هر رانندهای چیزهای متفاوتی را در خودرو ارزش میگذارد — برخی فضای کابین را در اولویت قرار میدهند، برخی دیگر به دنبال هندلینگ تیز هستند. اما آسایش صوتی چیزی است که همه به آن اهمیت میدهند. برای اینکه بدانید یک خودرو بیش از حد پر سروصداست نیازی به مهندس بودن ندارید؛ در چند دقیقه اول رانندگی میتوانید این را احساس کنید. برخلاف کیفیت تعلیق یا عملکرد ترمز، سروصدا تأثیر فوری میگذارد. در صنعت خودرو، این حوزه تحت یک مفهوم یکپارچه پوشش داده میشود: NVH — سروصدا، لرزش و خشونت.
NVH چیست و چرا برای راحتی رانندگی اهمیت دارد
NVH مخفف Noise, Vibration, and Harshness (سروصدا، لرزش و خشونت) است — سه پدیده فیزیکی که به طور مستقیم بر احساس دلپذیر (یا ناخوشایند) بودن رانندگی با خودرو تأثیر میگذارند. وقتی سطوح NVH ضعیف باشد، اثرات آن بر بدن انسان واقعی و قابل اندازهگیری است:
- سیستم عصبی و مغز دچار اضافهبار میشوند
- تمرکز و زمان واکنش کاهش مییابد
- هوشیاری کلی و تون جسمانی افت میکند
- رانندگی در مسافتهای طولانی به مراتب خستهکنندهتر میشود
دقیقاً به همین دلیل است که خودروهای ساکتتر مدرن در سفرهای طولانی بسیار کمتر خستهکننده به نظر میرسند. با این حال، این اشتباه است که فکر کنیم فقط با افزودن عایق صوتی بیشتر مشکل حل میشود. در واقع، عایق صوتی آخرین خط دفاعی است — و نه همیشه مؤثرترین راهحل. دلیلش را بخوانید.
منابع اصلی سروصدا و لرزش خودرو
برای فهمیدن نحوه کاهش صداهای خودرو، ابتدا باید بدانید آنها از کجا میآیند. در حالی که در هر خودرویی دهها منبع احتمالی وجود دارد، منابع غالب عبارتند از:
- موتور و سیستم اگزوز
- تایرهای در حال حرکت
- جریان هوای آیرودینامیکی اطراف بدنه
سهم نسبی هر منبع با سرعت تغییر میکند. در سرعتهای شهری، پاورترین غالب است. در جادههای برونشهری در سرعت ۹۰ تا ۱۰۰ کیلومتر در ساعت، همه منابع تقریباً به یک اندازه مشارکت دارند. بالای ۱۲۰ تا ۱۳۰ کیلومتر در ساعت، اغتشاشات آیرودینامیکی و جادهای غالب میشوند. به زبان ساده: سروصدا توسط لرزشها ایجاد میشود، و آن لرزشها از نظر فیزیکی مضر هستند — هم برای سرنشینان و هم برای اجزای مکانیکی خودرو.
چگونه سروصدا در خودرو منتشر میشود
هر منبع سروصدا — مانند موتور — از دو روش متمایز در خودرو منتشر میشود:
- ساختاری — از طریق لرزشهای فیزیکی در پانلهای بدنه و عناصر سازهای متصل به منبع
- صوتی — مستقیماً از طریق هوا، از جمله از میان درزها و پانلها
درک این دو مسیر ضروری است، زیرا هر کدام به استراتژی مهارسازی متفاوتی نیاز دارند.
رویکرد سه مرحلهای اولویتبندیشده برای کاهش سروصدا
مهندسان خودرو با NVH بر اساس یک ترتیب اولویت دقیق برخورد میکنند. عایق صوتی — رویکردی که اکثر مردم با «ساکتتر کردن خودرو» مرتبط میدانند — در واقع در آخرین رتبه قرار دارد:
- کاهش شدت در منبع — به حداقل رساندن میزان سروصدا و لرزشی که در وهله اول ایجاد میشود
- تضعیف انتقال ساختاری — جلوگیری از گسترش لرزشها از طریق بدنه و عناصر سازهای
- اعمال عایق صوتی — گرفتن سروصدای هوابرد که از قبل ایجاد شده و منتقل شده است
اگر دو مرحله اول به خوبی اجرا شوند، به مقدار نسبتاً کمی از مواد عایق صوتی نیاز است. این فقط یک ترجیح مهندسی نیست — بلکه در وزن، هزینه و مصرف سوخت نیز صرفهجویی میشود.
چگونه مهندسان سروصدای موتور و اگزوز را در منبع کاهش میدهند
کاهش سروصدای موتور خیلی قبل از اینکه هر ماده عایقی اعمال شود آغاز میشود. استراتژیهای مهندسی کلیدی عبارتند از:
- بهینهسازی فرآیند احتراق برای اینکه تا حد ممکن روان و کنترلشده باشد
- طراحی اجزای اصلی — بلوک سیلندر، درپوش سوپاپ و کارتر روغن — به گونهای که با چرخه موتور همرزونانس نشوند
- استفاده از مواد پلاستیکی و جاذب صدا مستقیماً روی اجزای موتور
- محاط کردن کل موتور در جایی که بستهبندی اجازه میدهد
- بهرهگیری از کاتالیستها و فیلترهای ذرات که به طور فرعی نوسانات گاز اگزوز را هموار میکنند و سروصدای اگزوز را کاهش میدهند
دستههای موتور: مسدود کردن لرزش قبل از رسیدن به بدنه
وقتی لرزش از موتور خارج میشود، باید قبل از رسیدن به بدنه متوقف شود. دستههای موتور اولین سد هستند. نقاط نصب آنها با دقت انتخاب میشوند تا از برانگیختن رزونانسهای بدنه جلوگیری کنند — درسی که با مدلهای تولیدی اولیه مانند VAZ-2108 به سختی آموخته شد؛ این خودرو به دلیل جایگاه نامناسب دسته جلویی دچار لرزش ناراحتکننده در دور آرام بود. راهحل آن زمان نرمتر کردن دسته بود که خود مجموعه جدیدی از مشکلات را به وجود آورد.
فناوری دستههای موتور مدرن به طور قابل توجهی پیشرفت کرده است:
- دستههای هیدرولیکی — ترکیبی از کشسانی و میرایی، مشابه جفت فنر و کمکفنر
- دستههای فعال — حرکت معکوسفاز ایجاد میکنند تا لرزشها را خنثی کنند، یا سختی را به صورت پویا بر اساس شرایط رانندگی تنظیم میکنند
سازه بدنه و کنترل رزونانس
هر لرزشی که از دستههای موتور عبور کند باید توسط خود سازه بدنه مدیریت شود. برخلاف تصور، یک بدنه کاملاً صلب به طور خودکار ساکت نیست. در حالی که ساختار سفت و یکپارچه میتواند رزونانس را کاهش دهد، میتواند همچنین انتقال سروصدای ساختاری را افزایش دهد.
مهندسان خودرو به جای سفتی پیچشی خام، بر فرکانسهای رزونانسی تمرکز میکنند. هدف بالا یا پایین بردن فرکانسها تا حد ممکن نیست — بلکه قرار دادن دقیق آنها در جایی است که با فرکانسهای تولید شده توسط تایرها، تعلیق، موتور و سایر منابع لرزشی همزمان نشوند. کل خودرو به عنوان یک سیستم لرزشی پیچیده در نظر گرفته میشود.
اقدامات سازهای برای مدیریت رزونانس بدنه عبارتند از:
- میلههای تقویتی و صفحات تقویتی پرسشده، حتی روی پانلهای غیر باربر
- فولادهای با استحکام بالا و عملیات حرارتیدیده
- پانلهای نورد شده با ضخامت متغیر
- اتصال چسبنده اجزای بدنه
- میراگرهای لرزشی — جرمهایی که به صورت صلب یا نرم متصل میشوند و فرکانس طبیعی یک پانل را از محدودههای مشکلساز دور میکنند. یک میله چدنی سه کیلوگرمی پنهان در سپر جلو اشتباه نیست — یک راهحل دقیقاً مهندسیشده است
- فوم تزریقشده در حفرههای بدنه در مکانهای محاسبهشده
- متهای بیتومن اعمالشده به صورت انتخابی روی پانلهای مسطح (نه به صورت کورکورانه، مثل نصبهای پس از بازار)
- به حداقل رساندن سوراخها و درزها در دیوار آتش، با درزبندی دقیق تمام روزنههای باقیمانده
عایق صوتی: مؤثر وقتی به صورت انتخابی استفاده شود
تنها پس از اینکه تمام اقدامات ساختاری و در سطح منبع به پایان رسید، منطقی است که عایق صوتی اضافه شود. وقتی مراحل قبلی به درستی انجام شوند، در واقع به مقدار بسیار کمی از آن نیاز دارید. یک مثال معروف: فولکسواگن گلف نسل هفتم از چهار کیلوگرم کمتر مواد عایق نسبت به نسل قبلی استفاده کرد، به لطف مهندسی بهتر در مراحل قبلی.
آستریهای صوتی مدرن و مجموعههای موکت به صورت دقیق قالبگیری شدهاند تا با کانتورهای دقیق دیوار آتش و کف مطابقت داشته باشند. برخی روکشهای داخلی اجتنابناپذیر هستند — آنها همچنین عایق حرارتی ارائه میدهند. اما اگر فلز خالی اطراف چاه چرخ یدک در صندوق عقب میبینید، این یک اقدام کاهش هزینه نیست — نشانهای است که سازنده مطمئن بوده سروصدا از قبل به خوبی کنترل شده است.
یک هشدار در مورد عایق صوتی پس از بازار: افزودن متهای اضافی به خودروی خودتان تأثیری دارد، اما به ندرت مقرونبهصرفه است. هزینه قابل توجهی برای مواد و نیروی کار خواهید پرداخت برای دستاوردی شاید یک تا دو دسیبلی، در حالی که دهها کیلوگرم وزن دائمی نیز اضافه میکنید — که مصرف سوخت را افزایش میدهد.
درک فرکانسهای صوتی داخل خودرو
همه سروصداها به یک اندازه آزاردهنده نیستند — فرکانس نقش مهمی در نحوه درک ما از صدا دارد:
- خستگی در ۸۰ دسیبل در محدوده ۲۰۰۰ تا ۴۰۰۰ هرتز ایجاد میشود
- در ۵۰۰۰ تا ۶۰۰۰ هرتز، فقط ۶۰ دسیبل برای ایجاد خستگی کافی است
- سروصدای ساختاری (منتقلشده از بدنه) معمولاً زیر ۵۰۰ هرتز است — به صورت یک وزوز کمفرکانس درک میشود، عمدتاً از جاده و اگزوز
- سروصدای هوابرد بالای ۱۰۰۰ هرتز غالب است (فرکانس بالا بالای ۸۰۰ هرتز) — عمدتاً از موتور و آیرودینامیک
- شنوایی انسان از ۲۰ تا ۲۰۰۰۰ هرتز است؛ محیطهای داخل خودرو معمولاً شامل ۳۰ تا ۸۵۰۰ هرتز میشوند
فراتر از فرکانس، خصلت سروصدا نیز اهمیت دارد. سروصداهای پهنباند (ترکیبی از فرکانسها) و سروصداهای تونی وجود دارند — صداهای خاص و قابل تشخیص مانند ویز موتور فرمان برقی یا صدای هیس مبرد در سیستم تهویه مطبوع. یک خودرو میتواند صدها تون متمایز تولید کند. سازندگان خوب اینها را در طول آزمون جاده کاملاً حذف میکنند — گاهی اوقات انتقال صدا به فرکانسی کمتر آزاردهنده آسانتر از حذف کامل آن است.
شایان ذکر است که اندازهگیریهای دسیبل همیشه با ادراک ذهنی مطابقت ندارند. شنوایی انسان در تمام فرکانسها به یک اندازه حساس نیست، و در حالی که دستگاههای اندازهگیری سروصدا منحنیهای وزندهی فرکانسی را برای تقریب شنوایی ما اعمال میکنند، این روش کامل نیست. به همین دلیل است که خودروسازان همیشه اندازهگیریهای عینی را با جلسات شنیداری ذهنی متخصصان ترکیب میکنند.
حذف فعال سروصدا در خودروهای مدرن
یکی از پیشرفتهای اخیری که بیشترین بحث درباره آن صورت میگیرد، کاهش فعال سروصدا (ANR) است که از بلندگوهای صوتی خودرو برای تولید امواج صوتی در فاز مخالف سروصدای ناخواسته استفاده میکند — به طور مؤثر آنها را خنثی میکند. از نظر تئوری، دو صدا در یکدیگر ترکیب شده و سکوت ایجاد میکنند.
در عمل، سیستمهای فعال با محدودیتهای فیزیکی واقعی روبرو هستند:
- از نظر توان و محدوده فرکانسی محدود هستند
- سروصدای موتور و جاده در حدود ۰.۰۰۹ ثانیه به گوش سرنشینان میرسد
- بهترین سیستمهای فعال در ۰.۰۰۲ ثانیه پاسخ میدهند — پنجرهای باریک اما ناقص
- دقت در طیف وسیعی از فرکانسها همچنان یک چالش است
این سیستمها بدون شک بهبود خواهند یافت — اما خطر این است که توسعه آنها جایگزین مهندسی اصولی صوتی شود، نه مکملی برای آن.
مقررات سروصدای خودرو: قانون چه چیزی را الزامی میکند
سطوح سروصدای داخلی خودروهای سواری هم در اتحادیه اروپا و هم در ایالات متحده تنظیمنشده هستند — فقط سروصدای خارجی مشمول محدودیتهای قانونی است. سازندگان از نظر تجاری انگیزه دارند که داخلها را ساکت نگه دارند، اما هیچ کف قانونی وجود ندارد.
روسیه رویکرد متفاوتی دارد. در طول تأییدیه خودرو، سروصدای داخلی با روشهای متعددی اندازهگیری میشود — از جمله در سرعت ثابت و در حین شتابگیری. آستانههای کلی عبارتند از:
- خودروهای سواری استاندارد: حداکثر ۷۷ دسیبل
- مینیونها و خودروهای با چیدمان استیشنواگن: تا ۷۹ دسیبل
- شاسیبلندها (و برخی کراساوورهای تأییدشده به عنوان چنین): تا ۸۱ دسیبل
- خودروهای اسپرت زیر ۲ تن با بیش از ۷۵ کیلووات بر تن: مجاز به تجاوز ۴ دسیبل
- خودروهای بیش از ۱۱۰ کیلووات بر تن (تقریباً ۱۵۰ اسببخار بر تن): فقط در سرعت ثابت آزمایش میشوند
مقررات شامل استثنائات کافی برای پوشش اکثر خودروهای اسپرت است — اما موارد مرزی هم وجود دارند. برای مثال، کوپه پورشه ۹۱۱ R در یک مقطع به طور خاص به این دلیل که در تأییدیه سروصدای داخلی روسیه ناموفق بود، از ورود به بازار روسیه محروم شد.
چالشهای NVH در خودروهای برقی و خودروهای آینده
فناوریهای جدید خودرو چالشهای NVH تازهای ایجاد میکنند به جای اینکه آنها را از بین ببرند:
- مواد سبکوزن (آلیاژهای آلومینیوم، کامپوزیتها) جرم را کاهش میدهند اما انتقال سروصدای ساختاری را افزایش میدهند
- تایرهای عریضتر چسبندگی و هندلینگ بهتری ارائه میدهند اما سروصدای جاده بیشتری تولید میکنند
- استراتژیهای احتراق متمرکز بر بازدهی میتوانند فعالسازی سیلندر را کمتر روان کنند و لرزش موتور را افزایش دهند
- موتورهای الکتریکی سروصدا را به محدوده ناخوشایند ۵۰۰۰ هرتز منتقل میکنند و سروصدای الکترومغناطیسی ایجاد میکنند — باند فرکانسی که موتورهای احتراق داخلی قبلاً آن را میپوشاندند
- صداهایی که قبلاً پوشانده میشدند — مانند حرکت دمپرهای سیستم تهویه — بدون سروصدای موتور برای پوشش آنها قابل توجه میشوند
در آیندهای که خودروها بیراننده هستند، آسایش صوتی احتمالاً به یکی از عوامل اصلی تمایز بین خودروها تبدیل خواهد شد. وقتی هیچ وظیفه رانندگیای برای تمرکز وجود ندارد، مسافران بسیار حساستر به سروصدای محیطی میشوند. مهندسانی که زمانی NVH را به عنوان یک پالایش دیررس در نظر میگرفتند، اکنون از همان ابتدای تصمیمات چیدمان آن را در نظر میگیرند — و این تغییر در اولویت، مهمترین تغییر در نحوه ساخت ساکت خودروهای مدرن است.
متن اصلی را میتوانید اینجا بخوانید: https://www.drive.ru/technic/5ebe5f04ec05c49c7e0000eb.html
منتشر شده اوت 19, 2021 • 8 دقیقه برای مطالعه
