В современном автомобиле издавать шум могут только два устройства: клаксон и автомагнитола. Если ни одно из них не звучит, в салоне должны царить тишина и покой. Мало кто знает, что лобовое стекло вносит значительный вклад в передачу шумов не только от набегающего потока воздуха, но и от двигателя, и от шин автомобиля. Бороться с этим негативным эффектом призваны акустические лобовые стекла новой конструкции.
Редакция ПМ
Что такое акустическое лобовое стекло

ТЕМА: Акустическое лобовое стекло

ПРИМЕР: Volkswagen Passat СС

Борьба с шумом — это практически всегда борьба с резонансом. Самый крупный резонатор — это кузов автомобиля. Но резонировать могут и пластиковые панели отделки, и детали подвески, и стекла. Если частота вибраций от источника звука совпадает с частотой собственных колебаний резонатора, звук многократно усиливается и распространяется по всему салону.

В автомобиле несколько основных источников шума. Первый — работающий двигатель. Эти звуковые колебания частотой от 20 до 200 Гц хорошо предсказуемы. Если кузов и салон автомобиля не резонируют в такт с мотором, а современные опоры двигателя надежно изолируют кузов от вибраций, двигателя почти не слышно.

В первую группу можно записать и трансмиссионные шумы. Это звук от взаимного соприкосновения зубцов шестерен в коробке передач и дифференциале, подшипников колесных ступиц. Этот гул за пару километров возвещает о приближении старого КамАЗа, однако для современного авто не характерен и может свидетельствовать лишь об износе и необходимости ремонта некоторых узлов.

После обновления Volkswagen Passat CC изменился не только внешне, но и внутренне. Инженеры применили улучшенные материалы звукоизоляции моторного отсека, дверей и багажника, а также днища и подкрылков. В качестве опции стали доступны лобовое и передние боковые стекла с улучшенными акустическими свойствами.

Второй инструмент шумового оркестра — шины. Их соприкосновение с дорогой создает широкополосный звуковой фон с основой в районе 200 Гц. Разнообразие дорожных покрытий и рисунков протектора делает его непредсказуемым и сильным противником, бороться с которым приходится с помощью специальных шумоизоляционных материалов в колесных арках ценой увеличения массы и стоимости автомобиля.

Наконец, на скоростях выше 80 км/ч сольную партию начинают играть аэродинамические шумы. Колебания давления воздуха, обусловленные как скоростью движения, так и завихрениями воздуха, образующимися за аэродинамически несовершенными элементами кузова, создают мощный широкополосный шум, варьирующийся от басовитого гула до высокочастотного свиста. Именно аэродинамический шум не позволяет водителю разговаривать с пассажиром, не повышая голоса.

График демонстрирует поглощение звуковых волн широкого диапазона тремя видами стекла. Зеленая линия отражает поведение 5-миллиметрового монолитного стекла, черная — 5-мм триплекса, а синяя — акустического триплекса из 2,1-мм стекол с 0,76-мм акустическим полимером. По горизонтальной оси — частота звука (Гц), по вертикальной — поглощение звука (дБ).

Хлоп в лоб

Лобовое стекло принимает на себя основную часть аэродинамического шума. Оно имеет большую площадь, установлено под большим углом атаки к набегающему потоку и непосредственно контактирует с салоном. Способность стекла поглощать звук определяется массой, жесткостью и демпфирующими свойствами. С массой и жесткостью все понятно: чем толще и инертнее стекло, тем меньше оно будет колебаться под действием набегающих воздушных волн. С демпфирующими свойствами у стекла все плохо — чтобы понять это, достаточно ударить по бокалу и послушать, как долго он звучит. Но главная негативная особенность стекла как материала — это резонансная частота в диапазоне 1500−5000 Гц. Этот диапазон отвечает за разборчивость человеческой речи — эту зону звукового спектра человеческий слух воспринимает наиболее внимательно, и именно такие шумы в наибольшей степени портят нам жизнь.


От первого лица: Сергей Апресов, главный редактор

Раньше я думал, что модная нынче концепция «четырехдверного купе» — это неоправданная жертва комфортом в угоду спортивному стилю. Я ошибался. Жесткость пружин подвески у Passat CC на 15% меньше, чем у обычного Passat, поэтому в движении «купе» воспринимается мягче, плавнее, дороже. И это вовсе не означает, что CC управляется менее остро. Просто кузов с низким центром тяжести сам по себе меньше склонен к кренам, раскачке, нежелательной разгрузке управляемых колес. В результате за уменьшенную площадь остекления и тесноту на задних сиденьях (мужчина ростом выше среднего упрется головой в крышу) получаешь комфорт и ощущение качества, за которые Passat CC так и хочется поставить в один ряд с более дорогими бизнес-седанами Е-класса.

Что касается уровня шума, автомобиль оставляет двоякое впечатление. Акустическое лобовое стекло свое дело делает — это заметно, прежде всего, по отстраненному восприятию скорости. Прицелившись в 80, очень легко случайно разогнаться свыше 120 км/ч — в салоне никакой разницы не ощущается, и это говорит о том, что с аэродинамическими шумами удалось справиться на отлично. Тишина в салоне сильно зависит от качества дорожного полотна, и если на ровном асфальте в машине абсолютно тихо, то даже слегка шершавое покрытие уже запускает внутрь изрядную порцию вредных децибел. Видимо, авто не помешала бы лучшая звукоизоляция колесных арок.


Увеличив толщину стекла, можно улучшить характеристики поглощения звука в районе низких частот. Однако утолщение практически не влияет на поглощение в заветном диапазоне от 1,5 до 5 кГц. Мало того, являясь важным элементом силовой структуры кузова, лобовое стекло способствует распространению не только аэродинамических шумов, но и шумов качения, точнее той их части, которая соответствует резонансной частоте стекла. А значит, найдя решение проблемы резонанса лобового стекла, можно повысить акустический комфорт водителя и пассажиров не только на высоких скоростях, но и на малом ходу.


От первого лица: Дмитрий мамонтов, научный редактор

Проездив пару дней по городу в непогоду, я, наконец, заметил: несмотря на мерзкую слякоть за окном, камера заднего вида на Passat CC всегда чистая. Я вышел из машины, чтобы посмотреть, где прячется камера, и не нашел. Заглянул даже под эмблему, которая по совместительству служит ручкой для открывания багажника, что очень удобно, и там не нашел. Камера выдала себя лишь при включении задней передачи: она действительно живет под эмблемой, но ее скрывает дополнительная крышка, чтобы при открытии багажника владелец не испачкал объектив пальцами. Такими заботливыми придумками Passat CC напичкан под завязку. Багажник можно открыть, махнув ногой под бампером; масштаб карты на навигационной системы переключается вращающейся рукояткой; входящие смски выводятся на дисплей маршрутного компьютера, чтобы водитель не отвлекался от дороги, и автомобиль может даже зачитать их вслух (хотя русский язык синтезатор речи пока не переваривает). Духу креативной рациональности, царящему в салоне, соответствуют и настройки робота DSG — небольшой 1,8-литровый двигатель отдает всю душу, но коробка исправно превращает его титанические усилия в плавный ход, приемистый разгон и 8 секунд до сотни. О нелегкой жизни мотора можно лишь догадываться по его высокооборотным восклицаниям при ускорениях: чтобы тихо и непринужденно тянуть большой седан на моменте, нужен мотор побольше.


Вот уже почти сто лет мы используем в качестве лобового стекла триплекс. В классическом варианте он представляет собой два стекла с прослойкой из прочного полимера (поливинилбутираль). Наиболее распространенные пропорции — стекла толщиной 2,3 мм и полимерная пленка 0,76 мм. В современных стеклах могут содержаться дополнительные слои в виде подогреваемой проволоки, УФ-фильтра или тонировочной пленки. В нашем случае важно то, что тонкая и жесткая полимерная пленка практически не изменяет резонансных свойств стекла.

Как объяснили нам специалисты компании Saflex, одного из крупнейших мировых производителей полимера для триплекса (40% автомобилей мира оснащены стеклами с прослойкой Saflex), побороть злополучный резонанс можно, применив полимерную прослойку с улучшенными демпфирующими свойствами. Химическую формулу такого полимера каждый производитель держит в секрете, так как сегодня к данному веществу предъявляются строжайшие и порой противоречивые требования. Его прочность определяется нормативами безопасности и должна сохраняться в широком диапазоне рабочих температур, от тропической жары до скандинавских холодов.

Согласно исследованию Saflex, лобовое стекло с использованием демпфирующего полимера на скоростях от 80 до 160 км/ч демонстрирует значительно лучшие показатели поглощения шума в диапазоне от 500 до 5500 Гц. При этом эффект резонанса сводится к минимуму.

Интересно, что более тонкие стекла демонстрируют наилучший результат при использовании акустического полимера, так как именно стекло дает нежелательный резонанс. Использование тонкого стекла вносит немалый вклад в экономию массы автомобиля, что, в свою очередь, сказывается на динамике, расходе топлива и вредных выбросах в атмосферу.

Статья «Нерезонный резонанс» опубликована в журнале «Популярная механика» (№5, Май 2013).
Понравилась статья?
Подпишись на новости и будь в курсе самых интересных и полезных новостей.