详情

原文传递音乐路面的设计理论分析与数值模拟研究

论文题名：	音乐路面的设计理论分析与数值模拟研究
关键词：	音乐路面;凹槽参数;振动声压;设计方法
摘要：	“十四五”开启了新时代交通运输高质量发展新征程，应加快满足人民群众对美好出行的期望。音乐道路作为一种特色公路，可通过路面宏观构造设计将杂乱无章的噪声转化成优美的旋律，在彰显新时代公路文化特色的同时极大推动乡村振兴进程和提升美丽乡村建设水平。然而，音乐路面研究与应用起步相对国外起步较晚，音乐路面设计与建造仍然依赖国外技术。因此，有必要对音乐路面的相关概念理论及其发音槽的设计方法展开研究及示范应用。　　为此本文基于声学的基础理论，分析了音乐路面的原理，阐明了其设计计算过程，并通过有限元软件建立轮胎-刻槽路面耦合作用下的噪声数值仿真模型，深入研究了汽车行驶速度、凹槽宽度、深度等因素对音乐路面发声效果的影响规律，对最佳音域和最佳凹槽参数范围提出了建议。最后，依托实体工程，以优化音效为目的，对模拟结果进行了验证。以期为国内推广修筑音乐道路提供理论依据和技术支撑。具体的研究内容及结论如下：　　首先，结合声学Helmholtz波动方程及其有限元求解方法，为建立胎-路噪音数值模型提供理论基础。从胎-路噪音机理与乐理基础角度出发，详细阐明了音乐路面音的产生是由于汽车轮胎与路面凹槽结构撞击引起汽车规律振动，产生了特定音频；且明晰了音乐路面设计计算工作关键在于计算音符频率、发音槽间距和每个音符对应施工距离，由此可得出音乐路面音效的影响因素主要包括速度、凹槽尺寸、音域范围的选择。　　其次，采用Abaqus有限元软件，分别建立了轮胎-刻槽路面振动声压模型和泵气噪声三维模型。本文得出的泵气噪声声压曲线的趋势与其泵气噪声理论曲线基本符合；对振动声压结果进行频谱分析，求得每个模型其声压级峰值对应的频率，将其与理论计算的频率进行对比，发现相对误差的均值仅为2.4%，模型参数设置契合实际的音乐路面的刻槽情况，具有一定可靠性。　　再次，借助已建的仿真模型，从车辆行驶速度、凹槽参数两个方面，分别研究了其对振动声压和泵气噪音的影响规律，并以优化发声效果为目标，均衡泵气噪音，振动声压，对凹槽设计方法进行研究。结果表明，音乐路面的最佳设计速度是40km/h-60km/h，最佳凹槽深度范围是3mm-5mm，凹槽宽度应设置在20mm以上；结合凹槽间距和宽度指标，对于40km/h的速度在选择1(d1)音符的频率时最佳音域范围为140~180Hz；然后根据凹槽参数的最佳范围，进一步研究了最佳发音槽参数组合，本研究认为音乐路面凹槽参数（24，4）或者（26，4）为最佳组。　　最后，结合重庆市梁平区渔米路、瑞丰路的音乐公路示范项目，利用采集的音频信息，进行频谱分析后对两个项目的音乐效果进行对比，其中采用了最佳音域、凹槽参数范围的瑞丰路比渔米路音乐效果好，验证了最佳凹槽参数、音域范围的合理性。
作者：	黄勇维
专业：	交通运输
导师：	王庆珍;邹晓翎
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023