輪胎/路面噪聲現(xiàn)場測試方法綜述

黃 琦 李寶坤

(中交公路規(guī)劃設計院有限公司，北京 100088)

研究交通噪聲時，尋找一個科學可靠的方法，用于現(xiàn)場測量路面的聲學特性是必需的。目前現(xiàn)場測量交通噪聲的常用方法主要有以下兩種：

1)遠場或路側測試法，即在公路旁放置麥克風測量噪聲。2)近場法，即在輪胎/路面接觸附近安放麥克風測量噪聲。

1 遠場或路側測試方法

通常遠場或路側測試方法主要包括以下3類：統(tǒng)計經(jīng)過法，控制經(jīng)過法和定時測量法。這些方法都是在公路旁邊，離開行車道一定距離內(nèi)安放麥克風測量噪聲的。統(tǒng)計經(jīng)過法和控制經(jīng)過法主要用于研究，而定時測量法主要用于道路設計或大型拓寬工程時的交通噪聲的調查研究。

統(tǒng)計經(jīng)過法要求在離開被測道路一定距離和高度的位置安放麥克風。歐洲的標準是：距行車道中心線7.6 m，路面以上1.2 m處。美國聯(lián)邦公路局制定的標準是：15 m遠和1.5 m高。兩類方法均需要測量一定數(shù)量汽車的噪聲。歐洲測量噪聲需要180輛機動車(其中包含100輛小轎車和80輛雙軸和多軸載重車)，F(xiàn)HWA針對于一個可靠樣本并沒有具體規(guī)定所需的機動車數(shù)目。樣本的數(shù)量是隨機的且經(jīng)常隨預算而改變。但這一方法仍舊給出了一定建議，例如，當交通流速在51 km/h～60 km/h，推薦的樣本總量最小為200。

歐洲和美國的方法對于測試場地的環(huán)境條件均要求嚴格。要求被測道路基本平直，這樣就限制了基層噪聲，而且在測量噪聲的麥克風安放點30 m范圍內(nèi)不能有聽覺上的反射面。此外，對于天氣條件也有嚴格要求，尤其是風速和風向。車輛通過測試區(qū)時要求保持車速連續(xù)均衡。此法每次僅可測量單個汽車的噪聲，對于所有車輛的噪聲給出了一個統(tǒng)計經(jīng)過指數(shù)(SBPI)來表征。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受限。即使是用同一構造的車輛，由于輪胎的差異結果也是多變的，因此在比較不同路面形式時，此法存在局限性。

在控制經(jīng)過法(或單車經(jīng)過法)中，小汽車和輕型載重車所產(chǎn)生的噪聲是在指定好的測試段量測得。對于這種測試方法沒有標準的測試程序。車輛以一定的擋位速度駛過測試區(qū)。Marquette大學對此進行了研究，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的速度行駛三次來進行實驗。實驗中他們將兩個麥克風安放在距行車道中心線7.5 m遠和路面以上1.5 m高處，兩個麥克風相距60 m。

控制經(jīng)過法還可以測量車輛加速時的噪聲。車輛以最大功率加速駛入測試區(qū)，在距車輛行駛中心線一定距離內(nèi)安放一個噪聲計，來收集車輛通過測試區(qū)時的最大噪聲。此項試驗目的在于測定車輛在全力加速時動力系統(tǒng)的噪聲。

FHWA在公路噪聲測量手冊中對定時測量或者說區(qū)域噪聲測量法進行了定義。手冊對這類噪聲測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(Lden)和日平均噪聲等級(Ldn)的數(shù)據(jù)等。在這種方法中，對現(xiàn)有交通流的噪聲測試是在一個時間段內(nèi)完成的(例如，15 min，30 min或是1 h)。實驗研究目的不同，時間段和麥克風位置的選擇也不同，隨之改變。交通量觀測、車輛類型、速度及氣象數(shù)據(jù)都是需要獲取的。

2 近場法

近場法是指在輪胎/路面接觸面附近測量噪聲，有時也稱“機載”法，即測量的麥克風和輪胎一起向前運動。與瞬時性的路側測量不同，這種測量是連續(xù)平穩(wěn)的。利用ISO 11892-2暫行標準制定而成。代表的方法有NCAT的CPX拖車測量法和加利福尼亞州交通部近期研發(fā)的聲強測試方法。

在CPX法中，利用安放在路面附近的麥克風測量聲壓或聲強。歐洲國家普遍采用這種方法。

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

麥克風內(nèi)部設置了一個聲腔用以將通過交通的聲音分離出來。由于聲壓麥克風測量的聲音來自四面八方，所以有必要將來自交通的聲音和地面反射的聲音加以區(qū)分。

聲強測量法最初是通用汽車公司在研究輪胎噪聲時提出的。這種方法是在與輪胎平行的地方懸掛兩個間距很小的麥克風來測量聲強(見圖2)。聲強與聲速和聲壓有關，是指通過單位面積的能流速度。與聲壓不同，它是個矢量。當聲強在某一區(qū)域積聚時，就可以知道聲功率了。功率是因，壓強是果。由于聲強具有方向性，可排斥非輪胎噪聲和流動噪聲，所以可用于測定運動體外側所包裹的氣流。雖然此前聲強法用于測試試驗道環(huán)境，但目前已成功用于實際公路的現(xiàn)場路面評價。使用時，將聲強探針置于標準車上，就可測量輪胎/路面的聲級。

圖1 ISO標準麥克風安裝位置

圖2 聲強法中麥克風的位置

雖然已多次證明近場測量法與控制車輛路側統(tǒng)計法具有良好的相關性，但值得注意的是它僅測量了交通噪聲中的輪胎/路面噪聲部分。當測量輪胎/路面噪聲時，近場法有以下優(yōu)點：

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

3 測試方法的比較

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

迄今為止，美國對于近場法中兩類方法的相關性已進行了研究。第一類是比較NCAT與ADOT CPX拖車，目的在于研究兩輛車對同一路面測量結果的再現(xiàn)性，即是否可以得到同樣的結果。試驗結果表明：NCAT拖車和ADOT拖車測量結果的平均差異為1.3 dB(A)，而且NCAT測量的噪聲等級較高。統(tǒng)計分析顯示：從統(tǒng)計學的角度出發(fā)，2類拖車并無差異，且對路面噪聲等級的分級是相同的。對試驗數(shù)據(jù)進行比較可看出，需對結果加以修正因數(shù)約為1 dB(A)。雖然差異比期望的要大，但是仍然符合ISO暫行標準中規(guī)定的2 dB(A)的再現(xiàn)性。

第二類試驗研究的是在輪胎設計相同時，對CPX與聲強測量法的比較。使用ADOT的拖車進行了試驗，結果顯示：聲強法所測得噪聲與CPX值線性相關，最大偏差為0.7 dB(A)，且比CPX約高出3 dB(A)。

4 結語

統(tǒng)計經(jīng)過法要求將單個車輛從交通流中分離出來，適用于交通流較小時;比較而言，在交通流較大或需要在同一時間測量多車道交通流時，定時統(tǒng)計法適用性較好。控制經(jīng)過法可測量單車經(jīng)過時的噪聲，也可測量車輛加速時的噪聲。由于限定了車輛和速度，減小了外界條件對測試結果的影響。近場測試法可以充分反映輪胎/路面噪聲情況，可為路面噪聲的評定提供更為可靠的手段，并且測試簡便易行。

用路側法評價路面性能需要大量的時間和人力，對于測量地點的要求嚴格，很多期望的地點很難達到測量的標準，而且僅能測量全部車輛排放噪聲對路面的影響，對于輪胎/路面噪聲無法量測。雖然綜合噪聲排放水平是評價區(qū)域噪聲等級的決定性因素，但對于開展輪胎/路面噪聲研究這些方法不夠精確而且費用較大，尤其當被測道路的噪聲級別差異較小(2 dB～3 dB)或測量道路較少時。

FHWA推薦的標準測試法是統(tǒng)計經(jīng)過法或定時測量法，這些方法可同時測試車輛動力系統(tǒng)和輪胎/路面兩大類噪聲。這兩類噪聲均和車速密切相關。歐洲的研究顯示：對于車速在25 mi/h～30 mi/h的小汽車和車速在35 mi/h～45 mi/h的卡車，存在一個分界速度。當小汽車車速大于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源，車速越高噪聲越大。因此對于限制車速大于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。

交通噪聲測試方法的多樣性以及測試結果易受各種因素干擾的特性，給不同研究機構之間測試數(shù)據(jù)的相對比較帶來了一定的困難，同時對進一步的研究也帶來了困難，所以有必要制定一個標準的測試方法。

［1］ Douglas I.Hanson1，Paul Donavon2，Robert James3.“Tire/Pavement Noise Characteristics of HMA Pavements”，AAPT，2005.

［2］ Douglas I.Hanson1.“Measurement of Tire-pavement Noise”，Hot Mix Asphalt Technology，2005.

［3］ Bruce Rymer，Paul Donavan.“Tire/Pavement Noise Intensity Testing in Europe：The NITE Study and Its Relationship to Ongoing Caltrans Quiet Pavement Activities”，AAPT，2005.

［4］ Douglas I.Hanson，Brain Waller.“Evaluation of the noise characteristics of Minnesota Pavements”，2005.

［5］ Douglas I.Hanson，Robert S.James，Christopher Nesmith.“Tire/ pavement noise study”.NCAT Report，2004-04-02.