Gamle biler bråker mer; bestefars Chevrolet fra 1928 var fæl – med ekstremt bråkete gnage-girkasse. Er det blitt mindre bråk? Er bilene bedre nå? Hvordan ble de det?
Bildet øverst: Bestefars Chevrolet AE fra 1931 hadde en girkasse som stadig gnagde sin klagesang, den så ut som den på bildet men var matt-svart og sliten – og kolossalt høylytt.(Foto: Chevrolet)
Av Stein Bekkevold
Støy (uønsket lyd), vibrasjon og bråk (NVH, Noise, Vibrations, Harshness) er det akustiske studiet om – og fjerning av – støy og vibrasjoner, særlig i biler, busser og lastebiler.
Støy og vibrasjoner kan måles helt eksakt, men bråk er subjektivt, og måles med juryer eller med dataverktøy som imiterer oss. Dette ligger i forskningsfeltet psykoakustikk. Som vi ikke ante fantes…
Interiør-NVH gransker støy og risting inne i bilen, mens eksteriør-NVH ser på utsendt og drive-by-støy. NVH er ingeniørfag, men ofte kan ikke målinger forutsi inntrykket hos observatører: Lyd kan jo analyseres med dB A-vekting i målingen – den imiterer det vi oppfatter som støy – men ulike lyder på likt støynivå er ikke like forstyrrende. Feltet psykoakustikk gransker dette.
Poenget er at vi alle forstyrres ulikt av bråk. Og egentlig alt annet vi hører og ser …
Mot-støy
NVH-ingeniøren kan bli bedt om å forbedre lyden ved å legge til eller trekke fra visse svingninger snarere enn å fjerne støy. Da endres lydbildet. Og mot-støy i høyttalere er prøvd for eksempel i passasjerfly (Saab 340).
Støykildene
er aerodynamikk (vindsus, kjøleanlegg og -vifter); mekanikk (motor, drivlinje, dekk, bremser); elektro (vibrasjoner fra elektriske apparater, generator eller maskinstøy i elbiler).
Støy stammer ofte fra vibrasjoner som kommer via chassis og karosseri. Den er strukturbåren. Annen støy er akustisk, og går gjennom lufta. Strukturstøy dempes med isolasjon og ombygging, luftbåren dempes med absorpsjons- eller barrierematerialer.
Som i kirkemusikk
Vibrasjoner merker vi med rattet, i setet, armlenene eller ved gulvet og i pedalene. Noen ser vi – som risting i speilet. Og NVH kan være tonebasert (tonal) som motor-, vei- eller vindstøy.
Noen resonans-systemer reagerer i visse frekvenser som svar på energien. Selv om støybildet virker som tonale forstyrrelser i mange spektra, varierer nivået betydelig. Andre støyproblemer er plystring fra antenner når luft virvler.
Tonale lyder er ofte harmoniske. Forskere gransket låten fra en F1 Ferrari ved 16 680 rpm, og så at den inneholdt fine harmonier som i kirkemusikk. Ikke rart, avgassanlegget kan virke som et orgel…
Seriøse bilfabrikker har investert enorme summer i testanlegg, her er det lyddempede kammeret hos Volvo – står du der dundrer pulsen i hodet for den er det eneste du hører… (Foto: Volvo)
Måling
Støymåling gjøres med mikrofoner, akselerometre og energimålere, lastceller. NVH-anlegg har helt ekkofrie kamre og bruker dynamometre. Vanligvis tas signaler opp på harddisk via en analog/digital omformer.
Tidligere ble magnetiske eller DAT-opptakere brukt. Uansett: Integritet i signalkjeden er viktig, så hvert instrument blir fullkalibrert i lab en gang årlig, og måleoppsettet kalibreres daglig.
Vibrasjonsmåling med laserskanning er et viktig verktøy. Resultatene viser de faktiskevibrasjonene. Ingen tilført energi påvirker målingen, sensoren er jo laserlyset selv.
Støyutbedring blir å bytte deler, bruke modal analyse, riggristing og skrangletester (av hele biler eller komponenter og system), bly-innkledning, overføringsbane-analyse og koherens, og sjekk av samklang.
Det meste av NVH-arbeidet gjøres i det aktuelle frekvensområdet, ved å bruke egnet matematikk (raske Fourier-transformasjoner) som gjør målinger mer tilgjengelige. Dette er krevende fysikk – men hva gjør ikke Rolls et co for å la oss slippe støy…
Dyrt
NVH trenger representative prototyper av bilen for testing. Disse må skaffes tidlig i prosessen, for løsningene kan trenge betydelig justering og tekniske endringer som er MYE rimeligere når de tas tidlig. Prototyper er dyre, så det er økt interesse for god simulering: Nå kommer modelleringsverktøy for strukturbåren støy- og for vibrasjonsanalyse.
Når fenomenet ligger under 25–30 Hz, som ved tomgangsristing i drivverket, kan en flerkropps-modell brukes. Om støyen har høy frekvens – over 1 kHz, kan statistisk energianalyse (SEA) være bedre. For mellomfrekvensbåndet finnes det ulike metoder, som vibro-akustisk finitelement-analyse og grenseelementanalyse. Du snakker!
Tre metoder
Tre hovedmetoder kan senke støyen: Å redusere kildestøyen med lyddemper, eller å forbedre balansen til alt roterende. Vi kan også sperre støy- eller vibrasjonsbanen med barrierer, isolatorer. Og vi kan sørge for absorpsjon med tungskum-dempere, eller vibrasjonsdempere.
Å velge beste metode er en av tingene som gir NVH-ingeniører migrene – å isolere med tung blymatte øker vekt og forbruk/utslipp. Dessuten: Ikke skal det koste for mye, ikke må det endre for mye i design og teknikkvalg, og kvaliteten må stemme med bilens markedsprofil – det skal være forskjell mellom en hverdagslig Toyota og en luksus-Lexus…
(Hovedkilder: Egne lærebøker pluss Xu Wang; Vehicle Noise and Vibration Refinement, Woodhead Publishing in Mechanical Engineering)
