Теоретические основы шума и борьбы с ним.
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 сниже-ния шума решают не только конструкционно, но и за счет применения широ-кого ассортимента вибро- и звукопоглощающих материалов.
Дополнительное использование вибро- и звукопоглощающих материалов повысит комфортность Вашего автомобиля.
Внешний и внутренний шум.
Различают шум внешний, оказывающий воздействие на окружающих, и шум внутренний, оказывающий воздействие на водителя и пассажиров. Значение показателей шума для транспортных средств нормируется ГОСТ и международными стандартами.
Нормативы для легковых автомобилей:
• Евростандарт: по внешнему шуму - не более 74 дБА
• ГОСТ Р51616-2000: по внутреннему и внешнему шуму не более 77 дБА. До принятия этого норматива действовал ГОСТ 27435 1986 года -не более 78 дБА.
За рубежом нормативы пересматриваются каждые 2 года, причем требования к снижению шума довольно жесткие - на 2-3-дБА!
Снижение шума на 3 дБА субъективно воспринимается человеком как, снижение звукового давления примерно в 2 раза. Зависимость изменения шума выраженная в дБа величина - логарифмическая. Так, например, общий уровень шума. разговор шепотом 40 дБА, в лесу (в безветренную погоду) - 50 дБА, лифт - 67дБА, реактивный двигатель самолета - 140дБА.
Особое значение имеет частотная характеристика шума - это важная составляющая акустического комфорта в салоне автомобиля. Так автомобиль может "вписываться" в самые жесткие стандарты по общему уровню шума, но частотная характеристика шума будет такова, что на всех или некоторых режимах движения можно услышать неприятные звуки высокой или низкой тональности, "завывания", скрипы и т.д.
В качестве примера можно привести семейство ВАЗ-2109 - изначально тихий автомобиль досаждает низкочастотным шумом ("рычание") на низких оборотах (1,5-2,0 тыс. об/мин).
Шум и вибрация.
По природе происхождения шумы делятся на воздушные и структурные. Средой распространения воздушного шума является воздух. Средой распространения структурного шума является твердое тело. Применительно к а/м это выглядит так. Работающий двигатель через элементы крепления передает вибрацию на кузов, панели которого в зависимости от степени вибрации издают более или менее интенсивный звук - структурный шум.
Первичный источник шума - двигатель, излучающий воздушный 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 автомобиля (панель приборов, формованные накладки дверей, декоративный кожух переднего пола под рукоятку КПП, накладки стоек), мелкие металлические конструкции (тяги привода замков, стеклоподъемников и т.п.).
Вторичный источник шума - панель кузова, "возбуждаемая" вибрацией силового агрегата (двигателя).
Пути распространения шума в автомобиле.
Воздушный шум от первичных источников проникает в салон автомобиля через неплотности кузова (дверные проемы, технологические отверстия переднего пола), а также остекление автомобиля. 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 автомобиль 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 автомобиля, что вносит ощутимый вклад в общий уровень внутреннего шума.
В общий уровень шума в салоне автомобиля немалую долю вносит отраженный звук. Отраженный звук - звук, возникающий при отражении звуковых потоков, издаваемых первичными источниками, от дорожного покрытия.
Методы борьбы с шумом.
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 (общий уровень шума в салоне более 77 дБА), хотя это конструктивно заложено. В чем же причина? Низкое качество комплектующих и сборки не улучшают акустику салона автомобиля.
Пассивный метод:
1 - применение шумо -, виброизолирующих и уплотнительных материалов;
2 - применение защитных кожухов.
Применение шумоизолирующих материалов последняя ступень в создании "тихого" автомобиля, т.е. прежде всего автомобиль "доводится" конструкционно, а уже потом если возможности конструкции исчерпаны - используются вибро-, шумоизолирующие и уплотнительные материалы.
Снижение воздушного шума с помощью шумопоглощающих или звукоизолирующих материалов
Снижение структурного шума с помощью вибропоглощающих материалов.
Практические приемы борьбы с шумом.
Предварительная оценка шумовых характеристик автомобиля производится на обкатанном (не менее 3000 км), технически исправном автомобиле по ГОСТ Р51616-2000. В результате оценки будет установлен уровень общего шума внутри автомобиля и снаружи. Однако этих оценочных показателей будет недостаточно для того, чтобы правильно выбрать марку материала и место его установки. Для правильного выбора приемов и методов необходимо знать:
а) критические точки на кузове автомобиля, т.е. места кузова, подверженные наибольшей частоте и амплитуде колебаний, вызванных передаваемой от источников вибрацией;
б) доли вклада в общий уровень шума внутри автомобиля шумов воздушного и структурного;
в) основные пути распространения воздушного и структурного шумов;
г) частотную характеристику шума внутри салона и вибрации на панелях кузова, особенно в критических точках и т.п.
Эффект от применения шумо-. тепло-, изоляционных комплектов:
- снижение шума двигателя, трансмиссии, подвески;
- устранение скрипов пластмассовых деталей салона;
- улучшение акустики салона - звучание музыки становится басовитым,
- теплоизоляция салона.
Материалы, применяемые для шумоизоляции легкового автомобиля.
ВИБРОПЛАСТ - гибкий и эластичный вибропоглощающий материал, представляющий собой полимерную самоклеющуюся композицию, сдублированнную с алюминиевой фольгой, на которую нанесено теснение и логотип предприятия. Материал не впитывает влагу и не разлагается под воздействием окружающей среды, обладает свойством герметика. Легко монтируется на поверхности со сложным рельефом и не требует нагрева при установке. Работоспособен в широком диапазоне температур от минус 40¦С до плюс 100¦С. Прочность связи материала с несущей поверхностью не менее 5 Н/см. Коэффициент механических потерь не менее: Ml (1,5 мм) - 0,13 усл. ед., М2 (2,3 мм) - 0,16 усл. ед.
Зоны обработки: пол салона, двери, крыша, боковины кузова, крышка капота и багажника, щиток передка со стороны салона.
ВИЗОМАТ ПБ-2 v вибропоглощающий битумный материал. Представляет собой полимерно-битумную композицию (толщина 2 мм) с липким слоем защищенным антиадгезионной пленкой. Материал не впитывает влагу и не разлагается под воздействием окружающей среды. Коэффициент механических потерь v 0,12 усл. ед. Перед монтажом материал необходимо разогреть тепловым пистолетом до плюс 40¦С.
Зоны обработки: пол салона и пол багажника.
ИЗОТОН ЛМ 15 - шумопоглощающий материал. Состоит из лицевой звукопрозрачной лавсановой металлизированной пленки, пенополиуретана толщиной 15 мм, и липкого слоя, защищенного антиадгезионной прокладкой. Лицевое покрытие маслобензостойкое. Материал обладает также теплозащитными свойствами. Эффективное звукопоглощение материалов находится в диапазоне частот от 600 до 4000 Гц и составляет не менее 0,4 - 0,94 усл. ед. Материал работоспособен при температурах от - 40¦С до + 100¦С. Прочность связи материала с несущей поверхностью не менее 4 Н/см.
Зоны обработки: крышка капота и багажника.
ИЗОЛОН ППЭ 3008 (пенополиэтилен) - звукоизолирующий материал,
также обладает высокими теплоизолирующими свойствами. Составляющая материала - пенополиэтилен - имеет закрытоячеистую структуру. Материал не впитывает влагу и не разлагается под воздействием окружающей среды. Толщина 8 мм.
Зоны обработки: пол салона и багажника.
СПЛЭН 3008 - звукоизолирующий материал ИЗОЛОН ППЭ (пенополиэтилен) с клеевым слоем. Обладает высокими теплоизолирующими свойствами. Материал легко монтируется на вертикальные и криволинейные поверхности, не впитывает влагу и не разлагается под воздействием окружающей среды. Толщина - 8 мм.
Зоны обработки: щит передка со стороны салона, арки колес, тоннель.
БИТОПЛАСТ 5 - уплотнительный материал на основе пенополиуретана толщиной 5 мм с липким слоем, защищенным антиадгезионной прокладкой, со специальной пропиткой, которая придает материалу водостойкость, долговечность, улучшает его звукопоглощающие свойства и значительно улучшает стойкость к ультрафиолетовому излучению.
Зоны обработки: пластмассовые детали салона - для устранения скрипов.
* Материалы могут эксплуатироваться при температурах от -40¦С до +100¦С.
Шумоизоляция подкапотного пространства.
Одним из главных источников внутреннего и внешнего шума в автомобиле является двигатель. Вибрация, передающаяся через опоры двигателя, в первую очередь, "возбуждает" панели кузова автомобиля, которые и становятся опосредованным источником шума в салоне.
Для эффективного снижения внутреннего и внешнего шума необходимо "закапсулировать" подкапотное пространство шумо-, вибропоглощающими материалами.
Эффект "капсулы" заключается в создании своего рода замкнутого для звука пространства и достигается установкой шумопоглощающих материалов на крышку капота и перегородку моторного отсека со стороны двигателя.
Излучаемые двигателем звуковые волны, проникая в установленные материалы, теряют значительную часть своей звуковой энергии. В результате внутренний и внешний шум в салоне заметно снижается.
На некоторых автомобилях зарубежного производства применяется, так называемое, "глобальное капсулирование" подкапотного пространства, при котором обрабатываются также брызговик двигателя, передние колесные арки и даже сам двигатель помещен в капсулу.
Первый этап обработки.
Чтобы снизить амплитуду колебаний капота от излучаемой двигателем вибрации, непосредственно на поверхность капота устанавливаются вибропоглощающие материалы.
Поглощение вибрации происходит за счет деформации сдвига по толщине вибропоглощающего слоя, т.е. взаимного перемещения слоев вибропоглощающего материала, в следствие чего энергия колебаний превращается в тепло.
В нашем случае - Вибропласт, представляющий собой полимерную самоклеющуюся композицию сдублированную с алюминиевой фольгой.
Важными свойствами этого материала являются:
- легкость монтажа на поверхности со сложным рельефом (материал держит "тройной угол");
- нетребовательность к нагреву при установке;
- водонепроницаемость и свойства герметика.
Вибропласт эффективно препятствует проникновению влаги к кузову автомобиля, становясь дополнительной защитой от коррозии.
Второй этап обработки.
После Вибропласта монтируется шумопоглощающий материал Изотон, состоящий из лицевой звукопрозрачной пленки обладающей маслобензостойкостью и водоотталкивающими свойствами, пенополиуретана толщиной 15 мм и липкого слоя, защищенного антиадгезионной пленкой. Основная составляющая материала - пенополиуретан - имеет открытоячеистую структуру.
Механизм поглощения шума следующий: проникая в материал, звуковая волна постепенно гасится, превращаясь в тепловую энергию.
На разных частотах уровень шумопоглощения материалов неодинаков. Для его оптимизации на всем спектре частот особое значение имеет толщина материала, а так же лицевая пленка. В соответствии со "звуковой" характеристикой двигателя можно выбрать одну из модификаций материала:
с металлизированной лавсановой и перфорированной поливинилхлоридной пленкой.
Изотон В 15 (толщина 15 мм) - с перфорированной поливинилхлоридной пленкой эффективно нейтрализует шум в области высоких частот (от 900 до 2500 Гц.
Изотон ЛМ 15 (толщина 15 мм) - с металлизированной лавсановой пленкой эффективно нейтрализует шум в области низких частот (от 300 до 700 Гц.
Изотон является неплохим теплоизолятором, что особенно важно в зимний период эксплуатации автомобиля - при остановке на короткое время двигатель уже не остывает так быстро, материал препятствует увеличению температуры внешней поверхности капота в сравнении с температурой окружающей среды. Снег, попадая на крышку капота, не тает.
Внимание!
Максимального эффекта от шумо-, виброизоляции можно достичь, только установив на автомобиль полный комплект материалов, т.е. обработав не только моторный отсек, но и салон автомобиля.
Рекомендации по установке акустических систем.
Не рекомендуется монтировать акустические системы на декоративные панели салона (например, накладки дверей). Подставки - подиумы или кольца, изготавливаемые из фанеры и устанавливаемые непосредственно на металлические панели, позволяют увеличить жесткость конструкции, тем самым предотвратить возможные призвуки и скрипы.
Наилучшее восприятие звука происходит при развороте оси динамиков в сторону слушателя. Это, прежде всего, относится к высоко- и среднечастотным динамикам.
Отклонение оси динамиков по направлению к слушателю:
- для высокочастотных динамиков - не более 25¦;
- для среднечастотных динамиков - не более 60¦. Низкочастотные динамики не требуют разворота в "пространстве", так как зона распространения низких частот достигает 360¦.
