Время и стекло
Как долго звучит стеклянный бокал, покрытый шумовиброизоляционной противошумной мастикой? Как изменяется его звучание в сравнении с чистым, необработанным бокалом? Мы уже занимались этой задачей. Давайте к ней вернемся. Причина проста: редакционные эксперименты с защитой салона автомобиля от шума продолжаются. И чтобы двигаться дальше, необходимо вспомнить пройденное.
При защите автомобиля от шума и вибраций снижение децибелов, конечно же, необходимо. Но гораздо важнее гасить высокочастотные составляющие звука. Именно высокочастотные гармоники делают шум неприятным, создавая дискомфорт и плохое настроение.
Источников звука в автомобиле много. Это двигатель, разнообразные шестерни и подшипники, шины... Добавим к ним аэродинамические шумы при движении и вибрации от неровностей дороги – все это перечислялось не раз.
Как было бы хорошо подавить нежелательные шумы «в зародыше», точнее, в самом источнике звука! Возможно это? Да, этим занимаются конструкторы и технологи, создающие двигатель, трансмиссию, шины и прочие узлы, агрегаты и детали.
А вот дилер, автосервис, владелец автомобиля повлиять на сам источник звука не могут. Им не подвластны ни изменение конструкции двигателя, ни оптимизация рисунка протектора... Но зато в их силах изменить характеристики другого объекта – звучащего. Если хотите, пассивно звучащего. Под таковым будем понимать тело, принимающего звук от источника и передающего его далее человеческому уху.
Таким телом можно считать кузовные панели. Достаточно обработать их специальной шумовиброизоляционной мастикой, и звучание этих деталей, вернее, их способность к транслированию звука от внешнего источника изменится – это несомненно. Но будет ли такое изменение достаточно эффективным и комфортным для человека?
Чтобы проверить и оценить воздействие мастики на пассивно звучащий объект, наш консультант канд. физ.-мат. наук Владимир Милов предложил любопытный эксперимент.
Начнем с инструментария. Он весьма прост: стеклянные бокалы, деревянная палочка, микрофон и компьютер со специальной программой. В качестве материала, поглощающего звук, выбираем шведскую шумовиброизоляционную мастику на водной основе Noxudol 3100.
А методика такова: берем стеклянный бокал, ударяем по нему, записываем время и амплитудно-частотную картину его звучания, которую разворачиваем на экране.
Потом берем такой же бокал, но обмазанный мастикой. Ударяем по нему, записываем, разворачиваем на экране соответствующую картинку. Потом сравниваем ее с записью «пения» чистого, необработанного бокала.
Повторяем вышеописанные манипуляции для бокала другой формы. Записываем, сравниваем. Вот, собственно и все.
Чем хорош такой эксперимент? Во-первых, он нагляден, и не требует специального (сложного и дорогого!) оборудования.
Во-вторых, он гарантирует повторяемость опыта. При повторных экспериментах результаты будут совпадать в пределах погрешности записывающей аппаратуры. Секрет прост: затухание звука не зависит от силы воздействия, т.е. силы удара палочкой по бокалу. Любителям более строгих пояснений предлагаем заглянуть в справочники, где сказано, что скорость уменьшения амплитуды колебаний от силы воздействия не зависит.
Почему мы выбрали для эксперимента бокал? Потому что он изначально создан для долгого звучания – все мы время от времени чокаемся с соседями по столу и наслаждаемся перезвоном. И если мастика быстро и эффективно справится с его переливами, значит, она действительно хорошо выполняет свое предназначение.
Долго описывать эксперимент нет смысла: подобрали пары бокалов с одинаковыми тонами звучания. Один станет эталонным, другой будет обработан мастикой. Намазали бокалы, высушили пленку в сушильной камере, ударили чистые бокалы, записали; ударили намазанные бокалы, записали. А теперь перейдем к результатам.
На графиках видно, что сразу после удара звуковые колебания имеют высокую амплитуду, потом она спадает. Вот это падение и характеризует коэффициент затухания звучащего (точнее, возбужденного) бокала.
Сразу условимся: глядя на представленные здесь графики, не следует сравнивать между собой геометрические размеры изображенных на экранах кривых – они высвечены в разных масштабах! Оценивая длительности и амплитуды, обращайте внимание на цифры на осях абсцисс и ординат!
На графике 1 представлен звук эталонного, т.е. необработанного бокала. По кривой видно, что его звучание продолжалось довольно долго – порядка 0,7 с (диапазон на графике приблизительно от 170 до 870 мс).
Развертка показала, что в конце звучания мы имеем чистый, гармоничный (субъективно – очень приятный для уха) звук, а в начале кривая изобилует многими частотами, в том числе и некомфортными высокими. Но они со временем затухают, отдавая первенство гармоническим частотам.
Теперь испытываем такой же бокал, но уже намазанный мастикой. Результаты представлены на графике 2. Тут мы видим, в общем-то, ту же самую картину. В начале сигнал ангармоничный, там присутствуют наложения самых разных частот, а к концу тот же сигнал становится гармоничным. Но самое главное, затухание произошло в 7 раз быстрее – всего за 0,1 с (приблизительный диапазон от 200 до 300 мс).
Здесь же мы приводим развертку затухания звучания намазанного бокала (график 3). Из нее видно, что колебания стали гармоническими на 270-й мс. У необработанного бокала, который и звучал в 7 раз дольше, этот момент наступил значительно позже.
Если посмотреть на приведенные здесь фотографии нанесения мастики, видно, что мы работали с двумя видами бокалов – с широкой и узкой чашей. Так вот, графики, которые мы только что обсуждали, относятся к широким бокалам. Скажем несколько слов и об узких. Эксперименты показали, что они охотнее «сотрудничают» с мастикой – здесь намазанный бокал переставал звучать в 8 раз быстрее.
А теперь к выводам. Ясно, что предмет, возбужденный от внешнего источника, при обработке мастикой становится менее шумным. Внешний сигнал ощутимо ослабляется, но самое главное – то, о чем говорилось в начале статьи. Из внешнего сигнала уходят высокочастотные составляющие, делающие звук ангармоничным, неприятным, дискомфортным.
С высокой степень вероятности можно утверждать, что это произошло благодаря особому составу мастики – в ней присутствуют мельчайшие частицы полимерного наполнителя, делающие сам материал неоднородным, негомогенным. А из теории известно, что наилучшим образом звуки подавляются именно негомогенными материалами, поскольку упругие деформации неоднородной массы превращают колебания в тепловую энергию наиболее эффективно.
Словом, шведская мастика зарекомендовала себя самым лучшим образом. Будучи нанесенной, как уже говорилось, на «наиболее звучащие» предметы нашего обихода – бокалы для вина, она сумела укротить их «певческие порывы» весьма решительно – а именно, в 7 и 8 раз. Надо полагать, что обработка «менее звучных» предметов и материалов, в частности металлических кузовных панелей, будет еще более эффективной.
В ближайшее время мы поставим сходный эксперимент с металлическими объектами – какими, пока секрет. Следите за нашими публикациями.
