Ruido, vibración y aspereza ( NVH ), también conocido como ruido y vibración ( N&V ), es el estudio y modificación de las características de ruido y vibración de los vehículos , particularmente automóviles y camiones . Si bien el ruido y la vibración se pueden medir fácilmente, la dureza es una cualidad subjetiva y se mide mediante evaluaciones del jurado o con herramientas analíticas que pueden proporcionar resultados que reflejen las impresiones subjetivas humanas. Estas últimas herramientas pertenecen al campo de la psicoacústica .
El NVH interior se ocupa del ruido y las vibraciones experimentados por los ocupantes de la cabina , mientras que el NVH exterior se ocupa en gran medida del ruido irradiado por el vehículo e incluye pruebas de ruido al pasar.
NVH es principalmente ingeniería, pero a menudo las mediciones objetivas no logran predecir o correlacionar bien con la impresión subjetiva de los observadores humanos. Por ejemplo, aunque la respuesta del oído a niveles de ruido moderados se aproxima mediante la ponderación A , dos ruidos diferentes con el mismo nivel ponderado A no son necesariamente igualmente perturbadores. El campo de la psicoacústica se ocupa en parte de esta correlación.
En algunos casos, se le pide al ingeniero de NVH que cambie la calidad del sonido, sumando o restando armónicos particulares, en lugar de hacer que el vehículo sea más silencioso.
El ruido, la vibración y la aspereza de los vehículos se pueden distinguir fácilmente cuantificando la frecuencia. La vibración está entre 0,5 Hz y 50 Hz, el ruido está entre 20 Hz y 5000 Hz, y la dureza surge del acoplamiento de ruido y vibración.
Las fuentes de ruido en un vehículo se pueden clasificar en:
Muchos problemas se generan en forma de vibración o ruido, se transmiten a través de diversas vías y luego se irradian acústicamente al interior de la cabina. [1] Se clasifican como ruidos "transmitidos por estructuras". Otros se generan acústicamente y se propagan por vías aéreas. El ruido transmitido por las estructuras se atenúa mediante el aislamiento, mientras que el ruido transmitido por el aire se reduce mediante la absorción o mediante el uso de materiales de barrera. Las vibraciones se detectan en el volante, el asiento, los reposabrazos o el suelo y los pedales. Algunos problemas se detectan visualmente, como la vibración del espejo retrovisor o del riel superior en los automóviles descapotables.
NVH puede ser tonal, como el ruido del motor, o de banda ancha, como el ruido de la carretera o el viento, normalmente. Algunos sistemas resonantes responden a frecuencias características, pero en respuesta a una excitación aleatoria. Por tanto, aunque parezcan problemas tonales en cualquier espectro, su amplitud varía considerablemente. Otros problemas son autoresonantes , como los silbidos de las antenas.
Los ruidos tonales suelen tener armónicos . A continuación se muestra el espectro de ruido del Ferrari de Michael Schumacher a 16680 rpm, que muestra los distintos armónicos. El eje x está dado en términos de múltiplos de la velocidad del motor. El eje y es logarítmico y no está calibrado.
La instrumentación típica utilizada para medir NVH incluye micrófonos , acelerómetros y dinamómetros o células de carga. Muchas instalaciones de NVH tienen cámaras semianecoicas y dinamómetros de carretera rodantes . Normalmente, las señales se graban directamente en el disco duro mediante un convertidor de analógico a digital . Antiguamente se utilizaban grabadoras de cinta magnética o DAT. La integridad de la cadena de señales es muy importante; normalmente, cada uno de los instrumentos utilizados se calibra completamente en un laboratorio una vez al año y cualquier configuración determinada se calibra en su totalidad una vez al día.
La vibrometría de escaneo láser es una herramienta esencial para una optimización eficaz de NVH. Las características vibratorias de una muestra se adquieren en campo completo en condiciones operativas o excitadas. Los resultados representan las vibraciones reales. Ninguna masa añadida influye en la medición, ya que el sensor es la propia luz.
Las técnicas utilizadas para ayudar a identificar NVH incluyen sustitución de piezas, análisis modal , pruebas de chirridos y traqueteos de plataformas (pruebas completas de vehículos o componentes/sistemas), revestimiento de plomo, intensidad acústica , análisis de rutas de transferencia y coherencia parcial. La mayor parte del trabajo NVH se realiza en el dominio de la frecuencia, utilizando transformadas rápidas de Fourier para convertir las señales del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia. También se utilizan el análisis wavelet , el análisis de orden, el análisis estadístico de energía y la evaluación subjetiva de señales modificadas en tiempo real.
El análisis NVH necesita buenos prototipos representativos del vehículo de producción para realizar pruebas. Estos son necesarios en las primeras etapas del proceso de diseño, ya que las soluciones a menudo requieren modificaciones sustanciales en el diseño, lo que obliga a realizar cambios de ingeniería que son mucho menos costosos cuando se realizan tempranamente. Estos primeros prototipos son muy caros, por lo que ha habido un gran interés en las técnicas de predicción asistidas por ordenador para NVH.
Un ejemplo son los trabajos de modelización para el análisis de ruido y vibraciones transmitidos por estructuras. Cuando el fenómeno considerado ocurre por debajo, por ejemplo, de 25 a 30 Hz, la vibración del sistema de propulsión en ralentí, se puede utilizar un modelo de varios cuerpos. Por el contrario, cuando el fenómeno que se está considerando ocurre a una frecuencia relativamente alta (por ejemplo, por encima de 1 kHz), un modelo de análisis estadístico de energía (SEA) puede ser un mejor enfoque.
Para la banda de frecuencias medias existen varias metodologías, como el análisis vibroacústico de elementos finitos y el análisis de elementos límite . La estructura se puede acoplar a la cavidad interior y formar un sistema de ecuaciones totalmente acoplado. Además, existen otras técnicas que pueden mezclar datos medidos con datos de elementos finitos o de elementos límite.
Hay tres medios principales para mejorar NVH:
Decidir cuál de estos (o qué combinación) utilizar para resolver un problema particular es uno de los desafíos que enfrenta el ingeniero de NVH.
Los métodos específicos para mejorar NVH incluyen el uso de amortiguadores de masa sintonizados , subchasis , balanceo , modificación de la rigidez o masa de las estructuras, reajustamiento de escapes y tomas , modificación de las características de aisladores elastoméricos, adición de materiales absorbentes o insonorizantes y uso de control activo del ruido . En algunas circunstancias, cambios sustanciales en la arquitectura del vehículo pueden ser la única manera de solucionar algunos problemas de manera rentable.
Organizaciones sin fines de lucro como la Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE) y la Asociación de Fabricantes de Control Sísmico y Aislamiento de Vibraciones (VISCMA) brindan especificaciones, estándares y requisitos que cubren una amplia gama de industrias, incluidas electricidad, mecánica, plomería y climatización.