CC BY
83
УДК 629.11
О КРИТЕРИЯХ ВЫБОРА КАТЕГОРИЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗВУКОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ШУМА ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ
© 2009 М. И. Фесина, А. В. Краснов Тольяттинский государственный университет
В работе обоснованы объективные критерии выбора марок звукоизоляционных материалов, базирующиеся на классификационном ранжировании их звукоизоляционных свойств. Исследовано 140 марок звукоизоляционных материалов 32 производителей. Приведены сведения о значениях параметра «способность к звукоизоляции» и категорийности акустического качества некоторых марок исследованных материалов.
Звукоизоляционные материалы, автомобиль, категории эффективности, классификационное ранжирование, способность к звукоизоляции.
Актуальной задачей в процессах разработки конструкции легкового автомобиля является обеспечение высокого акустического комфорта в пассажирском салоне. Требования по внутреннему шуму регламентируются действующим Российским стандартом ГОСТ Р 51616-2000, а также предопределяются необходимостью обеспечения конкурентоспособности легкового автомобиля. Одним из наиболее широко используемых технических приёмов улучшения акустического комфорта в пассажирском салоне легкового автомобиля является его эффективная звукоизоляция от внешних источников генерирования звуковой энергии. Тонколистовые металлические панели кузова легкового автомобиля, выполняющие основную функцию несущего и ограждающего элемента, являются также звукоизоляционными (звукоотражающими) преградами. Для целенаправленного увеличения звукоизоляционных свойств пассажирского салона на тонколистовые панели кузова монтируются различные обивки и прокладки из материалов, обладающих высокими звукоизоляционными свойствами. В результате образуется многослойная звукоизоляционная структура, составленная из разнородных материалов с различным волновым сопротивлением, затрудняющая передачу энергии звуковых волн в пространство пассажирского салона.
Большое многообразие промышленно производимых типов и марок звукоизоляционных материалов, существенно отличающихся эксплуатационными и стоимостными показателями, как правило, создаёт значительные затруднения в их рациональном выборе для последующего наиболее эффективного использования в конкретной модели легкового автомобиля. Целью настоящей работы и является выработка технических критериев, базирующихся на классификационном ранжировании их акустической эффективности и позволяющих проводить рациональный выбор типов и марок звукоизоляционных материалов.
Наиболее значительный эффект повышения звукоизоляции панелей кузова можно достичь использованием многослойных материалов, образующих в сочетании с тонколистовой металлической панелью кузова многослойную композитную структуру, с чередующимися упругоподатливыми пористыми звукопоглощающими слоями и плотными весовыми воздухонепроницаемыми звукоотражающими слоями [1-4]. Находят также распространение легковесные звукоизоляционные материалы типа «ультралайт» без плотного весового слоя, структурный состав ко -торых представляет чередующиеся упругоподатливые пористые звукопоглощающие слои низкой удельной плотности (с высокой по-
Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, № 2, 2009
ристостью) и пористые уплотненные (более высокой плотности и более низкой пористости) [5-10].
Акустическая эффективность звукоизоляционных материалов определялась при экспериментальных оценках параметра «способность к звукоизоляции» (далее - параметр СЗИ) с использованием лабораторно-стендовой установки «Башня Пиза» [11].
Параметр СЗИ определялся по разности уровней звуковых давлений, замеренных в приёмной камере лабораторно-стендовой установки «Башня Пиза», при проведении измерений с несущей стальной пластиной (толщиной 1 мм) без исследуемого образца звукоизоляционного материала (Ь1, дБ) и с установленным образцом звукоизоляционного материала (Ь дБ):
СЗИ = Ь1-Ь2, дБ. (1)
Процессу исследований подвергались 140 образцов материалов (32 производителей), используемых для изготовления как плосколистовых, так и формованных шумоизоляционных обивок кузова легкового автомобиля. Исследованные образцы отличались типами составных слоёв, толщинами пористых звукопоглощающих слоёв в пределах 5.. .50 мм, толщинами верхних лицевых сло-ёв в пределах 1.10 мм, удельными поверхностными весами в пределах 0,5.12,0 кг/м2. Также имелись различия в значениях следующих параметров: удельная плотность, модуль Юнга, коэффициент Пуассона, пористость, извилистость пор, удельное сопротивление продуванию пористых звукопоглощающих слоев.
По результатам выполненных исследований была проведена статистическая оценка и анализ замеренных значений параметра СЗИ. В частности, были определены значения математического ожидания (М ), значения верхней (+Х) и нижней (-X) границ доверительного интервала.
Из результатов измерений параметра СЗИ образцов двухслойных звукоизоляционных материалов (с внешним плотным звукоотражающим вязкоэластичным слоем), содержащих в качестве пористого звукопоглощающего волокнистый слой, следует, что в час-
тотном диапазоне 1/3-октавных полос с центрами 400.6300 Гц значения МСЗИ составляют 4,8.34,0 дБ (рис. 1, а). Значения верхней (+Х) и нижней (-X) границ доверительного интервала составили СЗИ=9,2. ... 45,8 дБ и СЗИ(-)=0.22,3 дБ.
Аналогичным образом выполненные измерения и последующая статистическая оценка параметра СЗИ образцов двухслойных звукоизоляционных материалов (с внешним плотным звукоотражающим вязкоэластичным слоем), содержащих в качестве пористого звукопоглощающего вспененный открытоячеистый слой, указывают, что значения МСЗИ находятся в диапазоне значений 3,9.36,0 дБ (рис. 1, б). Значения верхней (+Х) и нижней (-Х) границ доверительного интервала при этом составили СЗИ(+)=10,2.44,2 дБ и СЗИ(_=2,4...28,0 дБ.
400 630 1000 1600 2500 4000 6300
«Гц
400 630 1000 1600 2500 4000 6300
«Гц
(б)
Рис. 1. Параметр СЗИ двухслойных автомобильных звукоизоляционных материалов в составе с внешним плотным звукоотражающим вязкоэластичным слоем и пористым звукопоглощающим слоем: волокнистым (а), вспененным открытоячеистым (б)
В соответствии с результатами выполненных исследований двухслойные звукоизоляционные материалы были подразделены на отдельные обособленные категории (К) с ранжированием уровня достигаемого акустического (звукоизоляционного) качества аналогично методическому подходу, уже применённому авторами ранее в работе [12].
В категории «высокой» эффективности (категория экстра) значения параметра СЗИ находятся выше значения верхней границы (+Х) доверительного интервала. В категории «повышенной» эффективности (категория 1) - выше значений математического ожидания МСЗИ в интервале (МСЗИ+Х). В категории «средней» эффективности (категория 2) - ниже значений математического ожидания МСЗИ и простираются вплоть до нижней границы (-Х) доверительного интервала. В категории «низкой» эффективности (категория 3) сосредоточены ниже значений нижней границы (-Х) доверительного интервала. При этом отнесение конкретной марки звукоизоляционного материала к той или иной категории эффективности лимитировалось минимальными значениями параметра СЗИ, замеренными в частотном диапазоне 1/3-октавных полос частот с центрами 400.6300 Гц.
Необходимо отметить, что при выборе категорийности акустического качества конкретной марки звукоизоляционного материала важными могут являться удельные параметры СЗИ/р, СЗИ/т, СЗИ/с, характеризующие звукоизоляционную эффективность конкретных марок материалов, отнесённую к их удельному весу р, толщине т и стоимости с.
Из результатов проведенных измерений параметра СЗИ, представленных в табл. 1, следует, что наибольшей звукоизоляционной эффективностью (категория эффективности -Э) из исследованного семейства марок материалов, содержащих волокнистый звукопоглощающий слой, не обладает ни одна из марок звукоизоляционных материалов. Это обусловлено преимущественно тем, что высокие значения верхней границы доверительного интервала определяются материалами, обладающими высокими звукоизоляционными свойствами в диапазоне 400.1000 Гц,
при их же существенно более низких значениях - в диапазоне высоких частот (свыше 1000 Гц). К таким звукоизоляционным материалам следует, в частности, отнести материалы с относительно жёсткой скелетной структурой пористого слоя или имеющих относительно большие толщины составных слоев. В то же время, высокими значениями параметра СЗИ в диапазоне частот 1250. 6300 Гц обладают материалы с менее жёсткой скелетной структурой и более высокой пористостью звукопоглощающего слоя. Однако они обладают в низко- и среднечастотном диапазоне заметно более низкими звукопоглощающими свойствами. Таким образом, частотные области с низкими значениями параметра СЗИ не позволяют отдельным маркам звукоизоляционных материалов относить их к наиболее высокой категории Э. Следовательно, к этой категории может быть отнесен «абстрактный» тип звукоизоляционного материала, обладающего высокими звукоизоляционными свойствами во всем контролируемом частотном диапазоне. Он может быть получен, например, путём технологического интегрирования (гибридизации) нескольких марок материалов, характеризующихся наиболее высокими звукоизоляционными свойствами, достигаемыми в ограниченном частотном диапазоне. В исследованном семействе марок звукоизоляционных материалов наиболее эффективные относятся к категории эффективности 1. Такие марки материалов представлены как опытными образцами материалов, так и промышленно производимыми и применяемыми в конструкциях серийных легковых автомобилей следующих производителей:
- ф. «Faurecia», Франция (структурный состав: пористый звукопоглощающий слой нетканого текстильного полотна, плотный звукоотражающий слой на основе этиленп-ропилендиенового мономера, лицевой деко -ративный слой из иглопробивного коврового покрытия);
- ф. «Paracoat Products Limited», Индия (структурный состав: пористый звукопоглощающий слой из нетканого текстильного полотна, плотный звукоотражающий вязкоэластичный слой на основе этиленпропиленди-
Производитель материала Структурный состав двухслойного материала , S ~ S и Способность к звукоизоляции СЗИ (дБ), в 1/3-октавах с центрами, кГц ■В-
0,4 0,5 0,63 0,80 1,0 1,25 1,60 2,0 2,5 3,15 4,0 5,0 6,3
ф. «Paracoat Products Limited», Индия Нетканое полотно, ЭПДМ/ЕВА 10,5/1,5 3,6 5,0 8,3 13,3 21 20,5 22 27,6 31,6 31,4 33,6 38,3 38,9 41,0 1
ф. «Faurecia», Франция Нетканое полотно модифицир. фрагментами втор. ППУ, ЭПДМ, ковровое покрытие 14,0/1,2 3,9 6,0 10,7 11,3 13,9 22,5 17,3 17,6 32 23,1 27,6 29,1 37,1 34,9 1
ЗАО НПП «Тэкникал Консалтинг», Россия, г. Тольятти МТФ - 6. Неткан, полотно на основе натур, волокон, ЕВА, ковровое покрытие 18,0/5,0 6,0 6,2 6,8 10,2 13,8 21,0 25,1 27,7 33,3 31,5 40,5 42,1 45,1 50,4 1
ОАО «БРТ», Россия, г. Балаково Нетканое полотно, слой на основе битума 10,0/2,0 4,2 5,9 8,4 12,1 15,3 20,6 22,6 28,4 33,3 32,9 28,7 38,7 40,2 39,3 1
22,0/3,0 6,4 15,3 18,4 24,6 31,1 22,5 23,3 30,8 37,9 38,0 31,0 42,4 50,0 44,4 1
18,0/4,0 6,0 10,5 12,5 18,1 22,6 25,2 25,1 29,1 36,7 32,4 31,4 36,5 37,5 40,4 1
14,0/4,0 6,0 5,2 6,7 10,7 12,9 16,4 18,3 22,4 30,9 29,5 29,9 35,1 40,3 48,2 1
ф. «Faurecia», Франция Нетканое полотно, модифицированное фрагментами втор. ППУ, ЭПДМ 16,0/1,4 3,4 3,9 2,4 9,8 19,8 25,3 26,8 28,7 32,2 28,4 31,2 33,3 40,2 35,7 2
ОАО «Беларусьрезинотехника», Беларусь, г. Бобруйск Неткан, полотно из синтетич. волокон, типа лавсан, слой на основе битума 8,0/2,0 4,3 1,0 1,6 9,1 9,7 13,7 16,3 20,4 23,7 32,3 33,7 37,9 39,1 26,7 2
ОАО «Казанский льнокомбинат», Россия, г. Казань Неткан, полотно из лубяных волокон,слой на основе битума 5,0/2,0 3,4 4,7 4 5,5 6,6 11,5 14,2 21,6 26 28,9 28,1 36,7 38,8 39,2 2
ОАО «Арзамасская войлочная фабрика», Россия, г. Арзамас Неткан, полотно из смеси натур, и синтетич. волокон, слой на основе битума 7,0/2,0 3,4 1,5 1,2 6,9 7,7 12,1 16,1 23,2 27,9 31,1 31,4 39,1 41,3 42,0 2
Ростовская фабрика нетканых материалов, Россия, г. Ростов Неткан, полотно на основе лубяных волокон,слой на основе битума 5,0/2,0 3,2 4,9 3,4 4,3 5,3 10,4 13,5 20,0 24,9 26,8 26,2 35,9 36,7 38,1 2
ЗАО «Электрон Плюс», Россия, Тольятти Войлок, слой на основе битума 8,0/2,0 3,8 0,7 -0,2 5,6 8,7 13,5 16,6 22,7 26,0 27,9 31,5 36,1 40,6 41,1 3
ОАО «Казанский завод синтетического каучука», Россия, г. Казань Неткан, полотно из льняных волокон,слой на основе синтетического каучука 11,0/2,0 4,7 1,2 0 2,5 2,4 6,3 10,9 16,8 17,5 22,1 25,3 33,5 35,7 36,7 3
1 - толщина материала (пористого звукопоглощающего слоя/плотного весового звукоотражающего слоя), р - удельный поверхностный вес материала, ППУ - пенополиуретан, ЭПДМ - этиленпропилендиеновый мономер, ЕВА - сополимер этилена с винилацетатом, ЭПДМ/ЕВА - соединение этиленпропилендиенового мономера и сополимера этилена с винилацетатом
Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, № 2, 2009
енового мономера и сополимера этилена с винилацетатом);
- ЗАО НПП «Тэкникал Консалтинг», Россия, г. Тольятти (структурный состав: пористый звукопоглощающий слой из нетканого текстильного полотна на основе натуральных волокон, плотный звукоотражающий вязкоэластичный слой на основе сополимера этилена с винилацетатом, облицованный декоративным слоем из иглопробивного коврового покрытия);
- ОАО «БРТ», Россия, г. Балаково и ОАО «Беларусьрезинотехника», Беларусь, г. Бобруйск (структурный состав: пористый звукопоглощающий слой из нетканого текстильного полотна, плотный звукоотражающий вязкоэластичный слой «септум» на основе битума).
Звукоизоляционные материалы, отнесённые к категории эффективности 2, обладают существенно более низкими значениями параметра СЗИ (до 24,5 дБ ниже относительно значений параметра СЗИ образцов материалов категории эффективности 1) практически во всём исследуемом диапазоне частот 400.6300 Гц. Это обусловлено, в основном, меньшими толщинами их пористого звукопоглощающего (7.10 мм) и плотного звукоотражающего (1,5...2,0 мм) слоёв. В то же время, среди исследованных марок звукоизоляционных материалов, отнесённых к категории эффективности 1 с высокими значениями параметра СЗИ, были отмечены отдельные марки звукоизоляционных материалов, обладающие небольшой толщиной пористого слоя (10,5.14,0 мм) и тонким весовым слоем (не более 1,5 мм). Очевидно, что достигнутые более высокие удельные показатели звукоизоляционных свойств, характеризуемых параметром СЗИ, при используемых существенно меньших толщинах составных слоёв звукоизоляционного материала обусловлены технологическими приёмами целенаправленного формирования заданных физико-механических свойств составных структур материалов пористого звукопоглощающего и плотного звукоотражающего сло-ёв. Важное значение имеет также отработка технологии рационального соединения (сшивки) составных слоёв в единый струк-
турный модуль. Малоэффективные звукоизоляционные материалы категории 2 ввиду их пониженных весо-габаритных параметров при низких стоимостных показателях могут в отдельных случаях находить ограниченное применение в стеснённом по компоновке пространстве моторного отсека или пассажирского салона.
Марки звукоизоляционных материалов, отнесённые к наиболее низкой категории эффективности 3, в ряде случаев обладают приемлемыми значениями параметра СЗИ в ограниченных диапазонах исследуемых частот, при выраженных «провалах» в отдельных диапазонах, вплоть до принятия нулевых значений. Такие марки звукоизоляционных материалов, с зауженным частотным диапазоном эффективной звукоизоляции, также могут находить ограниченное применение в легковых автомобилях, характеризуемых резонансно выраженными частотными диапазонами высокой шумоактивности.
Из результатов проведённых измерений параметра СЗИ, представленных в табл. 2, следует, что наиболее эффективными звуко -изоляционными свойствами (категория эффективности - Э) из исследованных марок звукоизоляционных материалов, содержащих волокнистый звукопоглощающий слой, не обладает ни один образец материала. К более низкой категории эффективности 1, характеризуемой весьма высокими звукоизоляционными свойствами, отнесены исследованные марки материалов производства ф. «Асахи Рабэр», Япония и ООО «Автотехника НН», Россия, г. Нижний Новгород (структурный состав: пористый звукопоглощающий слой эластичного открытоячеистого пенополиуретана, плотный звукоотражающий вязкоэластичный слой на основе этиленпропиленди-енового мономера).
Большинство исследованных марок звукоизоляционных материалов, структурный состав которых содержит слой вспененных открытоячеистых полимеров, сблокированных с плотным звукоотражающим вязкоэластичным слоем, отнесены к категории эффективности 2. При этом они обладают существенно более низкими (на 10,0.21,8 дБ) значениями параметра СЗИ в сравнении с
Производитель материала Структурный состав двухслойного материала ~ S и Способность к звукоизоляции СЗИ (дБ), в 1/3-октавах с центрами, к1 ц -& М
0,4 0,5 0,63 0,80 1,0 1,25 1,60 2,0 2,5 3,15 4,0 5,0 6,3
ф. «Асахи Рабэр», Япония Эластичный открытоячеистый ППУ, ЭПДМ 20,0/1,5 3,9 6,1 9,8 13,7 16,5 18,5 21,0 27,0 28,1 33,5 28,6 40,2 45,9 43,4 1
ООО «Автотехника НН», Россия, г. Нижний Новгород 18,0/3,0 6,0 4,1 12,2 17,5 19,1 22,2 25,1 34,0 40,5 34,1 37,3 37,6 41,1 42,3 1
20,0/3,0 6,2 8,2 15,5 18,5 20,2 26,1 27,8 34,4 42,4 32,9 35,3 43,7 49,9 49,7 1
18,0/2,5 5,2 3,4 11,7 16,2 18,2 21,3 23,2 27,4 32,5 30,7 34,3 42,2 45,5 45,4 2
20,0/2,0 4,6 2,3 11,1 14,5 15,5 18,7 21,8 27,2 32,9 28,8 29,9 37,2 40,5 44,1 2
20,0/2,5 5,4 2,5 11,5 15,0 16,0 19,4 21,5 26,3 31,3 29,0 31,9 39,9 43,5 45,7 2
ф. «Виза», Россия, г.Тольятти Два слоя отходный открытоячеистый ППУ, слой на основе битума 6,0/3,0 3,0 2,6 5,8 7,3 11,9 17,7 20 23,6 26,1 26,5 28,1 29,4 29,6 29,5 2
ф. «Dow Automotive», США Эластичный открытоячеистый ППУ, ЭПДМ 20,0/2,0 2,6 9,1 12,1 6,6 20,2 14,8 19,7 17,7 31,6 27,4 32,7 33,6 35,3 34,8 2
ф. «Paracoat Products Limited», Индия Эластичный открытоячеистый ППУ, ЭПДМ/ЕВА 10,5/1,5 3,4 0,4 2,9 6,1 10,9 15,3 18,5 25,7 37,7 29,3 32,9 34,9 39,1 38,6 2
5,0/1,0 2,3 0,3 0 -2,2 -4,2 -2,1 0,1 6,3 9,7 6,3 8,6 13,7 18,0 20,4 3
ОАО «Стандартпласт», Россия, г. Иваново Эластичный открытоячеистый ППУ модифицированный битумными наполнителями, слой на основе битума 10,0/2,0 3,7 0,5 -1,5 -2,2 -1,3 3,6 5,7 13,6 18,4 22,5 25,5 26,1 24,5 21,3 3
ЗАО «Уралпластик», Россия, Екатеринбург Несшитый ПП (40 кг/м3), несшитый ПП (90 кг/м3) 6,0 0,1 -0,5 -0,4 1,7 5,1 2,0 1,9 1,7 0,5 -1,7 -2,1 -7,7 -1,3 -0,7 3
Несшитый ПП (40 кг/м3), ППП, несшитый ПП (90 кг/м3) 8,0 0,2 0,3 -0,6 0,9 3,9 1,2 0,9 -0,2 -2,1 -7,2 -5,4 0,3 3,3 5,3 3
ООО «Виза», Россия, г. Тольятти Открытоячеистый ППП, слой на основе полимернобитумной композиции 9,5/2,5 3,9 2,5 -2,2 -10,7 -0,8 4 7 14,2 17,9 21,5 23,2 19,4 21,2 29,8 3
t - толщина материала (пористого звукопоглощающего слоя/плотного весового звукоотражающего слоя), р - удельный поверхностный вес материала, ППУ - пенополиуретан, ЭПДМ - этиленпропилендиеновый мономер, ЭПДМ/ЕВА - соединение этиленпропиленди-енового мономера и сополимера этилена с винилацетатом, 1111 - полипропилен, 111111 - пенополипропилен
Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, № 2, 2009
материалами аналогичной структуры категории 1 во всём исследуемом диапазоне частот. Толщина пористого слоя исследованных марок звукоизоляционных материалов категорий 1 и 2 находится в диапазоне 6.20 мм. Следует подчеркнуть, что марки материалов, отнесённые к более высокой категории эффективности 1, обладают на 0,5.. .3,4 мм (до 2 раз) большей толщиной плотного звукоотражающего вязкоэластичного слоя. Звукоизоляционные материалы, отнесённые к наиболее низкой категории эффективности 3, обладают, по отношению к материалам аналогичного структурного состава категории 2, существенно более низкими (до 7,8.21,5 дБ) значениями параметра СЗИ во всём исследуемом диапазоне частот. Более того, в отдельных частотных диапазонах отмечается снижение параметра СЗИ до принятия отрицательных значений, что свидетельствует о резонансном усилении передачи звуковой энергии исследованной слоистой структурой, динамически возбуждаемой звуковым полем со стороны несущей металлической панели. Низкая звукоизоляционная эффективность отдельных марок исследованных материалов, отнесённых к категории 3, при наличии в характеристике СЗИ выраженных «провалов» в отдельных частотных диапазонах обусловлена, как правило, использованием «жёсткого» резонирующего пористого скелета звукопоглощающего слоя с низкой демпфирующей способностью (материала с низким показателем внутреннего трения). Данный факт обуславливает слабую виброизоляцию и демпфирование колебаний пористой структурой, передаваемых со стороны колеблющейся металлической тонколистовой панели. В конечном итоге структуре плотного звукоотражающего вязкоэластичного слоя передаётся интенсивная структурная вибрация с последующим генерированием ею звуковой энергии, передаваемой в салон автомобиля. В связи с этим применение указанных марок материалов, базирующихся, например, на основе пористого закрытоячеистого полипропилена, полиэтилена и других типов материалов, модифицированных жёсткими вибровозбу-димыми наполнителями, является непригодным для использования их в качестве порис-
тых скелетов эффективных звукопоглощающих слоёв. Большое процентное содержание закрытых ячеек в составе структуры вспенён-ного открытоячеистого пенополиуретана, вызывающее возрастание динамической жёсткости пористого слоя, является одной из причин появления выраженных «провалов» в частотной характеристике параметра СЗИ.
При прочих идентичных условиях эффективность звукоизоляционных материалов в большой степени зависит от используемой толщины пористого звукопоглощающего слоя, толщины и удельного поверхностного веса плотного звукоотражающего вязкоэластичного слоя. В частности, увеличение толщины пористого звукопоглощающего слоя в
2 раза приводит к увеличению до 10 дБ значений параметра СЗИ двухслойного звукоизоляционного материала в составе плотного звукоотражающего вязкоэластичного слоя и волокнистого звукопоглощающего слоя во всём исследуемом диапазоне частот (400.6300 Гц), а при её увеличении в 4 раза
- до 17 дБ соответственно, в 8 раз - до 28 дБ. В то же время увеличение удельного поверхностного веса плотного звукоотражающего вязкоэластичного слоя (за счёт соответствующего увеличения его толщины) в 2 раза приводит к увеличению значений параметра СЗИ звукоизоляционного материала во всём исследуемом диапазоне частот - до 8 дБ, в 4 раза - до 12 дБ, в 8 раз - до 17 дБ. Данные эффекты изменения параметра СЗИ соблюдаются при обеспечении идентичных структурных показателей составных слоев при соответствующем изменении их толщин и удельных поверхностных весов. Однако такое упрощенное управление звукоизоляционными свойствами автомобильных звукопоглощающих материалов не может быть признано рациональным, прежде всего, как из ограниченных (стеснённых) конструктивнокомпоновочных возможностей использования крупногабаритных по толщине слоёв материала, так и по стоимостным соображениям, связанным с увеличенным расходом вещества составных слоёв.
В табл. 3, 4 представлены технические параметры исследованных образцов материалов цельноформованных шумоизоляцион-
100
Модель автомобиля Цельноформован ная обивка Структ. состав материала , 2 ~ § (N - -3 к Способность к звукоизоляции СЗИ (дБ), в 1/3-октавах с центрами, кГц -&
0,4 0,5 0,63 0,80 1,0 1,25 1,60 2,0 2,5 3,15 4,0 5,0 6,3
Chevrolet Lacetti Переднего пола Эласт. открытояч. ППУ, ЭПДМ 40,0/2,5 4,8 16,1 18,8 25,4 30,5 31,5 33,4 36,1 37,2 38,0 35,5 43,7 43,4 45,6 Э
Среднего пола 35,0/2,5 4,6 18,1 22,1 25,7 30,7 33,1 35,0 40,0 41,2 35,7 29,4 35,0 40,0 43,0 э
ВАЗ-1118 (Lada Kalina) Щитка передка Неткан, полотно, слой на основе битума 22,0/3,0 6,4 14,7 18,7 18,3 31,1 20,0 23,0 29,1 38,6 35,9 34,0 42,3 49,2 44,5 1
Переднего пола 22,0/3,0 6,4 15,3 18,4 24,6 31,1 22,5 23,3 30,8 37,9 38,0 31,0 42,4 50,0 44,4 1
Среднего пола 20,0/3,0 6,0 14,0 17,0 23,0 35,1 22,5 24,4 30,0 36,7 37,4 32,2 40,3 48,4 42,9 1
Daewoo Matiz Щитка передка Эластичный открытоячеистый ППУ, ЭПДМ 20,0/1,8 3,5 1,9 0 4,8 11,3 13,7 14,3 17,7 20,2 23,7 28,9 29,6 38,9 39,5 2
Renault Megan Переднего и среднего пола 12,0/1,6 4,4 8,7 8,0 13,3 15,8 16,4 17,0 20,3 23,2 25,8 26,0 30,9 34,3 31,5 2
Opel Astra Щитка передка 40,0/1,6 4,1 15,4 13,4 21,4 30,6 34,4 33,4 35 41,3 27,6 25 28,4 34,5 31,4 2
Ford Focus 2 Щитка передка Нетканое полотно, ЭПДМ 20,0/1,0 3,7 4,3 0 10,0 8,6 16,4 27,0 25,5 13,5 22,7 30,4 34,1 34,4 33,6 3
Целевые требования
Автомобиль A.. .С классов Цельноформованные обивки щитка передка, переднего и среднего пола 18...25 3...4 <6,5 4 6 10 15 19 23 27 32 29 29 35 40 40 -
Таблица 4
Производитель Цельноформован ная обивка и Способность к звукоизоляции СЗИ (дБ) , „ „ • , і в 1/3-октавах с центрами, кГц Площадь эквивалентного звукопоглощения (м~)
0,4 0,5 0,63 0,80 1,0 1,25 1,60 2,0 2,5 3,15 4,0 5,0 6,3 8,0 10,0
ф. «Rieter Automotive», Италия Щитка передка 22,0 2,8 0,78 0,99 0,93 7,5 1,24 12,6 1,35 14,6 1,48 19,6 1,54 19,8 1,60 18,0 1,70 22,3 1,72 23,5 1,77 33,9 1,76 32,3 1,75 27,7 1,76 32,3 1,79
ООО «ДСК», Россия, г. Тольятти 24,0 2,6 0,70 0,98 1,08 93 1,23 12,3 1,28 13,7 1,39 17,6 1,53 17,1 1,57 17,6 1,62 17,7 1,63 17,5 1,68 28,2 1,74 27,5 1,74 27,1 1,77 29,6 1,73
ОАО «БРТ», Россия, г. Балаково 20,0 3,2 0,76 0,81 1,00 5^5 1,21 11.2 1,28 13,9 1,36 17.5 1,46 19,2 1,55 19,8 1,58 24.6 1,66 26,4 1,70 32.3 1,72 31.4 1,71 31,7 1,70 31.6 1,72
Целевые требования 20...25 <3,5 0,70 0,80 0,90 5 1,20 9 1,28 13 1,35 17 1,43 17 1,50 17 1,55 17 1,60 17 1,65 27 1,70 27 1,70 27 1,70 27 1,70
ф. «Rieter Automotive», Италия Переднего пола 20,0 1,5 0,40 0,53 0,62 6,0 0,76 ТА 0,95 ТА 0,97 м 1,07 %А 1,04 11,6 1,05 15.2 1,07 13,7 1,05 23.7 0,97 20.4 0,92 20,2 0,86 24.0 1,07
ООО «ДСК», Россия, г. Тольятти 22,0 1,8 0,40 0,55 0,61 6А 0,71 м 0,82 6А 0,90 12, 1,01 ТА 1,03 10.3 1,05 12.2 1,04 12.1 1,02 20.3 0,98 17.7 0,97 16.0 0,95 22.1 1,01
ОАО «БРТ», Россия, г. Балаково 20,0 2,2 0,40 0,51 0,60 М 0,72 ТА 0,78 ТА 0,87 ТА 0,97 ТА 1,00 12,8 1,03 14.9 1,05 13,1 1,03 20.5 0,97 20.6 0,90 21,9 0,86 22.4 1,02
Целевые требования 18...22 <2,5 0,40 0,50 0,60 5 0,70 6 0,78 6 0,85 7 0,93 7 1,00 10 1,00 12 1,00 12 1,00 20 0,93 20 0,87 20 0,80 20 1,00
Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, № 2, 2009
ных обивок кузова некоторых моделей легковых автомобилей, а также обивок, изготовленных по технологии «ультралайт». Из анализа табл. 4 следует, что, например, образцы звукоизоляционных материалов типа «ультралайт» производства ф. «Rieter Automotive» (Италия) и ООО «ДСК» (Россия, г. Тольятти), применяемые для изготовления шумоизоляционных обивок щитка передка автомобилей ВАЗ-2170, относятся к категории эффективности 2. Акустическую эффективность такого типа материалов определяют не только по величине параметра СЗИ, но и по характеристике их звукопоглощающей эффективности (например, показателем «площадь эквивалентного звукопоглощения» A). С учётом комплексного дополняющего звукопоглощающего эффекта такого типа обивок с регламентированными значениями A (табл. 4) их шумопонижающая эффективность может классифицироваться как эквивалентная по отношению к типичным двухслойным звукоизоляционным материалам, отнесённым к более высокой категории 1.
Проведённые экспериментальные исследования широкой гаммы типов и марок звукоизоляционных материалов, применяемых на современных моделях легковых автомобилей, позволили определить целевые технические параметры (табл. 3, 4), которые следует учитывать в процессах проектирования и доводочных работ для достижения приемлемо высокого акустического комфорта в пассажирском салоне.
Определённые категории акустической эффективности звукоизоляционных материалов могут быть использованы в качестве целевых ориентиров в процессе выбора марок материалов при разработке шумоизоляционного комплекта проектируемых и модернизируемых автотранспортных средств.
Библиографический список
1. Иванов Н. И., Никифоров А. С. Основы виброакустики. - СПб.: Политехника, 2000. - С. 354-356.
2. Материал для шумоизоляционных
покрытий, комплект деталей шумоизоляционных покрытий для салона транспортного средства и способ изготовления этих деталей: пат. 2296066 Рос. Федерация; опубл. 27.03.2007, Бюл. № 9.
3. Acoustic insulation including carbonised acrylic fibre: pat. 2421251 UK; publ. 21.06.2006.
4. Automotive dach insulators containing viscoelastic foams: pat. appl. 2005/069273 International; publ. 28.07.2005.
5. Lightweight Vehicle flooring Assembly: pat. appl. 01/92086 International; publ. 06.12.2001.
6. Сверхлёгкий многофункциональный звукоизоляционный комплект: пат. 2198798 Рос. Федерация; опубл. 20.02.2003, Бюл. № 5.
7. Soundproof Material: pat. appl. 2006246461 Australia; publ. 14.06.2007.
8. Bloemhof H. Haut nahe Zusammen arbeit // Automobil Industrie. 2000. №11. S. 46-50.
9. Kniss K., Semeniuk B., O’Regan D., Taylor J. Vehicle interior floor systems - Not just a pretty face // Rieter Automotive Conference Proceedings. 2005. P7. P. 1-20.
10. Краснов А. В., Фесина М. И., Реку-нов С. А., Ульянова В. Е. О некоторых направлениях тенденций развития эффективных пакетов шумоизоляции кузова легкового автомобиля // Известия Самарского научного центра РАН. Специальный выпуск «Безопасность. Технологии. Управление». Т. 2. -2007. - С. 191-203.
11. Краснов А. В. Методики экспериментального определения акустических характеристик деталей кузова легкового автомобиля и звукоизолирующих материалов // Журнал Автомобильных Инженеров. - 2007. № 4. - C. 34-39.
12. Краснов А. В., Фесина М. И., Реку-нов С. А., Ульянова В. Е. Об условиях и особенностях выбора марок и категорий эффективности вибродемпфирующих материалов для снижения структурного шума панелей кузова легкового автомобиля // Известия Самарского научного центра РАН. Специальный выпуск «Безопасность. Технологии. Управление». Т. 2. - 2007. - С. 204-212.
Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, № 2, 2009
References
1. Ivanov N. I., Nikiforov A. S. Foundations ofvibroacoustics. - Saint Petersburg: Polytechnika, 2GGG. - pp. 354-356.
2. Materials for soundproof coatings, set of parts of soundproof coatings for vehicle salon and way of producing the parts: Patent2296G66 Russian Federation; publ. 27.G3.2GG7, Bul. No. 9.
3. Acoustic insulation including carbonised acrylic fibre: pat. 2421251 UK; publ. 21.G6.2GG6.
4. Automotive dach insulators containing viscoelastic foams: pat. appl. 2GG5/G69273 International; publ. 28.G7.2GG5.
5. Lightweight Vehicle flooring Assembly: pat. appl. G1/92G86 International; publ. G6.12.2GG1.
6. Superlightweight multifunctional soundproof set: Patent 2198798 Russian Federation; publ. 2G.G2.2GG3, Bul. No. 5.
7. Soundproof Material: pat. appl. 2GG6246461 Australia; publ. 14.G6.2GG7.
8. Bloemhof H. Haut nahe Zusammen arbeit // Automobil Industrie. 2GGG. N°11. S. 46-5G.
9. Kniss K., Semeniuk B., O'Regan D.,
Taylor J. Vehicle interior floor systems - Not just a pretty face // Rieter Automotive Conference Proceedings. 2005. P7. P. 1-20.
10. Krasnov А. V., Fesina M. I., Reku-nov S. А., Ulianova V. Ye. Some lines of development of efficient car body soundproofing packages // Izvestiya of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. Special issue "Safety. Technologies. Control". Vol. 2. - 2007. -pp. 191-203.
11. Krasnov A V Methods of experimentally determining the acoustic properties of a car body and soundproof materials // Fournal of Automobile Engineers. - 2007. - No. 4. - pp. 34-39.
12. Krasnov А. V., Fesina M. I., Reku-nov S. А., Ulianova V. Ye. Conditions and peculiarities of selecting brands and categories of vibrodamping materials for the reduction of car body panel structural noise. // Izvestiya of Samara Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences. Special issue "Safety. Technologies. Control". Vol. 2. - 2007. - pp. 204-212.
CRITERIA FOR SELECTING CATEGORIES OF EFFICIENCY OF SOUNDPROOF MATERIALS USED FOR CAR NOISE REDUCTION
© 2009 M. I. Fesina, A. V. Krasnov Togliatti State University
The paper justifies objective criteria for selecting brands of soundproof materials based on the classification ranging of their soundproof properties. One hundred and forty brands of soundproof materials made by 32 manufacturers have been analysed. Information on the values of "soundproof capacity" parameter as well as on categories of the acoustic quality of some brands of materials analysed is given.
Soundproof materials, car, categories of efficiency, classification ranging, soundproof capacity.
Информация об авторах Фесина Михаил Ильич, кандидат технических наук, доцент, кафедра «Управление промышленной и экологической безопасностью», Тольяттинский государственный университет; е-таП: kaw@ya.ru. Область научных интересов: виброакустика транспортных средств и энергетических установок.
Краснов Александр Валентинович, доцент, кафедра «Управление промышленной и экологической безопасностью», Тольяттинский государственный университет; е-таП: kaw@ya.ru. Область научных интересов: виброакустика транспортных средств и энергетических установок.
Fesina Mikhail Iliych, candidate of technical science, associate professor, department "Control of industrial and ecological safety" of Togliatti State University; e-mail: kaw@ya.ru. Area of research: vibroacoustics of vehicles and power installations.
Krasnov Alexander Valentinovitch, associate professor, department "Control of industrial and ecological safety" of Togliatti State University; e-mail: kaw@ya.ru. Area of research: vibroacoustics of vehicles and power installations.
