紋，使得它發(fā)出的聲音頻率分布在人耳不易察覺或分辨的范圍內(nèi)，從而達(dá)到降低輪胎噪音的目的。具體來說，有以下幾個(gè)步驟。
首先，分析輪胎與路面接觸時(shí)產(chǎn)生的聲音頻率和強(qiáng)度，得到一個(gè)頻譜圖。第二，選擇一個(gè)目標(biāo)頻率范圍，使得該范圍內(nèi)的聲音強(qiáng)度低于人耳閾值或高于人耳分辨度。第三，設(shè)計(jì)一種輪胎花紋形狀和排列方式，使得它發(fā)出的聲音頻率主要集中在目標(biāo)頻率范圍內(nèi)。
在 20 世紀(jì) 20 年代，汽車輪胎會發(fā)出刺耳的噪聲，這在很大程度上是由于胎面花紋引起的。當(dāng)時(shí)的胎面花紋非常簡單，由一些大小和形狀相似的塊組成。這些花紋塊呈網(wǎng)格狀排列，當(dāng)汽車行駛時(shí)，它們會有規(guī)律地和地面接觸，這就導(dǎo)致它們只在同一頻率振動。如果我們從頻譜上來看，在某些頻率上會出現(xiàn)很大的峰值。
為了解決這個(gè)問題，消除這種噪音，工程師們想要將聲能分散開，使峰值變得平緩，最后就變得類似于白噪聲。1935 年的一項(xiàng)專利開始解決這個(gè)問題，它將這些胎面花紋塊錯(cuò)開排列，這樣一來這些花紋就不會同時(shí)著地。此外，它還將花紋改成大、中、小三種不同的尺寸和形狀。我們在頻譜圖中可以看見峰值更加平緩，但還是能明顯看出有三個(gè)主要的峰值，因?yàn)檫€花紋塊的分布還不夠隨機(jī)。
在現(xiàn)代輪胎上，花紋塊被分成了不同長度的組，每組內(nèi)的花紋也不盡相同，并且這些組在輪胎上的順序也是隨機(jī)的。正是這種模式，大大減小了聲音的峰值，使輪胎聽起來更加悅耳。
本文來自微信公眾號：萬象經(jīng)驗(yàn) （ID：UR4351），作者：Eugene Wang
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