轮胎/路面噪声现场测试方法综述

黄 琦 李宝坤

(中交公路规划设计院有限公司，北京 100088)

研究交通噪声时，寻找一个科学可靠的方法，用于现场测量路面的声学特性是必需的。目前现场测量交通噪声的常用方法主要有以下两种：

1)远场或路侧测试法，即在公路旁放置麦克风测量噪声。2)近场法，即在轮胎/路面接触附近安放麦克风测量噪声。

1 远场或路侧测试方法

通常远场或路侧测试方法主要包括以下3类：统计经过法，控制经过法和定时测量法。这些方法都是在公路旁边，离开行车道一定距离内安放麦克风测量噪声的。统计经过法和控制经过法主要用于研究，而定时测量法主要用于道路设计或大型拓宽工程时的交通噪声的调查研究。

统计经过法要求在离开被测道路一定距离和高度的位置安放麦克风。欧洲的标准是：距行车道中心线7.6 m，路面以上1.2 m处。美国联邦公路局制定的标准是：15 m远和1.5 m高。两类方法均需要测量一定数量汽车的噪声。欧洲测量噪声需要180辆机动车(其中包含100辆小轿车和80辆双轴和多轴载重车)，FHWA针对于一个可靠样本并没有具体规定所需的机动车数目。样本的数量是随机的且经常随预算而改变。但这一方法仍旧给出了一定建议，例如，当交通流速在51 km/h～60 km/h，推荐的样本总量最小为200。

欧洲和美国的方法对于测试场地的环境条件均要求严格。要求被测道路基本平直，这样就限制了基层噪声，而且在测量噪声的麦克风安放点30 m范围内不能有听觉上的反射面。此外，对于天气条件也有严格要求，尤其是风速和风向。车辆通过测试区时要求保持车速连续均衡。此法每次仅可测量单个汽车的噪声，对于所有车辆的噪声给出了一个统计经过指数(SBPI)来表征。由于这些条件的限定使得此法在多车道、交通流较大的公路上使用时受限。即使是用同一构造的车辆，由于轮胎的差异结果也是多变的，因此在比较不同路面形式时，此法存在局限性。

在控制经过法(或单车经过法)中，小汽车和轻型载重车所产生的噪声是在指定好的测试段量测得。对于这种测试方法没有标准的测试程序。车辆以一定的挡位速度驶过测试区。Marquette大学对此进行了研究，他们用1996年福特Taurus车在选定的行车道上分别以60 mi/h，65 mi/h和70 mi/h的速度行驶三次来进行实验。实验中他们将两个麦克风安放在距行车道中心线7.5 m远和路面以上1.5 m高处，两个麦克风相距60 m。

控制经过法还可以测量车辆加速时的噪声。车辆以最大功率加速驶入测试区，在距车辆行驶中心线一定距离内安放一个噪声计，来收集车辆通过测试区时的最大噪声。此项试验目的在于测定车辆在全力加速时动力系统的噪声。

FHWA在公路噪声测量手册中对定时测量或者说区域噪声测量法进行了定义。手册对这类噪声测量方法给出了详尽叙述。例如，给出了用于确定区域噪声等级(Lden)和日平均噪声等级(Ldn)的数据等。在这种方法中，对现有交通流的噪声测试是在一个时间段内完成的(例如，15 min，30 min或是1 h)。实验研究目的不同，时间段和麦克风位置的选择也不同，随之改变。交通量观测、车辆类型、速度及气象数据都是需要获取的。

2 近场法

近场法是指在轮胎/路面接触面附近测量噪声，有时也称“机载”法，即测量的麦克风和轮胎一起向前运动。与瞬时性的路侧测量不同，这种测量是连续平稳的。利用ISO 11892-2暂行标准制定而成。代表的方法有NCAT的CPX拖车测量法和加利福尼亚州交通部近期研发的声强测试方法。

在CPX法中，利用安放在路面附近的麦克风测量声压或声强。欧洲国家普遍采用这种方法。

ISO标准11819-(2)对CPX拖车的具体情况与需求进行了描述。这种方法是将麦克风安置在轮胎/路面接触面的附近直接测量轮胎/路面噪声。2002年，NCAT建造了2台CPX拖车(NCAT与ADOT各一台)。如图1所示为ISO标准中对于麦克风安装位置的规定：距轮胎中心线200 cm，离开路面100 cm。

麦克风内部设置了一个声腔用以将通过交通的声音分离出来。由于声压麦克风测量的声音来自四面八方，所以有必要将来自交通的声音和地面反射的声音加以区分。

声强测量法最初是通用汽车公司在研究轮胎噪声时提出的。这种方法是在与轮胎平行的地方悬挂两个间距很小的麦克风来测量声强(见图2)。声强与声速和声压有关，是指通过单位面积的能流速度。与声压不同，它是个矢量。当声强在某一区域积聚时，就可以知道声功率了。功率是因，压强是果。由于声强具有方向性，可排斥非轮胎噪声和流动噪声，所以可用于测定运动体外侧所包裹的气流。虽然此前声强法用于测试试验道环境，但目前已成功用于实际公路的现场路面评价。使用时，将声强探针置于标准车上，就可测量轮胎/路面的声级。

图1 ISO标准麦克风安装位置

图2 声强法中麦克风的位置

虽然已多次证明近场测量法与控制车辆路侧统计法具有良好的相关性，但值得注意的是它仅测量了交通噪声中的轮胎/路面噪声部分。当测量轮胎/路面噪声时，近场法有以下优点：

1)可确定路面任意一点处噪声的特性;2)可检查路面的维护情况，例如面层的磨耗或损害，多孔面层的阻塞及清洁效果等;3)较路侧法更加便捷，使用时只需很少的设备装置;4)任意车速下均可进行试验(已试验过的测试车速范围：30 mph～70 mph)。

3 测试方法的比较

NCAT和亚利桑纳州交通运输部门(ADOT)早期的研究显示CPX法与路侧法(距行车道边缘7.6 m处)测量噪声等级存在23 dB(A)的差异。也就是说，如果CPX测定的轮胎/路面接触处的噪声是95 dB(A)，那么在距道路7.6 m远处测得噪声等级约是72 dB(A)。高频噪声随距离的增长而衰减。

迄今为止，美国对于近场法中两类方法的相关性已进行了研究。第一类是比较NCAT与ADOT CPX拖车，目的在于研究两辆车对同一路面测量结果的再现性，即是否可以得到同样的结果。试验结果表明：NCAT拖车和ADOT拖车测量结果的平均差异为1.3 dB(A)，而且NCAT测量的噪声等级较高。统计分析显示：从统计学的角度出发，2类拖车并无差异，且对路面噪声等级的分级是相同的。对试验数据进行比较可看出，需对结果加以修正因数约为1 dB(A)。虽然差异比期望的要大，但是仍然符合ISO暂行标准中规定的2 dB(A)的再现性。

第二类试验研究的是在轮胎设计相同时，对CPX与声强测量法的比较。使用ADOT的拖车进行了试验，结果显示：声强法所测得噪声与CPX值线性相关，最大偏差为0.7 dB(A)，且比CPX约高出3 dB(A)。

4 结语

统计经过法要求将单个车辆从交通流中分离出来，适用于交通流较小时;比较而言，在交通流较大或需要在同一时间测量多车道交通流时，定时统计法适用性较好。控制经过法可测量单车经过时的噪声，也可测量车辆加速时的噪声。由于限定了车辆和速度，减小了外界条件对测试结果的影响。近场测试法可以充分反映轮胎/路面噪声情况，可为路面噪声的评定提供更为可靠的手段，并且测试简便易行。

用路侧法评价路面性能需要大量的时间和人力，对于测量地点的要求严格，很多期望的地点很难达到测量的标准，而且仅能测量全部车辆排放噪声对路面的影响，对于轮胎/路面噪声无法量测。虽然综合噪声排放水平是评价区域噪声等级的决定性因素，但对于开展轮胎/路面噪声研究这些方法不够精确而且费用较大，尤其当被测道路的噪声级别差异较小(2 dB～3 dB)或测量道路较少时。

FHWA推荐的标准测试法是统计经过法或定时测量法，这些方法可同时测试车辆动力系统和轮胎/路面两大类噪声。这两类噪声均和车速密切相关。欧洲的研究显示：对于车速在25 mi/h～30 mi/h的小汽车和车速在35 mi/h～45 mi/h的卡车，存在一个分界速度。当小汽车车速大于30 mi/h，卡车车速大于45 mi/h，轮胎/路面噪声成为交通噪声的主要来源，车速越高噪声越大。因此对于限制车速大于45 mi/h的道路，我们有必要考虑轮胎/路面接触产生的噪声。

交通噪声测试方法的多样性以及测试结果易受各种因素干扰的特性，给不同研究机构之间测试数据的相对比较带来了一定的困难，同时对进一步的研究也带来了困难，所以有必要制定一个标准的测试方法。

［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.