与车内噪声相关的微表面铺装路面表面纹理波长斜率谱密度分布研究

为什么路面的声音很重要

凡是在刚做完表面处理的路上行驶并在车内听到恼人的“嗡嗡声”的人，都能体会到路面如何影响我们的日常舒适度。本研究考察了一种常用的道路养护技术——微表面铺装（micro-surfacing），该技术以施工速度快、成本低、环保著称，但常使车内噪声增大。研究人员旨在弄清楚这些路面上微小的凸起与凹槽如何产生额外的车内噪声，以及工程师如何在不牺牲安全性的前提下，通过重设计路面使乘坐更安静。

从粗糙的路面到车内噪声

路面并非光滑无暇；它由不同尺度、不同波长的峰谷纹理构成。这些纹理有助于轮胎抓地和排水，但也影响轮胎滚过时产生的噪声。微表面铺装是在既有路面上铺一层薄薄的石料与沥青混合物。由于不使用重型钢辊压实，其表面往往比诸如 SMA-13 等常规沥青混合料更不规则。驾驶者常反映这类路段在车内听起来更响，但此前鲜有精确数据指出究竟是哪一部分表面纹理负责造成这种噪声。

对路面进行三维扫描

为了解决这个问题，团队结合了两类测量。首先，他们用高分辨率三维激光扫描仪绘制微表面路段的表面，将纹理高度在很小的区域内捕捉下来。然后把这些高度图转换为“斜率谱”，显示表面在每个纹理波长上起伏的强度。这个量称为斜率谱密度（slope spectral density，SSD），本质上量化了路面在不同尺度上的粗糙程度。其次，他们以100 km/h 的速度驾驶测试车辆，分别经过微表面和相邻的 SMA‑13 路段，使用灵敏仪器记录车内的声压级和详细频谱。通过将每次噪声测量与对应的纹理数据配对，他们可以直接寻找路面外观与驾驶者听到声音之间的关联。

发现引起噪声的纹理模式

分析结果显示，微表面铺装在车内噪声方面持续高于 SMA‑13，平均约高出 4 dB(A)。差异在约 50 至 800 Hz 的低到中频范围最为显著，尤其在约 100 Hz 附近。这些频率对应车身板件振动最容易被乘客察觉的区域，常被感知为强烈且令人疲劳的“嗡嗡”声。当研究人员检查 SSD 曲线时，发现纹理谱的整体形状极好地符合一种特定的钟形数学函数，意味着粗糙度呈现出规律性的分布。重要的是，谱中的某些部分，特别是波长在 10 到 20 毫米之间的纹理，与车内响度呈显著且线性的相关关系。

将测量结果转化为设计规则

作者接着探讨如何将这一理解用于构建更安静的路面。他们没有仅仅关注简单的粗糙度指标，而是分析了 SSD 曲线总“面积”中由不同波长带贡献的比例。该面积比率告诉工程师特定纹理尺度在总体粗糙度中所占的份额。他们发现，当以约 10 毫米为中心的波长贡献份额较高时，车内噪声也较高；当该份额下降时，车内噪声随之降低。基于这一关系，他们提出了一个实用的设计目标：对于常见的微表面混合料 MS‑III，来自波长大于 10 毫米部分的 SSD 面积比例不应超过 50%。

设计并测试更安静的配方

为了验证该规则在实际中的有效性，团队调整了微表面混合料中小中大石料的配比。通过增加某些粒径、减少另一些，他们制备了若干试验混合料并扫描其纹理。一个优化配方的 10 毫米面积比恰好低于 50% 的阈值。当这种优化表面铺设在测试路段并在实际交通下沉降固结后，车内噪声测量表明其在高速行驶时比典型微表面混合料安静约 2.8 dB(A)。最大的改善仍出现在占主导的人体感知的低到中频段，这意味着乘客很可能感到车内更平静、乘坐更不易疲劳。

这对日常出行意味着什么

对非专业读者来说，关键信息是：汽车旅程的舒适度不仅取决于车辆本身，还取决于路面的精细“皮肤”。本研究表明，通过精确测量并控制微表面铺装纹理中的微小波长——尤其是约一厘米长度的纹理——工程师可以在不放弃高效且可持续的养护技术的前提下，减少车内嗡嗡声。该工作提供了一个清晰、基于数值的指导，供道路管理机构在设计未来微表面工程时采用，帮助城市建造既耐用安全又能显著降低车内噪声的街道。

引用: Lin, J., Liang, H., Wang, H. et al. Study of surface texture wavelength slope spectra density distribution of micro-surfacing pavement related to vehicle interior noise. Sci Rep 16, 6915 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38065-x

关键词: 道路交通噪声, 微表面铺装, 路面纹理, 车内噪声, 安静道路设计