本文主要介紹排氣系統(tǒng)的聲音調(diào)節(jié)功能。本篇所需要用到的物理知識(shí)更多，因此理解起來會(huì)更難，讀者若能堅(jiān)持讀完，對(duì)排氣聲浪的理解是大有裨益的。

在這之前，我們需要對(duì)聲音做個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。聲音的三大要素是：聲源、傳播和接收。傳播靠的是媒質(zhì)，例如空氣、水和鋼管等物質(zhì)，聲源是激發(fā)媒質(zhì)振動(dòng)的物體，例如排氣聲浪是發(fā)動(dòng)機(jī)排出尾氣，尾氣在排氣管內(nèi)振動(dòng)而產(chǎn)生的，而人耳是一種接收裝置。媒質(zhì)振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生分子的稀疏區(qū)和稠密區(qū)，這就是常說的聲波（和水波類似）。相鄰的分子稠密區(qū)（或稀疏區(qū)）距離的長(zhǎng)短決定了聲波的頻率，此距離越長(zhǎng)，聲音頻率越低（低音），此距離越短，聲音頻率越高（高音）。排氣聲浪中和發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的聲波頻率一般不超過1000赫茲，其中低于100赫茲的部分可認(rèn)為是低音，100至300赫茲可認(rèn)為是中音，高于300赫茲屬于高音，這和正常的音樂低中高音劃分是不一樣的。聲音的大小用分貝來表示，正常講話的聲音大約為60~70分貝，F(xiàn)1賽車的聲音可達(dá)100~110分貝。



排氣聲浪是如何產(chǎn)生的？

首先來了解發(fā)動(dòng)機(jī)是如何工作的，常見的4沖程發(fā)動(dòng)機(jī)有4個(gè)工作環(huán)節(jié)：“1-進(jìn)氣”、“2-壓縮”、“3-點(diǎn)火”和“4-排氣”，相鄰的兩次排氣過程中間間隔著另外3個(gè)工作環(huán)節(jié)，所以排氣管內(nèi)的氣體壓力是不連續(xù)的，而不連續(xù)的氣體壓力產(chǎn)生導(dǎo)致了氣體分子的稀疏區(qū)和稠密區(qū)，這和前面講到的聲音產(chǎn)生機(jī)理一樣，排氣聲浪就是這樣由發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣周期性排出產(chǎn)生的。



排氣聲浪有什么特點(diǎn)？

排氣聲浪分為兩部分，一部分是和發(fā)動(dòng)機(jī)周期性旋轉(zhuǎn)相關(guān)的，稱為階次聲，另一部分是尾氣流動(dòng)然后排放到空氣中產(chǎn)生的咝咝聲，稱為氣流聲，改裝排氣追求的迷人聲浪均為階次聲。為了突出階次聲，需要降低氣流聲，通常采取的辦法是使用吸音棉吸聲和將排氣尾管加粗，降低尾氣的流動(dòng)速度，從而降低氣流聲。

階次聲又可分為很多部分，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)的不同，階次聲名稱也不同，如4缸機(jī)對(duì)應(yīng)的為2階、4階和6階等，6缸機(jī)分為3階、6階和9階等。專業(yè)的排氣聲浪設(shè)計(jì)通常會(huì)將排氣聲通過專業(yè)設(shè)備錄下來并進(jìn)行分析，得到彩色頻譜圖。以某4缸機(jī)排氣聲浪彩色頻譜圖為例，藍(lán)色代表聲音小，紅色代表聲音大，橫軸方向?yàn)槁曇纛l率，縱軸方向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。圖中黃色的斑點(diǎn)為氣流聲，例如1200至1500赫茲的排氣聲浪頻段均為氣流聲。圖中50至450赫茲區(qū)間的一條條斜線代表的是階次聲。第一條明顯的斜線為2階階次聲，第二條為4階，依此類推。通常來講，聲音低沉有力的排氣聲浪，其能量集中在前兩階（即2階和4階）。聲音高亢清脆的排氣聲浪則集中在更高階次（6，8，10，12階甚至更高）。



以寶馬335i的排氣改裝為例，其搭載的是6缸3.0T的發(fā)動(dòng)機(jī)，所以主要的階次聲為3階，頻率集中在300Hz附近，可以看到天蝎排氣和原廠排氣的區(qū)別在于天蝎的3階階次聲比原廠的要大，另外天蝎的其他階次聲也比原廠的更為清晰。從圖中3階階次聲的錯(cuò)位位置也可以判斷出換擋時(shí)間點(diǎn)。讀者可以結(jié)合視頻中的排氣聲浪來輔助理解。



如何對(duì)排氣聲浪進(jìn)行調(diào)節(jié)？

眾所周知，排氣聲浪的調(diào)節(jié)主要靠消聲器來完成。按工作原理來劃分，消聲器可分為阻性、抗性和復(fù)合型。阻性消聲器的工作原理為利用吸音棉吸收聲音，常見于中段消聲器和尾段直排消聲器，阻性消聲器主要工作于中高頻?？剐韵暺骼霉苈反蚩缀凸苈窋嚅_等方式造成結(jié)構(gòu)不連續(xù)，聲音在這些不連續(xù)的結(jié)構(gòu)處被反射回去，從而達(dá)到降低聲音的目的，抗性消聲器主要工作于中低頻。復(fù)合型消聲器為阻性和抗性消聲器的結(jié)合體，可實(shí)現(xiàn)全頻率段降噪，例如圖中的內(nèi)回壓型S鼓和原廠消聲器一般為復(fù)合型消聲器。在消聲器設(shè)計(jì)過程中，工程師根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣未安裝消聲器之前的聲音特點(diǎn)，利用專業(yè)軟件設(shè)計(jì)消聲器內(nèi)部結(jié)構(gòu)來降低不需要的聲音頻段，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)排氣聲浪的調(diào)節(jié)。大多數(shù)人常把氣流和聲音混為一談，認(rèn)為改變氣流走向就能改變聲音，這是不完全正確的。舉個(gè)最簡(jiǎn)單的例子，對(duì)于如圖所示的阻性消聲器，氣流由于吸音棉的阻擋作用，大部分沿著內(nèi)管流動(dòng)，而一部分聲音則可以輕松地通過內(nèi)管上的孔穿透至吸音棉被吸收。如果將阻性消聲器的外殼直徑加大到足夠大，此時(shí)氣流走向依然保持沿內(nèi)管流動(dòng)，但是基本上所有聲音會(huì)被吸音棉吸收掉，所以即使是直排，也不會(huì)產(chǎn)生炸街一樣的響聲。



什么是排氣共振？如何消除排氣共振？

經(jīng)?？吹骄W(wǎng)友說改裝了排氣之后產(chǎn)生共振。那究竟什么是共振呢？排氣共振分為兩種，一種是聲音上的共振（也叫共鳴），一種是振動(dòng)上的共振。這部分知識(shí)較為理論，比較晦澀難懂一些，要看懂需要一定的數(shù)理知識(shí)和足夠的耐心。首先來講振動(dòng)上的共振，排氣管的振動(dòng)是由發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)引起的，通常在三元催化器之后和排氣中段之前安裝波紋管來降低傳遞到中尾段的振動(dòng)，這種波紋管相當(dāng)于一個(gè)彈簧減震系統(tǒng)。經(jīng)過合理設(shè)計(jì)的波紋管可以衰減掉大部分沿排氣管傳播的振動(dòng)，但仍有部分剩余的振動(dòng)將繼續(xù)沿排氣管傳播。



物理課上我們學(xué)過任何物體都有固定的振動(dòng)頻率，排氣管也不例外。除此之外，物體每個(gè)部位的振動(dòng)大小也是有規(guī)律的，有些地方振動(dòng)量始終很小，有些地方振動(dòng)量始終很大。如果將排氣掛鉤安裝在這些振動(dòng)量始終很大的地方，如果經(jīng)波紋管衰減后的振動(dòng)的頻率和排氣管的固有頻率也正好吻合，那么振動(dòng)將被放大且通過掛鉤帶動(dòng)地板振動(dòng)，車內(nèi)人員將感覺到明顯的地板振動(dòng)，同時(shí)地板振動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生聲音，這將加劇車內(nèi)人員的不舒適感。排氣改裝中常采用原廠掛鉤位置進(jìn)行安裝，這樣是不是就可以避免振動(dòng)量始終很大的地方呢？答案是不一定，因?yàn)樵瓘S的連接管管管徑、消聲器大小和尾管在改裝過程中都發(fā)生了變化，整個(gè)排氣系統(tǒng)的固有頻率和振動(dòng)量大小的位置也發(fā)生了變化，選擇原廠位安裝掛鉤只是為安裝提供了便利。為了避免排氣管的振動(dòng)共振，最有效的辦法是對(duì)掛鉤結(jié)構(gòu)、位置和波紋管進(jìn)行優(yōu)化，以盡可能降低發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞的振動(dòng)和避開振動(dòng)量大的地方，而這需要大量復(fù)雜的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，目前僅少部分原廠研發(fā)中心具備這樣的能力。



下面來說說聲音的共振。振動(dòng)傳播的媒質(zhì)是固體結(jié)構(gòu)，振動(dòng)共振是發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和排氣管的結(jié)構(gòu)固有特性相吻合導(dǎo)致的。類似地，排氣聲浪傳播的媒質(zhì)是空氣，那么聲音的共振就是發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣聲浪與排氣管中的空氣固有特性相吻合導(dǎo)致的。排氣聲浪在傳播過程中會(huì)在排氣管內(nèi)形成駐波（關(guān)于駐波的產(chǎn)生機(jī)理網(wǎng)友可以參考百度百科和維基百科中駐波詞條），與振動(dòng)在排氣管不同位置振動(dòng)量大小存在差別一樣，因?yàn)轳v波的存在，聲音在排氣管內(nèi)的大小也因位置不同而存在差異，通常在消聲器內(nèi)部管路斷開處都是聲音的最低點(diǎn)，聲音最高點(diǎn)的個(gè)數(shù)和位置則因聲音頻率的不同而不同。如駐波1的聲音最高點(diǎn)在兩個(gè)消聲器的中間，而駐波2存在兩個(gè)聲音最高點(diǎn)，說明駐波2的頻率是駐波1的兩倍。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣聲浪頻率和連接管駐波的頻率吻合時(shí)，就產(chǎn)生了聲音的共振。共振聲從排氣尾管傳播出來進(jìn)入車廂，如果和車廂的固有頻率也正好吻合，那么共振聲會(huì)被再次放大，這將影響駕駛的舒適性。



對(duì)于幅度較小的聲音共振，通常不需要采取特殊的措施，而對(duì)于幅度較大的聲音共振，則需要通過專業(yè)軟件進(jìn)行計(jì)算來設(shè)計(jì)共振器以降低聲音共振。



回壓和聲學(xué)是排氣系統(tǒng)兩個(gè)重要的特征，通過這兩篇文章的介紹，希望網(wǎng)友對(duì)他們有更深入的了解。國外具有一批經(jīng)驗(yàn)豐富、技術(shù)專業(yè)的排氣改裝公司，作者希望國內(nèi)的排氣改裝公司也能快速發(fā)展，提升自身研發(fā)能力，用更專業(yè)的技術(shù)來為廣大車友服務(wù)。