El ruido, la vibración y la aspereza ( NVH ), también conocido como ruido y vibración ( N&V ), es el estudio y la modificación de las características de ruido y vibración de los vehículos , en particular los automóviles y camiones . Si bien el ruido y la vibración se pueden medir fácilmente, la aspereza 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 la vibración que experimentan los ocupantes de la cabina , mientras que el NVH exterior se ocupa principalmente del ruido irradiado por el vehículo e incluye pruebas de ruido en movimiento.
El ruido, la vibración y la dureza son en gran medida problemas de ingeniería, pero a menudo las mediciones objetivas no predicen ni se correlacionan 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 de ponderación 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 NVH que cambie la calidad del sonido, agregando o quitando 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 se encuentra entre 0,5 Hz y 50 Hz, el ruido entre 20 Hz y 5000 Hz y la aspereza se obtiene a partir del acoplamiento entre el ruido y la vibración.
Las fuentes de ruido en un vehículo se pueden clasificar en:
Muchos problemas se generan en forma de vibración o ruido, que se transmiten por diversos caminos y luego se irradian acústicamente hacia la cabina. [1] Estos se clasifican como ruido "transmitido por la estructura". Otros se generan acústicamente y se propagan por vías aéreas. El ruido transmitido por la estructura se atenúa mediante aislamiento, mientras que el ruido transmitido por el aire se reduce mediante absorción o mediante el uso de materiales de barrera. Las vibraciones se detectan en el volante, el asiento, los apoyabrazos o el piso y los pedales. Algunos problemas se detectan visualmente, como la vibración del espejo retrovisor o del riel de cabecera en los automóviles descapotables.
El ruido, la vibración y la dureza (NVH) pueden ser tonales, como el ruido del motor, o de banda ancha, como el ruido de la carretera o el ruido del viento, normalmente. Algunos sistemas resonantes responden a frecuencias características, pero en respuesta a una excitación aleatoria. Por lo tanto, aunque parecen problemas tonales en cualquier espectro, su amplitud varía considerablemente. Otros problemas son autorresonantes , 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 se expresa en múltiplos de la velocidad del motor. El eje y es logarítmico y no está calibrado.
Los instrumentos típicos que se utilizan para medir el NVH incluyen micrófonos , acelerómetros y medidores de fuerza o celdas de carga. Muchas instalaciones de NVH tienen cámaras semianecoicas y dinamómetros de carretera rodante . Por lo general, las señales se graban directamente en el disco duro a través de un convertidor analógico a digital . En el pasado, se utilizaban grabadoras de cinta magnética o DAT. La integridad de la cadena de señales es muy importante; por lo general, cada uno de los instrumentos utilizados se calibra por completo en un laboratorio una vez al año, y cualquier configuración determinada se calibra en su totalidad una vez al día.
La vibrometría por escaneo láser es una herramienta esencial para optimizar eficazmente el NVH. Las características vibratorias de una muestra se adquieren en campo completo en condiciones operativas o excitadas. Los resultados representan las vibraciones reales. No hay masa añadida que influya en la medición, ya que el sensor es ligero en sí mismo.
Las técnicas utilizadas para ayudar a identificar NVH incluyen la sustitución de piezas, el análisis modal , las pruebas de chirridos y traqueteos de la plataforma (pruebas de vehículo completo o de componentes/sistemas), revestimiento de plomo, intensidad acústica , análisis de la ruta de transferencia y coherencia parcial. La mayor parte del trabajo de NVH se realiza en el dominio de la frecuencia, utilizando transformadas rápidas de Fourier para convertir las señales del dominio del tiempo en el dominio de la frecuencia. También se utilizan el análisis de ondículas , el análisis de órdenes, el análisis estadístico de energía y la evaluación subjetiva de señales modificadas en tiempo real.
El análisis de NVH requiere buenos prototipos representativos del vehículo de producción para realizar pruebas. Estos son necesarios en las primeras fases del proceso de diseño, ya que las soluciones a menudo requieren modificaciones sustanciales del diseño, lo que obliga a realizar cambios de ingeniería que son mucho menos costosos si se realizan en una fase temprana. Estos primeros prototipos son muy costosos, por lo que ha habido un gran interés en las técnicas predictivas asistidas por computadora para NVH.
Un ejemplo de ello son los trabajos de modelado para el análisis de vibraciones y ruidos transmitidos por estructuras. Cuando el fenómeno en cuestión se produce por debajo de, por ejemplo, 25–30 Hz (la vibración en vacío del tren de potencia), se puede utilizar un modelo multicuerpo. Por el contrario, cuando el fenómeno en cuestión se produce a una frecuencia relativamente alta (por ejemplo, por encima de 1 kHz), un modelo de análisis estadístico de energía (SEA) puede ser un enfoque más adecuado.
Para la banda de frecuencia media, existen diversas metodologías, como el análisis de elementos finitos vibroacústicos y el análisis de elementos de contorno . La estructura se puede acoplar a la cavidad interior y formar un sistema de ecuaciones completamente acoplado. Además, existen otras técnicas que pueden mezclar datos medidos con datos de elementos finitos o de elementos de contorno.
Hay tres medios principales para mejorar el NVH:
Decidir cuál de estos (o qué combinación) utilizar para resolver un problema particular es uno de los desafíos que enfrenta el ingeniero NVH.
Los métodos específicos para mejorar el ruido, la vibración y la aspereza incluyen el uso de amortiguadores de masas ajustadas , bastidores auxiliares , equilibrado , modificación de la rigidez o masa de las estructuras, reajustado de los escapes y las entradas de aire , modificación de las características de los aisladores elastoméricos, adición de materiales absorbentes o insonorizantes y uso de control activo del ruido . En algunas circunstancias, los cambios sustanciales en la arquitectura del vehículo pueden ser la única forma de solucionar algunos problemas de manera rentable.
Las organizaciones sin fines de lucro como la Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE) y la Asociación de Fabricantes de Aislamiento de Vibraciones y Control Sísmico (VISCMA) brindan especificaciones, estándares y requisitos que cubren una amplia gama de industrias, incluidas las eléctricas, mecánicas, de plomería y HVAC.