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如何利用声学原理设计轮胎花纹，以降低轮胎产生的噪音

来源：花匠小妙招时间：2024-11-07 13:41

轮胎的噪音是影响汽车舒适性的一个重要因素。轮胎的噪音不仅会干扰驾驶员和乘客的心情，还会对周围环境造成噪音污染。因此，降低轮胎的噪音是汽车工业和消费者共同关注的问题。

本文将介绍一种新颖的降低轮胎噪音的方法——音高序列工程。轮胎的噪音主要来源于轮胎与路面的相互作用，音高序列工程是一种利用声学原理，通过设计轮胎花纹形状和排列方式，来控制轮胎发出的声音频率和强度的技术。音高序列工程的灵感来源于歌声合成技术，它可以通过调节音素、音高、时长等参数，来合成不同风格和表现力的歌声。

音高序列工程的基本原理是利用了人耳对声音频率的敏感度和区分度。人耳对声音频率有一个阈值，低于或高于这个阈值的声音，人耳就很难听到或分辨出来。这个阈值随着声音强度和周围环境噪声的变化而变化，一般在20Hz到20kHz之间。

根据这些特点，我们可以设计一种轮胎花纹，使得它发出的声音频率分布在人耳不易察觉或分辨的范围内，从而达到降低轮胎噪音的目的。具体来说，有以下几个步骤。

首先，分析轮胎与路面接触时产生的声音频率和强度，得到一个频谱图。第二，选择一个目标频率范围，使得该范围内的声音强度低于人耳阈值或高于人耳分辨度。第三，设计一种轮胎花纹形状和排列方式，使得它发出的声音频率主要集中在目标频率范围内。

在20世纪20年代，汽车轮胎会发出刺耳的噪声，这在很大程度上是由于胎面花纹引起的。当时的胎面花纹非常简单，由一些大小和形状相似的块组成。这些花纹块呈网格状排列，当汽车行驶时，它们会有规律地和地面接触，这就导致它们只在同一频率振动。如果我们从频谱上来看，在某些频率上会出现很大的峰值。

为了解决这个问题，消除这种噪音，工程师们想要将声能分散开，使峰值变得平缓，最后就变得类似于白噪声。1935年的一项专利开始解决这个问题，它将这些胎面花纹块错开排列，这样一来这些花纹就不会同时着地。此外，它还将花纹改成大、中、小三种不同的尺寸和形状。我们在频谱图中可以看见峰值更加平缓，但还是能明显看出有三个主要的峰值，因为还花纹块的分布还不够随机。