Cómo suprimir eficazmente los ruidos y las vibraciones del automóvil

Cada conductor valora cosas distintas en un coche: algunos priorizan el espacio en cabina, otros buscan una conducción ágil. Pero la comodidad acústica es algo que le importa a todo el mundo. No hace falta ser ingeniero para saber cuándo un coche hace demasiado ruido; basta con los primeros minutos al volante. A diferencia de la calidad de rodadura o el rendimiento de frenado, el ruido genera una impresión inmediata. En la industria del automóvil, este ámbito está cubierto por un concepto unificado: NVH — Ruido, Vibración y Aspereza (del inglés Noise, Vibration, and Harshness).

Qué es el NVH y por qué importa para el confort de conducción

NVH son las siglas en inglés de Ruido, Vibración y Aspereza: los tres fenómenos físicos que afectan de forma más directa a la sensación de placer (o desagrado) al conducir. Cuando los niveles de NVH son deficientes, los efectos sobre el cuerpo humano son reales y medibles:

El sistema nervioso y el cerebro se sobrecargan
La concentración y los tiempos de reacción disminuyen
El estado de alerta general y el tono físico decaen
Los desplazamientos de larga distancia resultan considerablemente más agotadores

Precisamente por eso, los coches modernos más silenciosos resultan mucho menos fatigosos en trayectos largos. Sin embargo, sería un error pensar que añadir más aislamiento acústico resuelve el problema. De hecho, el aislamiento acústico es la última línea de defensa, y no siempre la más eficaz. He aquí el motivo.

Las principales fuentes de ruido y vibración en el automóvil

Para entender cómo suprimir los ruidos del coche, primero hay que saber de dónde provienen. Aunque en cualquier vehículo puede haber decenas de fuentes potenciales, las más relevantes son:

El motor y el sistema de escape
El rodamiento de los neumáticos
El flujo aerodinámico alrededor de la carrocería

La contribución relativa de cada fuente varía con la velocidad. A velocidades urbanas, el tren motriz es el predominante. En autopista, a 90–100 km/h, todas las fuentes contribuyen de forma aproximadamente igual. Por encima de 120–130 km/h, los disturbios aerodinámicos y los generados por la calzada toman el protagonismo. En términos sencillos: el ruido lo generan las vibraciones, y esas vibraciones son físicamente perjudiciales, tanto para los ocupantes como para los componentes mecánicos del vehículo.

Cómo se propaga el ruido a través del vehículo

Cualquier fuente de ruido —como el motor— se propaga por el coche de dos formas diferenciadas:

Por estructura — mediante vibraciones físicas en los paneles de carrocería y los elementos estructurales conectados a la fuente
Por vía aérea — directamente a través del aire, incluso a través de huecos y paneles

Comprender estas dos vías de propagación es fundamental, ya que cada una requiere una estrategia de supresión diferente.

El enfoque de reducción de ruido en tres etapas prioritarias

Los ingenieros de automoción abordan el NVH siguiendo un orden de prioridad estricto. El aislamiento acústico —el enfoque que la mayoría asocia con “hacer el coche más silencioso”— ocupa en realidad el último lugar:

Reducir la intensidad en la fuente — minimizar desde el principio la cantidad de ruido y vibración que se genera
Atenuar la transmisión estructural — impedir que las vibraciones se propaguen por la carrocería y los elementos estructurales
Aplicar aislamiento acústico — capturar el ruido aéreo que ya se ha generado y transmitido

Si las dos primeras etapas se ejecutan correctamente, se necesita relativamente poco material de aislamiento acústico. Esto no es solo una preferencia ingenieril: supone un ahorro en peso, coste y combustible.

Cómo reducen los ingenieros el ruido del motor y del escape en la fuente

La supresión del ruido del motor comienza mucho antes de aplicar cualquier material de aislamiento. Las principales estrategias de ingeniería incluyen:

Optimizar el proceso de combustión para que sea lo más suave y controlado posible
Diseñar los componentes principales —el bloque de cilindros, la tapa de válvulas y el cárter de aceite— de modo que no entren en resonancia sincronizada con el ciclo del motor
Emplear plásticos y materiales fonoabsorbentes directamente sobre los componentes del motor
Encapsular el motor completo cuando el espacio disponible lo permita
Aprovechar los catalizadores y los filtros de partículas, que de forma indirecta suavizan las pulsaciones de los gases de escape y reducen el ruido de escape

Soportes de motor: bloquear la vibración antes de que llegue a la carrocería

Una vez que la vibración abandona el motor, debe ser detenida antes de alcanzar la carrocería. Los soportes de motor constituyen la barrera principal. Sus puntos de anclaje se eligen cuidadosamente para evitar excitar las resonancias de la carrocería, una lección aprendida a las malas con modelos de producción temprana como el VAZ-2108, que padecía una incómoda vibración en ralentí debida a un soporte delantero mal ubicado. La solución de entonces consistió en ablandar el soporte, lo que generó un nuevo conjunto de problemas.

La tecnología moderna de soportes de motor ha avanzado significativamente:

Soportes hidráulicos — combinan elasticidad y amortiguación, de forma similar a un conjunto muelle-amortiguador
Soportes activos — generan un movimiento en contrafase para cancelar las vibraciones, o ajustan dinámicamente su rigidez en función de las condiciones de conducción

Estructura de la carrocería y control de resonancias

Las vibraciones que logran superar los soportes de motor deben ser gestionadas por la propia estructura de la carrocería. De forma contraintuitiva, una carrocería de máxima rigidez no es automáticamente una carrocería silenciosa. Si bien una construcción rígida y monolítica puede reducir la resonancia, también puede incrementar la transmisión de ruido estructural.

Los ingenieros de automoción se centran en las frecuencias de resonancia más que en la rigidez torsional bruta. El objetivo no es desplazar las frecuencias lo más alto o lo más bajo posible, sino situarlas con precisión para que no coincidan con las frecuencias generadas por los neumáticos, la suspensión, el motor y otras fuentes de vibración. El vehículo completo se trata como un sistema de vibración complejo.

Las medidas estructurales empleadas para gestionar la resonancia de la carrocería incluyen:

Barras de refuerzo y chapas embutidas de rigidización, incluso en paneles no estructurales
Aceros de alta resistencia y tratados térmicamente
Chapas laminadas de espesor variable
Unión adhesiva de componentes de carrocería
Amortiguadores de vibración — masas unidas rígida o blandamente que desplazan la frecuencia natural de un panel fuera de los rangos problemáticos. Una barra de hierro fundido de tres kilogramos oculta dentro de un parachoques delantero no es un error: es una solución de ingeniería de precisión
Espuma inyectada en las cavidades de la carrocería en ubicaciones calculadas
Mantas de bitumen aplicadas selectivamente sobre paneles planos (no de forma indiscriminada, como ocurre en las instalaciones de posventa)
Reducción al mínimo de perforaciones y huecos en el tabique cortafuegos, con todos los orificios restantes cuidadosamente sellados

Inspección de neumáticos

Aislamiento acústico: eficaz cuando se aplica de forma selectiva

Solo después de haber agotado todas las medidas estructurales y en la fuente tiene sentido añadir aislamiento acústico. Cuando los pasos anteriores se realizan correctamente, en realidad se necesita muy poco. Un ejemplo bien conocido: la séptima generación del Volkswagen Golf utilizó cuatro kilogramos menos de material de aislamiento que su predecesora, gracias a una ingeniería de fases previas más eficiente.

Los revestimientos acústicos modernos y los conjuntos de moqueta se moldean con precisión para adaptarse a los contornos exactos del tabique cortafuegos y el suelo. Cierto recubrimiento interior es inevitable, ya que también proporciona aislamiento térmico. Pero si se observa metal desnudo alrededor del hueco de la rueda de repuesto en el maletero, no es una medida de ahorro de costes: es una señal de que el fabricante estaba seguro de que el ruido ya estaba bien controlado.

Una advertencia sobre el insonorizante de posventa: añadir mantas adicionales en el propio coche tiene cierto efecto, pero rara vez resulta rentable. Se gasta una cantidad considerable en materiales y mano de obra para obtener una ganancia de apenas uno o dos decibelios, añadiendo además decenas de kilogramos de peso permanente, lo que incrementa el consumo de combustible.

Comprensión de las frecuencias sonoras en el interior del automóvil

No todo el ruido resulta igualmente molesto: la frecuencia desempeña un papel fundamental en cómo percibimos el sonido:

La fatiga aparece a 80 dB en la franja de 2.000–4.000 Hz
A 5.000–6.000 Hz, basta con 60 dB para provocar fatiga
El ruido estructural (transmitido por la carrocería) se sitúa normalmente por debajo de 500 Hz y se percibe como un zumbido sordo y grave, principalmente proveniente de la calzada y el escape
El ruido aéreo predomina por encima de 1.000 Hz (alta frecuencia a partir de 800 Hz) y procede principalmente del motor y de la aerodinámica
El oído humano abarca de 20 Hz a 20.000 Hz; en el interior del vehículo, el rango habitual es de 30–8.500 Hz

Más allá de la frecuencia, el carácter del ruido también importa. Existen ruidos de banda ancha (una mezcla de frecuencias) y ruidos tonales, es decir, sonidos concretos e identificables, como el silbido del motor de la dirección asistida eléctrica o el siseo del refrigerante en el sistema de aire acondicionado. Un solo automóvil puede producir cientos de tonos diferenciados. Los buenos fabricantes los eliminan por completo durante las pruebas en carretera; en ocasiones, resulta más sencillo desplazar un sonido a una frecuencia menos irritante que eliminarlo por completo.

Cabe señalar que las mediciones en decibelios no siempre coinciden con la percepción subjetiva. El oído humano no es igualmente sensible en todas las frecuencias y, aunque los sonómetros aplican curvas de ponderación frecuencial para aproximarse a nuestra audición, este método no es perfecto. Por eso los fabricantes de automóviles siempre combinan mediciones objetivas con sesiones de escucha subjetiva por parte de expertos.

Cancelación activa de ruido en los vehículos modernos

Uno de los avances recientes más comentados es la reducción activa de ruido (ANR, del inglés Active Noise Reduction), que utiliza los altavoces del sistema de audio del vehículo para generar ondas sonoras en fase opuesta al ruido no deseado, cancelándolas de forma efectiva. En teoría, las dos ondas se combinan y producen silencio.

En la práctica, los sistemas activos se enfrentan a limitaciones físicas reales:

Su potencia y rango de frecuencias son limitados
El ruido del motor y de la calzada llega a los oídos de los ocupantes en aproximadamente 0,009 segundos
Los mejores sistemas activos responden en 0,002 segundos, lo que deja una ventana estrecha pero imperfecta
La precisión en un amplio espectro de frecuencias sigue siendo un reto

Estos sistemas mejorarán sin duda, pero existe el riesgo de que su desarrollo se convierta en un sustituto de una ingeniería de base sólida, en lugar de complementarla.

Normativa sobre ruido en el automóvil: lo que exige la ley

Los niveles de ruido interior en los turismos no están regulados ni en la UE ni en los EE. UU.: solo el ruido exterior está sujeto a límites legales. Los fabricantes tienen motivaciones comerciales para mantener los habitáculos silenciosos, pero no existe un mínimo legal.

Rusia adopta un enfoque diferente. Durante la homologación del vehículo, el ruido interior se mide mediante varios métodos, incluidos a velocidad constante y en aceleración. Los umbrales generales son:

Turismos estándar: máximo 77 dB
Monovolúmenes y vehículos con configuración familiar: hasta 79 dB
SUV (y algunos crossovers homologados como tales): hasta 81 dB
Deportivos de menos de 2 toneladas y más de 75 kW/t: se permite un exceso de 4 dB
Vehículos que superan los 110 kW/t (≈150 cv/tonelada): medición únicamente a velocidad constante

La normativa incluye suficientes excepciones para cubrir la mayoría de los vehículos de altas prestaciones, aunque pueden darse casos límite. El Porsche 911 R coupé, por ejemplo, estuvo en un momento bloqueado para el mercado ruso precisamente porque no superaba los requisitos de homologación de ruido interior.

Desafíos del NVH en los vehículos eléctricos y los coches del futuro

Las nuevas tecnologías vehiculares están creando nuevos retos de NVH en lugar de eliminarlos:

Los materiales ligeros (aleaciones de aluminio, materiales compuestos) reducen la masa, pero aumentan la transmisión de ruido estructural
Los neumáticos más anchos ofrecen mayor adherencia y mejor manejo, pero generan más ruido de rodadura
Las estrategias de combustión orientadas a la eficiencia pueden hacer que el encendido de los cilindros sea menos suave, aumentando la vibración del motor
Los motores eléctricos desplazan el ruido hacia la incómoda franja de 5.000 Hz e introducen ruido electromagnético, una banda de frecuencias que anteriormente quedaba enmascarada por los motores de combustión interna
Sonidos antes enmascarados —como el movimiento de los registros del sistema de climatización— se vuelven perceptibles sin el ruido del motor que los cubría

En el futuro de la conducción autónoma, el confort acústico se convertirá previsiblemente en uno de los principales factores diferenciadores entre vehículos. Cuando no existe una tarea de conducción en la que concentrarse, los pasajeros se vuelven mucho más sensibles al ruido ambiental. Los ingenieros que antes trataban el NVH como un refinamiento de última fase ahora lo incorporan desde las primeras decisiones de diseño, y ese cambio de prioridad es la transformación más importante en la forma en que se fabrican los automóviles silenciosos de hoy.