Chacun d’entre nous détermine l’importance de certaines propriétés de consommation d’une voiture. Par exemple, quelqu’un est plus intéressé par l’espace, et quelqu’un par la maniabilité. Mais le confort acoustique est important pour tout le monde. Il n’est pas nécessaire d’être un expert pour savoir si une voiture est bruyante. Les premières conclusions peuvent être tirées dès le début du voyage. En revanche, l’évaluation de la douceur de roulement ou des freins prend du temps. Dans l’industrie, il existe un concept combiné de NVH (bruit, vibrations, dureté).
Si tout va mal dans la sphère NVH, une personne le ressent physiquement : le système nerveux et le cerveau sont surchargés, la concentration est altérée, le tonus et la réaction diminuent. C’est pourquoi il est plus facile de parcourir de longues distances dans des voitures modernes plus silencieuses. Ne pensez pas que « l’insonorisation s’est améliorée avec le temps » ! En théorie, l’isolation acoustique est le dernier moyen, et pas nécessairement le plus efficace, d’assurer le confort acoustique. Comprenons maintenant pourquoi.
Il est difficile de parler des NVH sans se plonger dans la physique et les mathématiques. Afin de ne pas rester bloqué dans des sujets trop élevés, nous allons simplifier certaines choses. Mais il n’est pas faux de dire que le bruit est généré par les vibrations. Ces dernières sont elles aussi nocives, surtout pour les équipements techniques.
Toute vibration a donc une source. Les bruits et les vibrations d’une voiture sont principalement générés par le moteur et le système d’échappement, les roues qui roulent et l’air qui circule autour de la carrosserie. Il existe quelques douzaines d’autres sources, mais ce sont celles énumérées ci-dessus qui dominent. En général, aux vitesses urbaines, la principale « contribution » est apportée par le moteur, tout « chante » presque également sur l’autoroute à 90-100 km/h, et après 120-130 km/h, la première préoccupation concerne les perturbations d’origine aérodynamique et routière. C’est en théorie.
Tout bruit, comme celui d’un moteur, se propage de deux manières. Mécaniquement, par les vibrations des panneaux de carrosserie et des éléments structurels qui ont un lien physique avec la source, et directement par l’air, y compris en « pénétrant » par ces mêmes panneaux. Il y a donc trois façons principales de traiter le bruit. Par ordre de priorité, il s’agit de la réduction de l’intensité de son origine, de l’atténuation du rayonnement secondaire par des éléments structurels et, en troisième lieu seulement, de l’isolation acoustique, c’est-à-dire de la « capture » de la composante transmise par l’air.
Par exemple, la réduction du bruit d’un moteur commence par l’organisation du processus de combustion, qu’il convient d’aplanir si possible. Les grands émetteurs de bruit – le bloc-cylindres, le couvre-culasse, le carter – sont conçus de manière à ne pas entrer en résonance avec le processus de travail dans les cylindres. De plus en plus souvent, ces éléments sont fabriqués en plastique, des matériaux absorbant le bruit y sont appliqués directement, et l’ensemble du moteur est si possible « encapsulé ». Les systèmes d’échappement étaient autrefois très bruyants, mais les catalyseurs et les filtres à particules, qui atténuent les pulsations des gaz d’échappement pour soutenir les silencieux d’échappement, y ont involontairement contribué.
La transmission des vibrations doit être empêchée par les supports de l’unité motrice. Les points de fixation sont choisis de manière à ne pas provoquer de vibrations corporelles. L’histoire du premier VAZ-2108 de série est mémorable : les vibrations et le bruit au ralenti ont atteint un niveau inconfortable à cause d’un support avant mal placé. Il était trop tard pour déplacer le support, il a été rendu plus souple, ce qui a entraîné un certain nombre d’autres problèmes…
Aujourd’hui, les supports hydrauliques de l’unité motrice, qui combinent une fonction élastique et une fonction de suppression (comme un duo de ressort et d’amortisseur dans la suspension), n’ont plus rien d’exotique. Les supports actifs qui créent un mouvement dans la phase opposée à la vibration ou qui modifient leur rigidité en fonction des conditions sont les plus efficaces.
Les vibrations qui atteignent encore le corps doivent être réduites au minimum. Il est très important d’éviter les résonances. Le corps le plus rigide possible n’est pas nécessairement silencieux. La construction monolithique peut réduire les résonances, mais augmente la transmission des bruits de structure.
Contrairement aux journalistes, les ingénieurs automobiles utilisent souvent le concept de fréquences de résonance de la carrosserie, plutôt que sa rigidité en torsion. En outre, la fréquence optimale ne doit pas être la plus élevée ou la plus basse possible – elle doit être exactement telle qu’elle évite les résonances. En effet, la carrosserie n’est qu’un des éléments du système vibratoire le plus complexe, qui comprend les éléments de suspension élastiques, les pneus, les sièges et toutes les sources de vibrations.
La disposition des charges de la carrosserie est élaborée en tenant compte de tout ce qui précède. Même les pièces qui ne sont pas soumises à une charge importante sont dotées de barres de renfort et de plaques de renfort embouties afin de contrer autant que possible les vibrations. Les aciers à haute résistance et traités thermiquement, le laminage d’épaisseur variable, les technologies de collage des pièces de carrosserie et d’autres astuces sont utilisés même dans l’industrie automobile de masse. Dans le même temps, la simulation informatique détectera toujours des vibrations résiduelles. Que faut-il en faire ?
En résumé, il faut modifier les fréquences des vibrations naturelles à ces endroits pour éviter la résonance. Par exemple, en utilisant des amortisseurs de vibrations – des masses fixées de manière rigide ou souple. Ne vous étonnez pas de trouver une barre de fonte de trois kilos quelque part dans les entrailles du pare-chocs avant lors d’une réparation : elle n’a pas été oubliée à l’usine, mais a été vissée strictement selon les calculs de conception afin de niveler les fluctuations de certaines fréquences. Des charges moins importantes sont souvent placées sur des pièces de la suspension ou du système d’échappement.
De la mousse, dont les caractéristiques ressemblent à celles de la construction, est coulée dans la cavité de la carrosserie à certains endroits, et des tapis de bitume, par exemple, sont collés sur des panneaux plats. Mais pas sur toute la surface, comme dans le garage tuning, mais de manière sélective, en choisissant les endroits sur la base d’une modélisation informatique. Le bruit utilise toutes les failles, c’est pourquoi le nombre d’entre elles dans la carrosserie, et en particulier dans le bouclier du moteur, est réduit au minimum. Chacune d’entre elles est soigneusement isolée. Il est bon que les commandes mécaniques de l’accélérateur et les transmissions automatiques, qui constituaient un puissant canal de transmission des vibrations, appartiennent au passé. Ce n’est qu’après avoir sélectionné toutes les réserves de conception que l’on passe à l’insonorisation.
Si tout a été fait correctement dans les étapes précédentes, vous n’en aurez pas besoin de beaucoup. Par exemple, quatre kilogrammes de matériaux d’insonorisation en moins ont été utilisés pour la Golf de septième génération par rapport à son prédécesseur. Les tapis et moquettes modernes sont des chefs-d’œuvre technologiques, moulés avec précision pour épouser les contours et le relief du bouclier moteur ou du plancher. Dans l’habitacle d’une voiture, on ne peut absolument pas se passer d’un revêtement, car il remplit également une fonction d’isolation thermique. Mais ne soyez pas surpris, par exemple, par la présence de métal nu autour de la roue de secours dans le coffre : cela signifie que, selon le constructeur, le bruit a été supprimé avec succès par des mesures primaires.
Ces « protocoles » sont appliqués non seulement au bruit du moteur, mais aussi à chaque source. Croyez-nous, nous pourrions écrire des articles distincts sur la lutte contre le grondement des pneus qui roulent, les perturbations aérodynamiques ou les bruits extérieurs. Il y a beaucoup de nuances, de subtilités et d’astuces. Le collage maison avec des tapis supplémentaires a certainement un effet, mais cette approche ne peut pas être qualifiée de rationnelle. Non seulement vous devrez dépenser beaucoup d’argent en matériaux et en travail pour un avantage de quelques décibels, mais vous devrez aussi transporter des dizaines de kilos supplémentaires, que vous paierez en augmentant votre consommation de carburant.
La dernière tendance est aux systèmes de réduction active du bruit qui utilisent les haut-parleurs du système audio pour créer un son utile dans la phase opposée au son nuisible. L’un après l’autre, le silence devrait régner. Hélas, ces systèmes ne fonctionnent pas avec précision, ils sont limités en puissance et en gamme de fréquences : c’est une question de physique. Les bruits du moteur et de la route atteignent les oreilles du conducteur et des passagers en seulement 0,009 seconde, et les meilleurs systèmes anti-bruit réagissent en 0,002 seconde. Il est clair qu’ils vont s’améliorer, mais l’essentiel est de ne pas se retrouver dans la même situation qu’avec l’ESP, lorsque le développement de l’électronique de sécurité s’est transformé en un affaiblissement des principes de conception de base…
Plus la fréquence du son est élevée, plus il est dérangeant. Par exemple, l’effet de fatigue commence à un volume de 80 décibels (dB) dans la gamme de fréquences de 2000-4000 Hz, et déjà à 60 dB à 5000-6000 Hz. Les bruits de structure, qui sont propagés par le corps, ont principalement une fréquence inférieure à 500 Hz et sont perçus par l’oreille comme des basses plus graves, des bourdonnements. Dans une voiture, ils proviennent principalement de la route, mais aussi du système d’échappement.
Les perturbations transmises acoustiquement dominent aux fréquences supérieures à 1000 Hz (elles sont considérées comme des hautes fréquences à partir de 800 Hz). C’est là que le groupe motopropulseur et l’aérodynamique produisent le plus de bruits. Une personne perçoit un son dans une gamme de 20 Hz à 20 000 Hz, mais dans une voiture, nous avons généralement affaire à des fréquences comprises entre 30 et 8500 Hz.
Outre la composition spectrale (fréquence du bruit), la nature du spectre est également importante. Il existe des bruits à large bande, c’est-à-dire un mélange de sons, et des bruits tonaux. Par exemple, le hurlement du moteur électrique de la direction assistée ou le sifflement du réfrigérant dans les entrailles du climatiseur. Une voiture peut produire des centaines de ces « notes » spécifiques, et les bons constructeurs les « détruisent » complètement au stade des essais sur route.
Par ailleurs, la valeur du volume sonore en décibels ne correspond pas nécessairement aux sensations subjectives d’une personne. En effet, notre organe auditif perçoit différemment les sons de différentes fréquences. Oui, les appareils de mesure du bruit traitent également les signaux provenant du microphone dans un programme complexe, en essayant de copier la sensibilité de l’oreille. Mais cela ne fonctionne pas toujours. Dans la pratique, les constructeurs automobiles s’appuient nécessairement non seulement sur des mesures, mais aussi sur l’avis d’experts. Il est parfois plus facile de transférer le son sur une fréquence plus agréable que de le supprimer. Tout cela est résolu lors des essais sur route.
Il n’existe aucune restriction sur le bruit interne des voitures particulières, que ce soit dans l’UE ou aux États-Unis, mais seulement sur le bruit externe. Il est clair que les constructeurs ont un intérêt vital à ce que le client se sente à l’aise dans l’habitacle. Mais la Russie, par exemple, a ses propres règles. Lors de la certification, toutes les nouvelles voitures, y compris les Rolls-Royce ou les Mercedes-Maybach classe S, sont contrôlées pour vérifier leur conformité à l’annexe n° 3 des règlements techniques « sur la sécurité des véhicules à roues ». En d’autres termes, des microphones sont suspendus dans l’habitacle et le bruit est mesuré à l’aide de plusieurs méthodes, notamment lors de la conduite à vitesse constante et de l’accélération.
En général, le bruit ne doit pas dépasser 77 dB, mais il y a beaucoup d’exceptions. Les 79 dB sont déjà autorisés pour les voitures de type break et semi-cabine, telles que les monospaces. Si la voiture est certifiée comme SUV (ce qui est le cas de certains crossovers), ces valeurs peuvent être dépassées de deux décibels. Il fut un temps où le coupé Porsche 911 R de collection n’arrivait pas en Russie précisément parce qu’il ne respectait pas les exigences spécifiques relatives au niveau de bruit interne.
Bien qu’une note de bas de page distincte soit prévue pour les voitures de sport. Si le poids à vide est inférieur à deux tonnes et que le rapport puissance/poids est supérieur à 75 kW/t (102 ch par tonne), un dépassement de quatre décibels est autorisé. Si la puissance est supérieure à 110 kW (près de 150 ch) par tonne, les essais sont effectués en douceur, uniquement à vitesse constante. De nombreuses voitures civiles entrent dans ce cadre. Même la Lada Vesta Sport, qui n’est pas très puissante (145 chevaux), a une puissance de 109 chevaux par tonne. Pourquoi alors faire tout un plat de la certification du bruit interne, obligeant les constructeurs à engager des frais inutiles qui seront finalement répercutés sur le prix de la voiture ?
Il est curieux de constater que les manuels sur la théorie des voitures de l’époque soviétique ne disent généralement pas un mot sur le bruit et les vibrations. La lutte contre le bruit et les vibrations était souvent menée sur la base du principe résiduel : lorsque la carrosserie et le moteur étaient prêts, les concepteurs commençaient à se demander comment rendre l’intérieur plus silencieux. Par exemple, ils ont ajouté la même isolation en sautant les deux premières étapes : la lutte contre la source des perturbations et leur propagation. Aujourd’hui, une voiture compétitive ne peut être construite que si le constructeur pense aux NVH dès le stade de la conception, sans parler du design.
Les technologies modernes posent de nouveaux défis aux ingénieurs acousticiens. L’allègement actif des carrosseries, l’utilisation de matériaux légers tels que les alliages d’aluminium ou les matériaux composites contribuent à l’augmentation du bruit structurel. Les pneus sont de plus en plus larges et donc de plus en plus bruyants. Dans un souci de respect de l’environnement, le processus de combustion du carburant dans le cylindre devient souvent moins régulier, c’est-à-dire qu’il génère plus de vibrations.
L’abandon du moteur à combustion interne au profit du moteur électrique ne facilite pas la tâche. Au lieu des 2500-3000 Hz habituels, le spectre de fréquences émis par le moteur se situe dans la plage inconfortable d’environ 5000 Hz, où se mêle un nouveau type de bruit : le bruit électromagnétique. Il existe de nouveaux sons qui étaient auparavant ignorés, car ils étaient noyés dans le moteur à combustion interne. Par exemple, ceux créés par les amortisseurs de climatisation. Si l’on se projette encore plus loin dans l’avenir sans conducteur qui nous est imposé, le rôle des NVH ne fera que croître, car il n’y aura presque plus rien à discuter en plus du confort acoustique dans la voiture. Et le bruit est une substance qui semble être compréhensible pour chacun d’entre nous…
Vous pouvez lire l’original ici : https://www.drive.ru/technic/5ebe5f04ec05c49c7e0000eb.html
Publié August 19, 2021 • 13m to read
