新闻 资讯 金融 知识 财经 理财 科技 金融 经济 产品 系统 连接 科技 聚焦
首页 > 新闻 > 热点 > > 正文

为了对抗噪音,人类制造出了静音棉轮胎

2022-06-02 15:33:59来源:壹点网
作为一个飞机工程师,我就聊聊如何为交通工具降低噪音,以及在这个过程中有哪些有意思的发明。

先说观点:在交通工具上,降低噪音是一件极其奢侈的事情。无论是天上飞的飞机,还是路上跑的汽车,噪音都不是其设计考量的第一因素(有幸坐过早期伊尔76的朋友,肯定能感同身受)。

 

庆幸的是,随着人们对噪音危害的认知,目前的飞机和汽车都把降噪纳入了设计时的技术指标之一,所以才有了今天你可以在万米高空的客舱内和朋友细语交谈,在高速行驶的汽车里尽情享受音乐,这些都是降噪技术的运用带给我们的好处。

1 噪音的来源和分类噪音属于声音的一个分支,从物理定义来说,把发声体做无规则震动时发出的声音称之为噪声。从生活角度来说,凡是人们所不需要的声音统称为噪声。

根据噪音的频率特性,可以简单把噪音分为高频噪音和低频噪音两种。

高频噪音:主频率高于800Hz,传播距离短,穿透力差,衰减快,对人体危害较小。比如,喇叭声,乐器,广播声,说话声音等。

低频噪音:主频率低于400Hz,传播距离长,穿透力强,衰减慢,对人体危害较大。比如,飞机,火车,汽车发动机,发电机等发出的噪音。

无论是高频或是低频噪音,对人类的危害都是多方面的。当人在100分贝左右噪声环境中工作时会感到刺耳、 难受。超过140分贝的噪声会引起眼球的振动、视觉模糊,呼吸、血压都会发生波动等。

2 常见的降噪手段噪音的危害如此之大,那我们日常生活中常见的降噪措施都有哪些呢。根据降噪方式的不同,分为主动降噪和被动降噪两种。

主动降噪:通过优化噪声源的设计,或者降噪系统产生与外界噪音相等的反向声波,将噪音中和,从而实现降噪的方式。

被动降噪:通过物理隔离的方式来吸收和降低噪音方式。

3 飞机的降噪以我工作中经常打交道的飞机为例,飞机在万米高空飞行时,与外部气流的激烈摩擦产生的噪音和发动机工作的轰鸣声,两者叠加起来是非常吓人的。但是经过主动降噪和被动降噪的消除后,最终传入到客舱的噪音已经完全到了可以让你舒适交谈的地步。

 

比如飞机发动机这一块,部分厂商会在尾喷口的位置采用这种锯齿形的尾喷口整流来降低喷流噪音。

 

而新型号的发动机往往会采用直径更大的风扇来增大涵道比,降低风扇转速,从而有效降低发动机工作时的噪声。

 

在一些高端的公务机或者私人飞机上,通过大量的计算机模拟和高速风洞实验,不断优化翼型,减少高速飞行时与气流的激波产生,从而达到降低噪音的效果(当然,这也是非常昂贵的一个投入成本)。此外,部分机型会在客舱内部安置不同数量的扬声器和控制器,通过反向波形来抵消噪音的传播(比如某些机型的头等舱)。

以上这些都属于主动降噪的典型例子。

 

而通过发动机安装在远离客舱的位置(比如吊装在机翼中部或安装在机体尾部),或者在座舱内部填充隔音棉等材料来达到降噪的目的,则是典型的被动降噪。

4 汽车的降噪汽车的降噪同样是一件奢侈的事情,噪音成为了评价一辆车是否高级的重要标准。

在竞争激烈的乘用车市场,便宜的车压根就没有多余的精力和成本投入到降噪里面去。

不信你可以去对比10万和30万的主流轿车产品,车内静谧性绝对的天差地别(嘿嘿,主流轿车产品,要定语防杠,别提BRZ和英朗比噪音)。

汽车的噪音主要来源于下面三部分:

1)风噪

2)胎噪

3)发动机和变速箱噪音

 

为降低噪音,众多中高端车型大展拳脚,实施多种降噪方案。

(1)结构和外观优化

比如特斯拉model3量产前就经过了大量的风洞实验,设计和工程团队让整车的型面尽量流畅顺滑,并且极尽可能把增加风阻的配备去掉,比如门把手采用了隐藏式设计。要不是法规限制,后视镜也得换成电子摄像头了。

最终,这台车的风阻系数仅为Cd0.22。

PS,可不要低估了风洞试验的成本。江湖有云:风洞一响,黄金万两。

 

(2)ANC主动降噪技术

目前不少中高端汽车搭载的主动减噪技术,ANC主动降噪对于消除车内的中低频噪音效果出众,其原理是通过降噪系统(消音扬声器)发出与外界噪音源相反(相位相差180°)、幅度相同的声波,两个声波叠加,从而将噪音中和并相互抵消,以达到车辆降噪的效果。

 

凯迪拉克XTS上的ANC降噪系统示意图,根据发动机转速,在ANC控制器内会同步生成和噪音相反的声波,通过车内的5个扬声器来抵消发动机噪音。

(3)堆料隔音

提高隔音材料的性能,或增加隔音材料的使用面积,都可以阻隔噪音的产生。比如双层中空玻璃的运用,加厚吸音棉的使用等等。

 

(4)静音轮胎

随着新能源车不断普及,电动机开始取代传统的发动机和变速箱,使得动力系统噪音大幅削弱。

因此,一方面,同级电动车相比同级燃油车,整体噪音水平提升了。

另一方面,困扰电动车主们的噪音,就聚焦在了风噪和胎噪。

这也是为什么目前大多数新能源汽车品牌,都会配置原厂静音轮胎的原因。

 

5 不换车,如何降低车内噪音?为了更安静就换车,对大多数人来说是不值当的。

对车子重做隔音,用前述方法增加更大面积、更优秀的隔音材料,是一条路子。不过需要对内饰做大量的拆卸和安装隔音棉的工作,市场上的这类改装缺乏统一标准,降噪效果良莠不齐,还有增加有害气体的风险,也不是一个具有普适性的方案。

我个人更建议更换一套静音轮胎,简单又实用,而且对于大部分车主来说降噪效果显著。

科普:静音轮胎是如何静音的?

首先明确一下,静音轮胎的“静音”非绝对的,没有哪个轮胎装上车不会响。这里的静音,是相对注重操控性、耐用性等取向的轮胎而言。

静音轮胎主要是通过两方面着手的,改善静音体验的:

一是优化材料,二是改良结构,最终的目的都是让轮胎在地面上滚动时的动作更轻盈,产生更小的噪音。

当然,前面已经讲过,对交通工具而言,安静是个奢侈的事情。所以静音轮胎大多不便宜,使用静音轮胎的往往是市面上的中高端车型。

市面上静音轮胎口碑比较好的品牌有米其林,马牌,倍耐力等,继续科普:

米其林Acoustic静音技术:

在轮胎内侧融合了高科技的聚氨酯发泡材料,能对路面引起的噪音共振进行消音处理,从胎噪产生的源头遏制噪音。

主要应用的产品:PILOT SPORT 竟驰EV、e聆悦等

 

德国马牌ContiSilent轮胎降噪技术:

胎面内侧附加有聚氨酯泡绵隔层,产生强大的阻尼减震效应,阻隔轮胎滚动时所产生的声波,从而达到降噪的效果。无论处于何种温度,聚氨酯泡绵隔层结构都会保持原状。

主要应用的产品:MC6 ContiSilent版等

 

倍耐力静音轮胎技术

轮胎所应用的特种聚氨酯泡绵能降低噪音过滤频率,原理是:放置在轮胎内的特种聚氨酯泡绵吸音装置可以吸收空气中的振动,由此减少进入驾驶舱的噪音量。这种泡绵特殊的开孔结构可最大化吸收和消耗噪音,以高效减弱振动来降低噪音,从而提高驾乘舒适感。据悉,特斯拉Model X原配轮胎即采用该静音系统,将噪音降低2至3分贝,平均降噪二分之一,奥迪定制该静音轮胎成功降噪50%。

主要应用的产品:P ZERO、PZ4系列

固特异Sound Comfort Technology噪音覆盖科技

将聚氨酯泡绵贴附在轮胎内壁。此设计抑制当轮胎滚动行进时所产生的胎腔声波共振,让驾驶舱能够极致安静。

主要应用的产品:Eagle 静音棉系列等

雷神TORDNER Silentium静音棉技术

这是一个相对上述大牌陌生、且相对具有性价比的品牌,目前某虎有售。

一句话总结就是:和大家熟悉的国际大牌比,它也做了材料和结构两手抓两手硬。

(1)先说材料。

内置了多孔聚氨酯泡绵,这是大家俗称的隔音棉。

 

聚氨酯泡棉是一种新兴的有机高分子材料,被誉为“第五大塑料”,因其卓越的减振降噪性能而被广泛应用于国民经济众多领域。比如美国的载人飞船座椅的太空棉,就使用到这种材料。比起普通的吸音棉,聚氨酯泡棉的成本更高,抗冲击和减振降噪能力也更强,而且材料稳定性好。

 

△这一大片,都是多孔聚氨酯隔音棉...

另外,轮胎内侧还增加了改性丙烯酸材料作为吸振器,即使面对夏季路面高温,也能提升轮胎静音降噪功能持久且耐用。

(2)再说结构

胎面花纹采用5频花纹块排列设计,这是经过轮胎仿真实验精密计算设计而来的。用5种错综的节距比例,打破噪音产生。

 

轮胎仿真实验示意图,图源来自SIEMENS

注:轮胎仿真实验具备高精度和高准确性,需要依托大量的经验和专业技能。

主要应用的产品:静悦、北辰

以上。

免责声明:市场有风险,选择需谨慎!此文仅供参考,不作买卖依据。

关键词:

热点