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怎么一开车窗,我脑子就好像要被风刮走了?

怎么一开车窗,我脑子就好像要被风刮走了?

7月前

北方春季,是驾车出行最尴尬的时节。


无论自驾还是打车,不开窗,憋闷;开空调,(司机)疼钱;开窗,杨絮柳絮风沙花粉……


更常见的是,突然一阵乱风袭来,夹杂着风噪声,不明所以的压力变化,让耳膜都受到冲击。


被好奇心驱使着,你打开“果壳”,翻找能解释类似现象的文章。是自己原因?还是今儿风大十级?如果坐的是保时捷,还会不舒服吗?


怎么大风越狠,我耳越背?


其实,类似现象在生活中很常见。小孩子喜爱玩的一个游戏,对着空瓶子的瓶口吹气,让瓶子发出低沉的声音。


瓶口间的空气柱,对腔内空气不断压缩和反被弹,当外面的扰动一直存在,空气柱就会反复振动,发出声音,与腔内产生共振。


这种空气在一个腔中的共振现象,称为亥姆霍兹共振(Helmholtz Resonance)。


因为德国物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹(Hermann von Helmholtz)设计了一种特殊设备,叫“亥姆霍兹谐振器”,用它首次实现了对声音进行频谱分离——传来的声波中有与共鸣器固有基音相同的谐音,就发生共鸣。


亥姆霍兹谐振器,一头对准声源,一头对准耳朵丨维基百科


类似现象还有,灌保温瓶时,听着声音越来越“细”,便知道要装满了(腔中空气体积越来越小,共振频率越来越高);海螺里能听到“海的声音”,是因为海螺这样天然的多腔室结构,能引发多种频率的亥姆霍兹共振。


如果将车身视为空瓶子,车窗视为瓶口,外部空气灌入时,在开口处产生涡旋,车内原本处于封闭环境的空气被迅速压缩和减压,共振出“轰轰”的风噪声。鼓室内的压力还来不及调整,耳膜两边就产生了压力差,对耳膜产生压迫感。


亥姆霍兹共振在车内产生的声音频率在20Hz附近,这个数值处于人类听域的低点。频率小于20Hz的声波叫做次声波,听不到,但有些与人体器官的振动频率相近,容易与人体产生共振。有些情况下,是我们身体察觉到了变化,并产生不适反应。


要是复古老爷车,多半该没这个问题


对于乘坐和驾驶电车的人来说,这种现象经常会更加明显。


这要从电动汽车最核心的命题,“续航里程”说起。


从一些数据仿真结果来看,风阻系数每降低 0.01Cd 续航就能增加 10 公里左右——风阻越小,能耗就越小,减少能耗就意味着续航增加。


特斯拉 MODEL 3 的空气动力学研究unpluggedperformance


相比燃油车,电动车在改善风阻系数方面,有一些天然优势。


例如,舍弃了传统的内燃机,车辆的前引擎盖高度能够更加低;取消了进气格栅,因此其前脸造型能够更加扁平,能够有效降低风阻;电动汽车的动力直接通过电机传输,不需要传动轴,它的底盘也可以做到纯平。甚至,电动汽车上的隐藏式门把手、电子后视镜等设计都能为电动汽车风阻系数的降低带来改善空间。


不过正是这一系列的改变,对于车内风振来说,却是糟糕的。


空气流速更快后,为亥姆霍兹共振提供了更“好”的环境。气密性更严的座舱设计,让内外压力差来不及调整,车内用户不适感更强。当然,这种现象也与汽车速度有关。


减少汽车的空气阻力,为了提高能源使用效率丨Pagani 帕加尼设计手稿


车速过低时,风振现象不明显,随着车速逐渐升高越来越强。而当风振现象到达一个峰值后,其幅值会随车速升高而降低,并在超过某一车速后明显减弱。而且其频率也并非一直不变,而是随着车速变化。


相比之下,前窗因为紧邻A柱和后视镜,加入侧风后面临的压力交错更为复杂,前窗开口处气流更为紊乱,气流湍化程度更高,形成尺度更大的涡,风振(比开后窗)会增加。


另外,天窗上的弹出式导流板,也能减弱“空气冲击”。但如今很多电动汽车,用巨大的玻璃天幕取代了天窗设计,智能空调和更好的空气过滤系统减少人们开天窗“透气”的需要。


于是,我有了一个不成熟的“金点子”:电动汽车不如提供新的OTA升级,就叫“高速通风模式”,在达到一定行驶速度下,一旦人为开窗,另一侧的车窗也自动降下一些,快速平衡车内外的气压,弱化效果如同“封闭腔”的车内部的共振。


都智能汽车了,别老啥事儿都喊“师傅,那个,能不能……”


参考文献

[1] https://www.gearpatrol.com/cars/why-lowered-car-window-makes-bad-noise/

作者:陆泰

编辑:沈知涵

科审:Steed



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来源:果壳

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