Теория шумоизоляции
Одним из основных мероприятий при шумоизоляции автомобиля традиционно является наклеивание на детали кузова вибропоглощающих материалов. Это приводит к уменьшению амплитуды колебаний металлических поверхностей и, как следствие, значительному уменьшению вторичных шумов. То есть тех, что рождены самим кузовом.
Для целей автомобильной виброизоляции выпускается довольно значительный ассортимент полимерных (по преимуществу битумных) материалов, а сама работа хорошо знакома любому практикующему установщику сферы car-audio. Принято считать, что в такого рода работах нет ничего сложного, и для достижения хорошего результата достаточно выполнять минимальные рекомендации изготовителя материала. Отчасти это действительно так, по крайней мере, следование традиционным рецептам ещё никого сильно не разочаровывало. Но стоит иметь в виду, что рекомендации производителя это всего лишь схема, упрощённая модель, рассчитанная именно на бездумно-механическое применение. Если же дать себе труд разобраться в механизме действия виброизолирующих материалов, то можно добиться гораздо большего эффекта. Нижеследующие рекомендации как раз и призваны расширить кругозор установщиков, дабы минимальными усилиями добиваться результата.
Начать следует с внесения терминологической ясности. Большинство установщиков и им сочувствующих применяет термин “виброизоляция”, имея в виду наклеивание демпфирующих материалов на металл. Правильнее называть это вибропоглощением (или вибродемпфированием), так как виброизоляции это нечто совсем иное. В последнем случае ключевой для понимания частью слова будет “изоляция”, то есть развязка чего-то с чем-то. В механике виброизоляцией называют мероприятие по уменьшению динамических сил, передаваемых с виброактивной системы на другую, защищаемую от вибраций. Классический пример развязка вибро-нагруженного двигателя с кузовом или шасси посредством резиновых или гидравлических опор (подушек). Или крепление деталей подвески через упругие элементы (сайлентблоки). В этих случаях действительно осуществляется виброизоляция (частичная) с соответствующим уменьшением структурной составляющей общей шумовой картины. Вибропоглощение же, по сути, целенаправленное увеличение потерь колебательной энергии механической системы, что и происходит при наклеивании демпфирующих материалов.
Итак, вибропоглощение. Суть процесса в преобразовании акустической (колебательной) энергии в тепловую с последующим её рассеянием. Такое преобразование возникает за счёт механических деформаций упругого слоя, возникающих вследствие разницы физико-механических характеристик основания и демпфера. Прежде всего, по плотности и динамическому модулю упругости. Для демпфирования выбираются материалы с максимальными внутренними потерями, а их способность к вибропоглощению характеризуется коэффициентом потерь.
Механические деформации в демпфере можно свести к деформациям растяжения-сжатия (объёмным) в продольном и поперечном направлениях и сдвига (плоскостным). (Многие на этих словах вспомнят школьный курс физики, в частности, закон Гука). Это и является основой классификации вибродемпфирующих материалов (ВДМ), которые принято подразделять именно по типу механической деформации. Не будем сейчас описывать все их существующие разновидности, отметим лишь, что автомобильные ВДМ часто являются комбинированными, то есть сочетают в себе два и более типа деформаций. Так однородный битумный материал работает за счёт объёмной деформации, но тот же материал, покрытый алюминиевой фольгой или толстой полимерной плёнкой, добавляет ещё и деформации сдвига (которые происходят на границе сред). Многослойный материал реализует всё виды деформаций.
Температурный диапазон вещь в себе. Абсолютное большинство ВДМ оптимизировано для работы при комнатной (20 градусов по Цельсию) температуре, для неё же справедливы их характеристики. Но порой даже не очень значительное отклонение температуры в ту или иную сторону напрочь разрушает благостную картину. А ведь эксплуатация автомобиля строго при 20 градусах невозможна…
Наиболее широким рабочим диапазоном температур будет обладать демпфирующий слой, скомбинированный из двух-трёх материалов, различных по свойствам. Нетрудно заметить, что расширяя предложенным способом рабочий диапазон температур вибропоглощающего слоя, мы неизбежно увеличим и главный параметр коэффициент потерь. При трёхслойной конструкции металлические панели из звенящих и гулких превращаются в некое подобие буханки хлеба сколько не стучи, ничего не выстучишь. Для нужд караудио самое то, особенно если динамики стоят в дверях. Но увеличение толщины демпфера это, увы, и увеличение его массы. Так что особо увлекаться толщиной каждого слоя не надо. Следует учесть, что лучше применить четыре тонких, но разных материала в покрытии, чем два очень толстых. При примерно равной массе эффективность первого варианта будет значительно выше. Так для седана средней мощности достаточной будет обработка всех панелей двухслойным покрытием, а передние двери, передние колёсные арки и моторный щит трёхслойным. Но для джипа с трёхлитровым дизелем арифметика будет другой… В любом случае разумно-достаточной видится масса всех шумоизолирующих материалов, близкая 1/5 от грузоподъёмности автомобиля. Надо ведь что-то и на картошку оставить!
О том, какую площадь должен занимать вибропоглощающий слой, до сих пор идут дискуссии. Отмечена такая закономерность: при заклеивании 12% площади центральной части панели материалом, имеющим коэффициент потерь, близкий к 1, амплитуда её колебаний снижается на 40%. Но увеличение площади демпфирования в 2 раза (до 24%) увеличивает потери только на 15%. Далее спад эффективности ещё более существенен. Выходит, что демпфирование более чем 65% общей площади нецелесообразно. Но не стоит забывать, что двух-трёхслойный демпфер ещё и прекрасный звуко-изолятор! То есть он не только не даёт родиться звуковой волне, но и не пропускает извне уже существующие, рассеивая их энергию за счёт тех же внутренних деформаций. К тому же увеличение массы ограждающей конструкции увеличивает и её отражающие свойства. Так что если есть выбор между толстым демпфером по центру панели и тонким по всей площади, то второй однозначно предпочтительнее. Степень демпфирования будет примерно одинаковой, но звукоизолирующая способность второй конструкции выше.