Снижение внешнего шума автомобиля кратко
Обновлено: 30.06.2024
Наверное, нет таких автолюбителей, которые бы не хотели улучшить своего железного друга, сделать поездки на нем более приятными и комфортными. И не последний аспект в достижении комфортной езды – это тишина в автомобиле. Сегодня на всех современных автомобилях установлена шумоизоляция, но, с течением времени, она становится не такой, какой должна быть и понемногу проявляются посторонние звуки. Попробуем разобраться, откуда идет шум?
Источники
На самом деле, источников шума в автомобиле хватает. Самый распространенный – это вибрация от двигателя. Скрипы, шорохи и дребезжания передаются на кузов по креплениям двигателя. Часто, шумы идут от некачественной пластиковой обшивки салона, от плохо скрепленной передней панели. Немалый шум создают различные инструменты, оборудование, содержимое багажника и бардачка.
Еще одно действие по улучшению шумоизоляции салона автомобиля, это борьба с вибрацией. Первым делом, нужно проверить исправность всех узлов и агрегатов: двигателя, трансмиссии, подвески, рулевого управления. Если какие-либо неполадки будут обнаружены, то ремонт может, в большинстве своем, решить данную проблему.
При установке шумоизоляции обязательно нужно брать в расчет громкость внешнего шума. На высоких скоростях, из-за рисунка шинных протекторов и взаимодействиях их с дорогой, возникают сильные шумы. Бесшумными шинами являются нешипованные, где шапки протектора бывают разных размеров. Но замена резины – удовольствие не из дешевых, поэтому, обратим внимание на другие источники шума в автомобиле.
Чтобы устранить лишние звуки, используются специальные материалы, которые подавляют шум и вибрацию. Это поможет значительно понизить уровень шума в салоне автомобиля.
Специальные материалы можно разделить на две группы: шумопоглотители и вибродемпферы. Поглотители звука содержат в себе пузырьки воздуха, тем самым, обладая хорошей звукоизоляцией, а также хорошо удерживая тепло в салоне. Этот материал предназначен для изоляции звука двигателя, тогда как вибродемпферы, которые используют в качестве утяжелителя, борются с вибрацией кузова.
а новом автомобиле, сначала, лучше сделать шумоизоляцию, а потом можно будет проводить антикоррозийную обработку. Мероприятия по шумоизоляции проводятся в несколько этапов: полная или частичная разборка салона автомобиля, демонтаж всей электроники в тех местах, где будет устанавливаться шумоизоляция, удаление ковриков и полная просушка салона автомобиля.
На новом автомобиле, сначала, лучше сделать шумоизоляцию, а потом можно будет проводить антикоррозийную обработку. Мероприятия по шумоизоляции проводятся в несколько этапов: полная или частичная разборка салона автомобиля, демонтаж всей электроники в тех местах, где будет устанавливаться шумоизоляция, удаление ковриков и полная просушка салона автомобиля.
После проведения подготовительных работ, производится осмотр заводских шумоизоляционных материалов. Если есть вздутия или отслоения, его следует удалить. Пока материал удален, незащищенное место можно очистить от коррозии, загрунтовать и покрасить. Далее, проводим обезжиривание поверхности. Здесь нужно делать все очень тщательно, так как есть риски полностью испортить всю работу еще на этой стадии, ведь именно от обезжиривания зависит, как крепко будут держаться шумоизоляционные материалы и как эти места будут защищены от коррозии.
Принцип установки шумоизоляции, в общем, одинаков, за исключением некоторых особенностей модели автомобиля. Сверху, на вибродемпфер, обычно устанавливается шумопоглотитель с мелкими порами. Слишком увлекаться установкой большего количества материала не стоит, это может привести к обрыву креплений. Лучше меньше материала, но лучшего по качеству. Третьим слоем, например, на пол салона автомобиля, рекомендуется монтировать звукоизолятор, который будет отражать прошедший и частично рессеявшийся в шумопоглощающем слое звук для повторного рассеивания.
Подготовленному материалу, сначала, следует придать нужную форму, а затем наклеить на поверхность. Чтобы не париться насчет того, равномерно ли нанесен клей, лучше использовать самоклеящийся шумоизоляционный материал. Чтобы разгладить поверхность и снизить ее пористость, используется промышленный фен и прикаточный валик. После этого, можно собирать салон.
Шумоизоляция – процесс не дешевый и очень трудоемкий, но работа стоит свеч, ведь всем приятно ездить в комфортном автомобиле и наслаждаться удовольствием от тишины.
Автомобили с низким уровнем шума — это требования современного рынка. Сегодня покупателя интересует не только новая модель автомобиля, но и насколько он удобен в эксплуатации. Длительная поездка в автомобиле с высоким уровнем шума приводит к быстрой утомляемости водителя и снижает безопасность движения. К сожалению, многие детали автомобилей испытывают вибрацию и являются дополнительными источниками шума. За рубежом проблему снижения шума решают не только конструкционно, но и за счет применения широкого ассортимента вибро- и звукопоглощающих материалов. Дополнительное использование вибро- и звукопоглощающих материалов повысит комфортность Вашего автомобиля.
Людям непосвященным кажется, что шум – явление элементарное. Однако для знатоков, очевидно, что это не так.
И так для начала немного теории…
Различают шум внешний, оказывающий воздействие на окружающих, так и шум внутренний, оказывающий воздействие на водителя и пассажиров. Значение показателей шума для транспортных средств нормируется ГОСТ и международными стандартами.
Так нормативы для легковых автомобилей:
По внешнему шуму – не более 74 дБА (Евростандарт)
По внутреннему и внешнему шуму — не более 78 дБА ( отечественный ГОСТ).
За рубежом нормативы пересматриваются каждые 2 года, причем требования к снижению шума довольно жесткие – снижение на 2-3-дБА. В настоящее время отечественный ГОСТ остается неизменным в течение 13 лет!
Снижение шума на 3 дБА субъективно воспринимается человеком как, снижение звукового давления прим. в 2 раза. Зависимость изменения шума выраженная в дБа величина — логорифмическая.
Так, например, общий уровень шума:
в лесу (в безветренню погоду) — 50 дБА
лифт – 67дБА
двигатели реактивного самолета — 140дБА
По природе происхождения шумы делятся на воздушные и структурные. Средой распространения воздушного шума является воздух. Средой распространения структурного шума является твердое тело. Применительно к автомобилю это выглядит так. Работающий двигатель через элементы крепления передает вибрацию на кузов, панели которого в зависимости от степени вибрации издают звук — структурный шум.
Источники шума на автомобиле.
Их условно можно разделить на две группы:
а) первичные:
Двигатель;
Трансмиссия;
Система выпуска отработанных газов;
Шины;
Потоки воздуха, обтекающие автомобиль при движении.(аэродинамический шум)
б) вторичные:
Металлические панели кузова (пол, крыша, крылья, двери, арки колесных ниш и т.д);
Крупногабаритные пластмассовые детали интерьера а/м (панель приборов, формованные накладки дверей, декоративный кожух переднего пола под рукоятку КПП, накладки стоек); Мелкие металлические конструкции (тяги привода замков, стеклоподъемников и т.п).
Пути распространения шума в автомобиле.
Воздушный шум от первичных источников проникает в салон а/м через неплотности кузова (дверные проемы, технологические отверстия переднего пола), а также остекление а/м. Чем толще стекло и панели кузова, тем выше их звукоизоляционные свойства. Воздушный шум от первичных источников тем ниже, чем оптимальнее конструкция самих источников: двигателя, трансмиссии, системы выхлопа, шин (высота и рисунок протектора).
Структурный шум проникает в а/м через элементы подвески к кузову силового агрегата, трансмиссии, системы выхлопа, ходовой части. Вибрация передаваемая через элементы подвески, заставляет колебаться все без исключения панели кузова, которые в свою очередь излучают структурный шум. Кроме того, звук, излучаемый элементами системы выхлопа (трубами, резонатором, глушителем), приводит к дополнительному возбуждению пола а/м, что вносит ощутимый вклад в общий уровень внутреннего шума. В общий уровень шума в салоне а/м немалую долю вносит отраженный звук. Отраженный звук — звук, получающийся при отражении звуковых потоков, издаваемых первичными источниками, от дорожного покрытия.
Методы борьбы с шумом.
Разделяются на конструктивный и пассивный.
Конструктивный метод:
1 — применение отбалансированных силовых агрегатов и узлов трансмиссии;
2 — правильный подбор и расчет эластичных элементов подвески силового
агрегата, трансмиссии, ходовой части, системы выхлопа;
3 — правильный расчет конструкции системы выхлопа и определение точек ее
подвески к кузову;
4 — правильное моделирование конструкции кузова и его жесткости;
5 — выбор прогрессивных конструкций уплотнителей окон и дверных проемов и
т.д.
Большинство отечественных автомобилей сходящих с конвейера не вписываются в ГОСТ, хотя это конструктивно заложено. В чем же причина?
Низкое качество комплектующих и сборки не улучшают акустику салона …
Практические приемы борьбы с шумом.
Результаты испытаний показывают, что установка полного комплекта шумоизоляционных материалов, например, на автомобиль ВАЗ-2110 позволяет при интенсивном разгоне на третьей передаче снизить интенсивность звука на 40%, а уровень звукового давления — на 30%.
и ещё немного
С тех пор как появился автомобиль, люди ищут способ избавиться от присущего ему шума, ставшего неотъемлемой чертой нашего времени. Несомненно, приятно, что на рев вашего двигателя обращают внимание те, кто не едет, но гораздо приятнее, когда в салоне можно, негромко разговаривая с пассажиром, наслаждаться хорошей музыкой. Когда в машине ничего не скрипит и не действует на нервы, поездка превращается в приятное, успокаивающее душу времяпрепровождение.
Шумоизоляционная обработка автомобиля давно уже вышла из разряда "элитных" услуг. Простейшую "антишумовую амуницию" многие автомастерские предлагают без привязки к установке аудиоаппаратуры – ездить в машине без лишнего дребезга приятно не только любителям музыки. Для этого, как правило, используются сравнительно недорогие комплекты материалов для отечественных машин. При установке дорогих аудиосистем, где в борьбе с шумами требуется достичь действительно хороших результатов, до сих пор правили бал импортные Dynamat, V-Block, PROCON и другие материалы. Но требования отечественного рынка заставили искать более дешевые способы решить проблему борьбы с шумом.
Существует несколько различных подходов к шумоизоляции. Первый основан на использовании готовых комплектов, таких как, например, Noisebuster. В него входят заранее вырезанные куски разных материалов и схема автомобиля, на которой показано, в каких местах их клеить. Комплекты сделаны специально под определенную марку машины, так что думать здесь особенно не нужно– клей по схеме, и все. Этот сравнительно простой путь позволяет снизить уровень шума примерно на 3 дБ, или приблизительно в полтора раза. В автомобиле становится комфортнее, но многим клиентам хочется большего, особенно при шумоизоляции машин, в которых устанавливают хорошую аудиосистему. В таком случае клиенту обычно предлагают импортные материалы, а стоимость услуги сразу подскакивает до 1000 долларов и выше.
При инсталляции "продвинутых" аудиосистем владельцы и отечественных машин, и недорогих иномарок зачастую могут позволить себе потратить на шумоизоляцию не больше 500-600 долларов. Именно в такую сумму выливается практически полная обработка автомобиля при использовании отечественных материалов. Основное требование к материалам – возможность добиться действительно хороших результатов, сопоставимых с "дорогой" шумоизоляцией на основе импортных материалов.
Отечественные материалы, которые используют для обработки, отлично подходят для шумоизоляции автомобиля, потому что многие из них разрабатывались в России для применения в самых разнообразных условиях, включая военную технику. "Подходят" – значит обладают необходимыми свойствами. Во-первых, специальными: шумоизоляционными и вибропоглащающими. Во-вторых, эксплуатационными: температурной стойкостью, прочностью клеящего слоя, коррозийной стойкостью. И, в-третьих, технологическими: они легко режутся, гнутся и повторяют сложные профили автомобильного кузова и панелей.
В отличие от готовых комплектов, которые сделаны скорее для самодельщиков, эти материалы поставляются в профессиональной упаковке – листах и рулонах (так удобнее работать при покрытии больших поверхностей).
Чтобы эффективно бороться с шумом, необходимо разобраться в причинах, способствующих его возникновению.
Природа шумов и вибраций в автомобиле разная: разные источники, разные частотные спектры, разная интенсивность. Самая большая проблема при борьбе с внешним шумом – это то, что металл кузова является прекрасным проводником звука. В этом легко убедиться, стукнув по любому металлическому предмету. Соответственно, каждый удар коромысла по клапану, вращение подшипника, каждый удар подвески и амортизатора через буфер передает на кузов и в окружающее пространство свой звук. На графике показано распределение шумов при движении легковушки по дорогам с различным типом покрытия. Добавьте к этому шум и дребезг от пластиковых панелей, шум от вентилятора, нагнетающего воздух. Каждый из них работает в своем частотном диапазоне и создает в салоне тот особый звуковой фон, который действует на нервы. Естественно, что не существует и "универсальных" материалов, которые одинаково хорошо снижают шумы на всех частотах. Так что лучший способ – использовать многослойное покрытие, где каждый слой имеет свои определенные свойства, а "сандвич" в целом обладает оптимальной характеристикой шумо- и вибропоглощения.
Из чего состоит "бутерброд"? Одни материалы обладают хорошими демпфирующими свойствами – будучи приклеенными к пластмассовой панели или к тонкому листовому металлу, они увеличивают его массу и снижают частоту резонанса. Другой механизм лежит в основе материалов из вискозоэластичных компонентов, преобразующих энергию "шумовых" колебаний в тепловую. После обработки вместо громкого звона вибрирующий элемент уже издает намного более тихий и глухой звук, амплитуда которого быстро затухает. Кроме демпфирования, на пути шумов ставят преграду, используя материалы с алюминиевым или свинцовым слоем. Такой тип изоляции называют sound barrier. Часто они выступают в роли своеобразного акустического экрана. И, наконец, третья группа материалов просто поглощает звук, попавший или возникший в салоне, – обычно это мягкие пенистые полимерные материалы.
Как эта идея реализована на практике?
Салон автомобиля сначала полностью разбирается: снимаются сиденья, обшивка потолка и дверей, торпеда. "Раздетый" до голого металла автомобиль готов к обработке. Первый слой– из вибропласта. Этот самоклеящийся материал на основе смеси каучуков с лицевой стороны имеет слой из довольно толстой алюминиевой фольги. Отлично гасит вибрацию. Хорошо подходит для обработки пола, тоннеля, дверей, перегородки моторного отсека, крыши, крышек капота и багажника. Благодаря мягкой ("сырой") каучуковой основе вибропласт обеспечивает 100-процентное герметичное покрытие поверхности так, что она не контактирует ни с воздухом, ни с влагой. Поэтому вибропласт еще и играет роль дополнительного антикоррозийного покрытия. Он надежно держится практически на любой поверхности. Хорошо гасит низкочастотную составляющую шумового спектра: гул кузова, шумы от подвески. Перед нанесением материала обрабатываемую поверхность нужно обезжирить ацетоном или растворителем и дать подсохнуть 5-10 минут. Впрочем, вибропласт – наименее критичный к качеству поверхности из всех материалов. Однако он и самый дорогой. Минимальная цена в городе, исходя из стоимости комплекта на автомобиль, около 16 реальных денежных единиц за 1 кв.м.
В ряде случаев, например при обработке двери, после того как динамик жестко закреплен в каркасе двери, вибропластом оклеивают всю поверхность, создавая поверхность, препятствующую акустическому замыканию, снижающему отдачу динамика в низкочастотной области. Полностью задемпфированная и частично загерметизированная дверь позволяет решить главную проблему при размещении фронтальной акустики – создать условия для максимально возможной отдачи в области частот ниже 500 Гц. Практически все автомобили имеют провал АЧХ в области 150-500 Гц, и компенсировать его без потери понятия "звуковая сцена" без хорошей отдачи в этой области от фронтальной акустики невозможно.
Следующий слой – из сплена. Сплен – звукопоглощающий материал из пенополиэтилена. Чаще всего применяются три варианта разной толщины: 2, 4 или 8 мм. Он также имеет липкий слой и клеится поверх вибропласта.
Для третьего слоя используется визомат– самоклеящийся полимерный материал. В обычном состоянии он довольно жесткий, но при разогреве с помощью теплопистолета (строительного фена) визомат размягчается и легко наносится на поверхность. Он очень удобен в работе, не впитывает влагу. Отлично гасит резонансы не только металлических, но и пластмассовых панелей.
Вот такой "бутерброд" получается на самых проблемных с точки зрения шумов местах: на полу, дверях, перегородке моторного отсека (щитке передка). В этом многослойном композите есть все, что нужно для эффективной борьбы с шумами и вибрациями: липкая битумная основа, алюминиевый виброгасящий слой, пористый закрытоячеистый звукопоглотитель и плотный внешний слой. Шумы не пройдут! Однако при дефиците денежных знаков можно ограничиться и двумя слоями (вибропласт и сплен). Вместо сплена, где позволяют условия, лучше использовать более толстый пористый материал – пролин. Однако его упругость по всей поверхности не всегда дает возможность применить его под плотно прилегающими декоративными панелями. В этом случае необходимым условиям отвечает материал битопласт. Он, имея пористую, хорошо гасящую звук структуру, в точках крепления ужимается без особых усилий и позволяет добиться плотной "привязки" внешних ранее дребезжащих элементов декоративной отделки салона к предварительно обработанной поверхности кузова автомобиля. Как полезный побочный эффект – устранение скрипов.
Для моторного отсека используют изотон – самоклеящийся материал с толстой пенополиуретановой основой и металлизированным лавсановой пленкой внешним слоем, стойким к агрессивным средам и высоким температурам. Его можно применять вместе с вибропластом, например, для обработки щитка передка со стороны моторного отсека. Обязательное условие хорошей звукоизоляции под капотом – обработка капота вибропластом с последующей оклейкой изотоном.
Кроме перечисленных выше поверхностей кузова, обрабатываются и дверные панели, и торпедо, которое полностью демонтируется. Металлическую поверхность под торпедо обрабатывают таким же способом, как и пол, – тройной шумоизоляцией. При самой серьезной обработке некоторые полости торпедо заполняют пеной, чтобы весь узел стал монолитным и глухим. Почти всегда после такой операции установщики увеличивают число точек крепления торпедо к кузову.
При более тщательной обработке места соприкосновения металла и пластика обрабатываются специальной лентой для устранения скрипов. Стыки между деталями из пластика и ДВП дверных панелей обрабатываются и по возможности укрепляются для устранения скрипа и дребезжания. Особое внимание уделяется звенящим деталям механизмов отпирания дверей и стеклоподъемников. Стоимость работ при подобной "ловле блох" увеличивается приблизительно в полтора раза. Тем не менее, на фоне общего снижения шума даже незначительное дребезжание на отдельных участках наших дорог вызывает раздражение. По этой причине часть машин после обработки все же возвращается на устранение терявшихся ранее мелких шумов. Владельцу "Волги", "Нивы" или какого-либо дизельного автомобиля уже мало разговаривать вполголоса с пассажиром. Подавай полную тишину. К сожалению, в автомобиле это недостижимо. Но если удается снизить шум в 2-2,5 раза, на слух это очень заметно.
В шумовом фоне автомобиля теряются едва слышимые призвуки и обертоны, которые и подчеркивают качество и естественность звучания инструментов. Для того, чтобы их услышать, приходится увеличивать громкость и выкручивать до предела регулятор тембра. Эффект строго обратный – усилитель магнитолы перегружается, динамики получают искаженный сигнал, машина начинает гудеть и звенеть всеми элементами салона в такт низкочастотным пассажам. Удовольствия от музыки никакого, как, впрочем, и от езды на таком автомобиле. Попытка устанавливать в машине сверхнизкочастотник обречена на провал, если не принять мер по устранению резонансных явлений салона автомобиля. Пик этих резонансов от необработанного металла и пластика панелей приходится как раз на область частот, которую воспроизводит SUBWOOFER-20, – 100 Гц. Из-за этого бас звучит не чисто и мягко, а с надрывным хрипом.
Возможно, у кого-то возникнет вопрос: стоит ли тратить на антишумовую обработку деньги? При продаже машины этого не оценят, а шум автомобиля стал неотъемлемой чертой нашего времени. При том спросе на данный вид услуг, который наблюдается сейчас, продать года через два свою машину будет гораздо проблематичнее, если она ничем не отличается от серийной. Вместе с тем машина с характерными тюнинговыми наворотами вряд ли долго задержится в рубрике продаж. И обработка кузова и салона, способная снизить шум при движении, – один из наиболее распространенных сейчас способов придать машине индивидуальность и комфортность.
Впрочем, естественно, никто не мешает, используя материалы "Шумоизол", предлагать и "более малобюджетную" или простую шумоизоляцию для массового потребителя, однако результат будет скромнее. В этом случае следует обращать внимание на тип автомобиля, где он произведен, насколько он старый и какой в машине двигатель. Анализ этих данных позволяет сосредоточить антишумовую обработку на наиболее проблемных местах и сократить расходы на данный вид услуг. Однако полная обработка позволяет, помимо шума, решить еще и проблему сохранения автомобиля.
Дело в том, что пористые материалы, ко всему прочему, способствуют сохранению температуры в салоне как зимой, так и летом. Меньше усилий тратит кондиционер на поддержание температуры в салоне – меньше расход топлива. К тому же, не выпадает конденсат на металле при перепадах температуры за бортом. При обработке подкапотного пространства изотоном быстрее происходит прогрев двигателя зимой и медленнее происходит остывание. Думаю, никого не нужно убеждать в том, насколько это полезно для автомобиля.
Восприятие звука человеком зависит от большого числа факторов: фактических параметров звука, его уровня, спектра, характера изменения во времени и психофизиологических факторов, к которым можно отнести уровень громкости и суммарное воздействие шума на человека. Кроме того, восприятие звука определяется чисто субъективным отношением человека к данному звуку или шуму, его состоянием и степенью утомления. В проблеме влияния шума автомобиля на человека целесообразно выделить три аспекта: влияние шума на водителя с позиции профессиональной вредности, влияние шума на пассажира легкового автомобиля или автобуса, влияние шума автомобильного транспорта на население [1].
Основными источниками шума во время движения автомобиля являются двигатель, механизмы трансмиссии и шины. При этом уровень шума может возрастать в зависимости от срока эксплуатации и пробега автомобиля, что определяется эксплуатационным износом деталей двигателя, трансмиссии и других систем и агрегатов. Так, наибольший уровень шума создается при интенсивном разгоне автомобиля на II и III передачах. Основной источник шума на автомобиле особенно проявляется в зависимости от скорости движения и нагрузки на автомобиль. Например, при скорости 70…80 км/ч и полной нагрузке основным источником шума является двигатель, а при больших скоростях движения основной шум производят шины.
Причинами возникновения шума шин является шероховатость поверхности дороги и ее неровности, трение между дорогой и протектором шин (визг при торможении и повороте), трение шин о воздух, тип рисунка протектора, воздух в углублении протектора (при соприкосновении с дорогой воздух выходит из них с характерным свистом), вода на дорожном покрытии и перемещение относительно протектора, дисбаланс и биение колес и, особенно, износ протектора. [2]
Конструкцией автомобилей предусмотрено обеспечение снижения уровня шума за счет более бесшумной работы всех их систем и механизмов.
Уровень шума автомобиля в основном зависит от технического состояния автомобиля, его систем и механизмов. Полностью исправный автомобиль создает меньше шума [3].
До сих пор для оценки шума, производимого таким источником как транспортное средство, использовался слишком обобщенный подход.
Фактически этот общий шум можно разложить между двумя основными источниками:
- тяговой энергией транспортного средства (двигатель, карданный вал, зубчатые передачи),
- контактом покрышки и покрытия [4].
Согласно действующим государственным стандартам ГОСТ Р 52231-2004 и ГОСТ Р 51616-2000 по определению внешнего и внутреннего уровня шумности для автомобилей, максимальные их значения на сегодняшний день составляют: по внешнему шуму (автомобиль – источник излучения) – 96 дБА, по внутреннему шуму (человек в салоне воспринимает шум) – 80 дБА. [6,7]
Рассмотрим некоторые методы улучшения акустических параметров автомобиля – одного из главных критериев его конкурентоспособности сегодня.
Система активного шумоподавления (ActiveNoiseControl) предназначена для подавления шума от двигателя, других агрегатов, движения по дорожному покрытию в салоне автомобиля. Система позволяет снизить уровень низкочастотных шумов на 5-10 ДБ. Снизить вибрации конструктивных элементов, вызванной звуковыми колебаниями, за счет чего уменьшается износ этих элементов и потребление топлива. Электронный блок управления может по заданной программе не только убрать из спектра неприятные звуки, но и изменить его тембр.
Акустическая доводка системы выпуска, например в V-образном двигателе, путем использования глушителей разной длины, установленной в средней части промежуточного резонатора вставки без перфорации, не позволяет выравниваться давлениям в правой и левой ветвях. [1]
Шум качения можно подразделить на два составляющих шума - внутренний и внешний шум.
Внутренний шум создает дискомфорт для водителя и пассажиров внутри транспортного средства. Существует взаимодействие между транспортным средством и покрышкой, поэтому требуется понять как воздушную, так и структурную передачу звуковых волн через кузов транспортного средства.
В контексте окружающей среды рассматриваются проблемы внешнего шума как части общего дискомфорта, вызываемого шумом транспортного движения. [5]
В шумовых характеристиках проявляется общий технический уровень и качество автомобиля и дороги.
Основными мероприятиями по снижению транспортного шума, которые следует
сравнивать по затратам, являются:
-исключение пересечений транспортных потоков, обеспечение равномерного
-снижение интенсивности движения, запрет грузового движения в ночное
-удаление транзитных магистралей и дорог с грузовым движением из жилых
-устройство шумозащитных сооружений и (или) зеленых насаждений;
-создание на придорожной территории защитных полос вдоль дорог, застройка
которых допустима только для сооружений без санитарных ограничений шума [3].
Таким образом, чтобы создать автомобиль, обладающий минимальным акустическим излучением, необходимо создать конструкцию автомобиля по качеству с минимальным акустическим излучением при использовании средств, которые акустика представляет в распоряжение инженера-исследователя и конструктора:
- использование виброизоляции и вибропоглощения, звукоизоляции и звукопоглощения;
-совокупность методов и средств, разумное использование которых приводит к снижению шума автомобиля;
-организация рабочих процессов автомобиля и разработка конструкции, обеспечивающих минимальное акустическое излучение и основанных на соответствующих критериях минимизации;
- уменьшение шума в самом источнике шума путем конструирования малошумных автомобилей и устройства малошумных дорожных покрытий;
-ограничение распространение шума, уже возникшего, путем учета таких факторов, как интенсивность движения, конструкция дороги и ее трассирование, путем применения звуковых экранов и барьеров, а также путем планирования землепользования вдоль дороги для снижения до минимума воздействия шума на человека. [4]
1 Гудцов В.Н. Современный легковой автомобиль. Экология. Экономичность. Электроника. Эргономика (Тенденции и перспективы развития) : учебное пособие/ В.Н. Гудцов. – М.: КНОРУС, 2012. – 448 с.
6. ГОСТ Р 52231-2004. Внешний шум автомобилей в эксплуатации. Допустимые уровни и методы измерения. – Введ. 01.01.2005 г.
7. ГОСТ Р 51616-2000. Автомобильные транспортные средства. Шум внутренний. Допустимые уровни и методы испытаний. – Введ. 01.01.2001 г.
Для настройки и проверки акустических свойств, в частности, используются безэховые камеры ― в том числе с беговыми барабанами или интегрированные в аэродинамические трубы.
Каждый из нас сам определяет важность тех или иных потребительских свойств автомобиля. Кого-то больше интересует простор, например, кого-то ― управляемость. Но акустический комфорт актуален для всех. Не нужно быть экспертом, чтобы понять, шумен ли автомобиль. Первые выводы можно сделать буквально в начале поездки. Тогда как, скажем, оценка плавности хода или тормозов требует времени. В индустрии шумы и вибрации объединены в англоязычное понятие NVH (Noise, Vibration, Harshness). За последним словом скрывается, скажем так, жёсткость, интенсивность явлений ― прямой аналог слову harshness в техническом русском не найти.
На обеспечение акустического комфорта в автомобиле премиум-сегмента (на иллюстрации ― элементы седана Mercedes-Benz S-класса W221) работает до двух сотен деталей.
Про NVH трудно рассуждать без глубокого погружения в физику и математику. Чтобы не завязнуть в высоких материях, мы упростим некоторые вещи. Но не будет ошибкой сказать, что шум генерируется вибрациями. Сами по себе они тоже вредны, причём особенно для техники.
Есть два основных пути распространения шума от источника к пассажирам: структурный, по кузову, и акустический ― по воздуху.
Резонаторы Гельмгольца, которые Honda предлагала встраивать в колёса, чтобы гасить звук от качения шин, интересны как пример систематически правильного подхода к борьбе с шумом: главное — первым делом снизить интенсивность источника!
Дальнейшему распространению вибраций должны препятствовать опоры силового агрегата. Точки их крепления выбирают так, чтобы не провоцировать колебания кузова. Памятна история первых серийных ВАЗов-2108, у которых из-за неверно расположенной передней опоры вибрации и шум на холостом ходу достигали дискомфортного уровня. Опору переносить было поздно, её сделали мягче, что принесло ряд других проблем.
Сегодня гидравлические опоры силового агрегата, объединяющие в себе упругую и гасящую функцию (как дуэт пружины и амортизатора в подвеске), перестали быть экзотикой. Наиболее эффективны активные опоры, создающие движение в противофазе к вибрации либо изменяющие свою жёсткость в зависимости от условий.
Активные опоры силового агрегата бывают разные. Например, с переменной жёсткостью. Показанная на иллюстрации электромагнитная опора фирмы Audi под управлением электроники создаёт противоколебания, нивелируя передачу вибраций на кузов.
Колебания, всё же попадающие на кузов, нужно минимизировать. Очень важно избежать резонансов. Максимально жёсткий кузов совершенно не обязательно получается и тихим. Монолитная конструкция может снизить резонансы, но увеличить структурную передачу шума.
В отличие от журналистов, автомобильные инженеры чаще оперируют понятием резонансных частот кузова, а не его жёсткости на кручение. Причём оптимальная частота не должна быть как можно больше или меньше ― она должна быть ровно такой, чтобы избегать резонансов. Потому что кузов ― лишь один из членов сложнейшей колебательной системы, в которую входят и упругие элементы подвесок, шины, сиденья, и все источники колебаний.
Подштамповки на крупных панелях кузова располагают в точно рассчитанных местах, чтобы максимально увеличить жёсткость и уйти от резонансов. Для примера ― Audi A6 образца 2011 года.
Силовая схема кузова разрабатывается с учётом всего перечисленного. Даже те детали, которые не несут серьёзной нагрузки, обладают усилителями и подштамповками, чтобы максимально противодействовать вибрациям. Высокопрочные и термически обработанные стали, прокат переменной толщины, технологии склеивания кузовных деталей и прочие ухищрения применяются даже в массовом автостроении. При этом компьютерная симуляция всё равно выявит остаточные вибрации. Что с ними делать?
Цветом выделены вибродемпферы на элементах подвески автомобиля Genesis. Порой такие детали ставят даже на тормозные суппорты. Польза от грузов-демпферов оказывается важнее, чем влекомое ими повышение неподрессоренных масс.
Если в двух словах, в таких точках нужно изменить частоты собственных колебаний, чтобы уйти от резонанса. Например, применив вибродемпферы — жёстко или мягко закреплённые массы. Не стоит удивляться, обнаружив при ремонте где-нибудь в недрах переднего бампера чугунную трёхкилограммовую чушку: её здесь не забыли на заводе, а прикрутили строго согласно конструкторскому расчёту, дабы нивелировать колебания определённых частот. Грузы поменьше часто ставятся на детали подвески или выхлопной системы.
В определённых местах в полости кузова заливается пена, свойствами напоминающая строительную, а на плоские панели клеятся, например, битумные маты. Но не сплошняком, как при гаражном тюнинге, а точечно, выбирая места на базе компьютерного моделирования. Шум использует любые лазейки, поэтому минимизируется число отверстий в кузове, а особенно в моторном щите. Любое из них тщательно изолируется. Хорошо, что ушли в прошлое механические приводы акселератора и автоматических коробок передач, служившие мощным каналом передачи вибраций. И только после того, как все конструктивные резервы выбраны, наступает время звукоизоляции.
В разные местах актуально применять шумоизоляционные материалы разной плотности и толщины. Обратите внимание на элементы красного цвета ― это пена или вставки из неё. На иллюстрации ― Mercedes-Benz S-класса W222, выпускающийся с 2013 года.
Если всё сделано верно на предыдущих стадиях, много её не потребуется. Например, для Гольфа седьмого поколения использовалось на четыре килограмма меньше шумоизоляционных материалов, чем для предшественника. Современные мягкие маты и ковры ― технологические шедевры, точно отформованные под контуры и рельеф моторного щита или пола. В салоне совсем без покрытия не обойтись, ибо оно выполняет ещё и теплоизоляционную функцию. Но не удивляйтесь, например, голому металлу вокруг запасного колеса в багажнике — это значит, по мнению производителя, шум успешно погашен первичными мерами.
Вместо того чтобы облепить весь кузов битумными матами, производители располагают их максимально эффективно. Лишь там, где действительно нужно ― как на показанном здесь Мерседесе S-класса.
Неоценимое подспорье в расчёте акустических параметров автомобиля ― суперкомпьютеры. На видео фирмы Skoda показано, как можно рассчитать распространение по кузову звука от прохождения неровностей.
А возмущения, передающиеся акустическим путём, доминируют на частотах выше 1000 Гц (после 800 Гц они считаются высокочастотными). Здесь в основном голосят силовой агрегат и аэродинамика. Человек воспринимает звук в диапазоне от 20 Гц до 20000 Гц, но в автомобиле обычно приходится иметь дело с вилкой 30–8500.
Борьба с аэродинамическими возмущениями строится по тем же канонам. Первым делом надо придать кузову и его элементам гладкую форму, чтобы ничего не генерировало шум. Затем ― задемпфировать пути распространения, например, стойки кузова. И точечно звукоизолировать.
Кстати, значение громкости шума в децибелах совершенно не обязательно соответствует субъективным ощущениям человека. Хотя бы потому, что наш орган слуха по-разному воспринимает звуки разных частот. Да, шумомеры тоже обрабатывают сигналы от микрофона по сложной программе, пытаясь скопировать чувствительность уха. Но работает это не всегда. На практике автопроизводители обязательно ориентируются не только на замеры, но и на мнение экспертов. Порой звук проще перевести на более приятную нам частоту, чем погасить. Всё это решается в ходе дорожных испытаний.
Инструментальные замеры проводятся в основном в точках расположения ушей водителя и пассажиров. Это логично.
В целом шум не должен превышать 77 дБ, но есть масса оговорок. Для машин вагонной и полукапотной компоновки типа минивэнов допустимы уже 79 дБ. Если автомобиль сертифицируется как внедорожник (так делают даже с некоторыми кроссоверами), эти величины можно превышать на два децибела. В своё время коллекционное купе Porsche 911 R не попало в Россию именно из-за несоответствия специфическим требованиям к уровню внутреннего шума.
Любопытно, что в учебниках по теории автомобиля советских времён о шумах и вибрациях, как правило, не сказано ни слова. Борьба с ними часто велась по остаточному принципу: когда уже готовы были и кузов, и двигатель, конструкторы начинали смотреть: а как бы сделать в салоне потише? Например, добавляли ту самую изоляцию, пропустив два первых шага: борьбу с источником возмущений и их распространением. Сегодня конкурентоспособный автомобиль можно построить, только если думать об NVH ещё на стадии компоновки, не говоря уж о проектировании.
С электромобилями тоже не всё просто, что демонстрирует Audi e-tron. Казалось бы, тихому электромотору всё равно требуется капсула шумозащиты и установка на отдельном жёстком подрамнике для развязки с кузовом.
Отказ от ДВС в пользу электромотора не облегчает задачу. Спектр частот, излучаемых двигателем, вместо привычных 2500–3000 Гц оказывается в дискомфортном районе 5000 Гц, где к нему примешивается новый тип шума ― электромагнитный. Проявляются новые звуки, на которые раньше не обращали внимания, потому что их заглушал ДВС. Например, создаваемые заслонками климат-контроля. Если посмотреть ещё дальше, в навязываемое нам беспилотное будущее, то роль NVH только вырастет, ведь кроме акустического комфорта в автомобиле почти нечего станет обсуждать. А шум ― субстанция вроде как понятная каждому из нас.
Читайте также: