Resposta ràpida
Automotive cabin noise mainly reaches occupants through two transmission paths: airborne noise and structure-borne noise. Airborne noise is typically controlled using porous sound absorbers and barrier systems. Structure-borne noise usually requires damping, vibration isolation, decoupling, and structural optimization. PP/PET fibrous automotive acoustic materials are mainly used to absorb airborne sound and reduce interior sound reflection. They are commonly applied in roofs, headliners, doors, firewalls, floors, trunks, pillars, and interior trim. In electric vehicles, reduced engine masking makes tire noise, wind noise, and electric-drive high-frequency noise more noticeable, increasing demand for lightweight broadband acoustic materials.
Com els materials acústics per a automòbils milloren la comoditat de la cabina
Per als enginyers d'equips originals (OEM) i de nivell 1 d'automoció, la comoditat de la cabina no es tracta simplement de reduir uns quants decibels.
L'enginyeria acústica automotriu eficaç comença amb tres preguntes fonamentals:
- D'on prové el soroll?
- Com viatja fins a la cabina?
- Quin material o solució estructural és el més adequat per controlar-ho?
En l'enginyeria NVH de l'automoció, el soroll generalment arriba a l'habitacle a través de dues vies principals:
- Soroll aeri
- Soroll de l'estructura
Comprendre la diferència entre aquestes dues vies de transmissió és essencial a l'hora de seleccionar absorbents acústics per a automoció, materials aïllants, capes d'amortiment, desacobladors i sistemes acústics multicapa.
Resposta ràpida
Els materials acústics per a automòbils milloren el confort de la cabina controlant el so i la vibració a través de diversos mecanismes diferents.
Els materials de fibra porosa s'utilitzen principalment per absorbir el soroll aeri.
Els materials d'amortiment ajuden a reduir la vibració del panell.
Les capes de barrera redueixen la transmissió del so.
Els materials de desacoblament ajuden a limitar la transferència de vibracions entre estructures.
En aplicacions reals de vehicles, aquestes funcions sovint es combinen en un paquet acústic integrat en lloc de dependre d'un únic material per resoldre tots els problemes de NVH.
- Què és el NVH de l'automoció?
NVH significa:
- Noise
- Vibració
- La duresa
Conjuntament, aquests factors influeixen fortament en com els conductors i els passatgers perceben la comoditat i la qualitat del vehicle.
Noise
El soroll fa referència al soroll que senten els ocupants del vehicle.
Les fonts típiques de soroll dels automòbils inclouen:
- Soroll dels pneumàtics i de la carretera
- Soroll del vent
- Soroll del motor
- Soroll del motor elèctric
- Xiuxiueig de l'engranatge
- Soroll de la climatització
- Soroll del sistema de refrigeració
- Radiació del panell corporal
Diferents rangs de freqüència creen impressions subjectives molt diferents.
El soroll de baixa freqüència es pot percebre com:
- en auge
- rumorós
- monòton
El soroll de freqüència més alta es pot percebre com:
- ploriqueig
- xiulet
- soroll tonal agut
- soroll d'alta freqüència del motor elèctric
És per això que el nivell de pressió sonora general per si sol no pot descriure completament la qualitat acústica de la cabina.
Vibració
La vibració s'origina a partir d'una excitació mecànica.
Les fonts típiques inclouen:
- Interacció pneumàtic-carretera
- Moviment de suspensió
- Excitació del tren motriu
- Motors elèctrics
- Sistemes d'engranatges
- Ressonància estructural
Aquestes vibracions poden viatjar a través de:
- Components de la suspensió
- Subframes
- xassís
- Panells del cos
- Barres del seient
- Sistemes de direcció
Algunes vibracions són percebudes directament pels ocupants.
D'altres exciten els panells de la carrosseria, que després irradien so a l'habitacle.
La duresa
La duresa es refereix més a la percepció subjectiva de la vibració i la qualitat del so del vehicle que a un únic paràmetre físic.
Alguns exemples són:
- Fort impacte en conduir per irregularitats de la carretera
- Vibració excessiva de baixa freqüència
- Cabina que puja a velocitats específiques del vehicle
- Ressonància estructural desagradable
Per tant, l'objectiu d'una bona enginyeria de NVH no és eliminar tots els sorolls.
Serveix per controlar l'energia acústica i vibratòria no desitjada.
- Com entra el soroll a la cabina del vehicle?
Des del punt de vista de la via de transmissió, el soroll de la cabina d'un automòbil es pot dividir generalment en dues categories principals:
Soroll aeri
i
Soroll transmès per l'estructura
Aquests dos mecanismes requereixen estratègies de control diferents.
- Què és el soroll aeri?
El soroll aeri és l'energia sonora que viatja principalment per l'aire abans d'arribar a l'habitacle.
Per exemple, la interacció pneumàtic-carretera genera energia acústica al voltant de la zona de la roda.
Part d'aquest so viatja per l'aire i pot entrar al vehicle a través del terra, el pas de roda, les portes o altres estructures de la carrosseria.
De la mateixa manera, els ventiladors de climatització generen so que viatja directament a través dels conductes d'aire i la cabina.
Les fonts típiques de soroll aeri inclouen:
- Soroll del vent
- Soroll de radiació dels pneumàtics
- Soroll de la climatització
- Soroll del ventilador de refrigeració
- Soroll del trànsit exterior
- Alguns sorolls de motor elèctric
- Una mica de soroll del tren motriu
Un cop el so aeri entra a la cabina, també es pot reflectir repetidament a les superfícies interiors.
Si l'interior del vehicle no té prou absorció acústica, l'energia sonora pot continuar reflectint-se en zones com ara:
- Sostre
- Encapçalador
- portes
- Resum
- pis
- Tronc
Això augmenta l'energia acústica percebuda pels ocupants.
És per això que els materials fonoabsorbents s'utilitzen àmpliament a tot l'interior del vehicle.
- Com absorbeixen el so els materials acústics fibrosos per a automoció?
Els materials acústics fibrosos de PP/PET són absorbents de so porosos típics.
Quan una ona sonora entra a la xarxa de fibra, les partícules d'aire es mouen a través d'una estructura porosa complexa.
Durant aquest procés, l'energia acústica es redueix mitjançant mecanismes com ara:
- Fricció entre l'aire i les fibres
- Pèrdues viscoses
- Intercanvi tèrmic
- Dissipació d'energia causada pel flux d'aire a través de la xarxa porosa
Una petita part de l'energia acústica es converteix finalment en calor.
Com a resultat, es reflecteix menys energia sonora a l'interior de la cabina.
Aquest és el principi bàsic dels amortidors acústics fibrosos per a automoció.
- Per què el gruix per si sol no és suficient?
Una suposició comuna és que un material acústic més gruixut sempre té un millor rendiment.
En realitat, l'absorció acústica dels automòbils depèn de molts paràmetres, com ara:
- Espessor
- Pes base
- Densitat
- Diàmetre de la fibra
- Estructura de fibra
- Porositat
- Resistència al flux d'aire
- Ratio de compressió
- Estat d'instal·lació
- Rang de freqüència objectiu
Un dels paràmetres més importants és la resistència al flux d'aire.
Si un material és massa obert, el so pot passar fàcilment, però la interacció entre l'aire en moviment i la xarxa de fibres pot ser insuficient.
Si un material és massa dens, massa so es pot reflectir a la superfície en comptes d'entrar a l'estructura porosa.
Per tant, els materials acústics d'alt rendiment requereixen un equilibri adequat entre:
Porositat, estructura de la fibra i resistència al flux d'aire.
- Què és el soroll transmès per l'estructura?
El soroll estructural comença com a vibració mecànica transmesa a través de l'estructura del vehicle.
Un exemple típic és:
Excitació de carretera
↓
Vibració dels pneumàtics
↓
suspensió
↓
Submarca
↓
Carrosseria del vehicle
↓
Vibració del panell de la carrosseria
↓
Radiació sonora a la cabina
El so final encara es pot sentir a través de l'aire, però la via de transmissió original era estructural.
Aquesta és la diferència clau entre el soroll estructural i el soroll aeri.
- Per què la fibra acústica no pot resoldre tot el soroll transmès per l'estructura?
Aquesta és una de les distincions més importants en l'enginyeria acústica de l'automoció.
La fibra acústica porosa està dissenyada principalment per absorbir l'energia sonora de l'aire.
Si el problema principal és una forta vibració d'un panell de porta, un panell del terra, una caseta de rodament o un altre component estructural, afegir més fibra acústica per si sol no eliminarà la causa principal.
El soroll estructural normalment requereix una combinació de diversos mètodes de control.
Materials d'amortiment
Les capes d'amortiment s'utilitzen per reduir l'amplitud de la vibració en panells metàl·lics o compostos.
Les àrees d'aplicació típiques inclouen:
- Panells exteriors de les portes
- Panells de terra
- Zones de la caseta de govern
- Panells del maleter
- Cos de xapa
Materials de desacoblament
Les capes de desacoblament ajuden a reduir l'acoblament mecànic entre estructures.
També són importants en sistemes acústics multicapa on es requereix una capa compatible entre una barrera i la carrosseria del vehicle.
Materials de barrera
Les capes de barrera s'utilitzen per reduir la transmissió del so.
Normalment depenen d'una massa superficial més elevada o d'una construcció multicapa per millorar les pèrdues de transmissió.
Materials absorbents
Les capes absorbents redueixen l'energia sonora aèria un cop aquesta energia arriba a la cabina o al paquet acústic.
En el disseny pràctic de vehicles, aquestes funcions sovint es combinen com:
Amortiment + Desacoblament + Barrera + Absorció
- El soroll aeri i el soroll estructural sovint estan acoblats
En problemes reals de NVH de vehicles, els mecanismes aeris i els transmesos per l'estructura no són completament independents.
Per exemple:
L'excitació de la carretera genera primer vibracions mecàniques.
Aquesta vibració viatja a través de la suspensió i l'estructura de la carrosseria.
Aleshores, el panell de la carrosseria s'excita.
El panell vibrant irradia so a l'aire de la cabina.
Per tant, el camí complet pot ser:
Excitació de la carretera
↓
Vibració transmesa per l'estructura
↓
Vibració del panell de la carrosseria
↓
Radiació sonora aèria
↓
Percepció del passatger
Per aquest motiu, els enginyers de NVH dels fabricants d'equips originals (OEM) no es pregunten simplement si un problema és aeri o estructural.
Necessiten entendre:
- Quina font és dominant?
- Quina via de transferència hi contribueix més?
- Quin rang de freqüències requereix millores?
- Diferents rangs de freqüència requereixen diferents estratègies NVH
Cap material per si sol no pot resoldre eficaçment tots els problemes de soroll en tot l'espectre de freqüències.
Diferents rangs de freqüència solen requerir diferents estratègies d'enginyeria.
Baixa freqüència
Els problemes de baixa freqüència sovint estan relacionats amb:
- Modes corporals
- Vibració estructural
- Ressonància del panell
- Excitació en suspensió
- Excitació del tren motriu
Els problemes greus de baixa freqüència normalment no es poden resoldre només amb absorbents porosos lleugers.
Les solucions típiques poden incloure:
- Optimització estructural
- dúmping
- Aïllament de vibracions
- Optimització de muntatge
- Optimització de la rigidesa corporal
Freqüència mitjana
El soroll de freqüència mitjana sovint requereix una combinació de:
- dúmping
- el desacoblament
- Rendiment de barrera
- Absorció acústica
Freqüència mitjana-alta
Els absorbents porosos fibrosos són particularment útils en el rang de freqüència mitjana-alta.
El seu rendiment acústic es pot ajustar ajustant:
- Espessor
- Pes base
- Estructura de fibra
- Resistència al flux d'aire
És per això que els materials acústics per a automoció no s'han d'avaluar per un únic valor d'absorció.
La corba d'absorció completa a tot el rang de freqüències rellevant és molt més significativa.
- Per què els vehicles elèctrics canvien els requisits de materials acústics?
Els vehicles elèctrics no faciliten l'enginyeria de NVH.
Canvien l'espectre de soroll.
En els vehicles de combustió interna, el soroll del motor crea un so de fons relativament fort que pot emmascarar altres fonts de soroll.
En els vehicles elèctrics, aquest efecte d'emmascarament es redueix.
Com a resultat, els sons que abans eren menys perceptibles poden esdevenir més prominents, com ara:
- Soroll dels pneumàtics
- Soroll de la carretera
- Soroll del vent
- Xiuxiueig del motor elèctric
- Soroll d'engranatges
- Soroll tonal de l'inversor
- Soroll de la climatització
- Soroll del sistema de refrigeració
Per tant, el disseny acústic dels vehicles elèctrics posa més èmfasi en:
- Absorció acústica de banda ampla
- Control de soroll de mitjana a alta freqüència
- Lleugerament
- Integració de materials
- Optimització acústica local
- Per què els materials acústics lleugers són cada cop més importants?
Afegir més material NVH pot millorar el rendiment acústic.
No obstant això, el material addicional també augmenta la massa del vehicle.
Això pot afectar directament:
- Pes del vehicle
- Consum d'energia
- Autonomia de conducció de vehicles elèctrics
- Cost de fabricació
- Complexitat del muntatge
Per aquest motiu, l'objectiu no és simplement afegir més material.
L'objectiu és aconseguir el rendiment acústic requerit amb un pes menor i menys espai d'instal·lació.
Aquest és un dels principals avantatges dels materials acústics fibrosos per a automoció.
Ajustant:
- Composició de la fibra
- Pes base
- Espessor
- Densitat
- Estructura de capes
el material es pot optimitzar per a diferents ubicacions i plataformes de vehicles.
- On s'utilitzen els materials acústics per a automoció?
Les diferents zones de vehicles tenen requisits acústics diferents.
Sostre i revestiment del sostre
Les preocupacions típiques inclouen:
- Soroll del vent
- Reverberació de la cabina
- Soroll d'impacte de la pluja
- Absorció acústica de banda ampla
El baix pes és particularment important en aquesta zona.
portes
Els sistemes de portes poden veure's afectats per:
- Soroll aeri exterior
- Vibració del panell de la porta
- Ressonància de cavitat
- Interacció amb el parlant
Per aquest motiu, els sistemes acústics de portes sovint requereixen tant control d'absorció com de vibracions estructurals.
Àrea de tallafocs i tauler de control
Aquesta és una de les zones de control de NVH més importants.
Les fonts de soroll típiques inclouen:
- Soroll del tren motriu
- Soroll de la carretera
- Soroll de la climatització
- Radiació estructural
Aquí s'utilitzen habitualment sistemes acústics multicapa en lloc d'un únic absorbent.
pis
Les preocupacions típiques inclouen:
- Excitació pneumàtic-carretera
- Soroll de suspensió
- Soroll sota la carrosseria
- Vibració estructural
Els sistemes acústics de terra comuns poden incloure:
Absorbidor + Desacoblador + Barrera
amb amortiment localitzat on calgui.
Passat de Roda
La zona de les rodes és una de les fonts de soroll més importants del vehicle.
Els materials acústics utilitzats aquí poden haver de tractar:
- Soroll dels pneumàtics
- Excitació de carretera
- Impacte de pedra
- Exposició a l'aigua
- Contaminació
Per tant, la selecció de materials també ha de tenir en compte:
- Resistència a la humitat
- Durabilitat
- Resistència a la contaminació
Tronc
L'excitació de les rodes posteriors i de la part posterior de la carrosseria pot introduir una energia acústica significativa a la cavitat del maleter.
Els materials absorbents poden reduir la reflexió de la cavitat i ajudar a limitar la propagació del so cap a l'habitacle.
Pilars i cavitats corporals
Les cavitats dels vehicles poden actuar com a vies de transmissió acústica.
Ús correcte de:
- absorbents acústics
- Farcits de càries
- Sistemes de segellat
pot reduir la transmissió del so a través d'aquestes zones.
- Quins paràmetres de materials haurien d'avaluar els enginyers OEM?
Els materials acústics per a automoció no s'han d'avaluar només per si són "bons per absorbir el so".
Una avaluació més completa hauria d'incloure els paràmetres següents.
Actuació acústica
- Coeficient d'absorció acústica
- Corba d'absorció dependent de la freqüència
- Resistència al flux d'aire
- Resistivitat del flux d'aire
Propietats físiques
- Espessor
- Pes base
- Densitat
- Recuperació per compressió
- Estabilitat dimensional
Acompliment ambiental
- Resistència a la calor
- Resistència a la humitat
- Resistència al envelliment
Requisits d'automoció
- Inflamabilitat
- Rendiment dels COV
- Olor
- Boira
- Compatibilitat de materials
Rendiment del processament
- Tall de matrius
- Termoformat
- Laminació
- Suport autoadhesiu
- Laminació de làmina d'alumini
- Conversió de forma complexa
Sostenibilitat
- Lleugerament
- Reciclabilitat
- Simplificació de materials
- Contingut reciclat
- Per què és tan important la condició d'instal·lació com les dades del material?
El mateix material acústic pot funcionar de manera molt diferent en diferents condicions d'instal·lació.
Els factors importants inclouen:
- Espai d'aire
- Compressió
- Superfície de suport
- Zona d’instal·lació
- geometria
- Fuga de vora
- Materials adjacents
- Construcció multicapa
Per exemple, un material amb un gruix en estat lliure de 20 mm es pot comportar de manera molt diferent si es comprimeix a 8 mm després de la instal·lació.
La compressió pot canviar:
- Porositat
- Resistència al flux d'aire
- Gruix efectiu
- Rendiment acústic
És per això que els materials acústics per a automoció no s'han d'avaluar només a partir de fitxes tècniques de laboratori.
També s'ha de tenir en compte l'estat final de la instal·lació.
- Materials acústics per a automoció Transulate™
Transultar™ és una sèrie de materials de fibra bicomponent de PP/PET desenvolupada per SINOYQX per a aplicacions acústiques i de gestió tèrmica en automoció.
El material està dissenyat per a aplicacions que inclouen:
- Absorció acústica d'automòbils
- Aïllament tèrmic
- Paquets acústics lleugers
Les àrees d'aplicació típiques inclouen:
- Sostre
- Encapçalador
- Porta
- Resum
- Firewall
- pis
- Tronc
- pilar
- Revestiment interior
Segons el projecte, es poden personalitzar els paràmetres clau del material, com ara:
- Pes base
- Espessor
- Densitat
- Estructura de fibra
- Estructura de laminació
- Com seleccionar la sèrie Transulate™
Transultar™ Sèrie LT
Gramatge típic:
100-200 g/m²
Gruix típic:
10-20 mm
Apte per a aplicacions lleugeres com ara:
- Sostre
- Encapçalador
- Porta
- pilar
- Revestiment interior
L'objectiu principal és el baix pes.
Transultar™ Sèrie AP
Gramatge típic:
300-500 g/m²
Gruix típic:
20-30 mm
Adequada per:
- Firewall
- Porta
- pis
- Tronc
- Paquets acústics generals
Sèrie Transulate™ HP
Gramatge típic:
600-900 g/m²
Gruix típic:
30-50 mm
Apte per a aplicacions que requereixen una major absorció acústica i on hi ha més espai d'instal·lació disponible.
- Quines opcions de processament addicionals hi ha disponibles?
Segons els requisits del projecte OEM i de Nivell 1, Transulate™ es pot subministrar o convertir com a:
- Rolls
- Fulles
- peces tallades a troquel
- Peces autoadhesives
- Productes laminats amb paper d'alumini
- Productes amb revestiment no teixit
- Composites multicapa
- Gruix personalitzat
- Gramatge personalitzat
L'estructura acústica final s'ha de seleccionar d'acord amb:
Freqüència objectiu + Ubicació d'instal·lació + Espai disponible + Pes objectiu
- L'enginyeria acústica de l'automoció està passant de la selecció de materials al disseny de sistemes
El futur del desenvolupament de NVH per a automòbils no es limita a identificar quin absorbent té el coeficient d'absorció acústica més alt.
Les preguntes més importants són:
- Quina font de soroll és dominant?
- Quina via de transferència és la més important?
- Quin rang de freqüències necessita millorar?
- Quin material és el més adequat per a la ubicació?
- Com es pot aconseguir el rendiment objectiu amb menys pes?
Un procés de desenvolupament més eficaç és:
Identificar la font de soroll
↓
Analitzar la ruta de transferència
↓
Definiu la freqüència objectiu
↓
Seleccioneu l'estratègia de control
↓
Coincideix amb el material
↓
Validació a nivell de component
↓
Validar a nivell de vehicle
Així és com el rendiment dels materials es pot convertir en un confort real a la cabina.
Conclusió
La comoditat de la cabina del vehicle no es controla per un únic material.
El soroll aeri es gestiona principalment mitjançant:
Absorció acústica i aïllament acústic.
El soroll transmès per l'estructura generalment requereix:
Amortiment, aïllament de vibracions, desacoblament i optimització estructural.
Els materials acústics fibrosos per a automoció tenen un paper important en la reducció de l'energia del so aeri, la limitació dels reflexos de la cabina i la millora del rendiment acústic de freqüència mitjana-alta.
Això esdevé encara més important en els vehicles elèctrics, on la reducció de l'emmascarament del motor fa que el soroll dels pneumàtics, el soroll del vent i el soroll tonal de la tracció elèctrica siguin més perceptibles.
Alhora, els fabricants de vehicles continuen reduint el pes.
Per aquest motiu, la propera generació de sistemes acústics per a automòbils no consisteix a afegir més material.
Es tracta de:
Utilitzant el material adequat, a la ubicació adequada, per al rang de freqüència correcte.
Els materials acústics per a automoció Transulate™ es poden personalitzar segons els requisits dels OEM i de Tier 1, incloent-hi la ubicació de l'aplicació, la freqüència objectiu, el gruix, el gramatge, l'estructura de laminació i la demanda anual.
Preguntes freqüents
Quina diferència hi ha entre el soroll aeri i el soroll estructural en un vehicle?
El soroll aeri es propaga principalment per l'aire, com ara el soroll del vent, el soroll dels sistemes de climatització i alguns sorolls dels pneumàtics.
El soroll estructural comença com a vibració mecànica transmesa a través de la suspensió, la carrosseria o altres components estructurals abans de ser irradiat com a so.
Pot la fibra acústica per a automòbils reduir directament el soroll estructural?
No del tot.
Els materials fibrosos porosos absorbeixen principalment el soroll aeri.
Si el problema principal és la vibració del panell estructural, normalment es requereix un amortiment addicional, aïllament, desacoblament o optimització estructural.
Quins són els paràmetres més importants per als amortidors acústics dels automòbils?
Els paràmetres importants inclouen el gruix, el gramatge, l'estructura de la fibra, la resistència al flux d'aire, el rendiment d'absorció a través de la freqüència, la condició de compressió, l'espai d'instal·lació i el rang de freqüències objectiu.
Per què són importants els materials acústics lleugers per als vehicles elèctrics?
Els vehicles elèctrics fan menys soroll d'emmascarament del motor, de manera que el soroll dels pneumàtics, el soroll del vent, el soroll del motor elèctric i altres sons d'alta freqüència es fan més perceptibles.
Alhora, la menor massa del vehicle ajuda a millorar l'eficiència energètica i l'autonomia.
On es poden utilitzar els materials acústics per a automòbils Transulate™?
Les aplicacions típiques inclouen el sostre, el revestiment del sostre, les portes, el tallafocs, el quadre de comandament, el terra, el maleter, els pilars i els acabats interiors.
L'especificació final del material s'ha de seleccionar segons l'espai d'instal·lació, la freqüència objectiu, el gramatge i els requisits de gruix.