声浪是很复杂的问题，很多人对声浪的理解局限在排气管，排气管确实可以影响声浪，但毕竟不是声浪的起源。为什么大家都喜欢通过改排气管来获取不一样的声浪，因为它最好改最直接。有些声音我们叫做噪音是因为不悦耳…音量更大的噪音本质上还是噪音。

先补充一部分关于声音的内容吧。

大家都晓得声音是振动造成的，但定义一个声音，大体上可以由音高、响度、音色三个参数来描述。频率主要影响音高； 振幅主要影响响度；频谱和时域主要影响音色。三者之间也会相互影响，图里的线越粗则效果越强。

声压用来评价一个声音的大小，以1000Hz的纯音为准，人耳将将能够感知的声压2X10e-5 Pa，难以忍受的声压为20Pa。然而我们平常所说的分贝，并不是声压的直接体现，而是“声音的能量”，0dB是这个频率以能够引起人类听觉的最小声音来度量的，往后每增加10dB，能量增强十倍，响度则增加一倍。

振幅和频率尽管分别是响度和音调的决定性因素，但也存在着微妙的关系，因为人耳主观上存在着特殊性，在2000Hz~4000Hz的区间特别敏感，甚至于仅仅需要-7dB就可以引起听觉，在低频、高频的区域，则需要几十dB才能有所察觉，所以为了以“人耳”为标准对声音的大小进行评价，就有了“响度”的概念。

如果两个声音的音调和响度一样，就需要凭借音色来区分两者。决定音色的主要是振动的时域及声音的频谱（Sound envelope and Frequency spectrum）。Frequency spectrum描述的是声音能量的分布。

为什么要使用频谱来描述一个声音呢，因为声音通常都不会是一个单纯的频率，而是几个频率的叠加，如果我们固定一根线的两端，然后给它一个激励，线上就会出现各种各样的波，波长等于线长度的，波长等于线长度的一半，1/3,1/4等等，这些波叠加起来就是我们看到的振动。声音也一样，这些声音的谐振频率一般是某个频率的倍数，最低的那个频率我们称为基频。而“同时激活几个有倍频关系的声音”，与“把这几个声音的波形叠加成一个波形，然后演奏这个波形”，也是不一样的，前者是几个声音的共鸣，后者则是一个比较特别的单音，也可以理解为“音色特别”。

Sound envelope描述的是振动随时间变化的情况。 通常来说，一个简单的击打造成的envelope包含四个过程，Attack即物体由静止到振幅迅速增大的过程，Decay即振动逐渐稳定的过程，Sustain是振动稳定的持续期，Release是能量耗散不足以保持振动，振幅逐渐减小的过程，很多乐器的振动具有这样的特点，听起来是比较顺畅的，但如果击打是连续的，1秒30次以内人耳大体上可以辨别，超过这个限值越多，听起来就越像是一个连续的声音了。

如果我们将一个声音记录下来，反向播放它会发现这是另一个声音，但它的频谱却是一样的，原本随时间逐渐消逝的尾音变成了陡然下降的状态。也就是说，envelope对音色的影响不比spectrum小。

至于其他比如多普勒效应等等可以加给声音的特效，都是会影响到声音的品质的，不多赘述了。

发动机的声音大体可以分为燃烧噪声、机械噪声以及空气动力噪声。如果按照各个声源对总噪声的贡献来看，燃烧噪声和排气噪声是最多的，其次才是各个机械部件的噪声、风噪、进气噪声等等。最核心的还是点火，因为点火才有爆发才有对外输出，此外曲轴通过附件轮系等等将自身的运动传递给各零部件，所以不论是哪个地方的噪音，归根结底都会和点火频率产生关联。

以四缸机为例，曲轴每转两圈，每个气缸只完成了一个循环，对于气缸来说，也就是“0.5Hz”，但因为四个气缸都完成了一个周期，对于发动机来说就是”2Hz”了，如果对六缸、八缸等等发动机做这样一个简单的计算就可以得到下面这样图。

为什么随着气缸数的增加，随着转速的提升，音调总体来说是增加的，这就很明显啦。

但点火频率无法完全决定音色。

别忘了前面提到的谐振频率问题，在为什么 V10 发动机逐渐消失，而 V8 和 V12 没有? - Sleepy Lin 的回答以及学习发动机四行程有什么用？ - Sleepy Lin 的回答的问题里曾经写过往复惯性力的一些比较基础性的内容，不够完整但这里也不打算继续往下深入了，总之气缸内发生了一系列复杂的反应，各种力产生了对应不同阶次的频率，下面这张图是对一台八缸机的采集数据进行FFT处理后的结果。

标注的峰值为主点火阶次64.6HZ，可以很容易反推得到转速是969rpm。后面的几个波峰基本上在倍数位置，就是更高的一些阶次了。300Hz左右的地方有一片波峰，是发生了共振的区域（这台机器的排气管发生了共振），在设计的过程中，零部件的固有频率都是要求不与各个谐振频率发生重合的，最简单的就是提升模态，让固有频率高于主要的几个阶次频率。共振会造成更大的振动，提升噪声的水平，但这种噪声绝对不是我们想要的声浪。共振的问题也不仅仅是噪声而已。

各个阶次的谐振频率叠加在一起，就形成了特别的音色。

可是相同气缸的发动机可能排量不一样，排量一样的，缸径或者冲程是不一样的，还有压缩比可能是不一样的，燃烧过程是不一样的，爆发压力是不一样的，结构件受限于布置与种种原因是不一样的，放大到整机、整车上，千百个零部件，它们都有各自不同阶次的模态，形成的基本上是一个独有的组合，所以即便点火频率一样，能量分布是不一样的，这世界上也很难找到两种音色相同的机型。

下面几张图可以做个比较。

比较亮的黄色是声压级比较大的区域。Corvette和Ferrari 458用的都是V8发动机，有好几个阶次频率的声压级都比较大，谐振频率的组合形成了比较悦耳的声浪，但Corvette声压级最高的区域明显比法拉利低一些，意味着法拉利有几个高阶次的频率能量较大，音调整体会变得更高。Avalon和Porsche 911 Carrera S都是六缸机，Avalon各个频率的声压级都比较低，NVH做的太好……而Porsche 911 Carrera S声压级最高的区域在低频段，高阶次区域声压级都很低，这是六缸机比八缸机更平顺的表现，没有太多不平衡力的困扰。

关于燃烧噪声…自然是和燃烧过程密不可分的，缸内气压不断的变化，影响这个过程的因素就多了去了…如何喷油，如何进排气，如何点火，实际上在设计一台发动机时，调校这些参数是非常非常痛苦的一件事情。

燃烧噪声和机械噪声两者并不太好区分，是因为燃烧最终也是通过缸壁传递到环境的。当然最主要的一个过程还是迅速燃烧爆发的那个过程，整体的噪声也就和压力的增长率、最高压力的大小、时长有关系。

燃烧噪声的频谱大致是下图这样的，低频区间体现的主要是最高爆发压力，最高爆发压力越高，低频的峰值就越高；中频区间体现的主要是燃烧的放热率，如果放热越迅速，中频区间就越平坦；高频区间体现的是燃烧开始时缸内局部压力的上升。气缸压力的频谱在低频段是线谱，几个特定频率上有峰值，这些频率也就是点火频率的谐振频率了。

下图描述的是一台柴油机。

不论是什么工况，低频段的能级都比高频段更高（偏暖色），而且曲轴转角覆盖的范围更广，也就是持续的时间更长。图中上与下的区别在于喷油时间，喷油时间推迟以后，整个图形往右偏移，意味着声音的发出时刻的推移，这是因为最高爆发压力点随着点火时间推迟而推迟。最左两幅以及最右两幅图的对比可以看到，负荷减小噪声则减弱。

这几张图则是喷油时刻的影响（ATDC即After Top Dead Center），随着着火时间的推迟，负荷的减小，声强级减弱。当然着火时间太晚对燃烧也会有不好的影响，是存在一个最佳的时刻的。

燃烧噪声是在缸内形成的，但是还需要经过一系列的结构件才可以传递到环境里，所以缸体缸盖等等零部件的状态，对噪声影响一样是很大的。通常这些结构件有个衰减特性，气压冲击结构件，传递到外部形成的能量已经不如缸内那么大了，这就是衰减。衰减特性和固有频率一样是天生定型的，所以转速、负荷等等都不会对这个特性造成什么变化。衰减特性不同，燃烧过程不同，叠加起来就是不一样的噪声。

下图是比较典型的衰减特性，因为零件的固有频率一般处于中频区间，所以在1000~4000Hz的区间衰减特别小，但是在低、高频段衰减就很可观。

机械噪声的来源比较多，这部分噪声最容易出现异响。

冷却喷嘴润滑不足活塞敲击哒哒哒，皮带轮的共振啸叫，配气机构，正时系统等等。实际上发动机的进排气噪声是可以通过谐振腔、消声器来控制的，燃烧噪声是可以在热力学开发的过程里得到控制的，但是机械噪声往往在整个机型开发的过程乃至量产以后，都很难解决，一方面因为问题处多，一方面因为声源难找------没错有时你能听到但你真的找不到在哪，即便找到了，也可能不会有一个完美的解决方案。

这类噪音也很有特点，通常出现在怠速、急加减速、以及高速运转的时候。

关于这类噪音的描述，简直用尽了人类目前已有的拟声词。

哒哒哒。突突突。噔噔蹬。梆梆梆。嗡嗡嗡。隆隆隆。啷啷啷。

太难了。

不过话说回来，这类噪音多是和零部件的设计相关的，零部件的关键参数做一些调整，噪声也会相应的有改变，以活塞为例就有下图这个样子。

至于都有什么些声源什么些机理什么些控制手段，就不展开了，这是一门玄学呵呵呵。

一开始已经说到了，排气管最容易改装，也是改造声浪最有效的办法，对于发动机本体而言，要去重新定制零件等于重新开始一台发动机的设计，点火、喷油的参数尽管影响噪声但通常这些关键参数对动力、经济性的考虑更多，不太容易去从降噪的角度去考虑。

排气作为发动机四个冲程之一，它的噪音也和本体离不开关系。

使用什么样的消声器，得从发动机本体出发进行设计，反之如果希望改造声浪，也可以从选择不同的消声器开始。

空气在管道中流动，自身携带能量引起自身振动造成的声音，流量一定的时候，管径越大，气流越稳定，声音越小，单纯从声学角度来设计排气管的话，考虑的就是这部分的噪声了。

此外，由于排气门不停开闭，会造成周期性不稳定的空气流动，这部分气流在管道截面积突变，或者弯管的地方会形成冲击，导致噪声；另外，空气和管道壁面摩擦也会形成噪声。

还有一种叫做辐射噪声，振动体与流体接触的时候会推动流体，而产生声音，麦克风就是这种例子。排气系统由于发动机、车体振动给的激励，会导致整个结构振动，还有气流的脉冲波动，会形成这种噪声。

在排气尾管部分产生的噪声，主要包括两种。

一种是前面提到的这种稳定气流形成的动力噪声，另一种是不稳定气流形成的摩擦噪声。低转速气流流速慢的时候，前者为主，高转速气流流速快的时候以后者为主。

假如一台发动机的排气管没有消声器，随着负荷增加（下图分别是25%、50%、75%、100%的负荷曲线），噪音的增强非常显著，低频段（实际是主点火阶次频段）是声强级比较高的地方。

如果说图里描述的是这台发动机在1800RPM时的情形，你们现在可以猜它有几个气缸。

一个比较典型的消音器结构。

在降噪的过程中，需要考虑的是发动机声强级比较显著的频段，不同的消声器的效果是不一样的（废话），比如消音器内有多少个消音单元，管道多长等等，消音效果都不一样，一般来说消音效果越好消音器本身的体积也越大。

区别更大的是种类与组合，阻性消音器比较常见，比较适合处理中低频，添加吸声材料的框型罐尽管在低频段没什么效果，作为辅助消音器消除高频段的噪声却非常实用，把这两者组合起来得到广阔的消音频段，极好。

下面左图就是普通的阻性消音器，右图则是组合式的消音器。

四条实线分别是几个特性不同的阻性消音器的消音效果，在125~250Hz的低频段效果最显著，虚线则是框型罐，在高频段的效果比较好。

结合好这两者的效果，就能在比较广泛的频段内得到良好的消音效果啦。

使用不同直径、不同长度、不同结构的排气管，消音的频段以及消音的程度是不一样的，最终体现的就是噪音的不同。

各位还记得最开始说的响度音调和音色么……

振动的强弱与响度，频率的高低与音调，谐频的重合与音色，就是这样形成声浪的。

可是决定声浪的因素太多了……确实不是换个排气管，拆掉消声器就能得到跑车的声浪，噪音之所以叫做噪音是因为它本质就是噪音，声音再大都是噪音，刻意去改变声音通常会引起发动机性能的变化，燃烧部分就不用说了，排气段影响背压，对动力性影响极大，排气管确实是一个捷径，但毕竟不是核心。

转自知乎作者：Sleepy Lin