Нетканая звукоизоляция: как иглопробивная ткань снижает шум в автомобилях, зданиях и бытовой технике

Шум является одним из наиболее прямых показателей качества продукции на рынках автомобилей, бытовой техники и внутренней отделки зданий. У клиентов тихий салон ассоциируется с автомобилем премиум-класса. Стиральная машина, которая вибрирует и резонирует с полом, кажется дешевле, чем та, которая работает тихо. Помещение с плохой звукоизоляцией от коридоров и прилегающих помещений снижает воспринимаемое качество здания независимо от его визуальной отделки. Управление шумом и вибрацией — уменьшение энергии, достигающей ушей слушателя — зависит от материалов, которые могут поглощать или блокировать звуковую энергию, а иглопробивной нетканый материал является одним из наиболее универсальных и широко используемых из этих материалов.

Понимание того, как нетканые материалы действуют акустически, что определяет их характеристики и как выбрать правильный материал для решения конкретной проблемы шума, предотвращает распространенную ошибку, когда акустические нетканые материалы рассматривают как характеристику веса товара на площадь, а не как специальное решение для материала.

Как звук поглощается волокнистыми материалами

Звук — это волна давления — попеременное сжатие и разрежение, распространяющаяся в воздухе. Когда звуковая волна сталкивается с пористым волокнистым материалом, таким как иглопробивной нетканый материал, волна заставляет воздух внутри пористой структуры материала вибрировать. Трение между движущимся воздухом и поверхностями волокон преобразует акустическую энергию в тепло — небольшое количество тепловой энергии, которая рассеивается в материале. Чем больше воздуха приходится работать, чтобы пройти через материал (больше волокон, меньшие поры, более извилистые пути), тем больше акустической энергии преобразуется и тем меньше передается или отражается.

Этот механизм — вязкостные и тепловые потери при колебаниях воздуха в порах — называется абсорбцией. Он измеряется как коэффициент звукопоглощения (α), который находится в диапазоне от 0 (отсутствие поглощения, идеальное отражение) до 1,0 (полное поглощение). Поглощение зависит от частоты: большинство волокнистых материалов поглощают высокочастотный звук более эффективно, чем низкочастотный звук, поскольку короткие волны высокочастотного звука более эффективно взаимодействуют со структурой волокна. Толстые, плотные материалы лучше поглощают низкие частоты, чем тонкие, поэтому акустический нетканый материал для затухания низкочастотных басов в автомобильных напольных системах существенно тяжелее тонкого облицовочного материала над приборной панелью.

Поглощение отличается от потерь при передаче (блокировки). Материал с высокой поглощающей способностью снижает звуковую энергию в помещении, где он установлен; материал с высокими потерями при передаче (плотный барьерный слой) предотвращает передачу звука с одной стороны на другую. Эффективные акустические системы в транспортных средствах и зданиях используют оба механизма в сочетании — барьерный слой для предотвращения передачи и поглощающий слой для управления энергией внутри замкнутого пространства.

Автомобильные акустические приложения

Интерьер автомобиля является наиболее требовательным и обусловленным спецификациями акустическим применением иглопробивного нетканого материала. Автопроизводители определяют подробные акустические цели по уровням шума в салоне на различных скоростях и условиях работы двигателя, а акустические характеристики каждого компонента — системы пола, изоляции приборной панели, дверных панелей, обшивки багажника, потолка, крышек колесных арок — разрабатываются для достижения этих целей в совокупности. Иглопробивной нетканый материал присутствует практически во всех этих позициях: либо в качестве основного звукопоглощающего слоя, либо в качестве компонента многослойного композита.

Напольные системы

Система пола обычно является самым большим по площади акустическим компонентом в автомобиле. Он состоит из плотного барьера из виниловой или битумной массы, прикрепленного к толстому иглопробивному нетканому развязывающему слою под тафтинговым ковром или формованной поверхностью ковра. Барьерный слой обеспечивает потери передачи от шума трансмиссии и дороги снизу; развязывающий слой (иглопробивной нетканый материал, обычно плотностью 400–1200 г/м2 в зависимости от сегмента транспортного средства) поглощает остаточную звуковую энергию, проходящую через барьер, и обеспечивает мягкую, податливую основу, которая предотвращает прямое сцепление ковра с конструкцией пола и повторное излучение структурной вибрации в виде воздушного шума.

Жесткость изолирующего слоя имеет решающее значение: он должен быть достаточно податливым, чтобы отделять массу ковра от пола, но при этом достаточно плотным, чтобы эффективно поглощать звук. Динамическая жесткость иглопробивного нетканого материала (измеренная в МН/м³) определяет резонансную частоту системы масса-пружина ковра, которая должна быть значительно ниже частотного диапазона, представляющего интерес для комфорта пассажиров (100–3000 Гц). Более высокий чердак (более толстый, менее сжатый материал) при том же весе обеспечивает меньшую динамическую жесткость — именно поэтому марки акустических развязывающих материалов специально разработаны для удержания чердака при сжимающих нагрузках при укладке пола, а не просто указаны по весу.

Изоляция приборной панели

Перегородка между моторным отсеком и пассажирским салоном является основным источником шума двигателя. Многослойные изоляторы приборной панели — тяжелые барьеры в сочетании с иглопробивными неткаными поглотителями — прикреплены к межсетевой перегородке со стороны двигателя, чтобы блокировать и поглощать шум двигателя и впуска. Иглопробивной нетканый материал в тиреовых системах обычно имеет плотность 200–600 г/м2, часто с обработкой поверхности или облицовочным материалом, облегчающим установку и отвечающим требованиям воспламеняемости. Нетканый материал должен соответствовать сложной геометрии современных противопожарных конструкций и сохранять свои акустические характеристики после термоциклирования во всем диапазоне рабочих температур моторного отсека.

Дверные панели и обшивка багажника

В материалах подложки дверных панелей и обшивке багажника иглопробивной нетканый материал используется главным образом из-за его звукопоглощения и свойств отделки поверхности — нетканый материал обеспечивает последовательную, визуально однородную основу для формованных пластиковых дверных панелей и создает мягкую, шумопоглощающую поверхность, видимую в салоне багажника. В этих приложениях обычно используются более легкие марки (100–300 г/м²), чем в напольных системах, выбранные с учетом однородности поверхности и формуемости, а также акустических характеристик.

Создание акустических приложений

В строительстве зданий иглопробивной нетканый материал выполняет акустические функции в стеновых и потолочных системах, подложке полов и облицовке воздуховодов систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Акустические требования в строительстве регулируются стандартами, отличными от автомобильных (ISO 354 для измерения поглощения в реверберационной комнате; ISO 10140 для лабораторных измерений передачи звука), но физика поглощения на основе волокон идентична.

Акустическая подложка под твердыми напольными покрытиями — ламинатом, искусственной древесиной, камнем — использует сжимаемый иглопробивной нетканый материал для поглощения энергии удара шагов, которая в противном случае передавалась бы через конструкцию пола в виде структурного шума в комнате внизу. Изоляция ударного шума (измеряемая как снижение уровня ударного шума, ΔLw в дБ) улучшается с увеличением толщины и сжимаемости подложки. Иглопробивные нетканые подложки толщиной в сжатом виде 3–8 мм обеспечивают значительное улучшение звука при ударе, не создавая при этом нестабильности под ногами, которая может возникнуть с течением времени подложек из пеноматериала.

В акустической облицовке стеновых панелей и потолочных плиток используется иглопробивной нетканый материал, обеспечивающий высокопоглощающую отделку поверхности в офисах, аудиториях, студиях звукозаписи и любых внутренних помещениях, где требуется контроль реверберации. Внешний вид ткани (поверхностная плотность, цвет, текстура) может быть изменен в соответствии с архитектурными требованиями, сохраняя при этом ее функцию звукопоглощения.

Основные характеристики акустического иглопробивного нетканого материала

Почему денье волокна имеет значение для акустических характеристик

Денье волокна (линейная плотность каждого волокна в граммах на 9000 метров) оказывает прямое влияние на звукопоглощение, которое не отражается только на характеристиках веса или толщины. Более тонкие волокна (меньший денье) создают больше поверхностей волокон на единицу объема материала — большую площадь поверхности для трения воздух-волокно, что означает, что больше акустической энергии рассеивается на единицу длины пути через материал. Иглопробивной нетканый материал плотностью 300 г/м2, изготовленный из волокон плотностью 1,5 денье, будет иметь значительно более высокие коэффициенты поглощения, особенно на средних и высоких частотах, чем материал плотностью 300 г/м2, изготовленный из волокон плотностью 6 денье той же толщины.

Для акустически важных применений в автомобильных напольных системах и изоляторах приборной панели указание плотности волокна вместе с весом и толщиной обеспечивает более предсказуемые акустические характеристики, чем указание только веса. В спецификациях «полиэстер, плотность 1,5 денье, 400 г/м2, установленная толщина 15 мм» является более полной акустической характеристикой, чем «полиэфирный нетканый материал 400 г/м2» — последний может быть изготовлен из различных размеров денье, которые имеют совершенно разные характеристики.

Часто задаваемые вопросы

Всегда ли более тяжелый нетканый материал лучше поглощает звук?

Более тяжелый материал обычно поглощает больше звуковой энергии на низких частотах и ​​может поддерживать более высокое поглощение в более широком диапазоне частот, но зависимость не является линейной, и оптимальный вес зависит от требований к частоте конкретного приложения, доступной толщины установки и веса системы. В автомобильных напольных системах, где для снижения шума в салоне от дорог и источников трансмиссии требуется хорошее поглощение частот ниже 500 Гц, оправдано применение тяжелых развязывающих материалов (800–1200 г/м²). При облицовке стеновых панелей, где основным требованием является поглощение отражений в диапазоне разборчивости речи 500–4000 Гц, более легкие материалы (150–300 г/м²) работают адекватно, и их легче изготовить в фасонные панели. Спецификация должна основываться на данных акустических измерений для конкретного материала на соответствующих частотах, а не на общем предположении, что чем тяжелее, тем лучше.

Можно ли использовать иглопробивной нетканый материал как для впитывания, так и в качестве барьерного слоя?

Иглопробивной нетканый материал — это, прежде всего, поглощающий материал: его открытая пористая структура делает его акустически эффективным, и та же самая пористость означает, что он передает, а не блокирует звук. Барьерные слои с высокими потерями при передаче требуют плотных, непроницаемых материалов (винил, битумные компаунды, нагруженные нетканые композиты с мелкодисперсными наполнителями). В эффективных автомобильных акустических системах используются оба сочетания: тяжелый непроницаемый барьер, прикрепленный к конструкции пола, обеспечивает потери передачи, а иглопробивной развязывающий слой из нетканого материала над ним обеспечивает поглощение и структурную развязку. Ни один из материалов сам по себе не обеспечивает эффективно обе функции. Если покупатель ищет один материал, который одновременно поглощает и блокирует, подходящей категорией продуктов является композит (ламинат с барьерным поглотителем), а не простой иглопробивной нетканый материал.

Как влажность влияет на акустические характеристики иглопробивной нетканый материал для автомобильной промышленности приложения?

Влага в напольной системе является проблемой, связанной с долгосрочным сроком службы, которая влияет на акустические характеристики двумя способами. Вода, заполняющая поры нетканого материала, увеличивает его массу, но уменьшает его пористость — насыщенный нетканый материал имеет меньшее сопротивление воздушному потоку и, следовательно, меньшее звукопоглощение, чем тот же сухой материал. Что еще более важно, длительное удержание влаги в напольной системе способствует появлению запаха, а в материалах, содержащих натуральные волокна, - биологическому разложению. Для автомобильных полов во влажном климате или транспортных средств без надлежащего дренажа в стыках панелей кузова предпочтителен полиэфирный нетканый материал (который лучше противостоит разрушению, связанному с влагой, чем смеси натуральных волокон), а детали установки должны включать дренажные приспособления для предотвращения стоячей воды в системе пола. Правильно установленный полиэфирный акустический нетканый материал, который не является постоянно насыщенным, вернется к акустическим характеристикам, близким к расчетным, по мере высыхания, но повторяющееся циклическое высыхание влажным способом в течение многих лет может вызвать долговременное сжатие и потерю высоты, что постепенно ухудшает акустические функции материала.

Нетканый материал для салона автомобиля | Войлок | Функциональная иглопробивная ткань | Иглопробивной нетканый материал | Свяжитесь с нами