天天游戏提出这个问题的朋友,看来你已经被噪音折磨得很惨了。要想知道如何去除噪音,我们首先要了解声音传播的原理。
声音的传播需要介质,像空气,水或者固体都可以当作声音传播的介质。当声源振动时,声波撞击和它接触的空气微粒,引起周围空气微粒振动。振动的空气微粒又引起周围的空气微粒振动,逐渐将这种振动能量传递下去。最后传到我们耳朵的耳膜,我们就听到了声音。
人耳能接收到的声音频率在20-20000Hz之间,一般室外噪音达到45分贝即可认定为有害噪音,可能会影响我们的休息,睡眠,和工作,长期生活工作在有害噪音的环境中,患耳聋的概率会成倍增加,甚至会对心血管产生不可逆损伤,这也就是为什么我们要寻求隔除有害噪音的方法。
物理降噪很简单,说白了就是做隔音,像一些录音棚和音乐工作室会铺设隔音棉来阻绝声音的传播,达到消除噪音的效果。我们日常会用的降噪隔音耳机,也会采用隔音材料来降低外界声音对我们的干扰。这种降噪方式的好处是造价低,效果立竿见影,但是局限性也很大,使用的便利性不高,而且只能阻绝高频噪声,对于中低频噪音就真的是爱莫能助了。
所以针对经常出现的中低频噪声,我们又研究出主动降噪来解决这一问题天天游戏。利用设备收集外部噪声,然后设备对这些噪音进行傅里叶变换,把它从时域信号转变成频域信号,然后设备根据频域信号识别出噪音的频率,在发出与其相反的声音抵消噪音。这种技术一般比较多的运用在汽车上边,能非常有效的隔绝胎噪,风噪和发动机噪音等外界有害噪声,提升车辆NVH水平。
造一辆更安静的车一直是各大车企追求的方向,为了达到这个目标,他们可是不遗余力地将各种降噪手段都用上了,什么车门和发动机舱的隔音棉,双层夹胶玻璃,主动降噪等,都集中出现一台车上,那么这样下来真的能对汽车的NVH有明显提升吗?这不,上汽大众的威然就做了这么一个试验,我们来看看试验结果如何。
上汽大众威然被放在一个大型玻璃罩里,玻璃罩地面有一层4-5厘米的水,下方有几个硕大的扬声器,当扬声器开始播放声音是,水面就会出现波动。周边还布置了几个激光装置,当有声音振动时,激光也会产生图形波动。上汽大众威然的车内摆放一个图形示波器,来显示车内的声音波形。声音看不见摸不着,但是通过这些装置,我们能更直接的”看见“声音。
试验开始,扬声器发出巨大噪声,玻璃罩内水花四溅,投射的激光产生了幅度很大的抖动,因为车窗是打开的,威然车内的示波器也显示出了剧烈的波动。此时关闭车窗,尽管外边噪声依旧,但是车内的示波器波动急剧下降,车内外产生强烈反差,说明噪声已经大部分被隔绝在车外了,威然运用的降噪手段是相当成功的。
上汽大众威然究竟是如何做到的呢?新威然的前挡风与所有门窗均采用了4.96mm声学夹层玻璃,并在发动机舱、乘员舱内采用了超过60处的静音设计,这些都大大降低了外部噪声传播的速度,在A B柱上也采用了吸音材料,车底部的隔热板甚至地毯都采用复合材料,有效地阻绝了声波在车内的反射,所有的这些设计对静谧性的提升起到了决定性作用。
在40万以内级别的MPV中,采用如此多降噪手段来保证静谧性的车型其实是不多的,新威然这么做也是为了顺应时代变化,满足消费者在当今对MPV提出的新需求。当然新威然并不仅仅在静谧性上下了功夫,在驾驶特性以及做工用料上都做到了同级标杆性的水平。
MPV车型因为要保证车内空间的原因,都要比其他车型要大一些,这在根本上制约了它的操控能力,而新威然并没有在操控上妥协。它采用了两种动力组合,分别是330TSI的2.0T低功率和380TSI的2.0T高功率,配合7速湿式双离合变速箱,让重达两吨多的新威然依旧有足够的动力储备。加上前麦弗逊悬架与后多摆臂式独立悬架的组合,使得车辆拥有灵巧的操控感与良好的驾驶平衡性。
在辅助驾驶流行的当下,新威然当然也不会缺席,L2级别的Travel Assist全旅程智能驾驶辅助系统,能让我们的驾驶变得更简单,也更安全。从新威然开始,MPV=面包车就成为了历史。
在车内的做工用料上,新威然同样不含糊,第二排座椅配备了行政级别的礼宾座椅,采用了高档的真皮打孔材质,配合菱形格纹理,并集座椅电加热、主动通风、气动按摩、电动调节等功能于一身,为后排乘客带来头等舱般的享受。
全车多处采用了隐私玻璃,巨大的全景天窗不仅可以观赏美景,更重要的是它的三层设计能完全阻绝雨水灰尘甚至是噪音。给车内乘客提供一个舒适的乘坐体验。
新威然在各个方面的表现完全不输同级别车型,甚至在隔音降噪方面有了越级的体验。大众作为传统车企,多年的造车理念和深厚的技术储备自然值得信任。MPV无论是用作商务接待还是家庭出行,隔音降噪都是车内空间温馨感和舒适感的基本。所以如何瞬间消除噪音?坐上一台威然~
在当下,汽车已经不仅仅是一个交通工具了,不管是对于一个人还是对于一个家庭来说,小汽车在很多情况下更是一个私密环境,这一点在疫情期间体现得特别明显:能提供一个不与外界接触的环境。对于这样的私密环境,能够保持安静也就必然地成为越来越多人买车时候考虑的重点之一。
实际上,开车在路上,会有各种各样的噪音:发动机噪音的噪音,外界汽车的噪音,以及路噪、胎噪、风噪等驾驶时产生的噪音,都影响了驾驶和乘坐的体验。所以现在很多汽车都会在降噪方面下足功夫,比如上汽大众的豪华7座MPV——新威然。本文就跟大家从物理的角度聊聊声音与噪音的本质以及如何降噪。
声音的本质是振动,说话是声带的振动,吉他是琴弦的振动。这些振动源的振动通过分子之间力传播出去,就形成了声波,声波传播到人耳中,又带动鼓膜振动,就被人感知到了。
除了空气,固体、液体都可以传播振动,毕竟无论什么状态的物体都是又分子构成的。但是不同的物体对声音的传播效果也不同。
声音作为波,有两个重要的特点:波长和频率。频率的直观感觉就是声音的音调:频率越高,声音越尖,反之则越低沉。一般来说,说话、音乐是有规则的振动,频率成为相对简单;而噪音则是不规则地振动,其中混杂了各种频率的振动。
要想降噪除燥效果好,就需要把噪音中的各个频率成分都消除掉,显然,这不是一件容易的事情。
降噪的方法可以分为主动降噪和被动降噪,二者在本质的原理上就不同,目前两种方法都有不少应用。
声音的传播需要介质,而不同的介质、材料对声音的传导性能不同,这样可以给阻隔噪音进入车内提供思路:在车身、玻璃使用隔绝与吸收噪音能力强的材料。
比如说,某些高分子材料中,分子之间有很强的作用力,当其中一个分子受到外界的驱动而振动时,其运动能量很快就会在传播过程中被消耗,转变成分子的原地振动的动能了,因此声音很难有效地从这种材料中穿过去。大众新威然就在前挡风与所有门窗玻璃中使用了4.96mm声学夹层玻璃,玻璃中的夹层对声音具有很好的吸收效果,能够起到阻隔噪音的功能。
还有一些多孔材料,其中会有大量的孔洞,声音传播进去后就在孔洞内不断地反射,然后逐渐地被内壁吸收,最终只有很少声音能从中逃脱。我们在生活中也会遇到类似的现象:下过雪的大街上,会有一种静悄悄的感觉,这是因为雪也是非常蓬松的,也能够起到很好的吸引作用!很多录音室、声学实验室都会在墙壁上贴上吸音棉,也是这样的原理。
这些方法都是在噪音传播的过程中设置一个障碍,阻隔噪音的传播,因此属于被动降噪。上文说的用手堵住耳朵就属于被动降噪!
波具有一个神奇的性质,就是相干叠加性。简单地说,就是两个波相遇后,产生的效果为二者的叠加。如果两束振幅和频率完全相同,但是振动方向恰好相反(也就是相位相差180度)的波相遇,那么在相遇的位置,波就抵消了,声音也就消失了。
这个现象也可以用于降噪:任何噪音都是一种波动,那么就可以用一个收音器实时采集噪音信号,分析出此时的声音的振动情况,然后在通过喇叭发出一个振幅相同但是相位恰好相反的声波,二者相遇,就会抵消,噪音就能最大限度地被消除。比如,现在很多耳机都有主动降噪功能,就是用的这样的原理,而这在汽车上也有应用。
也可以把这种思想直接用在噪音源上,比如说,汽车发动机内活塞的往复运动会产生振动和噪音,那么就可以把运动方向的活塞对头摆放,二者抵消;或者把发动机安置在可以活动的支架上,使支架主动发生振动,类似地,这个振动与发动机的振动振幅相同,但是相位相反,因此就能把发动机的振动抵消掉。
以上说的都是原理层面,但真实的效果则不会有想得这么好,不同的降噪原理降噪范围也是有限的,一般只对某一个频率段有很好的降噪效果。因此,一辆车上并不会只有一种降噪方法,而是多种降噪方法同时使用,不同的方法针对特定的噪音就行消除。
比如说大众新威然的前挡风与所有门窗玻璃均采用了4.96mm声学夹层玻璃,并在发动机舱、乘员舱内采用了超过60处的静音设计,全面提升了噪音隔绝与吸收能力,让车内始终处于安静状态。
这里还有一个冷知识值得一提,新威然车型作为一款MPV 车型,它的风阻系数达到了非常少见的0.307,这一方面体现了新威然的流线型车身设计,另一方面也给车辆可以带来更好的操控性、燃油经济性与NVH控制,间接地降低了噪音的产生。
要想达到一个优秀的“私密环境”,只有静谧性还不够,还需要私密性,新威然在私密性上也下足了功夫:二排侧窗配备的遮阳帘采用了瑞士进口网布面料,有效遮光高达70%;在全车多处采用了暗色隐私玻璃,后侧玻璃采用3.85mm深色隐私玻璃,后挡风玻璃采用3.5mm的深色隐私玻璃,进一步提高了车内的私密性。
在实现了基础的静谧性和私密性后,新威然还在这个私密空间中做了更显档次的提升。比如说车内30色的氛围灯:当车辆开启双闪灯时,车内的氛围灯就会点亮变为黄色,并跟随双闪灯的节奏一起闪烁;有面积达到1.18㎡的超大全景天窗:三层密封结构可以完全阻断外界的雨水、灰尘与噪音,隔热率高达88%,让乘员坐在车内既可以享受阳光的沐浴也能欣赏迷人的夜景;三区自动空调,不仅前排可以实现主副驾驶分区可调,第二排乘客同样可以通过后排空调面板调节;车载空气净化器与PM2.5过滤系统等等……在这样的体验下,新威然显然不仅仅是一台交通工具,更是一个家庭拥有的额外的私密环境,一个在房屋之外的“小家”!
汽车噪声对人体是一大危害。孕妇长期乘坐噪音较大的汽车,噪音会通过作用于中枢神经系统影响胎儿发育。就算不是特殊人群,一个青壮年常处在噪声中也会抓狂。
在汽车品质管理中,NVH是重头戏,也因为攻克难度大,被业内称为“玄学”。
最近我看了大众威然做的一个噪声控制展示,创意很好。因为如果是汽车工程师来出点子,只怕会上各种枯燥数据,但这样反而不直观,消费者不得其要。
不过作为汽车工程师,看完视频我还是喜欢跳出现象看本质——威然是怎么让噪音瞬间消失的?
针对SUV和MPV这些后备箱和车舱相通的车型,把白车身比作身体,汽车四门一盖就好比它的“耳”,是外部噪音流通的主要渠道。
仅就现在肉眼可见的部分,威然在四门一盖上使用的隔音棉尺寸较大。但就好比顶级拳击手相比于健美运动员,既要肌肉的维度也要肌肉力量。
隔音棉的“肌肉力量”,其实就是它的隔音量。下图是我之前接触过的某款威然主要竞品的隔音棉能力要求。从这个数据要求看,如果能达到这个水准,可以在业内争一争“录音室”座舱了。
但最后结果显示,这款产品的效果一般,很多指标没通过(仅就当时的送检样品结果判断,可能他们后期还在继续进行改进)。
很遗憾,我没有威然隔音棉的一手数据,所以以上数据分析只能作为参考。但一般竞品之间的标准要求相差不大,我还想还是有一定参考意义。
威然密封条采用整体贴胶带方案,相比于卡扣+胶带固定的方式,它属于整体隔断,密封更好。至于车身匹配,欧美系要求普遍较高,来到威然这个级别,质量控制不会含糊。
关于第三点,因为车没开起来,所以本次测试没办法展现。因为它与用车息息相关,还是简单补充下。为保证车门刚性,最好是像威然这样的整体式车门(也就是车门一次冲压成型),它比经过焊装后的分体式车门抗微变形能力强。
声音最厉害的一点在于无孔不入,车外的噪声在接触汽车后,一部分会被车身外覆盖件反射回去,一部分噪声则被车体和各个隔音材料吸收,但还是会有一部分通过车体的各种孔洞传递到车内。
加强座舱密封性除了提升四门一盖与车身的密封外,车身本身还需提升以下两点:
车身的密封性直接影响到空气传播噪声,如果密封性不好,会造成车身内部空气与外部空气直接连通,车外各种噪声通过空气直接传播到车内。
白车身没有像矿泉水瓶采用一体成型,而是通过焊接的方式将上百块钣件拼接在一起,所以想要达到矿泉水瓶一样滴水不漏,难度会指数增长。早些年不少新兴品牌的车子四面八方都在灌风,就和焊接水平低有关。
矿泉水瓶采用的是吹塑工艺,而白车身中的焊点数目高达4000~6000个,如果焊接效果不好,车子就容易漏风。
威然的冲压车间采用6工序9100吨高速伺服生产线,高吨位的压机能让零件的精度更高,达了0.2mm之内的水准,可以确保焊接来料质量。这就好比有了好食材,再经过顶级大厨之手烹饪,想不好都不行。
威然请的大厨水平也确实高。焊接车间通过高度自动化的机械手完成焊接工作,不会像手持的点焊那样出现焊接质量问题(手持点焊容易出现偏焊问题,焊缝质量就差了)。在众多品牌中,大众系也是最喜欢用激光焊接工艺的厂家(甚至可以说没有之一),威然全车的激光焊接长度超过了6.5米,这也是保证白车身焊接高水准的关键。
为了方便汽车安装和涂装方便,车身上有多工艺孔。按用途可以分为定位孔、排气孔、漏液孔、电泳孔、注蜡孔等。拿数量最多的定位孔来说,它的作用是在焊接过程中,与夹具定位销配合将工件的自由度进行限制,确保高水平的焊接精度。
这里面的一些孔洞(比如定位孔、电泳孔、注蜡孔)在车子出厂后就起不到作用,就可以通过橡胶塞等进行密封。有些厂家出于成本考虑,就没有管这些大家平时看不到的地方,而威然在这方面做得不错。
威然这次还模拟了雨水拍打车玻璃的情况。我们知道声波是机械振动,声音传播靠介质,所以雨水拍打车玻璃,车玻璃本身会产生振动,并且会把振动声音传递出去。
从视频看,车内基本感受不到异样,车内分贝在43dB左右,相当于你正常敲击普通键盘的声音,可见分贝值相当低。
从原理解释,雨水打到玻璃上,产生的主要是低频噪音,这种噪音是最难消除的一类。
能实现消音,是因为威然的挡风玻璃、前后车窗用的都是双层夹胶玻璃。夹层玻璃中间有超弹隔音膜,它就像“果冻”一样,声波经过它时,振动会发生减弱。但如果使用的是普通的钢化玻璃,因为没有这层膜,就很难消除低频音了。
因为双层夹胶玻璃还有安全系数高的好处,现在市面上的车型,挡风玻璃按要求都是双层夹胶玻璃。但因为高成本原因,车门玻璃的使用率就不一样了,要么只有前车窗配有,要么就干脆没有,一般只有强调高质量体验的车型才都配有。
盘点下来,其实也没有。他们就是踏踏实实的,把提升静谧性的这些手段一个个执行了。
以我的工作经验,特别是这种声学技术,确实没办法投机取巧。从材料到工艺到结构,层层把关,每层都贡献一份力量,静谧性自然高。
但说回来,增加的材料成本、设备成本和人工成本,企业愿不愿意、有没有实力买单,这又是一个大难题。
在回答这个问题之前,不妨先来做一下简单的科普。众所周知,声音的本质就是振动,而在这个过程中,如果振动频率并不均匀分布,或集中于某一频率,且振动行为杂乱无章,则会形成令人难以忍受的噪音。
理论上讲,声波强度越大,声压越强且高频集中,就会对人体造成伤害,一般来说,声场强度越强,即分贝值越大,对人体听力系统,中枢神经的危害也就越大。行业内普遍认为,34~40dB的噪声强度处于可接受的范围之内,但当数据一旦突破70dB,并长时间处于该环境下,就极有可能引起耳鸣,头疼,神经衰弱等各类症状。
简单举个例子,如果在音乐厅内享受汉斯·季默(Hans·Zimmer)的交响乐,你并不会觉得有多吵闹,即使声场强度去到了90~100dB,这是因为音乐的振动是有规则的,并均匀地分布在各个频率上,但反之,如果你置身于一个高频波段相对集中,并满是电钻的房间内,这种极为恼人的啸叫声就会引起人的不适。
所以让有害的噪音瞬间消失,或者说极大程度地减弱声音传播能量,无外乎就是两种办法,1:从噪音源上减弱 2:通过传播介质减弱能量,阻隔噪音,从而创造安静的生活环境。
因为对我们来说,安静的环境意味着优雅,并等同于生活品质。而随着三孩政策的放开,胎儿或幼儿在噪音之中的健康问题再次变为关注重点,毕竟国内大环境下,人民群众经济水平的提高被认作客观事实,为这群即将到来的“祖国花朵”创造更好,更安静的成长环境和生活品质,理论上已经有了较为坚实的基础。
如果这时候从汽车行业的角度出发,还能再次发现一个作证,曾经我们认为“食之无味弃之可惜”的中大型7座SUV,正在成为有娃家庭的购车选择中的香饽饽,某新势力品牌增程混动每月月销过万即是证明之一。更加舒适且安静的“奶爸神车”定义,正变得逐步清晰。
所以在画像之内,“安静”“优雅”“柔软”“大空间”成了关键词。后面三者较好满足,基于整车成本控制下无脑堆料即可。Nappa真皮,搪塑工艺都一并来上。但要做到让噪音彻底消失,对于身形魁梧,体积不小的7座SUV或是MPV构型的“奶爸车”来说,一定不是一件容易的事儿。
拿奶爸除SUV外的另一选择MPV来看,无法做到良好的隔音静谧性似乎已经成了消费者心中的共识。原因如下:
1: 平直的车头设计带来巨大的撞风面积,风噪维度相较于姿态更为低矮的轿车来说,存在较大劣势。
2: 长轴距,长车身配上巨大的形面设计与整车较大的整备质量,存在车身刚性先天不足的问题。
3:受制于成本原因,价格在20~40万间的MPV车型在隔音降噪材料的应用上,面对巨大的车身无法做到面面俱到,由共振引起的小范围异响问题有发生的可能性。
4:重量更大且结构更为复杂的侧滑门设计在影响整车结构强度的同时,也为异响提供了良好的滋生环境。
综上,是否MPV车型就无法创造良好的隔音静谧性,为全家出行创造安逸舒适的环境?
直接给出结论:答案可能并不是这样。诞生于轿车平台,并同时拥有强大车身刚性的大众新威然,似乎能成功解决掉MPV车型基于结构层的“先天不足”问题。并提供车内成员作用于“静谧性”维度的良好体验。
上汽大众的设计与工程团队还是非常巧妙地在“设计”“结构”“用料”三维上找到了相应的解决方案。就像上文描述的一样。大众新威然其实并不像传统意义上的MPV车型,平直的车身线条,巨大的直方车头型面设计与这台车并没有太大关系。
圆润且修长的车头,相较同级车型略显低矮的车身高度,理论上都能使新威然能够更为顺畅的划破空气,减少撞风面积,从而在源头上解决MPV车型风噪大的问题。“板砖”与“肥皂”的区别就在这里。但同时5346mm车身长度,3180mm的轴距与1976mm的车宽让新威然在一众竞争对手面前,丝毫不落下风。并同时在圆润的设计理念与车内空间之间,找到了绝佳的平衡点,这一切需要归功于“设计”的魅力。
同时相较于老款威然,新威然诞生于MQB evo平台,这里简单做一下科普,其实MQB与MQB evo平台在白车身维度并没有特别大的区别,新威然诞生的MQB41B(W)平台用到了更新的A2电气架构,电气架构层面的升级让车内智能互联的整体性能提升巨大。但在看不见的地方,MQBevo也将PHS(冲压硬化热成型钢,抗拉强度大于等于1500mpa)从25%,提升至28%~30%。
所以对于车身更大,轴距更长的MPV——威然来说,车身整体抗扭刚性的提升对于抑制异响的产生,有着一定的贡献。同时配合大众一贯以来引以为傲的激光焊接并辅以更长的车头缓冲吸能区,让威然在40万区间内的MPV车型中摘得一流安全的称号,应该问题不大。同时,更高的车身刚性也能有效抑制共振的产生,并更有利于威然取得不错的,基于车身结构层的NVH表现。除此之外,新威然配备的发动机液压悬置机构,柔性副车架与纵向摆臂液压支撑,也能从发动机振动端解决大部分的噪音源,同时提升整车底盘的滤振性。
再来谈谈用料层,这同样也是阻隔噪音进入车内的最关键一步,新威然在这一步也同样没有含糊,整车超过60处的静音设计。前挡风玻璃采用五夹层声学玻璃,厚度高达4.96mm,大大减弱声音的传播速度,仪表板总成和A/B柱采用高性能吸声材料,减少声波的反射;前围和地毯采用复合材料;车身底部采用耐高温带吸声材料的隔热板,这些在材料端全域正对NVH性能的优化,也将40万区间内MPV车型的隔音静谧性,带入了全新的纪元。
除此之外,由于车身刚性的提升,整车形变量的减少也在一定程度上优化了全车的密封性。
写在最后:所以就整车设计而言,想让有害的噪音彻底消失绝非无脑堆料那么简单,尤其是对于正在成为奶爸一族首选的MPV车型来说。强悍的车身刚性是大前提条件,在这一条件下,内饰覆盖件,侧滑门结构件的变形异响问题都能得到有效地解决。其次,在整车设计维度的优化同样必不可少,大众威然的诞生算是为原本型面简单,撞风面积巨大的MPV车型提供了新的方向,同时再辅以出色的隔音降噪材料,并针对重点共振,传声部件进行特定强化,架构出抵御噪音的“铜墙铁壁”。有了这些基础,威然配备的12单元哈曼卡顿扬声器,利宾级第二排座椅,30色氛围灯等豪华配置加分项,才有其发挥实力的可能性。