Comment les matériaux acoustiques automobiles améliorent le confort de l'habitacle | Guide NVH

Comment les matériaux acoustiques automobiles améliorent le confort de l'habitacle

Pour les ingénieurs des constructeurs automobiles et des équipementiers de premier rang, le confort en cabine ne se résume pas à réduire quelques décibels.

Une ingénierie acoustique automobile efficace commence par trois questions fondamentales :

• D'où vient le bruit?
• Comment arrive-t-il dans la cabine ?
• Quel matériau ou solution structurelle est le mieux adapté pour le contrôler ?

En ingénierie NVH automobile, le bruit atteint généralement l'habitacle par deux voies principales :

• Bruit aérien
• Bruit de structure

Il est essentiel de comprendre la différence entre ces deux voies de transmission lors du choix des absorbeurs acoustiques automobiles, des matériaux d'isolation, des couches d'amortissement, des découpleurs et des systèmes acoustiques multicouches.

Réponse rapide

Les matériaux acoustiques automobiles améliorent le confort de l'habitacle en contrôlant le son et les vibrations grâce à différents mécanismes.

Les matériaux en fibres poreuses sont principalement utilisés pour absorber les bruits aériens.

Les matériaux d'amortissement contribuent à réduire les vibrations des panneaux.

Les couches barrières réduisent la transmission du son.

Les matériaux de découplage contribuent à limiter la transmission des vibrations entre les structures.

Dans les applications réelles sur les véhicules, ces fonctions sont souvent combinées dans un ensemble acoustique intégré plutôt que de s'appuyer sur un seul matériau pour résoudre tous les problèmes de NVH (bruit, vibrations et dureté).

1. Qu’est-ce que le NVH automobile ?

NVH signifie :

• Bruit
• Vibration
• Dureté

Ensemble, ces facteurs influencent fortement la façon dont les conducteurs et les passagers perçoivent le confort et la qualité du véhicule.

Bruit

Le bruit désigne le son perçu par les occupants du véhicule.

Les sources de bruit automobile typiques comprennent :

• bruit des pneus et de la route
• Bruit du vent
• Bruit du moteur
• bruit de moteur électrique
• Bruit d'engrenage
• bruit du système de chauffage, ventilation et climatisation
• bruit du système de refroidissement
• Rayonnement du panneau corporel

Différentes gammes de fréquences créent des impressions subjectives très différentes.

Les bruits de basse fréquence peuvent être perçus comme :

• en plein essor
• grondement
• bourdonnement

Les bruits de haute fréquence peuvent être perçus comme :

• pleurnicheries
• sifflant
• bruit tonal aigu
• bruit haute fréquence des moteurs électriques

C’est pourquoi le niveau de pression acoustique global ne peut à lui seul décrire pleinement la qualité acoustique d’une cabine.

Vibration

Les vibrations proviennent d'une excitation mécanique.

Les sources typiques incluent :

• interaction pneu-route
• mouvement de suspension
• Excitation du groupe motopropulseur
• Moteurs électriques
• Systèmes d'engrenages
• Résonance structurelle

Ces vibrations peuvent se propager à travers :

• Composants de suspension
• Sous-châssis
• Châssis
• Panneaux de carrosserie
• Rails de siège
• Systèmes de direction

Certaines vibrations sont directement perçues par les occupants.

D'autres encore excitent les panneaux de carrosserie, qui diffusent ensuite le son dans l'habitacle.

Dureté

La dureté fait davantage référence à la perception subjective des vibrations et de la qualité sonore du véhicule qu'à un paramètre physique unique.

Voici quelques exemples:

• Impact important lors du passage sur des irrégularités de la route
• Vibrations excessives à basse fréquence
• Résonance en cabine à certaines vitesses du véhicule
• Résonance structurelle désagréable

L'objectif d'une bonne ingénierie NVH n'est donc pas d'éliminer tous les bruits.

Il s'agit de contrôler les énergies acoustiques et vibratoires indésirables.

2. Comment le bruit pénètre-t-il dans l'habitacle du véhicule ?

Du point de vue de la transmission du bruit, le bruit dans l'habitacle d'une automobile peut généralement être divisé en deux grandes catégories :

bruit aérien

et

Bruit structurel

Ces deux mécanismes nécessitent des stratégies de contrôle différentes.

3. Qu'est-ce que le bruit aérien ?

Le bruit aérien est une énergie sonore qui se propage principalement dans l'air avant d'atteindre l'habitacle.

Par exemple, l'interaction pneu-route génère de l'énergie acoustique autour de la zone de la roue.

Une partie de ce son se propage dans l'air et peut pénétrer dans le véhicule par le plancher, le passage de roue, les portes ou d'autres éléments de la carrosserie.

De même, les ventilateurs des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation génèrent un son qui se propage directement à travers les conduits d'air et dans l'habitacle.

Les sources typiques de bruit aérien comprennent :

• Bruit du vent
• bruit de rayonnement des pneus
• bruit du système de chauffage, ventilation et climatisation
• bruit du ventilateur de refroidissement
• bruit de la circulation extérieure
• Bruit de moteur électrique
• Quelques bruits de groupe motopropulseur

Une fois que le son aérien pénètre dans la cabine, il peut également se réfléchir à plusieurs reprises sur les surfaces intérieures.

Si l'habitacle du véhicule ne présente pas une absorption acoustique suffisante, l'énergie sonore peut continuer à se réfléchir sur des zones telles que :

• Toiture
• Tête d'affiche
• Portes
• Tableau de bord
• Sol
• Tronc

Cela augmente l'énergie acoustique perçue par les occupants.

C’est pourquoi les matériaux insonorisants sont largement utilisés dans tout l’habitacle du véhicule.

4. Comment les matériaux acoustiques automobiles fibreux absorbent-ils le son ?

Les matériaux acoustiques fibreux PP/PET sont des absorbeurs de son poreux typiques.

Lorsqu'une onde sonore pénètre dans le réseau de fibres, les particules d'air se déplacent à travers une structure poreuse complexe.

Au cours de ce processus, l'énergie acoustique est réduite par des mécanismes tels que :

• Friction entre l'air et les fibres
• Pertes visqueuses
• échange thermique
• Dissipation d'énergie causée par le flux d'air à travers le réseau poreux

Une petite partie de l'énergie acoustique est finalement convertie en chaleur.

De ce fait, une moindre énergie sonore est réfléchie vers l'intérieur de la cabine.

C’est le principe de base des absorbeurs acoustiques automobiles à fibres.

5. Pourquoi l'épaisseur seule ne suffit-elle pas ?

On part généralement du principe qu'un matériau acoustique plus épais est toujours plus performant.

En réalité, l'absorption acoustique automobile dépend de nombreux paramètres, notamment :

• Grosor
• Poids de base
• Densité
• Diamètre de fibre
• Structure fibreuse
• Porosité
• Résistance au flux d'air
• Ratio de compression
• Condition d'installation
• Plage de fréquences cibles

L'un des paramètres les plus importants est la résistance à l'écoulement de l'air.

Si un matériau est trop poreux, le son peut le traverser facilement, mais l'interaction entre l'air en mouvement et le réseau de fibres peut être insuffisante.

Si un matériau est trop dense, une trop grande quantité de son risque d'être réfléchie à sa surface au lieu de pénétrer dans sa structure poreuse.

Les matériaux acoustiques haute performance nécessitent donc un équilibre approprié entre :

Porosité, structure des fibres et résistance à l'écoulement de l'air.

6. Qu’est-ce que le bruit structurel ?

Le bruit structurel débute par des vibrations mécaniques transmises à travers la structure du véhicule.

Un exemple typique est :

Excitation routière

↓

Vibrations des pneus

↓

Suspension

↓

Sous-châssis

↓

Carrosserie du véhicule

↓

Vibrations du panneau de carrosserie

↓

Rayonnement sonore dans la cabine

Le son final peut encore être entendu dans l'air, mais le chemin de transmission initial était structurel.

C’est là la principale différence entre le bruit transmis par les structures et le bruit transmis par l’air.

7. Pourquoi la fibre acoustique ne peut-elle pas résoudre tous les problèmes de bruit structurel ?

Il s'agit là d'une des distinctions les plus importantes en ingénierie acoustique automobile.

La fibre acoustique poreuse est principalement conçue pour absorber l'énergie sonore aérienne.

Si le problème principal est une forte vibration d'un panneau de porte, d'un panneau de plancher, d'un passage de roue ou d'un autre élément structurel, l'ajout de fibres acoustiques supplémentaires ne suffira pas à éliminer la cause profonde.

Le bruit d'origine structurelle nécessite généralement une combinaison de plusieurs méthodes de contrôle.

Matériaux d'amortissement

Des couches d'amortissement sont utilisées pour réduire l'amplitude des vibrations dans les panneaux métalliques ou composites.

Les domaines d'application typiques comprennent :

• panneaux extérieurs de porte
• Panneaux de plancher
• Zones de la timonerie
• Panneaux de coffre
• tôlerie de carrosserie

Matériaux de découplage

Les couches de découplage contribuent à réduire le couplage mécanique entre les structures.

Elles sont également importantes dans les systèmes acoustiques multicouches où une couche souple est nécessaire entre une barrière et la carrosserie du véhicule.

Matériaux de barrière

Des couches barrières sont utilisées pour réduire la transmission du son.

Ils s'appuient généralement sur une masse surfacique plus élevée ou une construction multicouche pour améliorer la perte de transmission.

Matériaux absorbants

Les couches absorbantes réduisent l'énergie sonore aérienne une fois que cette énergie atteint la cabine ou le système acoustique.

Dans la conception pratique des véhicules, ces fonctions sont souvent combinées comme suit :

Amortissement + Découplage + Barrière + Absorption

8. Le bruit aérien et le bruit lié aux structures sont souvent couplés.

Dans les problèmes NVH réels des véhicules, les mécanismes aéroportés et structurels ne sont pas totalement indépendants.

Par exemple :

L'excitation de la route génère d'abord des vibrations mécaniques.

Cette vibration se propage à travers la suspension et la structure de la carrosserie.

Le panneau de carrosserie est alors mis en marche.

Le panneau vibrant diffuse du son dans l'air de la cabine.

Le chemin complet peut donc être :

Excitation routière

↓

Vibrations structurelles

↓

Vibrations du panneau de carrosserie

↓

Rayonnement sonore aérien

↓

Perception des passagers

C’est pourquoi les ingénieurs NVH des équipementiers ne se contentent pas de se demander si un problème est lié à l’air ou à la structure.

Ils doivent comprendre :

• Quelle source est dominante ?
• Quel chemin de transfert contribue le plus ?
• Quelle plage de fréquences nécessite une amélioration ?

9. Différentes plages de fréquences nécessitent différentes stratégies NVH.

Aucun matériau ne peut à lui seul résoudre efficacement tous les problèmes de bruit sur l'ensemble du spectre de fréquences.

Différentes plages de fréquences nécessitent généralement des stratégies d'ingénierie différentes.

Basse fréquence

Les problèmes de basse fréquence sont souvent liés à :

• Modes corporels
• Vibrations structurelles
• résonance du panneau
• Excitation de la suspension
• Excitation du groupe motopropulseur

Les problèmes graves de basse fréquence ne peuvent généralement pas être résolus par de simples absorbeurs poreux légers.

Les solutions typiques peuvent inclure :

• Optimisation structurelle
• Amortissement
• Isolation des vibrations
• Optimisation du montage
• Optimisation de la rigidité corporelle

Moyenne fréquence

Les bruits de moyenne fréquence nécessitent souvent une combinaison de :

• Amortissement
• Découplage
• Performances de la barrière
• Absorption acoustique

Fréquence moyenne à élevée

Les absorbeurs fibreux poreux sont particulièrement utiles dans la gamme des fréquences moyennes à élevées.

Leurs performances acoustiques peuvent être optimisées en ajustant :

• Grosor
• Poids de base
• Structure fibreuse
• Résistance au flux d'air

C’est pourquoi les matériaux acoustiques automobiles ne doivent pas être évalués par une seule valeur d’absorption.

La courbe d'absorption complète sur la plage de fréquences concernée est bien plus significative.

10. Pourquoi les véhicules électriques modifient-ils les exigences en matière de matériaux acoustiques ?

Les véhicules électriques ne simplifient pas l'ingénierie NVH.

Ils modifient le spectre du bruit.

Dans les véhicules à combustion interne, le bruit du moteur crée un bruit de fond relativement important qui peut masquer d'autres sources de bruit.

Dans les véhicules électriques, cet effet de masquage est réduit.

Par conséquent, des sons auparavant moins perceptibles peuvent devenir plus audibles, notamment :

• bruit de pneus
• Bruit de la route
• Bruit du vent
• sifflement du moteur électrique
• Bruit d'engrenage
• bruit tonal de l'onduleur
• bruit du système de chauffage, ventilation et climatisation
• Bruit du système de refroidissement

La conception acoustique des véhicules électriques met donc davantage l'accent sur :

• absorption acoustique à large bande
• Contrôle du bruit à moyenne et haute fréquence
• Légèreté
• Intégration matérielle
• Optimisation acoustique locale

11. Pourquoi les matériaux acoustiques légers deviennent-ils plus importants ?

L'ajout de matériaux NVH supplémentaires peut améliorer les performances acoustiques.

Cependant, l'ajout de matériaux augmente également la masse du véhicule.

Cela peut avoir un impact direct sur :

• Poids du véhicule
• Consommation d'énergie
• Autonomie des véhicules électriques
• Coût de fabrication
• Complexité de l'assemblage

C’est pourquoi l’objectif n’est pas simplement d’ajouter plus de contenu.

L'objectif est d'atteindre les performances acoustiques requises avec un poids réduit et un encombrement moindre.

C’est l’un des principaux avantages des matériaux acoustiques automobiles fibreux.

En ajustant :

• Composition des fibres
• Poids de base
• Grosor
• Densité
• Structure des couches

Le matériau peut être optimisé pour différents emplacements et plateformes de véhicules.

12. Où sont utilisés les matériaux acoustiques automobiles ?

Les différentes zones de circulation ont des exigences acoustiques différentes.

Ciel de toit et garniture de pavillon

Les préoccupations typiques comprennent :

• Bruit du vent
• Réverbération de la cabine
• bruit d'impact de la pluie
• absorption acoustique à large bande

Un poids léger est particulièrement important dans ce domaine.

Portes

Les systèmes de portes peuvent être affectés par :

• bruit aérien extérieur
• Vibrations du panneau de porte
• résonance de cavité
• Interaction avec l'orateur

C’est pourquoi les systèmes acoustiques de portes nécessitent souvent à la fois l’absorption et le contrôle des vibrations structurelles.

Zone du pare-feu et du tableau de bord

Il s'agit de l'une des zones de contrôle NVH les plus importantes.

Les sources de bruit typiques comprennent :

• bruit du groupe motopropulseur
• Bruit de la route
• bruit du système de chauffage, ventilation et climatisation
• Rayonnement structurel

On utilise généralement ici des systèmes acoustiques multicouches plutôt qu'un absorbeur unique.

Sol

Les préoccupations typiques comprennent :

• Excitation pneu-route
• Bruit de suspension
• bruit sous la carrosserie
• Vibrations structurelles

Les systèmes acoustiques de plancher courants peuvent comprendre :

Absorbeur + Découpleur + Barrière

avec un amortissement localisé là où c'est nécessaire.

Passage de roue

La zone des roues est l'une des sources de bruit les plus importantes du véhicule.

Les matériaux acoustiques utilisés ici devront peut-être prendre en compte les points suivants :

• bruit de pneus
• Excitation routière
• Impact de pierre
• Exposition à l'eau
• Contamination

Par conséquent, le choix des matériaux doit également prendre en compte :

• Résistance à l'humidité
• Durabilité
• Résistance à la contamination

Tronc

L'excitation des roues arrière et de la partie arrière de la carrosserie peut introduire une énergie acoustique importante dans le coffre.

Les matériaux absorbants peuvent réduire la réflexion dans la cavité et contribuer à limiter la propagation du son vers l'habitacle.

Piliers et cavités corporelles

Les cavités des véhicules peuvent servir de voies de transmission acoustique.

Utilisation correcte de :

• absorbeurs acoustiques
• injections de comblement cariogène
• Systèmes d'étanchéité

peut réduire la transmission du son dans ces zones.

13. Quels paramètres des matériaux les ingénieurs des équipementiers doivent-ils évaluer ?

Les matériaux acoustiques automobiles ne doivent pas être évalués uniquement en fonction de leur capacité à « absorber le son ».

Une évaluation plus complète devrait inclure les paramètres suivants.

Performance acoustique

• Coefficient d'absorption acoustique
• courbe d'absorption dépendante de la fréquence
• Résistance au flux d'air
• résistance à l'écoulement de l'air

Propriétés physiques

• Grosor
• Poids de base
• Densité
• Récupération de compression
• stabilité dimensionnelle

Performance environnementale

• Résistance à la chaleur
• Résistance à l'humidité
• Résistance au vieillissement

Exigences relatives à l'automobile

• Inflammabilité
• performance en COV
• Senteur
• La buée
• Compatibilité des matériaux

Performances de traitement

• Découpage
• Thermoformage
• Laminage
• Support auto-adhésif
• Lamination en feuille d'aluminium
• Conversion de formes complexes

Durabilité

• Légèreté
• Recyclabilité
• Simplification des matériaux
• Contenu recyclé

14. Pourquoi les conditions d'installation sont-elles aussi importantes que les données sur les matériaux ?

Un même matériau acoustique peut se comporter de manière très différente selon les conditions d'installation.

Les facteurs importants incluent :

• Trou d'air
• Compression
• surface de support
• Zone d'installation
• Géométrie
• Fuite en bordure
• Matériaux adjacents
• Construction multicouche

Par exemple, un matériau d'une épaisseur de 20 mm à l'état libre peut se comporter très différemment s'il est comprimé à 8 mm après installation.

La compression peut changer :

• Porosité
• Résistance au flux d'air
• épaisseur effective
• Performances acoustiques

C’est pourquoi les matériaux acoustiques automobiles ne doivent pas être évalués uniquement à partir de fiches techniques de laboratoire.

L'état final de l'installation doit également être pris en compte.

15. Matériaux acoustiques automobiles Transulate™

Transulate ™ est une série de matériaux en fibres bicomposantes PP/PET développée par SINOYQX pour les applications de gestion acoustique et thermique dans l'automobile.

Ce matériau est conçu pour des applications telles que :

• absorption acoustique automobile
• Isolation thermique
• ensembles acoustiques légers

Les domaines d'application typiques comprennent :

• Toiture
• Tête d'affiche
• Porte
• Tableau de bord
• Pare-feu
• Sol
• Tronc
• Pilier
• Garniture intérieure

Selon le projet, les principaux paramètres des matériaux peuvent être personnalisés, notamment :

• Poids de base
• Grosor
• Densité
• Structure fibreuse
• structure de stratification

16. Comment choisir la gamme Transulate™

Série Transulate ™ LT

Grammage typique :

100 à 200 g/m²

Épaisseur typique :

10 – 20 mm

Convient aux applications légères telles que :

• Toiture
• Tête d'affiche
• Porte
• Pilier
• Garniture intérieure

L'objectif principal est la légèreté.

Série Transulate ™ AP

Grammage typique :

300 à 500 g/m²

Épaisseur typique :

20 – 30 mm

Convient pour:

• Pare-feu
• Porte
• Sol
• Tronc
• forfaits acoustiques généraux

Série Transulate™ HP

Grammage typique :

600 à 900 g/m²

Épaisseur typique :

30 – 50 mm

Convient aux applications nécessitant une absorption acoustique plus élevée et disposant de plus d'espace d'installation.

17. Quelles sont les options de traitement supplémentaires disponibles ?

Selon les exigences des projets des équipementiers et des fournisseurs de premier rang, Transulate™ peut être fourni ou converti comme suit :

• Rolls
• Sheets
• Pièces découpées
• Pièces auto-adhésives
• Produits laminés en feuille d'aluminium
• Produits à surface non tissée
• Composites multicouches
• Épaisseur personnalisée
• poids de base personnalisé

La structure acoustique finale doit être sélectionnée en fonction de :

Fréquence cible + Lieu d'installation + Espace disponible + Poids cible

18. L'ingénierie acoustique automobile évolue de la sélection des matériaux à la conception du système.

L'avenir du développement des systèmes NVH automobiles ne se résume pas à identifier l'absorbeur ayant le coefficient d'absorption acoustique le plus élevé.

Les questions les plus importantes sont :

• Quelle est la source de bruit dominante ?
• Quel chemin de transfert est le plus important ?
• Quelle plage de fréquences nécessite une amélioration ?
• Quel matériau est le mieux adapté à cet emplacement ?
• Comment atteindre les performances cibles avec un poids moindre ?

Un processus de développement plus efficace est :

Identifier la source du bruit

↓

Analyser le chemin de transfert

↓

Définir la fréquence cible

↓

Sélectionnez la stratégie de contrôle

↓

Faites correspondre le matériau

↓

Valider au niveau du composant

↓

Valider au niveau du véhicule

Voilà comment les performances des matériaux peuvent se traduire par un réel confort en cabine.

Conclusion

Le confort de l'habitacle d'un véhicule ne dépend pas d'un seul matériau.

Le bruit aérien est principalement géré par :

Absorption et isolation acoustiques.

Le bruit de structure nécessite généralement :

Amortissement, isolation des vibrations, découplage et optimisation structurelle.

Les matériaux acoustiques automobiles fibreux jouent un rôle important dans la réduction de l'énergie sonore aérienne, la limitation des réflexions dans l'habitacle et l'amélioration des performances acoustiques à moyenne et haute fréquence.

Cela devient encore plus important dans les véhicules électriques, où la réduction du masquage du moteur rend le bruit des pneus, le bruit du vent et le bruit tonal de la transmission électrique plus perceptibles.

Dans le même temps, les constructeurs automobiles continuent de réduire le poids des véhicules.

C’est pourquoi la prochaine génération de systèmes acoustiques automobiles ne consiste pas à ajouter plus de matériaux.

C'est à propos de:

Utiliser le bon matériau, au bon endroit, pour la bonne gamme de fréquences.

Les matériaux acoustiques automobiles Transulate™ peuvent être personnalisés selon les exigences des équipementiers et des fournisseurs de rang 1, notamment en ce qui concerne l'emplacement d'application, la fréquence cible, l'épaisseur, le poids de base, la structure de stratification et la demande annuelle.

Questions fréquemment posées

Quelle est la différence entre le bruit aérien et le bruit structurel dans un véhicule ?

Les bruits aériens se propagent principalement dans l'air, comme le bruit du vent, le bruit des systèmes de climatisation et certains bruits de pneus.

Le bruit structurel commence par une vibration mécanique transmise par la suspension, la carrosserie ou d'autres composants structurels avant d'être rayonnée sous forme de son.

La fibre acoustique automobile peut-elle réduire directement le bruit de structure ?

Pas complètement.

Les matériaux fibreux poreux absorbent principalement les sons aériens.

Si le problème principal est la vibration des panneaux structurels, un amortissement supplémentaire, une isolation, un découplage ou une optimisation structurelle sont généralement nécessaires.

Quels sont les paramètres les plus importants pour les absorbeurs de son automobile ?

Les paramètres importants comprennent l'épaisseur, le poids de base, la structure des fibres, la résistance à l'écoulement de l'air, les performances d'absorption sur toute la gamme de fréquences, les conditions de compression, l'espace d'installation et la plage de fréquences cible.

Pourquoi les matériaux acoustiques légers sont-ils importants pour les véhicules électriques ?

Les véhicules électriques produisent moins de bruit de masquage du moteur, ce qui rend plus perceptibles le bruit des pneus, le bruit du vent, le bruit du moteur électrique et autres sons à haute fréquence.

Parallèlement, une masse réduite du véhicule contribue à améliorer l'efficacité énergétique et l'autonomie.

Où les matériaux acoustiques automobiles Transulate™ peuvent-ils être utilisés ?

Les applications typiques comprennent le toit, le ciel de toit, les portes, le tablier, le tableau de bord, le plancher, le coffre, les montants et les garnitures intérieures.

Le choix final des matériaux doit être effectué en fonction de l'espace disponible pour l'installation, de la fréquence cible, du grammage et des exigences d'épaisseur.