Як автомобільні акустичні матеріали покращують комфорт салону | Посібник з шумоізоляції та вирівнювання

Як автомобільні акустичні матеріали покращують комфорт салону

Для виробників оригінального обладнання для автомобілів та інженерів першого рівня комфорт салону — це не просто зниження рівня шуму на кілька децибелів.

Ефективна автомобільна акустична інженерія починається з трьох фундаментальних питань:

• Звідки приходить шум?
• Як воно потрапляє в салон?
• Який матеріал або конструкційне рішення найкраще підходить для його контролю?

В автомобільній техніці шумоізоляції та вібрації (NVH) шум зазвичай досягає салону автомобіля двома основними шляхами:

• Повітряний шум
• Структурний шум

Розуміння різниці між цими двома шляхами передачі є важливим при виборі автомобільних акустичних поглиначів, ізоляційних матеріалів, демпфуючих шарів, розв'язувачів та багатошарових акустичних систем.

Швидка відповідь

Автомобільні акустичні матеріали покращують комфорт салону, контролюючи звук і вібрацію за допомогою кількох різних механізмів.

Пористі волокнисті матеріали в основному використовуються для поглинання звуку, що передається по повітрю.

Демпфуючий матеріал допомагає зменшити вібрацію панелі.

Бар'єрні шари зменшують передачу звуку.

Розв'язувальні матеріали допомагають обмежити передачу вібрації між конструкціями.

У реальних транспортних засобах ці функції часто об'єднуються в інтегрований акустичний пакет, а не покладаються на один матеріал для вирішення всіх проблем шуму та випромінювання (NVH).

1. Що таке автомобільний шумовий шум (NVH)?

NVH означає:

• шум
• Вібрація
• Суворість

Разом ці фактори суттєво впливають на те, як водії та пасажири сприймають комфорт і якість автомобіля.

шум

Шум стосується звуку, який чують пасажири транспортного засобу.

Типові джерела автомобільного шуму включають:

• Шум шин та дороги
• Шум вітру
• Шум двигуна
• Шум електродвигуна
• Скрип шестерень
• Шум системи опалення, вентиляції та кондиціонування повітря
• Шум системи охолодження
• Випромінювання корпусу

Різні діапазони частот створюють дуже різні суб'єктивні враження.

Низькочастотний шум може сприйматися як:

• зростаючий
• бурчання
• монотонне гудіння

Високочастотний шум може сприйматися як:

• скуголити
• шипіння
• різкий тональний шум
• високочастотний шум електродвигуна

Ось чому загальний рівень звукового тиску сам по собі не може повністю описати якість акустики салону.

Вібрація

Вібрація виникає внаслідок механічного збудження.

Типові джерела включають:

• Взаємодія шин з дорогою
• Рух підвіски
• Збудження силового агрегату
• Електродвигуни
• Системи передач
• Структурний резонанс

Ці коливання можуть поширюватися через:

• Компоненти підвіски
• Підрамники
• ходова частина
• Кузовні панелі
• Рейки сидінь
• Системи рульового управління

Деякі вібрації безпосередньо сприймаються мешканцями.

Інші збуджують панелі кузова, які потім випромінюють звук у салон.

Суворість

Різкість стосується радше суб'єктивного сприйняття вібрації транспортного засобу та якості звуку, ніж до окремого фізичного параметра.

Приклади включають в себе:

• Сильний удар під час руху по нерівностях дороги
• Надмірна низькочастотна вібрація
• Гуркіт у кабіні на певних швидкостях автомобіля
• Неприємний структурний резонанс

Тому метою гарної інженерії шумозаглушення (NVH) є не усунення кожного звуку.

Це призначено для контролю небажаної акустичної та вібраційної енергії.

2. Як шум потрапляє в салон автомобіля?

З точки зору шляху передачі шуму, шум у салоні автомобіля можна загалом розділити на дві основні категорії:

Повітряний шум

та

Структурний шум

Ці два механізми вимагають різних стратегій управління.

3. Що таке повітряний шум?

Повітряний шум – це звукова енергія, яка переважно поширюється по повітрю, перш ніж досягти салону автомобіля.

Наприклад, взаємодія шини з дорогою генерує акустичну енергію навколо колеса.

Частина цього звуку поширюється повітрям і може потрапляти в автомобіль через підлогу, колісні арки, двері або інші конструкції кузова.

Аналогічно, вентилятори HVAC генерують звук, який поширюється безпосередньо через повітроводи та салон.

Типові джерела повітряного шуму включають:

• Шум вітру
• Шум випромінювання шин
• Шум системи опалення, вентиляції та кондиціонування повітря
• Шум вентилятора охолодження
• Зовнішній шум транспорту
• Деякий шум електродвигуна
• Деякий шум силового агрегату

Як тільки повітряний звук потрапляє в салон, він також може багаторазово відбиватися від внутрішніх поверхонь.

Якщо салон автомобіля має недостатнє звукопоглинання, звукова енергія може продовжувати відбиватися від таких місць, як:

• Дах
• Хедлайнер
• Двері
• Інформаційна панель
• Поверх
• Стовбур

Це збільшує акустичну енергію, що сприймається мешканцями.

Ось чому звукопоглинальні матеріали широко використовуються в інтер'єрі автомобіля.

4. Як волокнисті автомобільні акустичні матеріали поглинають звук?

Волокнисті акустичні матеріали PP/PET є типовими пористими звукопоглиначами.

Коли звукова хвиля потрапляє в оптоволоконну мережу, частинки повітря рухаються через складну пористу структуру.

Під час цього процесу акустична енергія зменшується за допомогою таких механізмів, як:

• Тертя між повітрям і волокнами
• Втрати в'язкості
• Тепловий обмін
• Розсіювання енергії, спричинене потоком повітря через пористу мережу

Невелика частина акустичної енергії зрештою перетворюється на тепло.

В результаті, менше звукової енергії відбивається назад у салон.

Це основний принцип, на якому базуються волокнисті автомобільні акустичні поглиначі.

5. Чому однієї лише товщини недостатньо?

Поширеним припущенням є те, що товстіший акустичний матеріал завжди працює краще.

Насправді, звукопоглинання автомобіля залежить від багатьох параметрів, зокрема:

• Товщина
• Основна маса
• Щільність
• Діаметр волокна
• Структура волокна
• Пористість
• Опір потоку повітря
• Коефіцієнт стиснення
• Умова встановлення
• Цільовий діапазон частот

Одним з найважливіших параметрів є опір потоку повітря.

Якщо матеріал занадто відкритий, звук може легко проходити, але взаємодія між рухомим повітрям та волоконною мережею може бути недостатньою.

Якщо матеріал занадто щільний, занадто багато звуку може відбиватися від поверхні, а не проникати в пористу структуру.

Тому високоефективні акустичні матеріали вимагають відповідного балансу між:

Пористість, структура волокна та опір потоку повітря.

6. Що таке структурний шум?

Структурний шум починається як механічна вібрація, що передається через конструкцію транспортного засобу.

Типовим прикладом є:

Збудження дороги

↓

Вібрація шин

↓

підвіска

↓

Підрамник

↓

Кузов транспортного засобу

↓

Вібрація панелей кузова

↓

Звукове випромінювання в салон

Остаточний звук все ще може бути чутний по повітрю, але початковий шлях передачі був структурним.

Це ключова відмінність між структурним шумом і шумом, що поширюється в повітрі.

7. Чому акустичне волокно не може вирішити проблему всіх структурних шумів?

Це одна з найважливіших відмінностей в автомобільній акустичній інженерії.

Пористе акустичне волокно призначене головним чином для поглинання повітряної звукової енергії.

Якщо основною проблемою є сильна вібрація дверної панелі, панелі підлоги, рульової рубки або іншого конструктивного компонента, додавання лише більшої кількості акустичного волокна не усуне першопричину.

Структурний шум зазвичай вимагає поєднання кількох методів контролю.

Амортизуючі матеріали

Демпфуючі шари використовуються для зменшення амплітуди коливань у металевих або композитних панелях.

Типові області застосування включають:

• Зовнішні панелі дверей
• Панелі для підлоги
• Зони кермової рубки
• Панелі багажника
• Листовий метал кузова

Роз'єднувальні матеріали

Роздільні шари допомагають зменшити механічне зчеплення між конструкціями.

Вони також важливі в багатошарових акустичних системах, де між бар'єром і кузовом транспортного засобу потрібен сумісний шар.

Бар'єрні матеріали

Бар'єрні шари використовуються для зменшення передачі звуку.

Зазвичай вони покладаються на більшу поверхневу масу або багатошарову конструкцію для покращення втрат при передачі.

Поглинаючі матеріали

Поглинаючі шари зменшують енергію повітряного звуку, як тільки ця енергія досягає кабіни або акустичного корпусу.

У практичному проектуванні транспортних засобів ці функції часто поєднуються як:

Демпфування + Розв'язка + Бар'єр + Поглинання

8. Повітряний та структурний шум часто поєднуються

У реальних випадках виникнення проблем з шумом, випромінюванням та випромінюванням у транспортних засобах повітряні та структурні механізми не є повністю незалежними.

Наприклад:

Збудження дороги спочатку генерує механічну вібрацію.

Ця вібрація поширюється через підвіску та кузов.

Потім збуджується панель кузова.

Вібруюча панель випромінює звук у повітря салону.

Таким чином, повний шлях може бути таким:

Збудження дороги

↓

Структурна вібрація

↓

Вібрація кузова

↓

Повітряне звукове випромінювання

↓

Сприйняття пасажирів

З цієї причини інженери OEM з питань шумопоглинання не просто запитують, чи проблема передається повітряно-крапельним шляхом, чи через конструкцію.

Їм потрібно зрозуміти:

• Яке джерело є домінуючим?
• Який шлях передачі робить найбільший внесок?
• Який діапазон частот потребує покращення?

9. Різні діапазони частот вимагають різних стратегій шумозаглушення (NVH)

Жоден окремий матеріал не може ефективно вирішити всі проблеми шуму у всьому частотному спектрі.

Різні діапазони частот зазвичай вимагають різних інженерних стратегій.

Низька частота

Проблеми з низькою частотою часто пов'язані з:

• Режими тіла
• Структурна вібрація
• Панельний резонанс
• Збудження підвіски
• Збудження силового агрегату

Серйозні проблеми з низькими частотами зазвичай не можна вирішити лише легкими пористими поглиначами.

Типові рішення можуть включати:

• Структурна оптимізація
• демпінг
• Віброізоляція
• Оптимізація монтування
• Оптимізація жорсткості тіла

Середня частота

Середньочастотний шум часто вимагає поєднання:

• демпінг
• Розв'язка
• Бар'єрне виконання
• Поглинання звуку

Середньо-високочастотний

Волокнисті пористі поглиначі особливо корисні в діапазоні середніх та високих частот.

Їхні акустичні характеристики можна налаштувати, регулюючи:

• Товщина
• Основна маса
• Структура волокна
• Опір потоку повітря

Ось чому автомобільні акустичні матеріали не слід оцінювати за одним значенням поглинання.

Повна крива поглинання у відповідному діапазоні частот є набагато значущою.

10. Чому змінюються вимоги до акустичних матеріалів для електромобілів?

Електромобілі не спрощують проектування шумозаглушень.

Вони змінюють спектр шуму.

У автомобілях із двигунами внутрішнього згоряння шум двигуна створює відносно сильний фоновий звук, який може маскувати інші джерела шуму.

В електромобілях цей ефект маскування зменшується.

В результаті, раніше менш помітні звуки можуть стати більш помітними, зокрема:

• Шум шин
• Шум дороги
• Шум вітру
• Виття електродвигуна
• Шум шестерні
• Тональний шум інвертора
• Шум системи опалення, вентиляції та кондиціонування повітря
• Шум системи охолодження

Тому акустичний дизайн електромобілів приділяє більше уваги:

• Широкосмугове звукопоглинання
• Контроль шуму від середньої до високої частоти
• Полегшення
• Інтеграція матеріалів
• Локальна акустична оптимізація

11. Чому легкі акустичні матеріали стають дедалі важливішими?

Додавання більшої кількості NVH матеріалу може покращити акустичні характеристики.

Однак, додаткові матеріали також збільшують масу автомобіля.

Це може безпосередньо вплинути на:

• Вага транспортного засобу
• Споживання енергії
• Запас ходу для електромобілів
• Вартість виготовлення
• Складність складання

З цієї причини метою є не просто додавання більшої кількості матеріалу.

Мета полягає в досягненні необхідних акустичних характеристик з меншою вагою та меншим простором для встановлення.

Це одна з головних переваг волокнистих автомобільних акустичних матеріалів.

Шляхом налаштування:

• Склад волокна
• Основна маса
• Товщина
• Щільність
• Шарова структура

матеріал можна оптимізувати для різних місць розташування та платформ транспортних засобів.

12. Де використовуються автомобільні акустичні матеріали?

Різні зони транспортних засобів мають різні акустичні вимоги.

Дах і обшивка стелі

Типові проблеми включають:

• Шум вітру
• Реверберація кабіни
• Шум від ударів дощу
• Широкосмугове звукопоглинання

У цій області особливо важлива низька вага.

Двері

На дверні системи може впливати:

• Зовнішній повітряний шум
• Вібрація дверної панелі
• Резонанс порожнини
• Взаємодія зі спікером

З цієї причини акустичні системи дверей часто потребують як поглинання, так і структурного контролю вібрації.

Брандмауер та область панелі інструментів

Це одна з найважливіших зон контролю шуму, шуму та випромінювання (NVH).

Типові джерела шуму включають:

• Шум силового агрегату
• Шум дороги
• Шум системи опалення, вентиляції та кондиціонування повітря
• Структурне випромінювання

Тут зазвичай використовуються багатошарові акустичні системи, а не один поглинач.

Поверх

Типові проблеми включають:

• Збудження шин від дороги
• Шум підвіски
• Шум днища
• Структурна вібрація

Звичайні акустичні системи підлоги можуть включати:

Абсорбер + Розв'язувач + Бар'єр

з локальним демпфуванням, де це необхідно.

Колісна арка

Колісна область є одним з найважливіших джерел шуму в транспортному засобі.

Акустичні матеріали, що використовуються тут, можуть потребувати врахування:

• Шум шин
• Збудження дороги
• Удар каменю
• Експозиція води
• Забруднення

Тому при виборі матеріалу також слід враховувати:

• Вологостійкість
• Міцність
• Стійкість до забруднення

Стовбур

Збудження задніх коліс та задньої частини кузова може вводити значну акустичну енергію в порожнину багажника.

Поглинаючі матеріали можуть зменшити відбиття звуку в порожнині та допомогти обмежити подальше поширення звуку в напрямку салону автомобіля.

Стовпи та порожнини тіла

Порожнини транспортних засобів можуть виступати в ролі шляхів передачі звуку.

Правильне використання:

• Акустичні поглиначі
• Філери для порожнин
• Ущільнювальні системи

може зменшити передачу звуку через ці зони.

13. Які параметри матеріалу повинні оцінювати інженери виробників оригінального обладнання (OEM)?

Автомобільні акустичні матеріали не слід оцінювати лише за тим, чи вони «добре поглинають звук».

Більш повна оцінка повинна включати такі параметри.

Акустична продуктивність

• Коефіцієнт звукопоглинання
• Частотно-залежна крива поглинання
• Опір потоку повітря
• Опір повітряному потоку

Фізичні властивості

• Товщина
• Основна маса
• Щільність
• Відновлення від стиснення
• Габаритні стійкості

Екологічна продуктивність

• Теплостійкість
• Вологостійкість
• Стійкість до старіння

Вимоги до автомобілів

• Вогненебезпечність
• Продуктивність ЛОС
• запах
• Запітнення
• Сумісність матеріалів

Продуктивність обробки

• Висікання
• Термоформування
• Розшарування
• Самоклеюча підкладка
• Ламінування алюмінієвою фольгою
• Перетворення складної форми

Сталий розвиток

• Полегшення
• Переробка
• Спрощення матеріалу
• Перероблений вміст

14. Чому умови встановлення такі ж важливі, як і дані про матеріали?

Один і той самий акустичний матеріал може працювати по-різному за різних умов монтажу.

До важливих факторів належать:

• Повітряний зазор
• компресія
• Підкладка
• Область установки
• геометрія
• Витік по краях
• Суміжні матеріали
• Багатошарова конструкція

Наприклад, матеріал з товщиною у вільному стані 20 мм може поводитися зовсім інакше, якщо його стиснути до 8 мм після встановлення.

Компресія може змінюватися:

• Пористість
• Опір потоку повітря
• Ефективна товщина
• Акустична продуктивність

Ось чому автомобільні акустичні матеріали не слід оцінювати лише за лабораторними даними.

Також слід враховувати кінцевий стан встановлення.

15. Автомобільні акустичні матеріали Transulate™

Transulate ™ — це серія двокомпонентних волокнистих матеріалів з PP/PET, розроблених компанією SINOYQX для автомобільної акустики та терморегуляції.

Матеріал призначений для таких застосувань, як:

• Поглинання звуку в автомобілі
• Теплоізоляція
• Легкі акустичні пакети

Типові області застосування включають:

• Дах
• Хедлайнер
• Двері
• Інформаційна панель
• брандмауер
• Поверх
• Стовбур
• стовп
• Внутрішня обробка

Залежно від проекту, ключові параметри матеріалу можуть бути налаштовані, зокрема:

• Основна маса
• Товщина
• Щільність
• Структура волокна
• Структура ламінування

16. Як вибрати серію Transulate™

Серія Transulate ™ LT

Типова базова вага:

100–200 г/м²

Типова товщина:

10–20 мм

Підходить для легких застосувань, таких як:

• Дах
• Хедлайнер
• Двері
• стовп
• Внутрішня обробка

Головний акцент – низька вага.

Серія Translate ™ AP

Типова базова вага:

300–500 г/м²

Типова товщина:

20–30 мм

Підходить для:

• брандмауер
• Двері
• Поверх
• Стовбур
• Загальні акустичні пакети

Серія Transulate™ HP

Типова базова вага:

600–900 г/м²

Типова товщина:

30–50 мм

Підходить для застосувань, що вимагають більшого звукопоглинання та там, де доступно більше місця для монтажу.

17. Які додаткові варіанти обробки доступні?

Залежно від вимог OEM та проекту Tier 1, Transulate™ може постачатися або перетворюватися як:

• Rolls
• простирадла
• Вирізані деталі
• Самоклеючі деталі
• Вироби, ламіновані алюмінієвою фольгою
• Вироби з нетканим покриттям
• Багатошарові композити
• Індивідуальна товщина
• Індивідуальна базова вага

Остаточну акустичну конструкцію слід вибирати відповідно до:

Цільова частота + місце встановлення + доступний простір + цільова вага

18. Автомобільна акустична інженерія переходить від вибору матеріалів до проектування систем

Майбутнє розробки автомобільних систем шумопоглинання (NVH) полягає не лише у визначенні того, який поглинач має найвищий коефіцієнт звукопоглинання.

Більш важливі питання:

• Яке джерело шуму є домінуючим?
• Який шлях передачі є найважливішим?
• Який діапазон частот потребує покращення?
• Який матеріал найкраще підходить для місця?
• Як можна досягти цільової продуктивності з меншою вагою?

Більш ефективний процес розробки – це:

Визначте джерело шуму

↓

Проаналізуйте шлях передачі

↓

Визначення цільової частоти

↓

Виберіть стратегію керування

↓

Установіть відповідність між матеріалом

↓

Перевірка на рівні компонентів

↓

Перевірка на рівні транспортного засобу

Ось як матеріальні характеристики можна перетворити на справжній комфорт салону.

Висновок

Комфорт салону автомобіля не залежить від одного матеріалу.

Повітряний шум контролюється головним чином за допомогою:

Звукопоглинання та звукоізоляція.

Структурний шум зазвичай вимагає:

Демпфування, віброізоляція, розв'язка та структурна оптимізація.

Волокнисті автомобільні акустичні матеріали відіграють важливу роль у зменшенні енергії повітряного звуку, обмеженні відбиттів у салоні та покращенні акустичних характеристик у середньо- та високочастотному діапазоні.

Це стає ще важливішим в електромобілях, де зменшене маскування двигуна робить шум шин, шум вітру та тональний шум електроприводу більш помітним.

Водночас виробники автомобілів продовжують зменшувати вагу.

З цієї причини наступне покоління автомобільних акустичних систем не передбачає додавання більшої кількості матеріалу.

Йдеться про:

Використання правильного матеріалу, у правильному місці, для правильного діапазону частот.

Автомобільні акустичні матеріали Transulate™ можна налаштувати відповідно до вимог OEM та Tier 1, включаючи місце застосування, цільову частоту, товщину, базову вагу, структуру ламінування та річний попит.

Поширені запитання

Яка різниця між повітряним шумом та структурним шумом у транспортному засобі?

Повітряний шум поширюється переважно повітрям, наприклад, шум вітру, шум системи опалення, вентиляції та кондиціонування повітря, а також деякий шум шин.

Структурний шум починається як механічна вібрація, що передається через підвіску, кузов або інші структурні компоненти, перш ніж випромінюватися як звук.

Чи може автомобільне акустичне волокно безпосередньо зменшити структурний шум?

Не повністю.

Пористі волокнисті матеріали в основному поглинають звук, що передається по повітрю.

Якщо основною проблемою є вібрація конструкційних панелей, зазвичай потрібне додаткове демпфування, ізоляція, розв'язка або структурна оптимізація.

Які найважливіші параметри для автомобільних звукопоглиначів?

Важливі параметри включають товщину, базову вагу, структуру волокна, опір потоку повітря, характеристики поглинання на частоті, умови стиснення, монтажний зазор та цільовий діапазон частот.

Чому легкі акустичні матеріали важливі для електромобілів?

Електромобілі мають менше шуму, що маскує двигун, тому шум шин, шум вітру, шум електродвигуна та інші високочастотні звуки стають більш помітними.

Водночас, менша маса автомобіля допомагає покращити енергоефективність та запас ходу.

Де можна використовувати автомобільні акустичні матеріали Transulate™?

Типові застосування включають дах, обшивку стелі, двері, брандмауер, приладову панель, підлогу, багажник, стійки та внутрішню обробку салону.

Остаточну специфікацію матеріалу слід вибирати відповідно до місця встановлення, цільової частоти, базової ваги та вимог до товщини.