Активное шумоподавление в автомобиле своими руками
Система активного шумоподавления (Звук в противофазе, Active Noise Control, Active Noise Cancellation, ANC, Active Noise Reduction, ANR)
Система активного шумоподавления (Active Noise Control, Active Noise Cancellation, ANC, Active Noise Reduction, ANR) является современной высокотехнологической разработкой, нашедшей широкое применение в различных технических устройствах: аудиосистемах, оргтехнике, автомобилях, самолетах, подводных лодках и даже космических кораблях. Первым автомобилем, использующим активное шумоподавление стал люксовый японский седан Honda Legend (Acura RL — на американском рынке) в 2004 году, а вторым — Toyota в 2008 году. В настоящее время система активного шумоподавления устанавливается на некоторые модели автомобилей Audi, Buick, Cadillac, Ford, Honda.
Система активного шумоподавления 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, чем достигается уровень комфорта соизмеримый с шумоизоляцией элитного лимузина.
Наряду с повышением комфорта, применение системы шумоподавления обеспечивает снижение вибрации конструктивных элементов, вызванной звуковыми колебаниями, за счет чего уменьшается износ этих элементов и потребление топлива.
Система активного шумоподавления включает микрофоны, электронный блок управления, аудиосистему и динамики.
Схема системы активного шумоподавления
Микрофоны устанавливаются на потолке салона автомобиля и непосредственно воспринимают негативные шумы. Сигнал от микрофонов поступает в электронный блок управления, где в соответствии с частотой вращения коленчатого вала двигателя формируются управляющие воздействия на аудиосистему.
Аудиосистема генерирует акустические сигналы в противофазе к шуму, чем достигается его подавление. В системе активного шумоподавления используется отдельная аудиосистема.
Усиленные акустические сигналы с аудиосистемы подаются на динамики, из которых два установлены в передних дверях и один (сабвуфер) за задним сиденьем.
Конструктивным и технологическим продолжением системы активного шумоподавления является т.н. система активного звукового оформления (Active Sound Design, ASD). В настоящее время система устанавливается на автомобили Mini от BMW.
Система активного звукового оформления
Принцип работы системы ASD построен на изменении звуковых волн с целью получения желаемого тона работы выпускной системы. Конструктивно все построено так же, как в системе активного шумоподавления: микрофоны – блок управления – аудиосистема – динамики. Только на выходе аудиосистемы не противофаза, а измененный звук.
Изменение характера звучания выпускной системы производится с помощью кнопок на приборной панели автомобиля. Переключение кнопок позволяет воспроизвести звучание выпускной системы четырех разных двигателей.
Несмотря на высокую техническую сложность, практической пользы система активного звукового оформления не имеет, а, в основном, удовлетворяет драйверские амбиции владельца. Необходимо отметить, что активный звук не слышен за пределами салона автомобиля (при закрытых стеклах дверей).
Специалисты Bose разработали чип, который можно интегрировать чуть ли не в любую мультимедийную систему автомобиля. Благодаря этому решению система активного шумоподавления будет работать даже в том случае, если автомобиль не снабжен более ни одним продуктом от Bose. Единственное ограничение – это частотные характеристики самой акустики.
Согласно заявлению Bose, созданное ими решение предусматривает возможность настройки под каждую конкретную модель. По предварительному плану, руководство компании рассматривает возможность оснащения подобными чипами автомобилей разных производителей еще на конвейере.
В отличие от предложенного решения Bose, в готовых автомобилях может использоваться не штатная аудиосистема, а дополнительная — частотный диапазон которой специально настроен исключительно для шумоподавления.
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.
Активное шумоподавление в автомобиле
Как ни шумоизолирулируй автомобиль, все равно шум идущий извне автомобиля и шум от работы двигателя проникают в салон и портят звук идущий от музыкальной системы, особенно когда слушаешь на небольшой громкости. Хочу установить подобную систему в свое авто. Шумоизоляция сделана, но все равно шум есть)
Информации в инете мало, знаю только что эта система установлена в некоторых авто с завода (Chevrolet Equinox, Honda Legend, Audi S8 итд). В инете нашел микросхему LM1894, которая вроде как частично это умеет. На али продают вот такие устройства на ней: https://aliexpress.r. MRoCQKYQAvD_BwE
Принцип работы системы шумоподавления основан на измерений микрофонами формы и амплитуды шума в салоне и подачи такого-же сигнала, но в противофазе посредством акустической системы автомобиля. Еще для более лучше обешумливания берется сигнал с тахометра и от датчиков вибрации.
Кто устанавливал себе такое? Может есть какая-то проверенная рабочая схема?
Сложно реализовать будет и эффективно получится использовать только для одной точки (для водительской головы, например).
В Блау Бремене была как бы система шумоподавления, но там анализировался уровень шума и тупо поднималась громкость сигнала.
(заполни пропущенные символы в меру своей испорченности)
Имею наушники с активным шумоподавлением. Оно работает, но звук деградирует, в первую очередь атака, динамика. Отключаю.
припоминаю когда то читал о том что такая система устонавливалась в какие то топовые модели Мерседеса..вроде еще куда то.
Но между теоретическими выкладками до практической реализации с реальной эффектиивностью-мне лично кажется все весьма сомнительно.
Имею наушники с активным шумоподавлением. Оно работает, но звук деградирует, в первую очередь атака, динамика. Отключаю.
Сложно реализовать будет и эффективно получится использовать только для одной точки (для водительской головы, например).
В Блау Бремене была как бы система шумоподавления, но там анализировался уровень шума и тупо поднималась громкость сигнала.
smaks_smaks, в музыке очень много сигналов похожих на шум, система шумоподавления будет и их давить.
В том то и дело что система получает информацию и о шуме и о воспроизводимой в данный момент музыке и музыку она не глушит.
В том то и дело что система получает информацию и о шуме и о воспроизводимой в данный момент музыке и музыку она не глушит.
В том то и дело что система получает информацию и о шуме и о воспроизводимой в данный момент музыке и музыку она не глушит.
Если мешает шум, то усилия нужно направлять на пассивное его подавление и (что еще важнее) на повышение ДД и качества системы.
Как ни шумоизолирулируй автомобиль, все равно шум идущий извне автомобиля и шум от работы двигателя проникают в салон и портят звук идущий от музыкальной системы, особенно когда слушаешь на небольшой громкости. Хочу установить подобную систему в свое авто. Шумоизоляция сделана, но все равно шум есть)
Информации в инете мало, знаю только что эта система установлена в некоторых авто с завода (Chevrolet Equinox, Honda Legend, Audi S8 итд). В инете нашел микросхему LM1894, которая вроде как частично это умеет. На али продают вот такие устройства на ней: https://aliexpress.r. MRoCQKYQAvD_BwE
Принцип работы системы шумоподавления основан на измерений микрофонами формы и амплитуды шума в салоне и подачи такого-же сигнала, но в противофазе посредством акустической системы автомобиля. Еще для более лучше обешумливания берется сигнал с тахометра и от датчиков вибрации.
Кто устанавливал себе такое? Может есть какая-то проверенная рабочая схема?
Прихожу к выводу что ставить эту систему стоит только для уменьшения шума от двигателя и то используя отдельные от основной системы динамики, в остальных случаях только ухудшу качество воспроизведения музыки. А для разработки системы для полного устранения посторонних шумов у меня ресурсов не хватит. В общем авто с двойным стеклопакетом и как можно больше шумки установленной по уму рулят)
Прихожу к выводу что ставить эту систему стоит только для уменьшения шума от двигателя и то используя отдельные от основной системы динамики, в остальных случаях только ухудшу качество воспроизведения музыки. А для разработки системы для полного устранения посторонних шумов у меня ресурсов не хватит. В общем авто с двойным стеклопакетом и как можно больше шумки установленной по уму рулят)
это чё за ведро должно быть чтобы добавив громкости (без искажений) при езде всё ещё слышать шумы автомобиля?
История появления черного потолка + EP1 — Система активного подавления шумов «ANC»
Всем привет.
Очередной пост-наркомания.
В один из дней, когда на полках запылились уже куча запчастей, я случайно вспомнил что мне толи мало, толи скучно, и включив фантазию, принялся выбирать что бы еще купить для очередного дооснащения)
Взор мой пал на так называемую Active Noise Cancellation оно же ANC оно же Активное шумоподавление, и оно же в дальнейшем «Шумодавы».
Немного информации из инета, ибо сам я так умно не напишу )
«Система активного шумоподавления является современной высокотехнологической разработкой, нашедшей широкое применение в различных технических устройствах: аудиосистемах, оргтехнике, автомобилях, самолетах, подводных лодках и даже космических кораблях. На автомобилях данная система впервые применена на автомобилях Honda в 2003 году, Toyota в 2008 году. В настоящее время система активного шумоподавления устанавливается на некоторые модели автомобилей Audi, Buick, Cadillac, Ford, Honda.
Система активного шумоподавления предназначена для подавления шума в салоне автомобиля от работы двигателя, выпускной системы, трансмиссии, использования системы отключения цилиндров. Шумы от движения по дорожному покрытию, аэродинамические шумы система не компенсирует. Система позволяет снизить уровень низкочастотных шумов на 5-12 ДБ, чем достигается уровень комфорта соизмеримый с шумоизоляцией элитного лимузина.»
Для тех кому интересно вот Страница с подробным описанием, откуда вырвал пару строк)
Процесс установки не такой сложный, нужно просто врезать в потолок 4 микрофона, провести от них провода в усилитель, плюс кинуть два провода, один на массу, второй на ЭБУ двигателя для получения информации с датчика числа оборотов.
Но для того что бы вырезать, нужно снять потолок, снимать и вынимать из авто белый потолок, и потом вставлять его обратно у меня не было никакого желания, следственно белый ушел на помойку)
Задача усложнилась, пришлось докупать черный потолок)
Далее берем пробойник и колем дырку в потолке диаметром 9-10 мм примерно.
Шумоизоляция (звукоизоляция) теория и применение в автомобиле
Сидел я тут недавно и думал, чем бы бесполезным заняться. И вспомнил, что меня не очень устраивает шум в автомобиле. Имея небольшой опыт с предыдущей машиной не принёсший результатов, решил что на этот раз к вопросу надо подойти основательно и приступил к поискам. Блуждая по просторам интернета обнаружил кучу бесполезной, а главное вредной информации, с трудом отыскав некоторое количество научных статей. Проблема в том, что рядовой обыватель вряд ли выйдет на них, в лучшем случае прочитает научно-популярною статью, а их нет. И вот, решился провести ликбез, надеюсь, кому-то поможет.
Для ЛЛ заключение в конце поста.
Рис. 1 Кривые на графике – изофоны. Они показывают зависимость громкости, связанной с чувствительностью человеческого слуха на разных частотах и от звукового давления. На протяжении всей кривой при разных дБ громкость будет одинаковая.
Отсюда вытекает основная проблема измерения эффективности шумоизоляции в быту. Не каждый шумомер имеет автокоррекцию под измерение громкости. Может получиться так, что самой большой интенсивностью обладали частоты минимально чувствительные для человеческого уха, и в процессе звукоизоляционных работ их погасили. Прибор показывает огромную разницу, а для человека особо ничего не поменялось, кроме сдвига частот.
Таблица 1 Примерные значения громкости разных звуков
Рис. 2 Картинка со звуком. Любой, смотря на эту картинку, слышит какзвучит каждый колокол. Чем он больше, тем ниже частота и больше амплитуда и наоборот. Так же на характеристики испускаемого звука влияет толщина стенок, чем она больше, тем ниже амплитуда, так как стенки будут больше сопротивляться колебаниям. Частота тоже смещается, но тут всё не так однозначно.
Получается что у каждого простого источника звука, кроме колонок и т.п. есть своя частота на которой колеблется. Это работает в обе стороны, если на него попадет звуковая волна его частоты, то он начнёт колебаться, это явление называется резонансом.
Так же звук возбуждается при обтекании твёрдых тел потоком воздуха за счёт образования и отрыва вихрей, например при обдувании ветром проводов, труб, гребней морских волн. 3вук низких и инфранизких частот возникает при взрывах, обвалах.
Распространение звуковых волн характеризуется в первую очередь скоростью звука. Как правило, чем плотнее среда – тем выше скорость. Скорость звука в сухом воздухе при температуре 0°С составляет 330 м/сек, в пресной воде при 17 °С- 1430 м/сек. Для большинства металлов скорость продольных волн (бывают ещё поперечные и продольные, но они нас не интересуют) лежит в пределах от 4000 м/сек до 7000 м/сек.
При распространении звуковой волны в заданном направлении происходит постепенное её затухание, т. е. уменьшение амплитуды. Затухание зависит от следующих факторов:
1. Характеристики звука (в первую очередь частота, по аналогии с этими вашими сотовыми вышками)
2. Законы волнового распространения. При распространении в неограниченной среде, интенсивность звука от источника конечных размеров убывает обратно пропорционально квадрату расстояния, т.е. в двух метрах интенсивность ниже в 4 раза, а в четырёх – 16 раз
3. Свойства среды. Неоднородность свойств среды вызывает рассеяние звуковой волны по различным направлениям, приводящее к ослаблению её в первоначальном направлении, например рассеяние звука на пузырьках. На распространение звука в атмосфере и в море влияет распределение температуры и давления, силы и скорости ветра. Эти факторы вызывают искривление звуковых лучей, т.е. рефракцию звука, которая объясняет, в частности, тот факт, что по ветру звук слышен дальше, чем против ветра.
Источники шума в автомобиле
В зависимости от особенностей конструкции, те или иные шумы будут иметь различный вклад
1. Шум от шин и дорожного покрытия. Обычно шум от шин самый большой, и чем больше скорость, тем больше его значение.
Для колёс 55 R15 при 60км/ч частота издаваемого шума = 87,5 Гц, а при 110 км/ч уже 160 Гц. Что при уровне шума шин в 80 дБ (это ещё тихие шины) будет выдавать громкость порядка 80 фон, а это уже опасный для здоровья уровень.
2. Шум двигателя и трансмиссии.
3. Шум ветра, зависит от аэродинамики и скорости, большой вклад появляется на скоростях более 80 км/ч.
4. Шум от внешних источников.
Методы борьбы с шумом
Всего существует 3 метода звукоизоляции
Конструктивный – тщательный расчёт вибронагруженности различных элементов и агрегатов, жёсткости корпусов, путей распространения звуковых волн, исключение либо уменьшение интенсивности звука источников, исключение ситуаций, когда отдельные элементы конструкции могут превратиться источник либо усилитель звука и т.д.
Пассивный – применение вибро- и звукопоглотителей, звукоотражателей и увеличение толщины стен, корпуса.
Активное шумоподавление – в помещении или в салоне автомобиля (а так же в наушниках) устанавливаются микрофоны либо наиболее близко к источникам шума, либо наиболее близко к уху слушателя и динамики. Анализируется характеристики шума и динамики воспроизводят звуки с той же частотой, но в противофазе, в результате смешения волн шума и «антишума», в теории, шум гасится. На практике же, есть погрешности, но тем не менее, уровень снижения шума достигает 20 дБ, что очень не мало.
Рис. 3 Примерное представление принципа работы активного шумоподавления
Рассмотрим теперь как мы можем повлиять на уменьшение шума в автомобиле используя вышеописанные методы.
1. Привести в порядок подвеску, заменить уставшие сайлент блоки, подушки двигателя и коробки. Потерявшие свою упругость демпферы утрачивают свои характеристики и вибрации от двигателя и коробки, а так же от дорожного покрытия легче передаются на кузов который из-за вибраций сам будет превращаться в источник звука, кроме того они сами будут издавать шум. Заменить порванные или ссохшиеся уплотнители или добавить их там, где их нет, но не помешает.
2. Использовать «тихие» шины. На нормальных шинах, есть информация об уровне издаваемого шума, выберите самые тихие и почувствуйте разницу.
3. Можно по колдовать с выхлопом, но тут всё неоднозначно, можно сделать только хуже.
Можно конечно заклеить всю машину в вибро- и шумопомоглатитель, но машина наберёт в массе килограмм пятьдесят (для машин со слабым двигателем это существенно) и как показывает практика интенсивность шума уменьшится на 10 дБ максимум, при этом на сколько уменьшится громкость не известно, так как мало кто делает замеры до и после шумоизоляции с помощью нормального шумомера. Поэтому надо знать куда клеить стоит и куда нет. Тут несколько важных замечаний. Во-первых, для эффективного гашения вибраций толщина слоя должна быть 2-3 раза больше толщины покрываемой конструкции во-вторых вибропоглатитель наносят на места максимальных амплитуд, это центр панелей окружённых либо краями, либо рёбрами жёсткости, клеить на рёбра жёсткости смысла нет, там колебания ограничены этим самым ребром. Да, если заклеить всё будет лучше, но эффективность такого подхода по сравнению с правильным стремиться к нулю. Далее, виброизоляция не гасит звук, он погасит колебания кузова вызванные работой агрегатов машины, дорожным покрытием или от шума окружающей среды, тем самым не дав кузову самому превратиться в источник звука, хотя музыкальный инструмент из него не очень.
Как проверить, какие места требуют применения вибропоглащающих материалов? В идеале, снимаете обшивку салона, оставляете только сиденья, берёте на помощь товарища. Ставите машину рядом оживлённой дорогой, желательно напротив шумоотражателя или массивного здания вблизи дороги и на ощупь определяете, какие части кузова вибрируют. Так вы определите, откуда в машину проникают внешние шумы, которые превращают кузов во вторичный источник звука. Затем тоже самое делаете но уже в движении по «шершавому» асфальту, так вы определите части кузова, которые превращаются в источник звука под воздействием вибраций от дороги, двигателя и трансмиссии. Все эти места можно смело заклеить вибропоглатителем, только сначала проверьте, сможете ли вы потом собрать обшивку, не будет ли слой слишком толстым.
Рис. 4 На графике кривые значения частоты (по оси абсцисс) и звукового давления (по оси ординат) без применения вибропоглощающих материалов (красная кривая) и с использованием вибропоглащения. На левом изображении уровень звукового давления, излучаемый поло под передним пассажиром без применения вибропоглощения на правом с применением вибропоглащения в местах отмеченным пунктирными контурами.
Рис. 5 Та же секция что и на прошлом изображении. Как можно заметить, при разных частотах волн поступающих на кузов, разные части кузова начинают колебаться и издавать звук.
Кроме того, для кучи можно приклеить шумопоглатитель везде, где вы сможете на ваш вкус, но к выбору материалов надо отнестись серьёзно и не доверять рекламе, а проверять данные, сертификаты например.
Коэффициент звукопоглощения может изменяться в пределах от 0 до 1. При нулевом значении коэффициента звукопоглощения звук полностью отражается, при полном звукопоглощении коэффициент равен единице. К звукопоглощающим материалам обычно относят те, которые имеют коэффициент звукопоглощения не менее 0,4 при частоте 1000 Гц («Защита от шума» СНиП II — 12 — 77).
Таблица 2 Коэффициенты звукопоглощения некоторых материалов, как можно заметить, разные материалы раскрывают свои звукопоглащающие свойства на разных частотах.
Проблема применения звукопоглащающих материалов в том, что они толстые и их нельзя сдавливать. Соответственно применение их ограничено. На пол можно постелить какой-нибудь ковёр или что-то вроде того, но полноценный лист звукопоглатителя не получится, так как их толщина от 5см и больше. Их можно использовать в дверях, если есть место для него или в пространстве между подкрылком и кузовом (предварительно поместив в пакет, так как они не любят воды) и в других полостях.
Всякие поролоны и изоланы предназначены не для поглощения звука, а для его рассеяния. Чтобы не было эха. Если вы делаете из машины самоходный бумбокс, тогда он нужен, если вы хотите попытаться сделать машину тише, то от него смысла нет.
Рис. 6 Красная кривая уровень шума от пола с применением вибропоглатителя и ковролина. Вторая кривая сверху (не знаю как этот цвет называется) – пол со стандартным покрытием. Как видно, удалось уменьшить максимумы на 5 дБ. У разных машин значения будут разные, в данном случае, скорее всего, это Бэнтли, так как статья, откуда я взял эти красивые рисунки была написана в соавторстве с сотрудниками этой компании.
Если вы рукастый инженер электроник, думаю у вас получится. В принципе ничего невозможного нет. В самом простом случае находим наушники или другую систему с шумоподавлением, разбираем и интегрируем в имеющуюся акустику. Либо, создаём схему, в которой шумоподавление будет работать против шума двигателя, для этого нам нужно снять данные оборотов двигателя и заставить отдельную низкочастотную колонку выдавать звук в противофазе. Подробности отпускаю, так как если вы способны собрать эту схему, то на её проектирование мозгов у вас хватит.
Если вы хотите тихий автомобиль, то вот вам несколько советов отсортированных по эффективности:
1. Купите новый бизнес класс и выше, желательно премиум брендов. Поверьте инженеры какого-нибудь Мерседеса знают про шумоизоляцию намного больше чем я, вы или дядя Федя который зашумил тыщу тачек и результат огонь.
2. Если не хватает денег, то купите электрокар, это дешевле и экономичнее. При этом полностью отсутствуют шумы двигателя и коробки. Шума ветра особо не будет, так как все они вылизаны до невозможности и в большинстве случаев не едут быстро. В паре с тихими шинами получится ничего так.
3. Электромобили для гомосеков, а вы альфач? Тогда ваш выбор такие легендарные автомобили как W140, E38, XF20, и прочее с двойным остеклением на ваш вкус. В этих моделях вопрос тишины был поставлен ребром и применили стеклопакеты. Так же не забываем про приведение в порядок вышеописанных конструктивные методы шумоизоляции своими силами. Кроме того, учитывая их возраст, можно сделать ревизию родной шумки, так как листы виброизоляции могли уже потерять свою эластичность, а применяемый поролон рассохнуться или вовсе быть съеденным и так далее.
4. Не вписываемся в бюджет? Ищем автомобили С – Е-класса со следующими конструктивными особенностями:
— многорычажная подвеска, больше резинок – меньше вибрации на кузов от дороги.
— бензиновая рядная шестёрка, такой тип двигателей сбалансирован в 0 и даже без подушек будет передавать на кузов меньше вибраций и издавать шума чем другие типы двигателей.
— в случае с поперечным расположением двигателя, обратите своё внимание на те, у которых выпускной коллектор обращён к радиатору, а это очень шумная часть в подкапотке.
5. Вы обладатель бюджетной машины и хотите чтобы было тише в салоне. Для вас есть отличная новость! В вашем случае мероприятия по шумоизоляции принесут максимальный эффект благодаря архаичной конструкции в случае отечественных моделей в большей степени, да и в целом, платформы бюджетных автомобилей живут, как правило, более 10 лет, отсутствию или скудной штатной шумоизоляции. А так же, как правило, благодаря большому количеству свободного пространства в подкапотном пространстве и в области арок, что даёт возможность обильно наполнить их вибро и шумопоглатителем.
На этом всё, желаю вам не страдать хернёй как я и заняться чем-нибудь полезным. Если будет совсем делать нечего, осенью попробую достать шумомер и провести практическую часть этого небольшого исследования.
2. D. Fernandez Comesana1, J. Tatlow Designing the damping treatment of a vehicle body based on scanning particle velocity measurements