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電動車真的會讓日常交通變得更安靜嗎?

2016 年 07 月 05 日

你可能已經聽過許多「電動車(EV)比較安靜」的說法,有些討論把重點放在電動車太安靜對行人及單車騎士安全的影響,有些則專注在交通噪音的減少與住在馬路附近的居民健康議題。不過,究竟大眾運輸的電動化能讓交通變安靜多少?想回答這個有趣又複雜的問題,要回歸到噪音本身以及人對噪音的感受上。

基本的交通噪音包含引擎、輪胎、道路(不同路面材質所產生的噪音也有差別)以及風切聲等。隨著車輛行駛速度越快,輪胎與路面產生的噪音以及風切聲都會越大。

電動車引擎幾乎沒有聲音,且電動馬達發出的高頻噪音傳播範圍也不廣,而目前電動車都設計成可降低風阻係數,即使高速行駛也不會產生太大的風切聲,不過隨著電池成本降低、馬力增強,這項「優勢」也逐漸被抵銷。而且比起路面噪音與輪胎噪音,大部分的人根本不太會注意到相對較小聲的風切噪音。但如果想說電動車輪胎的噪音比傳統汽車輪胎更少,所以「街頭會變安靜」,似乎又沒考慮到改良後的輪胎早比十幾年前的版本更安靜。

那麼,我們該怎麼準確分析電動車和汽車的噪音差異?

圖片來源:Johanan Ottensooser@flickr, by NC 2.0
圖片來源:Johanan Ottensooser@flickr, by NC 2.0

我認為重要的是釐清車輛整體噪音中,不同元素個別導致的成果。大部分的文獻或分析僅著重在其中一兩個面向,沒有多方比較。幸好我們還是有些資料可以參考。

如美國普渡大學和中央佛羅里達大學在 2000 年中發表的文獻有一張圖表,解釋隨著車速提升,各種噪音 A 權音壓值(A weighted sound pressure,簡稱 dBA)的變化。

A 權音壓值為噪音的測量單位。人耳除了聲音的壓力或強度,也對聲音頻率有不同反應,其中 2000 ~ 4000Hz 頻率的聲音會產生特別強度的感覺,而 A-Weighting 的測量單位,就是強調此頻率範圍對人耳所造成的影響。

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圖表一:隨著車輛加速,整體噪音、輪胎噪音、車輛動力系統噪音與空氣動力噪音的 A 加權音壓值位準關係變化圖

而底下這份出自荷蘭的報告則針對車速加快時,各類交通噪音的增減關係進行研究。

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圖表二:時速在 40、70 和 100 公里時,引擎、輪胎與路面分貝降低潛力

在大部分的案例中,輪胎噪音與路面噪音的變化呈現正相關,當輪胎噪音越高,路面噪音也越高,反之亦然。但因研究方法的不同,也有一個案例中兩者數據無關聯。

大致來說,這些噪音都屬於 dBA 噪音位準的寬頻噪音,所以功率可以相加(編註:如圖表ㄧ中輪胎噪音(藍線)、車輛動力噪音(綠線)與空氣噪音(灰線)加起來等於綜合噪音(紅線))。但分貝是一個對數單位,再考慮到 dBA 的計算公式,圖表一中 50 kph 的車輛動力噪音(60 dBA )實際上聲音強度比輪胎噪音(68 dBA)整整少了一半。

分貝的定義使用以 10 為底的對數,每增加 10 分貝(10 dB),響度就增加 10 倍。

讓人氣餒的是,人耳只能對 3 到 5 dBA 之間的噪音感覺出差異,而根據普渡大學的資料,輪胎噪音和綜合噪音的差別小於 3 dB。也就是說,你站在路邊仔細聽一台汽車以時速 110 公里呼嘯而過,即使消除了引擎與風切噪音,對你的耳朵來說,輪胎噪音和整體噪音還是沒什麼差別。

不過,以下還有四個明顯的要素,與大眾直接感覺噪音大小聲有關。

汽車內建的消音器

目前為止我們討論的範圍都屬於已經過消音器調整的普通噪音,不包括消音器損壞,或像哈雷機車、跑車和「Rolling Coal(加入過量燃油,讓柴油引擎大排廢煙的車輛改裝)」等,刻意保留超大引擎聲的情況。這些尖銳的聲響和一般交通噪音相比更惱人。

電動車沒有消音器,所以沒有消音器壞掉的問題,且因為各種優異的特性,正快速取代傳統燃油車。隨著電動車成為主流,消音器壞掉或刻意保留的引擎噪音情況也將大幅度減少。未來,就如同柴油廢氣排放問題,社會大眾也能找到與噪音汙染和平共處的方法。

換檔時代即將過去

輪胎摩擦的尖銳嘰嘰聲也將成為人們的回憶。比起傳統汽油車,電動車在任何轉速(RPMs)下的控制性更佳,啟動時就提供比引擎系統高的輸出性能,不再需要配合引擎轉速進行換檔,因此在電動車的時代,汽油車換檔的頓挫感和雜音也都將消失。

如果看過「特斯拉 VS 跑車」拉力賽的影片,你會注意到排放廢煙及燒胎情況完全從特斯拉電動車上消失。他們沒有傳統賽車的戲劇張力,就只是在起跑線準備,然後靜靜地消失在遠方。想要帥氣燒胎的特斯拉駕駛可能要失望了。

圖片來源:jo.sau@flickr, by CC 2.0
圖片來源:jo.sau@flickr, by CC 2.0

噪音中的低頻音元素

內燃機的引擎噪音與風切聲具有強烈的低頻音(輪胎與路面噪音也是)。和電動引擎的高頻音相比,低頻音較不容易被大氣中的濕氣吸收(濕氣是影響交通噪音傳播的重要因素),所以傳播的範圍與距離比高頻音更廣

根據我對聲音原理的理解,以及考慮到相對無關的路面噪音或輪胎噪音,個人認為,找到消除引擎的低頻音和降低風切音,才可能好改變路面噪音的平衡,進而減少噪音傳播的距離。

輪胎降噪設計的進步

這十幾年來以來,由於輪胎與路面貢獻了最多的噪音,大眾特別專注如何從工程原理的角度降低交通噪音。因為如此,許多地方已懂得鋪設較不會發出噪音的路面,而市售輪胎的降噪技術也發展到一定的水準。 基本上,過去幾年來交通環境變得越來越安靜,除了那些刻意製造的噪音或未保養的車輛外。

考慮到車輛的材料、結構、外型以及輪胎胎紋的提升,可推測今日的載客用車產生的整體噪音不到 30 年前的 20%。

卡車進步的速度就更加快了,現代卡車發出的噪音還不到 1980 年代卡車的 10%。

這段文字提到的 10% 與 20% 應該是絕對音壓值,而不是感知音壓值,再考慮到分貝的對數特性,以及人們對噪音的接受度,我們可以推估出輪胎聲的吵鬧度已經比過去減少了一半。

回到主題,我們針對「電動車可讓交通變安靜」可以得出什麼結論?

電動車無法讓高速公路的交通噪音大幅度減少,但對時速限制在 40 公里的都市內噪音到有所幫助,因為引擎噪音逐漸成為慢車速最主要的噪音來源。隨著電動車技術的發展,我們可以期待摩托車與卡車變得越來越安靜,而消音器壞掉卻還堅持上路的商用車將逐漸消失。

想知道更多觀點,請參考下面的連結:

 

Michael Barnard
原文作者:Michael Barnard

Michael Barnard 致力於分析和發表有關脫碳科技、商業模式與相關政策的文章報導。相關作品發布在 CleanTechnica、Forbes、Huffington Post、Quartz、RenewEconomy、RenewablesInternational 和 Gizmag 等媒體,也被收錄在教科書中。Michael 也常在知識問答網站 Quora 回覆提問,曾在 2012 年獲 Quora 年度頂尖寫手的肯定。 他曾出版一本與氣候主題相關的小說「Guangzhou Future Tense」。

首圖來源:Luis Miguel Bugallo Sánchez@wikipedia

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