Якщо зняти з диска деякі автомобільні шини із заводською системою шумоізоляції, всередині можна побачити досить незвичну конструкцію. До внутрішньої частини покришки приклеєна товста смуга пористого матеріалу, яка на перший погляд нагадує звичайний поролон. Насправді ж це спеціальна поліуретанова піна, встановлена там не випадково, а як результат точних акустичних розрахунків.
Подібні технології використовують Continental, Michelin, Pirelli та інші виробники. Особливо актуальними вони стали після активного поширення електромобілів, у яких практично відсутній звичний шум двигуна. Для чого шині потрібна така м’яка вставка, чому її розташовують саме під протектором і який звук вона повинна поглинати, стає зрозуміло, якщо розібратися в тому, що відбувається всередині колеса під час руху.
Шина несподівано стає своєрідним музичним інструментом
Якщо автомобільна покришка просто лежить на складі, ніяких особливих акустичних ефектів у ній немає. Вона складається з гуми, корду, протектора та внутрішнього герметичного шару. Але після встановлення на диск утворюється замкнений простір із повітрям під тиском. Саме ця порожнина вже здатна створювати та посилювати певні звукові частоти.
Під час руху протектор постійно змінює форму. Кожен контакт із дорогою — нерівність, стикування асфальту, ямка чи просто шорстке покриття — передає певну кількість енергії шині та повітрю всередині. На окремих частотах ці коливання можуть накладатися одне на одне. У результаті замість безлічі слабких звуків виникає виражений низькочастотний гул.
Michelin порівнює такий ефект із принципом роботи барабана. Удар по поверхні змушує мембрану коливатися, а повітряна порожнина посилює окремі частоти. У випадку автомобільної шини роль удару виконує дорога, а результатом стає монотонний шум, який через диск, маточину та підвіску передається безпосередньо кузову.
У деяких конструкціях найбільш помітний резонанс припадає приблизно на діапазон 170-230 Гц, хоча точне значення залежить від розміру колеса, конструкції покришки та конкретного автомобіля. Це вже частота, яку людина добре чує. До того ж таких джерел шуму в машині одразу чотири — по одному на кожному колесі.
Що робить піна всередині покришки
Зовні цей матеріал дійсно можна сплутати зі звичайним поролоном. Однак Continental використовує спеціальну поліуретанову піну, яку приклеюють до внутрішньої поверхні шини в зоні протектора. У Michelin подібний підхід отримав назву Acoustic Technology, а Pirelli використовує систему PNCS.
Принцип роботи досить простий. Звукова хвиля проходить крізь пористу структуру матеріалу, змушуючи повітря рухатися через численні дрібні канали. Частина енергії при цьому втрачається та перетворюється на тепло. Через це повітря всередині покришки вже не так активно підтримує резонанс, а характерний гул стає тихішим.
Приблизно за таким самим принципом працюють акустичні матеріали у приміщеннях. Тільки замість кімнати тут маємо круглу повітряну камеру, яка постійно обертається та регулярно отримує нові імпульси від дорожнього покриття. Піна всередині шини фактично виконує роль невеликого акустичного поглинача.
Continental для ContiSilent заявляє зменшення найбільш неприємних складових шуму в салоні до 9 дБ(A). Водночас реальний ефект залежить від конкретної моделі автомобіля, швидкості та типу дороги. Michelin для Acoustic Technology говорить приблизно про 20% менше сприйманого шуму в певних умовах. Водночас безпосередньо порівнювати ці показники некоректно, оскільки виробники можуть використовувати різні методики вимірювання.
Чому не зробити покришку просто м’якшою
Здавалося б, якщо основним джерелом проблеми є удари протектора об дорогу, можна просто використати м’якшу гуму, яка краще поглинатиме вібрації. Але автомобільна шина повинна одночасно виконувати дуже багато завдань, і кожна зміна її конструкції впливає на інші характеристики.
Протектор має забезпечувати зчеплення на сухій та мокрій поверхні, ефективно гальмувати, відводити воду, витримувати нагрівання та зношування протягом десятків тисяч кілометрів. Свої завдання має боковина, а каркас відповідає за інші характеристики. Якщо надто сильно змінити один параметр, це може негативно позначитися на керованості, опорі коченню чи довговічності.
Саме тому виробники намагаються боротися із шумом комплексно. Continental, наприклад, змінює геометрію та розташування блоків протектора, щоб контакти з асфальтом не відбувалися в однаковому ритмі. Michelin також експериментує з малюнком протектора, оскільки повторення однакових елементів через рівні проміжки сприяє утворенню вираженого звукового тону.
Внутрішня піна вирішує вже іншу частину проблеми. Частину шуму намагаються зменшити безпосередньо в зоні контакту шини з дорогою, а той резонанс, який усе ж виникає всередині колеса, поглинається спеціальним матеріалом. Тобто шматок піни, який зовні виглядає дуже просто, насправді є частиною продуманої акустичної конструкції.
Чому технологія стала особливо важливою для електромобілів
Багато років двигун внутрішнього згоряння фактично маскував значну частину шумів автомобіля. Робота двигуна, вихлопної системи та трансмісії створювала загальне звукове тло, на якому шум від шин не завжди був настільки помітним.
В електромобілях ситуація зовсім інша. Через значно тихішу силову установку особливо на невисоких швидкостях стають чутнішими інші джерела звуку. На передній план виходять шум від покришок, аеродинамічні шуми, робота підвіски та різноманітні дрібні вібрації кузова.
Є й ще один фактор. Електромобілі через великі тягові батареї часто мають більшу масу, ніж аналогічні моделі з ДВЗ. Високий момент електродвигуна також створює додаткове навантаження на шини. Виробникам потрібно одночасно забезпечити довговічність, низький опір коченню, достатнє зчеплення та комфорт, тому акустичні вставки виявилися особливо корисними.
Втім, такі технології не створювалися виключно для електромобілів. Їх також використовують на автомобілях із традиційними двигунами. Просто тиха електрична силова установка зробила проблему шинного шуму набагато помітнішою. Те, що раніше губилося на фоні роботи двигуна, тепер чіткіше доходить до салону.
Чому звукопоглинальний матеріал розміщують саме під протектором
На перший погляд може здатися, що для максимального ефекту піною варто було б покрити всю внутрішню поверхню покришки. Однак виробники розміщують матеріал точково — у зоні під протектором, де він може ефективно впливати на потрібні коливання повітря всередині шини.
При цьому сама вставка має чітко визначені характеристики. Її товщина, щільність, пористість, площа та точне розташування залежать від конструкції конкретної покришки та частот, які необхідно приглушити. Тому проста на вигляд смуга поліуретану насправді є точно розрахованою частиною системи.
Спроба повторити таку конструкцію самостійно за принципом «взяти звичайний поролон і приклеїти до шини» навряд чи буде хорошою ідеєю. Колесо постійно обертається, всередині виникають високі відцентрові навантаження та температура, а сама покришка постійно деформується. Матеріал повинен витримувати ці умови й не створювати дисбалансу. Відклеєна всередині шини вставка може швидко перетворитися на серйозну проблему під час експлуатації.
У заводській конструкції всі ці фактори враховуються ще на етапі розробки. Continental зазначає, що штатний шар ContiSilent не повинен негативно впливати на заявлені характеристики покришки, включно з гальмуванням, керованістю, ресурсом, вантажопідйомністю та допустимою швидкістю. Його завдання полягає саме у зменшенні шуму.
Ця піна не захищає шину від проколів
Побачивши додатковий шар матеріалу всередині покришки, можна подумати, що він також призначений для захисту від цвяхів або саморізів. Особливо легко виникає така плутанина у випадку Continental, де існують технології ContiSilent та ContiSeal. Назви схожі, але призначення цих систем абсолютно різне.
ContiSilent використовує звукопоглинальну піну та бореться з акустичним резонансом. ContiSeal працює за іншим принципом: усередині шини знаходиться спеціальний в’язкий герметизувальний шар, здатний закрити невеликий прокол у зоні протектора. Тобто обидві технології передбачають додатковий матеріал усередині покришки, але виконують зовсім різні функції.
У Michelin також є окремі рішення для різних завдань. Acoustic Technology призначена для зменшення шуму, тоді як Selfseal допомагає герметизувати певні проколи. Сама ж поліуретанова піна не робить звичайну покришку RunFlat і не означає, що після пошкодження можна безпечно продовжувати рух.
Тому під час вибору шин варто звертати увагу саме на назву технології та її призначення. Звукопоглинальна піна говорить про акустичну версію покришки, а можливість продовжити рух після проколу або автоматично його герметизувати забезпечується зовсім іншими конструктивними рішеннями.
Continental і Michelin — далеко не єдині виробники
Якщо вперше побачити таку конструкцію, легко подумати, що це якась унікальна розробка одного бренду. Насправді схожий принцип використовують кілька великих виробників шин. Назви технологій відрізняються, але основна фізика залишається приблизно однаковою.
Pirelli, наприклад, пропонує шини із системою PNCS — Pirelli Noise Cancelling System. Усередині таких покришок також встановлюється звукопоглинальний матеріал, який допомагає зменшити резонанс повітряної порожнини. Залежно від конкретної шини та умов використання виробник заявляє зниження внутрішнього шуму на кілька децибелів.
Схожі рішення розвиває й Hankook, зокрема у шинах, орієнтованих на електромобілі. Там також використовується поліуретановий матеріал, який має зменшувати виражені резонансні частоти. За останні роки подібна конструкція вже перестала бути рідкісною технологічною цікавинкою.
У результаті одна з найцікавіших деталей сучасної автомобільної шини прихована саме там, куди більшість водіїв ніколи не заглядає. Зовні покришка може виглядати абсолютно звичайною, а всередині під протектором виявляється велика смуга матеріалу, схожого на поролон. За цією простою конструкцією, однак, стоять точні розрахунки та цілком серйозна акустика, мета якої — зробити поїздку в салоні тихішою.
