Jak automobilové akustické materiály zlepšují komfort v kabině | Průvodce hlukem, vibracemi a vibracemi

Jak automobilové akustické materiály zlepšují pohodlí v kabině

Pro výrobce originálních dílů v automobilovém průmyslu a inženýry 1. úrovně není pohodlí v kabině jen o snížení hluku o několik decibelů.

Efektivní akustické inženýrství automobilů začíná třemi základními otázkami:

• Odkud hluk vychází?
• Jak se to dostane do kabiny?
• Který materiál nebo konstrukční řešení je pro jeho kontrolu nejvhodnější?

V automobilovém inženýrství NVH se hluk obvykle dostává do prostoru pro cestující dvěma hlavními cestami:

• Hluk přenášený vzduchem
• Hluk šířený strukturou

Pochopení rozdílu mezi těmito dvěma přenosovými cestami je nezbytné při výběru automobilových akustických absorbérů, izolačních materiálů, tlumicích vrstev, oddělovačů a vícevrstvých akustických systémů.

Rychlá odpověď

Akustické materiály pro automobily zlepšují komfort v kabině tím, že regulují zvuk a vibrace pomocí několika různých mechanismů.

Porézní vláknité materiály se používají hlavně k pohlcování zvuku šířeného vzduchem.

Tlumicí materiály pomáhají snižovat vibrace panelu.

Bariérové ​​vrstvy snižují přenos zvuku.

Oddělovací materiály pomáhají omezit přenos vibrací mezi konstrukcemi.

V reálných aplikacích ve vozidlech jsou tyto funkce často kombinovány do integrovaného akustického balíčku, spíše než aby se spoléhalo na jediný materiál pro řešení všech problémů s NVH.

1. Co je to automobilový šum, vibrace a vibrace (NVH)?

NVH je zkratka pro:

• Hluk
• chvění
• Drsnost

Tyto faktory společně silně ovlivňují, jak řidiči a cestující vnímají pohodlí a kvalitu vozidla.

Hluk

Hluk označuje zvuk, který slyší cestující ve vozidle.

Mezi typické zdroje hluku v automobilech patří:

• Hluk pneumatik a vozovky
• Hluk větru
• Hluk motoru
• Hluk elektromotoru
• Kvílení převodovky
• Hluk HVAC
• Hluk chladicího systému
• Vyzařování panelů karoserie

Různé frekvenční rozsahy vytvářejí velmi odlišné subjektivní dojmy.

Nízkofrekvenční šum může být vnímán jako:

• vzkvétající
• dunění
• monotónní

Vysokofrekvenční šum může být vnímán jako:

• kňučení
• syčící
• ostrý tónový šum
• vysokofrekvenční šum elektromotoru

Proto celková hladina akustického tlaku sama o sobě nemůže plně popsat akustickou kvalitu kabiny.

chvění

Vibrace vznikají mechanickým buzením.

Mezi typické zdroje patří:

• Interakce pneumatiky s vozovkou
• Pohyb zavěšení
• Buzení hnacího ústrojí
• Elektrické motory
• Převodové systémy
• Strukturální rezonance

Tyto vibrace se mohou šířit:

• Závěsné komponenty
• Pomocné rámy
• Podvozek
• Panely karoserie
• Kolejnice sedadel
• Řídicí systémy

Některé vibrace jsou přímo vnímány obyvateli.

Jiné aktivují panely karoserie, které pak vyzařují zvuk do kabiny.

Drsnost

Drsnost se spíše vztahuje k subjektivnímu vnímání vibrací vozidla a kvality zvuku než k jedinému fyzikálnímu parametru.

Jako příklady lze uvést:

• Silný náraz při jízdě přes nerovnosti vozovky
• Nadměrné nízkofrekvenční vibrace
• Dunění kabiny při určitých rychlostech vozidla
• Nepříjemná strukturální rezonance

Cílem dobrého NVH inženýrství tedy není eliminovat každý zvuk.

Slouží ke kontrole nežádoucí akustické a vibrační energie.

2. Jak se hluk dostává do kabiny vozidla?

Z hlediska přenosové cesty lze hluk v kabině automobilu obecně rozdělit do dvou hlavních kategorií:

Hluk šířený vzduchem

a

Hluk šířený strukturou

Tyto dva mechanismy vyžadují odlišné strategie řízení.

3. Co je to hluk šířený vzduchem?

Vzdušný hluk je zvuková energie, která se primárně šíří vzduchem, než dosáhne prostoru pro cestující.

Například interakce pneumatiky s vozovkou generuje akustickou energii v oblasti kola.

Část tohoto zvuku se šíří vzduchem a může do vozidla vniknout podlahou, podběhy kol, dveřmi nebo jinými konstrukcemi karoserie.

Podobně ventilátory HVAC generují zvuk, který se šíří přímo vzduchovody a kabinou.

Mezi typické zdroje hluku přenášeného vzduchem patří:

• Hluk větru
• Hluk vyzařování pneumatik
• Hluk HVAC
• Hluk chladicího ventilátoru
• Vnější hluk z dopravy
• Nějaký hluk elektromotoru
• Nějaký hluk z pohonné jednotky

Jakmile se vzduchem šířící zvuk dostane do kabiny, může se také opakovaně odrážet od vnitřních povrchů.

Pokud interiér vozidla nemá dostatečnou zvukovou absorpci, zvuková energie se může i nadále odrážet od oblastí, jako jsou:

• Střecha
• Headliner
• Dveře
• Hlavní obrazovka
• Na podlaze
• Kufr

Tím se zvyšuje akustická energie vnímaná obyvateli.

Proto se v interiéru vozidel hojně používají materiály pohlcující zvuk.

4. Jak vláknité automobilové akustické materiály absorbují zvuk?

Vláknité akustické materiály PP/PET jsou typické porézní pohlcovače zvuku.

Když zvuková vlna vstoupí do optické sítě, částice vzduchu se pohybují skrz složitou porézní strukturu.

Během tohoto procesu se akustická energie snižuje pomocí mechanismů, jako jsou:

• Tření mezi vzduchem a vlákny
• Viskózní ztráty
• Tepelná výměna
• Ztráta energie způsobená prouděním vzduchu skrz porézní síť

Malá část akustické energie se nakonec přemění na teplo.

V důsledku toho se zpět do kabiny odráží méně zvukové energie.

Toto je základní princip vláknitých automobilových akustických absorbérů.

5. Proč nestačí jen tloušťka?

Běžným předpokladem je, že silnější akustický materiál vždy funguje lépe.

Ve skutečnosti závisí pohlcování zvuku v automobilu na mnoha parametrech, včetně:

• Tloušťka
• Základní hmotnost
• Hustota
• Průměr vlákna
• Vláknitá struktura
• Porozita
• Odpor proudění vzduchu
• Kompresní poměr
• Stav instalace
• Cílový frekvenční rozsah

Jedním z nejdůležitějších parametrů je odpor proudění vzduchu.

Pokud je materiál příliš otevřený, zvuk může snadno procházet, ale interakce mezi pohybujícím se vzduchem a optickou sítí může být nedostatečná.

Pokud je materiál příliš hustý, může se příliš mnoho zvuku odrážet od povrchu, místo aby pronikal do porézní struktury.

Vysoce výkonné akustické materiály proto vyžadují vhodnou rovnováhu mezi:

Pórovitost, struktura vláken a odpor proudění vzduchu.

6. Co je to strukturální hluk?

Hluk šířený konstrukcí vzniká jako mechanické vibrace přenášené konstrukcí vozidla.

Typickým příkladem je:

Buzení silnice

↓

Vibrace pneumatik

↓

Suspenze

↓

Subframe

↓

Karoserie vozidla

↓

Vibrace panelů karoserie

↓

Zvukové záření do kabiny

Konečný zvuk může být stále slyšet vzduchem, ale původní přenosová cesta byla strukturální.

Toto je klíčový rozdíl mezi hlukem šířeným konstrukcí a hlukem šířeným vzduchem.

7. Proč akustická vlákna nedokážou vyřešit veškerý hluk šířený strukturou?

Toto je jeden z nejdůležitějších rozdílů v automobilovém akustickém inženýrství.

Porézní akustické vlákno je určeno především k absorpci zvukové energie šířené vzduchem.

Pokud je hlavním problémem silná vibrace dveřního panelu, podlahového panelu, podběhu kola nebo jiného konstrukčního prvku, samotné přidání většího množství akustických vláken neodstraní hlavní příčinu.

Hluk šířený strukturou obvykle vyžaduje kombinaci několika metod regulace.

Tlumící materiály

Tlumicí vrstvy se používají ke snížení amplitudy vibrací v kovových nebo kompozitních panelech.

Mezi typické oblasti použití patří:

• Vnější panely dveří
• Podlahové panely
• Prostory kormidelny
• Panely zavazadlového prostoru
• Plech karoserie

Oddělovací materiály

Oddělovací vrstvy pomáhají omezit mechanické vazby mezi strukturami.

Jsou také důležité ve vícevrstvých akustických systémech, kde je mezi bariérou a karoserií vozidla vyžadována poddajná vrstva.

Bariérové ​​materiály

Bariérové ​​vrstvy se používají ke snížení přenosu zvuku.

Obvykle se spoléhají na vyšší povrchovou hmotnost nebo vícevrstvou konstrukci pro zlepšení přenosových ztrát.

Absorpční materiály

Absorpční vrstvy snižují energii zvuku šířeného vzduchem, jakmile tato energie dosáhne kabiny nebo akustického obalu.

V praktické konstrukci vozidel se tyto funkce často kombinují takto:

Tlumení + Oddělení + Bariéra + Absorpce

8. Vzdušný hluk a hluk šířený strukturou jsou často propojeny

V reálných případech hluku, vibrací a vibrací u vozidel nejsou mechanismy přenášené vzduchem a konstrukcí zcela nezávislé.

Například:

Buzení vozovkou nejprve generuje mechanické vibrace.

Tyto vibrace se šíří zavěšením a strukturou karoserie.

Panel karoserie je pak vzrušený.

Vibrační panel vyzařuje zvuk do vzduchu v kabině.

Celá cesta tedy může být:

Vzrušení z jízdy

↓

Vibrace přenášené strukturou

↓

Vibrace karoserie

↓

Vyzařování zvuku šířeného vzduchem

↓

Vnímání cestujících

Z tohoto důvodu se inženýři v oblasti NVH, kteří se specializují na originální díly, neptají pouze na to, zda je problém přenášen vzduchem nebo konstrukcí.

Musí pochopit:

• Který zdroj je dominantní?
• Která přenosová cesta přispívá nejvíce?
• Který frekvenční rozsah je třeba vylepšit?

9. Různé frekvenční rozsahy vyžadují různé strategie pro potlačení šumu a vibrací (NVH)

Žádný jednotlivý materiál nedokáže efektivně vyřešit všechny problémy s hlukem v celém frekvenčním spektru.

Různé frekvenční rozsahy obvykle vyžadují různé inženýrské strategie.

Nízká frekvence

Problémy s nízkou frekvencí často souvisí s:

• Režimy těla
• Strukturální vibrace
• Rezonance panelu
• Buzení zavěšením
• Buzení hnacího ústrojí

Závažné problémy s nízkými frekvencemi obvykle nelze vyřešit pouze lehkými porézními absorbéry.

Typická řešení mohou zahrnovat:

• Strukturální optimalizace
• dumping
• Vibrační izolace
• Optimalizace montáže
• Optimalizace tuhosti tělesa

Střední frekvence

Středofrekvenční šum často vyžaduje kombinaci:

• dumping
• Oddělení
• Bariérový výkon
• Pohlcování zvuku

Střední až vysoká frekvence

Vláknité porézní absorbéry jsou obzvláště užitečné ve středním až vysokém frekvenčním rozsahu.

Jejich akustický výkon lze vyladit úpravou:

• Tloušťka
• Základní hmotnost
• Vláknitá struktura
• Odpor proudění vzduchu

Proto by automobilové akustické materiály neměly být hodnoceny podle jediné hodnoty absorpce.

Mnohem smysluplnější je celá absorpční křivka v celém relevantním frekvenčním rozsahu.

10. Proč se u elektromobilů mění požadavky na akustické materiály?

Elektromobily neusnadňují konstrukci vozidel s ohledem na hluk, vibrace a vibrace.

Mění spektrum šumu.

U vozidel se spalovacím motorem vytváří hluk motoru relativně silný zvuk pozadí, který může maskovat jiné zdroje hluku.

U elektromobilů je tento maskovací efekt snížen.

V důsledku toho se dříve méně znatelné zvuky mohou stát výraznějšími, včetně:

• Hluk pneumatik
• Hluk z vozovky
• Hluk větru
• Kvílení elektromotoru
• Hluk převodovky
• Tónový šum měniče
• Hluk HVAC
• Hluk chladicího systému

Akustický design elektromobilů proto klade větší důraz na:

• Širokopásmová absorpce zvuku
• Řízení šumu ve středních až vysokých frekvencích
• Odlehčení
• Integrace materiálů
• Lokální akustická optimalizace

11. Proč se lehké akustické materiály stávají stále důležitějšími?

Přidání většího množství materiálu NVH může zlepšit akustický výkon.

Nicméně, dodatečný materiál také zvyšuje hmotnost vozidla.

To může přímo ovlivnit:

• Hmotnost vozidla
• Spotřeba energie
• Dojezd elektromobilu
• Výrobní náklady
• Složitost montáže

Z tohoto důvodu není cílem pouze přidat další materiál.

Cílem je dosáhnout požadovaného akustického výkonu s nižší hmotností a menšími instalačními prostory.

To je jedna z hlavních výhod vláknitých automobilových akustických materiálů.

Úpravou:

• Složení vláken
• Základní hmotnost
• Tloušťka
• Hustota
• Struktura vrstev

materiál lze optimalizovat pro různá místa a platformy vozidel.

12. Kde se používají automobilové akustické materiály?

Různé zóny vozidel mají různé akustické požadavky.

Střecha a stropní čalounění

Mezi typické obavy patří:

• Hluk větru
• Dozvuk v kabině
• Hluk nárazů deště
• Širokopásmová absorpce zvuku

Nízká hmotnost je v této oblasti obzvláště důležitá.

Dveře

Dveřní systémy mohou být ovlivněny:

• Vnější hluk
• Vibrace dveřního panelu
• Rezonance dutiny
• Interakce s mluvčím

Z tohoto důvodu akustické systémy dveří často vyžadují jak absorpci, tak i strukturální tlumení vibrací.

Oblast firewallu a řídicího panelu

Toto je jedna z nejdůležitějších zón kontroly hluku, vibrací a vibrací.

Mezi typické zdroje hluku patří:

• Hluk hnacího ústrojí
• Hluk z vozovky
• Hluk HVAC
• Strukturální záření

Zde se běžně používají vícevrstvé akustické systémy místo jediného absorbéru.

Na podlaze

Mezi typické obavy patří:

• Buzení pneumatikami a vozovkou
• Hluk zavěšení
• Hluk pod vozem
• Strukturální vibrace

Mezi běžné podlahové akustické systémy mohou patřit:

Absorpční člen + Oddělovací člen + Bariéra

s lokálním tlumením v případě potřeby.

Oblouk kola

Prostor kolem kol je jedním z nejdůležitějších zdrojů hluku ve vozidle.

Akustické materiály použité v tomto dokumentu mohou vyžadovat:

• Hluk pneumatik
• Buzení silnice
• Náraz kamene
• Vystavení vodě
• Kontaminace

Proto je třeba při výběru materiálu zohlednit také:

• Odolnost proti vlhkosti
• Trvanlivost
• Odolnost vůči kontaminaci

Kufr

Buzení zadními koly a zadní částí karoserie může do dutiny zavazadlového prostoru vnést značnou akustickou energii.

Absorpční materiály mohou snížit odrazy zvuku v dutinách a pomoci omezit další šíření zvuku směrem k prostoru pro cestující.

Pilíře a tělesné dutiny

Dutiny vozidel mohou sloužit jako akustické přenosové cesty.

Správné použití:

• Akustické absorbéry
• Výplně dutin
• Těsnící systémy

může snížit přenos zvuku těmito oblastmi.

13. Které materiálové parametry by měli inženýři OEM vyhodnotit?

Akustické materiály pro automobily by neměly být hodnoceny pouze podle toho, zda „dobře absorbují zvuk“.

Úplnější hodnocení by mělo zahrnovat následující parametry.

Akustický výkon

• Koeficient zvukové pohltivosti
• Frekvenčně závislá absorpční křivka
• Odpor proudění vzduchu
• Odpor proudění vzduchu

Fyzikální vlastnosti

• Tloušťka
• Základní hmotnost
• Hustota
• Obnova komprese
• Prostorová stabilita

Environmentální výkonnost

• Tepelná odolnost
• Odolnost proti vlhkosti
• Odolnost proti stárnutí

Požadavky na automobilový průmysl

• Hořlavost
• Výkon VOC
• Zápach
• Mlha
• Materiálová kompatibilita

Výkon zpracování

• Die řezání
• Tvarování za tepla
• Laminace
• Samolepicí podklad
• Laminace hliníkové fólie
• Konverze složitých tvarů

udržitelnost

• Odlehčení
• Recyklovatelnost
• Zjednodušení materiálu
• Recyklovaný obsah

14. Proč jsou podmínky instalace stejně důležité jako údaje o materiálu?

Stejný akustický materiál se může za různých instalačních podmínek chovat velmi odlišně.

Mezi důležité faktory patří:

• Vzduchová mezera
• Komprese
• Podkladová plocha
• Oblast instalace
• Geometrie
• Únik z okraje
• Sousední materiály
• Vícevrstvá konstrukce

Například materiál s tloušťkou ve volném stavu 20 mm se může chovat velmi odlišně, pokud je po instalaci stlačen na 8 mm.

Komprese se může měnit:

• Porozita
• Odpor proudění vzduchu
• Efektivní tloušťka
• Akustický výkon

Proto by automobilové akustické materiály neměly být hodnoceny pouze na základě laboratorních datových listů.

Je také třeba zohlednit konečný stav instalace.

15. Automobilové akustické materiály Transulate™

Transulate ™ je řada dvoukomponentních vláknitých materiálů z PP/PET vyvinutých společností SINOYQX pro automobilové akustické a tepelné aplikace.

Materiál je určen pro aplikace, včetně:

• Absorpce zvuku v automobilovém průmyslu
• Tepelná izolace
• Lehké akustické obaly

Mezi typické oblasti použití patří:

• Střecha
• Headliner
• Podle
• Hlavní obrazovka
• Firewall
• Na podlaze
• Kufr
• Pilíř
• Vnitřní obložení

V závislosti na projektu lze upravit klíčové parametry materiálu, včetně:

• Základní hmotnost
• Tloušťka
• Hustota
• Vláknitá struktura
• Struktura laminace

16. Jak vybrat řadu Transulate™

Řada Transulate ™ LT

Typická plošná hmotnost:

100–200 g/mXNUMX

Typická tloušťka:

10 – 20 mm

Vhodné pro lehké aplikace, jako například:

• Střecha
• Headliner
• Podle
• Pilíř
• Vnitřní obložení

Hlavním důrazem je nízká hmotnost.

Řada Transulate ™ AP

Typická plošná hmotnost:

300–500 g/mXNUMX

Typická tloušťka:

20 – 30 mm

Vhodné pro:

• Firewall
• Podle
• Na podlaze
• Kufr
• Obecné akustické balíčky

Řada Transulate™ HP

Typická plošná hmotnost:

600–900 g/mXNUMX

Typická tloušťka:

30 – 50 mm

Vhodné pro aplikace vyžadující vyšší zvukovou pohltivost a tam, kde je k dispozici více instalačního prostoru.

17. Jaké další možnosti zpracování jsou k dispozici?

V závislosti na požadavcích výrobce originálního vybavení (OEM) a projektu Tier 1 lze Transulate™ dodat nebo převést na:

• Rolls
• Listy
• Vysekané díly
• Samolepicí díly
• Výrobky laminované hliníkovou fólií
• Výrobky s netkanou textilií
• Vícevrstvé kompozity
• Vlastní tloušťka
• Přizpůsobená plošná hmotnost

Konečná akustická konstrukce by měla být vybrána podle:

Cílová frekvence + Místo instalace + Dostupný prostor + Cílová hmotnost

18. Automobilové akustické inženýrství se posouvá od výběru materiálů k návrhu systémů

Budoucnost vývoje automobilových technologií pro snížení hluku, vibrací a vibrací nespočívá pouze v identifikaci toho, který absorbér má nejvyšší koeficient pohltivosti zvuku.

Důležitější otázky jsou:

• Který zdroj hluku je dominantní?
• Která přenosová cesta je nejdůležitější?
• Který frekvenční rozsah je třeba vylepšit?
• Který materiál je nejvhodnější pro dané místo?
• Jak lze dosáhnout cílového výkonu s nižší hmotností?

Efektivnější vývojový proces je:

Identifikujte zdroj hluku

↓

Analyzujte přenosovou cestu

↓

Definujte cílovou frekvenci

↓

Vyberte strategii řízení

↓

Slaďte materiál

↓

Ověření na úrovni komponent

↓

Ověření na úrovni vozidla

Takto lze materiálový výkon proměnit ve skutečné pohodlí kabiny.

Závěr

Komfort kabiny vozidla není řízen jediným materiálem.

Hluk šířený vzduchem se reguluje hlavně pomocí:

Zvuková pohltivost a zvuková izolace.

Hluk šířený strukturou obecně vyžaduje:

Tlumení, izolace vibrací, oddělení a strukturální optimalizace.

Vláknité automobilové akustické materiály hrají důležitou roli ve snižování energie zvuku šířeného vzduchem, omezování odrazů v kabině a zlepšování akustického výkonu ve středních až vysokých frekvencích.

To je ještě důležitější u elektromobilů, kde snížené maskování motoru zvyšuje viditelnost hluku pneumatik, hluku větru a tónového hluku elektropohonu.

Zároveň výrobci vozidel nadále snižují hmotnost.

Z tohoto důvodu se u nové generace automobilových akustických systémů nejedná o přidávání dalších materiálů.

To je asi:

Použití správného materiálu, na správném místě, pro správný frekvenční rozsah.

Automobilové akustické materiály Transulate™ lze přizpůsobit podle požadavků výrobce originálního vybavení (OEM) a norem Tier 1, včetně místa aplikace, cílové frekvence, tloušťky, plošné hmotnosti, struktury laminace a roční poptávky.

Často kladené dotazy

Jaký je rozdíl mezi hlukem šířeným vzduchem a hlukem šířeným konstrukcí ve vozidle?

Hluk přenášený vzduchem se šíří primárně vzduchem, například hluk větru, hluk vytápění, větrání a klimatizace a část hluku pneumatik.

Hluk šířený konstrukcí začíná jako mechanické vibrace přenášené přes zavěšení kol, karoserii nebo jiné konstrukční prvky, než jsou vyzařovány jako zvuk.

Mohou automobilová akustická vlákna přímo snižovat hluk šířený strukturou?

Ne úplně.

Porézní vláknité materiály primárně absorbují zvuk šířený vzduchem.

Pokud je hlavním problémem vibrace konstrukčních panelů, je obvykle nutné dodatečné tlumení, izolace, oddělení nebo strukturální optimalizace.

Jaké jsou nejdůležitější parametry pro automobilové tlumiče hluku?

Mezi důležité parametry patří tloušťka, plošná hmotnost, struktura vláken, odpor proudění vzduchu, absorpční výkon napříč frekvencemi, podmínky komprese, instalační mezera a cílový frekvenční rozsah.

Proč jsou lehké akustické materiály důležité pro elektromobily?

Elektromobily mají menší hluk maskující motor, takže hluk pneumatik, hluk větru, hluk elektromotoru a další vysokofrekvenční zvuky jsou znatelnější.

Zároveň nižší hmotnost vozidla pomáhá zlepšit energetickou účinnost a dojezd.

Kde lze použít automobilové akustické materiály Transulate™?

Mezi typické aplikace patří střecha, stropní čalounění, dveře, protipožární ochrana, palubní deska, podlaha, zavazadlový prostor, sloupky a obložení interiéru.

Konečná specifikace materiálu by měla být vybrána podle instalačního prostoru, cílové frekvence, plošné hmotnosti a požadavků na tloušťku.