輪胎/路面噪聲現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法綜述

黃 琦 李寶坤

(中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100088)

研究交通噪聲時(shí)，尋找一個(gè)科學(xué)可靠的方法，用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量路面的聲學(xué)特性是必需的。目前現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量交通噪聲的常用方法主要有以下兩種：

1)遠(yuǎn)場(chǎng)或路側(cè)測(cè)試法，即在公路旁放置麥克風(fēng)測(cè)量噪聲。2)近場(chǎng)法，即在輪胎/路面接觸附近安放麥克風(fēng)測(cè)量噪聲。

1 遠(yuǎn)場(chǎng)或路側(cè)測(cè)試方法

通常遠(yuǎn)場(chǎng)或路側(cè)測(cè)試方法主要包括以下3類：統(tǒng)計(jì)經(jīng)過(guò)法，控制經(jīng)過(guò)法和定時(shí)測(cè)量法。這些方法都是在公路旁邊，離開(kāi)行車道一定距離內(nèi)安放麥克風(fēng)測(cè)量噪聲的。統(tǒng)計(jì)經(jīng)過(guò)法和控制經(jīng)過(guò)法主要用于研究，而定時(shí)測(cè)量法主要用于道路設(shè)計(jì)或大型拓寬工程時(shí)的交通噪聲的調(diào)查研究。

統(tǒng)計(jì)經(jīng)過(guò)法要求在離開(kāi)被測(cè)道路一定距離和高度的位置安放麥克風(fēng)。歐洲的標(biāo)準(zhǔn)是：距行車道中心線7.6 m，路面以上1.2 m處。美國(guó)聯(lián)邦公路局制定的標(biāo)準(zhǔn)是：15 m遠(yuǎn)和1.5 m高。兩類方法均需要測(cè)量一定數(shù)量汽車的噪聲。歐洲測(cè)量噪聲需要180輛機(jī)動(dòng)車(其中包含100輛小轎車和80輛雙軸和多軸載重車)，F(xiàn)HWA針對(duì)于一個(gè)可靠樣本并沒(méi)有具體規(guī)定所需的機(jī)動(dòng)車數(shù)目。樣本的數(shù)量是隨機(jī)的且經(jīng)常隨預(yù)算而改變。但這一方法仍舊給出了一定建議，例如，當(dāng)交通流速在51 km/h～60 km/h，推薦的樣本總量最小為200。

歐洲和美國(guó)的方法對(duì)于測(cè)試場(chǎng)地的環(huán)境條件均要求嚴(yán)格。要求被測(cè)道路基本平直，這樣就限制了基層噪聲，而且在測(cè)量噪聲的麥克風(fēng)安放點(diǎn)30 m范圍內(nèi)不能有聽(tīng)覺(jué)上的反射面。此外，對(duì)于天氣條件也有嚴(yán)格要求，尤其是風(fēng)速和風(fēng)向。車輛通過(guò)測(cè)試區(qū)時(shí)要求保持車速連續(xù)均衡。此法每次僅可測(cè)量單個(gè)汽車的噪聲，對(duì)于所有車輛的噪聲給出了一個(gè)統(tǒng)計(jì)經(jīng)過(guò)指數(shù)(SBPI)來(lái)表征。由于這些條件的限定使得此法在多車道、交通流較大的公路上使用時(shí)受限。即使是用同一構(gòu)造的車輛，由于輪胎的差異結(jié)果也是多變的，因此在比較不同路面形式時(shí)，此法存在局限性。

在控制經(jīng)過(guò)法(或單車經(jīng)過(guò)法)中，小汽車和輕型載重車所產(chǎn)生的噪聲是在指定好的測(cè)試段量測(cè)得。對(duì)于這種測(cè)試方法沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試程序。車輛以一定的擋位速度駛過(guò)測(cè)試區(qū)。Marquette大學(xué)對(duì)此進(jìn)行了研究，他們用1996年福特Taurus車在選定的行車道上分別以60 mi/h，65 mi/h和70 mi/h的速度行駛?cè)蝸?lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中他們將兩個(gè)麥克風(fēng)安放在距行車道中心線7.5 m遠(yuǎn)和路面以上1.5 m高處，兩個(gè)麥克風(fēng)相距60 m。

控制經(jīng)過(guò)法還可以測(cè)量車輛加速時(shí)的噪聲。車輛以最大功率加速駛?cè)霚y(cè)試區(qū)，在距車輛行駛中心線一定距離內(nèi)安放一個(gè)噪聲計(jì)，來(lái)收集車輛通過(guò)測(cè)試區(qū)時(shí)的最大噪聲。此項(xiàng)試驗(yàn)?zāi)康脑谟跍y(cè)定車輛在全力加速時(shí)動(dòng)力系統(tǒng)的噪聲。

FHWA在公路噪聲測(cè)量手冊(cè)中對(duì)定時(shí)測(cè)量或者說(shuō)區(qū)域噪聲測(cè)量法進(jìn)行了定義。手冊(cè)對(duì)這類噪聲測(cè)量方法給出了詳盡敘述。例如，給出了用于確定區(qū)域噪聲等級(jí)(Lden)和日平均噪聲等級(jí)(Ldn)的數(shù)據(jù)等。在這種方法中，對(duì)現(xiàn)有交通流的噪聲測(cè)試是在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)完成的(例如，15 min，30 min或是1 h)。實(shí)驗(yàn)研究目的不同，時(shí)間段和麥克風(fēng)位置的選擇也不同，隨之改變。交通量觀測(cè)、車輛類型、速度及氣象數(shù)據(jù)都是需要獲取的。

2 近場(chǎng)法

近場(chǎng)法是指在輪胎/路面接觸面附近測(cè)量噪聲，有時(shí)也稱“機(jī)載”法，即測(cè)量的麥克風(fēng)和輪胎一起向前運(yùn)動(dòng)。與瞬時(shí)性的路側(cè)測(cè)量不同，這種測(cè)量是連續(xù)平穩(wěn)的。利用ISO 11892-2暫行標(biāo)準(zhǔn)制定而成。代表的方法有NCAT的CPX拖車測(cè)量法和加利福尼亞州交通部近期研發(fā)的聲強(qiáng)測(cè)試方法。

在CPX法中，利用安放在路面附近的麥克風(fēng)測(cè)量聲壓或聲強(qiáng)。歐洲國(guó)家普遍采用這種方法。

ISO標(biāo)準(zhǔn)11819-(2)對(duì)CPX拖車的具體情況與需求進(jìn)行了描述。這種方法是將麥克風(fēng)安置在輪胎/路面接觸面的附近直接測(cè)量輪胎/路面噪聲。2002年，NCAT建造了2臺(tái)CPX拖車(NCAT與ADOT各一臺(tái))。如圖1所示為ISO標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于麥克風(fēng)安裝位置的規(guī)定：距輪胎中心線200 cm，離開(kāi)路面100 cm。

麥克風(fēng)內(nèi)部設(shè)置了一個(gè)聲腔用以將通過(guò)交通的聲音分離出來(lái)。由于聲壓麥克風(fēng)測(cè)量的聲音來(lái)自四面八方，所以有必要將來(lái)自交通的聲音和地面反射的聲音加以區(qū)分。

聲強(qiáng)測(cè)量法最初是通用汽車公司在研究輪胎噪聲時(shí)提出的。這種方法是在與輪胎平行的地方懸掛兩個(gè)間距很小的麥克風(fēng)來(lái)測(cè)量聲強(qiáng)(見(jiàn)圖2)。聲強(qiáng)與聲速和聲壓有關(guān)，是指通過(guò)單位面積的能流速度。與聲壓不同，它是個(gè)矢量。當(dāng)聲強(qiáng)在某一區(qū)域積聚時(shí)，就可以知道聲功率了。功率是因，壓強(qiáng)是果。由于聲強(qiáng)具有方向性，可排斥非輪胎噪聲和流動(dòng)噪聲，所以可用于測(cè)定運(yùn)動(dòng)體外側(cè)所包裹的氣流。雖然此前聲強(qiáng)法用于測(cè)試試驗(yàn)道環(huán)境，但目前已成功用于實(shí)際公路的現(xiàn)場(chǎng)路面評(píng)價(jià)。使用時(shí)，將聲強(qiáng)探針置于標(biāo)準(zhǔn)車上，就可測(cè)量輪胎/路面的聲級(jí)。

圖1 ISO標(biāo)準(zhǔn)麥克風(fēng)安裝位置

圖2 聲強(qiáng)法中麥克風(fēng)的位置

雖然已多次證明近場(chǎng)測(cè)量法與控制車輛路側(cè)統(tǒng)計(jì)法具有良好的相關(guān)性，但值得注意的是它僅測(cè)量了交通噪聲中的輪胎/路面噪聲部分。當(dāng)測(cè)量輪胎/路面噪聲時(shí)，近場(chǎng)法有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)可確定路面任意一點(diǎn)處噪聲的特性;2)可檢查路面的維護(hù)情況，例如面層的磨耗或損害，多孔面層的阻塞及清潔效果等;3)較路側(cè)法更加便捷，使用時(shí)只需很少的設(shè)備裝置;4)任意車速下均可進(jìn)行試驗(yàn)(已試驗(yàn)過(guò)的測(cè)試車速范圍：30 mph～70 mph)。

3 測(cè)試方法的比較

NCAT和亞利桑納州交通運(yùn)輸部門(mén)(ADOT)早期的研究顯示CPX法與路側(cè)法(距行車道邊緣7.6 m處)測(cè)量噪聲等級(jí)存在23 dB(A)的差異。也就是說(shuō)，如果CPX測(cè)定的輪胎/路面接觸處的噪聲是95 dB(A)，那么在距道路7.6 m遠(yuǎn)處測(cè)得噪聲等級(jí)約是72 dB(A)。高頻噪聲隨距離的增長(zhǎng)而衰減。

迄今為止，美國(guó)對(duì)于近場(chǎng)法中兩類方法的相關(guān)性已進(jìn)行了研究。第一類是比較NCAT與ADOT CPX拖車，目的在于研究?jī)奢v車對(duì)同一路面測(cè)量結(jié)果的再現(xiàn)性，即是否可以得到同樣的結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果表明：NCAT拖車和ADOT拖車測(cè)量結(jié)果的平均差異為1.3 dB(A)，而且NCAT測(cè)量的噪聲等級(jí)較高。統(tǒng)計(jì)分析顯示：從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度出發(fā)，2類拖車并無(wú)差異，且對(duì)路面噪聲等級(jí)的分級(jí)是相同的。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較可看出，需對(duì)結(jié)果加以修正因數(shù)約為1 dB(A)。雖然差異比期望的要大，但是仍然符合ISO暫行標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的2 dB(A)的再現(xiàn)性。

第二類試驗(yàn)研究的是在輪胎設(shè)計(jì)相同時(shí)，對(duì)CPX與聲強(qiáng)測(cè)量法的比較。使用ADOT的拖車進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果顯示：聲強(qiáng)法所測(cè)得噪聲與CPX值線性相關(guān)，最大偏差為0.7 dB(A)，且比CPX約高出3 dB(A)。

4 結(jié)語(yǔ)

統(tǒng)計(jì)經(jīng)過(guò)法要求將單個(gè)車輛從交通流中分離出來(lái)，適用于交通流較小時(shí);比較而言，在交通流較大或需要在同一時(shí)間測(cè)量多車道交通流時(shí)，定時(shí)統(tǒng)計(jì)法適用性較好。控制經(jīng)過(guò)法可測(cè)量單車經(jīng)過(guò)時(shí)的噪聲，也可測(cè)量車輛加速時(shí)的噪聲。由于限定了車輛和速度，減小了外界條件對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。近場(chǎng)測(cè)試法可以充分反映輪胎/路面噪聲情況，可為路面噪聲的評(píng)定提供更為可靠的手段，并且測(cè)試簡(jiǎn)便易行。

用路側(cè)法評(píng)價(jià)路面性能需要大量的時(shí)間和人力，對(duì)于測(cè)量地點(diǎn)的要求嚴(yán)格，很多期望的地點(diǎn)很難達(dá)到測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)，而且僅能測(cè)量全部車輛排放噪聲對(duì)路面的影響，對(duì)于輪胎/路面噪聲無(wú)法量測(cè)。雖然綜合噪聲排放水平是評(píng)價(jià)區(qū)域噪聲等級(jí)的決定性因素，但對(duì)于開(kāi)展輪胎/路面噪聲研究這些方法不夠精確而且費(fèi)用較大，尤其當(dāng)被測(cè)道路的噪聲級(jí)別差異較小(2 dB～3 dB)或測(cè)量道路較少時(shí)。

FHWA推薦的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試法是統(tǒng)計(jì)經(jīng)過(guò)法或定時(shí)測(cè)量法，這些方法可同時(shí)測(cè)試車輛動(dòng)力系統(tǒng)和輪胎/路面兩大類噪聲。這兩類噪聲均和車速密切相關(guān)。歐洲的研究顯示：對(duì)于車速在25 mi/h～30 mi/h的小汽車和車速在35 mi/h～45 mi/h的卡車，存在一個(gè)分界速度。當(dāng)小汽車車速大于30 mi/h，卡車車速大于45 mi/h，輪胎/路面噪聲成為交通噪聲的主要來(lái)源，車速越高噪聲越大。因此對(duì)于限制車速大于45 mi/h的道路，我們有必要考慮輪胎/路面接觸產(chǎn)生的噪聲。

交通噪聲測(cè)試方法的多樣性以及測(cè)試結(jié)果易受各種因素干擾的特性，給不同研究機(jī)構(gòu)之間測(cè)試數(shù)據(jù)的相對(duì)比較帶來(lái)了一定的困難，同時(shí)對(duì)進(jìn)一步的研究也帶來(lái)了困難，所以有必要制定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法。

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