Рационально гасим автомобильные шумы и вибрации

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.

Если в области NVH всё плохо, человек физически это чувствует: перегружается нервная система и головной мозг, уходит внимание, снижаются тонус и реакция. Поэтому в современных ― более тихих ― автомобилях легче ездить на дальняк. Только не надо говорить, что со временем «стала лучше шумоизоляция»! С точки зрения теории, шумоизоляция ― последний и совершенно не обязательно самый эффективный способ обеспечить акустический комфорт. Сейчас разберёмся почему.

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.

Итак, у любого колебания есть источник. Автомобильные шумы и вибрации генерируются прежде всего двигателем и выхлопной системой, катящимися колёсами, а также воздухом, обтекающим кузов. Есть ещё несколько десятков источников, но доминируют именно перечисленные. Обычно на городских скоростях основной «вклад» вносит силовой агрегат, на шоссейных 90-100 км/ч всё голосит практически в равной степени, а после 120-130 км/ч беспокоят в первую очередь возмущения аэродинамического и дорожного происхождения. Это в теории.

Любой шум, например от мотора, распространяется двумя путями. Механически — через вибрации панелей кузова и структурных элементов, имеющих физическую связь с источником, — и непосредственно по воздуху, в том числе «проникая» через те самые панели, как показано на иллюстрации. Поэтому есть три основных пути борьбы с шумом. В порядке приоритета это снижение интенсивности его происхождения, гашение вторичного излучения структурными элементами и только в третью очередь ― звукоизоляция, то есть «ловля» той составляющей, что передаётся воздушным путём.

Например, снижение шума от двигателя начинается ещё с организации процесса сгорания, которое по возможности должно быть сглаженным. Крупные излучатели звука ― блок цилиндров, крышка головки, поддон картера ― конструируются так, чтобы не резонировать в такт рабочему процессу в цилиндрах. Всё чаще подобные элементы делают из пластмасс, прямо на них наносятся шумопоглощающие материалы, а весь мотор по возможности «капсулируется». Раньше сильно шумели выхлопные системы, но невольно помогли катализаторы и фильтры твёрдых частиц, сглаживающие пульсации отработавших газов в помощь глушителям.

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.

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.

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?

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.

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.

Подобные «протоколы» касаются не только шума от двигателя, а применяются для каждого источника. Поверьте, о борьбе с гулом качения шин, аэродинамическими возмущениями или наружными звуками можно написать по отдельной статье. Там масса нюансов, тонкостей и хитростей. Домашняя оклейка дополнительными матами безусловно даёт эффект, но такой подход нельзя назвать рациональным. Ради пары децибел выигрыша придётся не только потратить тысячи рублей на материалы и работы, но ещё и возить с собой десятки лишних килограммов, расплачиваясь за них повышенным расходом топлива.

Последний писк моды ― системы активного шумоподавления, создающие с помощью колонок аудиосистемы полезный звук в противофазе вредному. «То на то» должно давать тишину. Увы, подобные системы работают не идеально точно, ограничены по мощности и частотному диапазону: такова физика. Шумы от мотора и дороги достигают ушей водителя и пассажиров всего за 0,009 с, а лучшие противосистемы реагируют за 0,002 с. Ясно, что они будут улучшаться, ― но главное, чтобы не получилось, как с ESP, когда развитие страховочной электроники обернулось ослаблением базовых конструкторских принципов.

Чем выше частота звука, тем сильнее он беспокоит. Например, в зоне частот 2000-4000 Гц утомляющее действие начинается с громкости 80 децибел (дБ), а при 5000-6000 Гц ― уже с 60 дБ. «Структурные» шумы, которые распространяются кузовом, в основном имеют частоту ниже 500 Гц и на слух воспринимаются как более низкочасточные, гудящие, басовитые. В автомобиле они в основном приходят от дороги, но есть и вклад выхлопной системы.

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.

Кроме спектрального состава (частотности шума) важен и характер спектра. Бывают широкополосные шумы, то есть беспорядочное смешение звуков, и тональные шумы. Например, подвывание электродвигателя усилителя руля или сипение хладагента в недрах кондиционера. Автомобиль может производить сотни таких специфических «нот», и хорошие производители на стадии дорожных испытаний «выводят» их полностью.

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.

Каких-либо ограничений по внутреннему шуму легковых автомобилей ни в ЕС, ни в США нет ― только по внешнему. Ясно, что производители кровно заинтересованы в том, чтобы клиенту в салоне было комфортно. У России же свой путь. При сертификации все новые автомобили, включая Rolls-Royce или Mercedes-Maybach S-класса, проверяют на соответствие Приложению №3 к техническому регламенту «О безопасности колёсных транспортных средств». То есть реально вешают в салоне микрофоны и замеряют шум по нескольким методикам ― в том числе при движении на постоянной скорости и в разгоне.

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.

Хотя для спорткаров предусмотрена отдельная сноска. Если снаряжённая масса меньше двух тонн, а удельная мощность выше 75 кВт/т (102 л.с. на тонну), то допускается превышение на четыре децибела. Если на тонну приходится более 110 кВт (почти 150 л.с.), испытания вообще проводятся щадящим образом, лишь на постоянной скорости. В эти рамки вписываются очень многие «гражданские» автомобили. Даже у не шибко мощной 145-сильной Весты Sport 109 л.с. на тонну. Зачем тогда вообще городить огород с сертификацией внутреннего шума, вынуждая производителей на ненужные расходы, которые в конце концов будут заложены в цену машины?

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.

Современные технологии бросают акустикам новые вызовы. Активное облегчение кузовов, применение лёгких материалов типа алюминиевых сплавов или композитов способствуют увеличению «структурного» шума. Шины становятся шире ― а значит, голосистее. В погоне за экологичностью процесс сгорания топлива в цилиндре часто становится менее «плавным» ― то есть генерирует больше колебаний.

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.

Рейтинг лучших материалов для шумоизоляции автомобиля в 2021 году

Использование дешевых материалов для шумоизоляции позволяет значительно сэкономить, поэтому нередко производители применяют этот трюк в бюджетных моделях автомобилей. Иногда применяются хорошие материалы, но не по всему положенному периметру, что также позволяет минимизировать затраты, однако оказывается малоэффективным. Все это выступает огромным недостатком, т.к. все посторонние шум и вибрации передаются в салон, что нарушает общий комфорт водителя. Интенсивность шума зависит от того, насколько продуманно выполнена конструкция авто. Однако даже совершенная конструкция не сможет спасти от шумов, исходящих непосредственно от транспортного средства. Посторонние звуки зачастую напрягают пассажиров, раздражают и не позволяют нормально общаться между собой. Таким образом, шумоизоляция становится единственным выходом.

Какие виды шумоизоляторов существуют

При выборе шумоизоляционного материала следует помнить, что все они имеют свое назначение и используются для выполнения определенных задач. Многослойная структура позволит добиться наилучшего эффекта. Принцип ее работы заключается в применении сразу нескольких слоев, которые идут друг за другом в определенной последовательности. Все шумоизоляторы делятся на несколько категорий:

• Вибродемпферы. Основой выступают битум и мастика. Наносятся они на металлическую поверхность, после ее предварительной очистки. Как правило, выступают основой для шумоизоляции, т.к. гасят вибрации от транспортных элементов. Толщина кузова имеет прямое влияние на толщину материала. Для обеспечения прочности используются самоклеящиеся виброизоляторы.
• Шумозиоляторы или шумопоглотители выступают вторым слоем. Задачей их является выполнение двух функций сразу: утепление капота и защита от внешних шумов.
• Поглотители шумов. Для создания этого слоя используются мягкие и высокопористые структурные материалы, что делает их способными к эффективному поглощению различных звуковых волн.
• Уплотнители. Название само по себе является говорящим: слой используется для устранения скрипов и биений между элементами.
• Жидкие составы изоляции. Спектр их применения наружный. Листовая изоляция здесь не подойдет, т.к. она не устойчива к внешним воздействиям, поэтому на помощь приходит жидкая.

Желаемого результата не получится достичь, если применить только один вид материала из вышеперечисленных. Здесь потребуется использование комплексных мер, что избавит транспортное средство от максимального количества посторонних звуков.

Как работают шумоизоляторы

Принцип действия всех материалов можно условно разделить на два основных типа. Отношение к тому или иному напрямую зависит от выполняемых функций. Так, существуют вибро- и шумоизоляторы. Первые снижают амплитуды вибраций и колебаний, которые создает непосредственно само транспортное средство. Таким образом энергия колебаний превращается в тепловую. Этому способствует трение между фольгой и упругим материалом. Фиксация материала на поверхностях достигается за счет использования слоя клея.

Второй же тип представляет собой своеобразный барьер, способный подавлять возникающие шумы до минимальных значений. К тому же такой барьер легко размещать на участках со сложной геометрией, ведь он имеет гибкую структуру. Из-за пустоты, находящейся между изолятором шума и звуковой волной, посторонние звуки и поглощаются.

Полноценные знания обо всех типах материалов помогают автомобилисту приобрести наиболее эффективный продукт для обеспечения достаточного уровня комфорта в салоне.

Преимущества каждого вида и их характеристики

При выборе логичным вопросом является: какую шумоизоляцию выбрать и почему именно ее? Для более простого определения ответа следует распределить все доступные материалы по категориям, а затем в каждой выбрать лучшие. После — рассмотреть преимущества и недостатки каждого, а потом уже принимать окончательное решение. Использование лучшей шумоизоляции от наиболее популярных брендов сделает результат максимально продуктивным. Но везде есть и обратная сторона медали.

Для определения максимально правильного решения следует разбить доступные товары на отдельные категории. Важно осознавать, что цена не всегда является показателем качества. Сейчас существуют продукты, позволяющие добиться желанного результата без ощутимых затрат.

Прежде всего изучение следует начать с виброизоляторов. Основной показатель эффективности их работы – механический модуль упругости. Чем толще и тяжелее материал, тем лучше будет результат его работы. Важно помнить, что данная категория товаров именно поглощает вибрации, а не отталкивает, превращая их в тепловую энергию. Большинство автомобилистов не знают, чему отдать предпочтение. Однако специалисты выделяют бесспорного лидера продаж — Бимаст. Все его разновидности пользуются огромной популярностью на автомобильном рынке.

Шумоизоляция также играет немаловажную роль. Для их изготовления применяются 2 основы: натуральные или синтетические волоконно-структурные изделия; синтетические газонаполненные пластиковые материалы. Тем не менее, поглощение материалами влаги нередко выступает существенным недостатком. Шумки из пластика не подвержены впитыванию, что приводит к гниению тканевых волокон со временем. Заводская шумка, как правило, применяется в качестве верхнего слоя. Если же материал по какой-либо причине пришел в негодность, то можно без особых усилий приобрести новый на отечественном рынке. Тратиться сильно не придется, а вот качество работы порадует.

• Материалы категории «антискрип»

Иногда антискрипы в транспортном средстве выступают незаменимой вещью. Хоть в данное понятие и входят товары для прокладки и уплотнения, тем не менее, основная задача категории – устранение различных скрипов. Отсюда вывод, что искать конкретно материал, входящий в категорию антискрип, не обязательно, достаточно подобрать подходящий шумоизолятор, который сможет оказать комплексный эффект. Иногда в ход идут поролон, пластилин и оконные уплотнители. Но такие эксперименты не всегда заканчиваются удачно. Качественный товар должен обладать множеством свойств, которые обеспечат его долговечность и устойчивость к различным воздействиям. К тому же следует помнить, что такие средства используются непосредственно в труднодоступных местах, что требует от них удобства в использовании.

Применение антискрипов зачастую не вызывает вопросов. Главное здесь — правильно отмерить кусок, который следует вырезать, а затем ровно приклеить его к поверхности машины.

Отдельное место отводится жидкой шумоизоляции, т.к. она применяется там, где листовая не может быть использована в силу своих особенностей. Зачастую жидкий тип используют снаружи автомобиля, т.к. листы являются неустойчивыми к влажности и перепадам температур. Даже довольно тонкий слой обеспечивает достаточный уровень шумоизоляции. Однако данный материал служит именно для виброзащиты. Для получения ожидаемого результата важно следовать инструкциям производителя при выполнении работ.

Наиболее популярные производители

Сейчас на рынке огромное разнообразие всевозможных брендов и моделей. Поэтому нередко клиент теряется при выборе. Чтоб сократить этот ассортимент, следует сразу выделить список ведущих компаний. Продвинутые автомобилисты отдают предпочтение только брендовой продукции. На современном рынке есть несколько фирм, которые значительно отличаются от остальных качеством своей продукции и оценками потребителей. Подробное рассмотрение таких данных позволило создать список наилучших производителей:

• STP открывает рейтинг наиболее популярных брендов. Данный производитель считается крупнейшим в России, у него огромная сеть по всей стране. Производство нацелено на изготовление самых разных видов изоляции. Любой товар соответствует сертификату качества и проходит строгий контроль в процессе изготовления. Ко всему прочему ценовая политика не может не радовать.
• SGM является не таким популярным производителем, как выше отмеченный, однако сейчас весьма распространен среди любителей автотранспорта. Люди, занятые в сфере шумоизоляции, прекрасно ознакомлены с данной продукцией и весьма неплохо о ней отзываются. И даже несмотря на высокое качество, цену можно назвать низкой.
• Technical Group удовлетворяет даже самых придирчивых покупателей своей высококачественной продукцией. Это обеспечивается научным отделом, который находится в распоряжении бренда. Именно там и проводятся разработки новых материалов, а также следят за повышением качества выпускаемых товаров.
• Shumoff прославилась среди потребителей, заинтересованных в тюнинге авто. Специализация фирмы заключается в производстве самоклеящихся полотен. Нередко от профессионалов можно услышать, что Shumoff — лучший отечественный производитель. Стоимость продукции средняя, полностью отвечающая уровню качества.

Опираясь на данные, приведенные выше, можно определиться с производителем, а затем уже искать варианты среди моделей его продукции.

А вот решение о том, как проводить работы (возложить ответственность на квалифицированных профессионалов или выполнить все самостоятельно) — это вопрос сугубо индивидуальный. Следует здраво оценивать собственные возможности, ведь не обходится и без труднодоступных участков, куда правильно проложить шумоизоляцию оказывается задачей не из простых. Поэтому наиболее верным решением будет передать все в руки профессионалов, хоть в таком случае и предвидятся дополнительные затраты.

Рейтинг лучших материалов для шумоизоляции на 2021 год

Занимает место одного из самых популярных материалов, с помощью которого можно защитить корпус и салон транспортного средства от вибраций. В линейке представлены четыре образца: Vibroplast M1, Vibroplast M2, Vibroplast Silver, Vibroplast Gold. Каждый образец обладает индивидуальными характеристиками.

Наиболее дешевым оказался Vibroplast M1, т.к. продуктивность его работы заметна лишь при взаимодействии с тонким металлом. Отечественные машины как раз входят в спектр его работ, но вот владельцы современных иномарок, выполненных из более толстых слоев металла, не добьются желаемого результата. К товару приложена инструкция, указывающая на элементы автомобиля, на которых можно применять указанный материал.

Vibroplast M2 по своей сути выступает усовершенствованной версией М1. Его слой немного толще, однако продукт тоже является бюджетным, несмотря на более высокую цену, чем у его предшественника.

Следующие же два варианта, представленные в линейке, относят к премиум-классу. Vibroplast Silver выступает модифицированным аналогом Vibroplast M2. Последняя же модель с говорящим названием «Голд» является практически совершенным материалом. Даже на самые сложные формы его можно разместить без особых усилий. Отсюда вывод, что установку такого товара можно проводить без помощи специалистов. Единственный недостаток – высокая стоимость.

• Широкий ассортимент шумоизоляторов в линейке;
• Простота монтажа Vibroplast Gold.

• Vibroplast M1 не эффективен для авто иностранного производства;
• Vibroplast Gold отличается высокой стоимостью.

Материалы этой серии являются многослойными. Пригодны к использованию на более толстых металлических покрытиях, поэтому подойдут и для иномарок. Линейка состоит из 4 представителей:

• STP Bimast Standart считается наиболее выгодным в финансовом плане решением. Уровень эффективности его работы средний, что позволяет использовать его по отношению к любому легковому автомобилю. Однако обладает существенным недостатком: при монтаже он скатывается в комки. Некоторые потребители отмечают, что иногда продукт не отличается долговечностью и не очень хорошо крепится на защитный слой, а через какое-то время и вовсе может отклеиться.
• STP Bimast Super выступает более совершенным товаром, чем предыдущий. Наблюдается увеличение толщины и массы, что позволяет использовать его на корпусах, где металл более широкий. Однако большая масса иногда выступает весомым препятствием при монтаже в труднодоступных местах, что иногда приводит к отслоению фольгированного слоя. По этой причине следует проводить процедуру с максимальной осторожностью или же доверить дело профессионалам.
• STP Bimast Bomb по-праву получил звание одного из лучших материалов в линейке, где оптимально соотносятся цена и качество. Совершенные характеристики позволяют монтировать продукт как на дешевые автомобили, так и на дорогие транспортные средства. Тем не менее участились случаи попадания бракованной продукции, что значительно подрывает авторитет модели.
• STP Bimast Bomb Premium продукт с самым высоким уровнем характеристик. Монтировать его можно почти на все элементы автомобиля. Тем не менее высокое качество материала перекрывается большой массой, что вызывает весомые трудности при работах с труднодоступными местами. Хоть качество и находится на высоком уровне, но стоимость также не уступает, что делает товар доступным далеко не для всех потребителей.

• Широкий ассортимент шумоизоляторов,рассчитанных на разные автомобили и отличающиеся по стоимости.

• Нарекания на износостойкость и небольшой срок службы STP Bimast Standart;
• Жалобы на наличие бракованной продукции.

Данная линейка не теряет своей популярности уже много лет. Отдельное распространение она получила среди водителей автомобилей, где задействован толстый металл.