Buồng câm NVH Room - Phòng kiểm tra Noise, Vibration & Harshness cho ngành ô tô

Buồng câm NVH Room hay NVH Test Room, Acoustic Test Room, Noise Vibration Harshness Room là không gian thử nghiệm âm học được thiết kế nhằm tạo ra môi trường có mức tiếng ồn nền thấp và điều kiện kiểm soát cao để đo, phân tích và đánh giá tiếng ồn, độ rung và độ êm dịu – Noise, Vibration & Harshness (NVH) của phương tiện, hệ thống, cụm linh kiện và các bộ phận cơ khí. Trong ngành công nghiệp ô tô, NVH là một yếu tố quan trọng liên quan trực tiếp đến cảm nhận về độ êm, chất lượng và sự thoải mái của người sử dụng. Các hệ thống thử nghiệm NVH hiện đại có thể được sử dụng từ cấp độ linh kiện như motor điện, hộp số, cụm truyền động, linh kiện HVAC và các bộ phận điện áp cao đến cấp độ module và toàn bộ hệ thống xe. Theo AIP Automotive, công nghệ NVH được sử dụng để phân tích structure-borne noise, airborne noise và vibration behavior, xác định chính xác nguồn gây tiếng ồn và đánh giá các ảnh hưởng âm học trong điều kiện tải mô phỏng thực tế.

Buồng câm NVH Room là gì?

Buồng câm NVH Room là một phòng thử nghiệm âm học được thiết kế để hạn chế tiếng ồn từ môi trường bên ngoài đồng thời kiểm soát các nguồn nhiễu phát sinh từ chính công trình, hệ thống HVAC, kết cấu, thiết bị và phụ trợ bên trong phòng. Tùy mục đích thử nghiệm, buồng có thể được thiết kế theo dạng Acoustic Test Room, Anechoic Room, Semi-Anechoic Room, NVH Test Chamber hoặc Acoustic Enclosure. Mục tiêu không chỉ đơn giản là làm cho căn phòng “yên tĩnh”, mà là tạo ra điều kiện đo ổn định, có thể lặp lại để tín hiệu âm thanh và rung động của đối tượng thử được ghi nhận chính xác. Trong các ứng dụng NVH ô tô, phòng thử nghiệm có thể kết hợp với bệ thử, dynamometer, roller test bench, shaker, hệ thống kích thích hoặc các thiết bị đo chuyên dụng để tái tạo những điều kiện vận hành xác định và phân tích nguồn tiếng ồn, rung động.

Tại sao cần sử dụng buồng câm trong thử nghiệm NVH?

Trong phép đo tiếng ồn, tín hiệu cần quan tâm thường có thể bị che lấp hoặc ảnh hưởng bởi tiếng ồn từ môi trường. Tiếng xe cộ bên ngoài, máy nén khí, quạt HVAC, bơm, động cơ, rung động truyền qua nền móng hoặc tiếng ồn do chính hệ thống thử nghiệm tạo ra đều có thể trở thành nguồn nhiễu. Khi mức tín hiệu cần đo thấp, những nguồn nhiễu này có thể làm giảm tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu và khiến việc xác định nguồn phát âm trở nên khó khăn. Vì vậy, một NVH Room cần được thiết kế đồng bộ giữa cách âm, tiêu âm, chống rung, nền móng, cửa phòng, hệ thống HVAC và các vị trí xuyên tường. Mục tiêu là tạo ra một môi trường thử nghiệm ổn định để kỹ sư có thể phân biệt rõ tiếng ồn phát ra từ đối tượng cần kiểm tra với tiếng ồn nền của phòng.

Buồng NVH dùng để kiểm tra những gì?

NVH Room được sử dụng để nghiên cứu ba nhóm đặc tính chính là Noise – tiếng ồn, Vibration – rung động và Harshness – độ khắc nghiệt hoặc cảm nhận khó chịu do rung/ồn. Đối với tiếng ồn, kỹ sư có thể đo và phân tích âm thanh phát ra từ động cơ, motor điện, hộp số, inverter, hệ thống truyền động, HVAC, lốp, hệ thống treo hoặc các bộ phận khác. Đối với rung động, hệ thống cảm biến có thể được sử dụng để xác định dao động của kết cấu, cụm linh kiện hoặc các điểm truyền rung. Phần Harshness liên quan đến cách rung động và tiếng ồn được cảm nhận trong quá trình vận hành, đặc biệt quan trọng đối với thiết kế xe nhằm nâng cao sự thoải mái và chất lượng cảm nhận. AIP cho biết các hệ thống NVH của họ có thể phân tích tiếng ồn truyền qua kết cấu, tiếng ồn truyền qua không khí và đặc tính rung động, đồng thời định vị nguồn gây nhiễu âm học.

Phân biệt Airborne Noise và Structure-borne Noise

Một trong những nội dung quan trọng khi thiết kế phòng thử nghiệm NVH là phân biệt giữa Airborne Noise và Structure-borne Noise. Airborne Noise là tiếng ồn truyền qua không khí từ nguồn phát đến vị trí đo, chẳng hạn tiếng ồn phát ra từ motor điện, quạt, hộp số hoặc các cơ cấu chuyển động. Structure-borne Noise là tiếng ồn hoặc rung động được truyền thông qua kết cấu cơ khí, nền móng, khung máy hoặc các liên kết cơ học trước khi phát xạ thành âm thanh. Hai cơ chế truyền này có thể cùng tồn tại trong một hệ thống. Vì vậy, thiết kế NVH Room cần xem xét cả khả năng cách âm đối với nguồn âm truyền qua không khí và khả năng cách rung của kết cấu để hạn chế rung động từ bên ngoài truyền vào phòng hoặc từ thiết bị thử truyền sang kết cấu công trình.

Cấu tạo của một NVH Room

Một NVH Room hoàn chỉnh thường bao gồm nhiều lớp chức năng thay vì chỉ sử dụng một lớp vật liệu tiêu âm. Hệ thống có thể bao gồm kết cấu phòng cách âm, lớp cách rung, vật liệu hấp thụ âm thanh, panel tiêu âm, cửa cách âm, cửa quan sát, hệ thống HVAC low-noise, bộ giảm âm cho đường cấp và hồi gió, hệ thống điện và chiếu sáng phù hợp với yêu cầu phòng thử nghiệm, nền hoặc bệ thử cách rung và các vị trí xuyên tường được xử lý đặc biệt. Đối với những phòng yêu cầu mức tiếng ồn nền rất thấp, từng thành phần đều cần được xem xét vì một chi tiết có khả năng truyền âm hoặc truyền rung cũng có thể ảnh hưởng đến kết quả đo. Thiết kế thực tế cần dựa trên dải tần cần đo, kích thước phòng, nguồn âm, mức công suất âm thanh, yêu cầu tiếng ồn nền và loại phép thử.

Vật liệu tiêu âm trong buồng câm NVH

Vật liệu tiêu âm được bố trí bên trong NVH Room nhằm hấp thụ năng lượng âm thanh và hạn chế hiện tượng phản xạ âm giữa các bề mặt. Tùy dải tần và yêu cầu thử nghiệm, phòng có thể sử dụng các loại absorber hoặc acoustic treatment khác nhau. Vật liệu tiêu âm không đồng nghĩa với vật liệu cách âm: tiêu âm chủ yếu kiểm soát năng lượng âm thanh bên trong phòng, trong khi cách âm nhằm hạn chế âm thanh truyền từ bên ngoài vào hoặc từ bên trong ra ngoài. Vì vậy, một NVH Room hiệu quả cần kết hợp cả sound isolation và sound absorption. Việc lựa chọn độ dày, cấu trúc và vị trí của absorber cần dựa trên dải tần mục tiêu thay vì chỉ lựa chọn theo hình thức bên ngoài.

Hệ thống HVAC cho NVH Room

HVAC là một trong những hạng mục cần được đặc biệt chú ý khi thiết kế buồng câm. Một hệ thống điều hòa thông thường có thể tạo ra tiếng ồn và rung động đáng kể từ quạt, motor, máy nén, luồng khí và hệ thống đường ống. Nếu không được xử lý, chính hệ thống HVAC có thể trở thành nguồn tiếng ồn nền làm ảnh hưởng đến phép đo. Vì vậy, NVH Room thường cần giải pháp HVAC có mức phát ồn thấp, kết hợp các bộ phận giảm âm, xử lý đường ống, cách rung và kiểm soát vận tốc dòng khí. Đối với các hệ thống thử nghiệm NVH chuyên nghiệp, AIP cũng đề cập đến khả năng tích hợp các điều kiện môi trường như air conditioning hoặc vacuum conditions vào hệ thống thử nghiệm để tái tạo điều kiện vận hành thực tế.

Chống rung cho Buồng câm NVH

Bên cạnh tiếng ồn truyền qua không khí, rung động truyền qua nền móng cũng là vấn đề quan trọng trong phòng NVH. Rung động từ đường giao thông, máy móc trong nhà máy, hệ thống HVAC, máy bơm hoặc các thiết bị lân cận có thể truyền qua nền và ảnh hưởng đến cảm biến hoặc đối tượng thử. Do đó, tùy yêu cầu của dự án, NVH Room có thể sử dụng nền cách rung, foundation riêng, floating floor hoặc kết cấu thử nghiệm được cách ly với kết cấu tòa nhà. AIP cũng nhấn mạnh việc sử dụng nền móng cách ly rung và kết cấu được tối ưu về âm học trong các hệ thống NVH roller test bench nhằm giảm tiếng ồn nội tại và tạo môi trường phòng thí nghiệm phù hợp cho các phép đo âm thanh có độ phân giải cao.

NVH Room trong kiểm tra xe điện EV và Hybrid

Sự phát triển của xe điện EV và xe hybrid làm cho nhu cầu kiểm tra NVH ngày càng quan trọng. Khi tiếng ồn động cơ đốt trong giảm hoặc không còn, những nguồn âm trước đây có thể bị che lấp trở nên dễ nhận biết hơn, chẳng hạn tiếng motor điện, inverter, hộp số giảm tốc, bơm, quạt, hệ thống HVAC, lốp và tiếng ồn khí động học. Vì vậy, hệ thống NVH cần có khả năng đo những tín hiệu âm thanh và rung động nhỏ hơn trong điều kiện kiểm soát tốt. AIP cho biết các bệ thử NVH của họ có thể sử dụng cho nhiều loại hệ truyền động từ động cơ đốt trong đến xe điện, đồng thời hỗ trợ đánh giá tiếng ồn của motor điện, inverter và transmission, đặc biệt trong các ứng dụng BEV/HEV.

NVH Room cho kiểm tra Motor điện

Motor điện là một đối tượng quan trọng trong phòng thử nghiệm NVH của xe điện. Tiếng ồn của motor có thể liên quan đến tần số quay, cấu trúc điện từ, vòng bi, rotor, stator và các thành phần cơ khí khác. Khi kết hợp NVH Room với hệ thống đo âm thanh và rung động, kỹ sư có thể xác định đặc tính âm học của motor ở các tốc độ và tải khác nhau, từ đó xác định những vùng vận hành phát sinh tiếng ồn hoặc rung động bất thường. Các phép thử có thể được thực hiện ở cấp độ linh kiện hoặc kết hợp với hệ thống truyền động hoàn chỉnh tùy mục tiêu nghiên cứu. AIP mô tả hệ thống NVH của họ có khả năng đánh giá các electric motors, transmissions và HV components ở cấp độ component và module.

NVH Room cho kiểm tra Powertrain và Transmission

Đối với powertrain, gearbox và transmission, NVH Room giúp kỹ sư nghiên cứu tiếng ồn và rung động phát sinh trong nhiều trạng thái vận hành khác nhau. Các thông số như tốc độ quay, tải, mô-men xoắn, chế độ tăng tốc, giảm tốc hoặc chuyển tải có thể được kiểm soát thông qua bệ thử để tạo điều kiện thử nghiệm lặp lại. Kết quả đo có thể được phân tích theo thời gian, tần số hoặc order để xác định nguồn gây tiếng ồn và đường truyền rung. Điều này giúp kỹ sư xác định các điểm cần cải tiến trong thiết kế bánh răng, trục, ổ bi, housing, motor hoặc các bộ phận liên quan.

NVH Room cho kiểm tra linh kiện và cụm chi tiết

Không nhất thiết phải thử nghiệm toàn bộ xe mới cần đến NVH Room. Phòng thử nghiệm có thể được sử dụng để kiểm tra component, module và subsystem, giúp phát hiện sớm các vấn đề NVH ngay từ giai đoạn phát triển sản phẩm. Các đối tượng có thể bao gồm motor điện, gearbox, HVAC, compressor, pump, fan, actuator, hệ thống truyền động, linh kiện treo, cụm nội thất và các bộ phận khác có khả năng phát sinh tiếng ồn hoặc rung động. AIP cũng xác định component testing là một phần của giải pháp NVH, cho phép phân tích tiếng ồn và rung động của từng linh kiện, đánh giá motor điện, transmission và HV components cũng như thực hiện các phép đo so sánh phục vụ kiểm soát chất lượng.

Hệ thống đo lường trong Buồng câm NVH

Một NVH Room không thể hoạt động độc lập chỉ với phần xây dựng phòng mà cần kết hợp với hệ thống đo lường phù hợp. Tùy ứng dụng, hệ thống có thể bao gồm microphone, accelerometer, tachometer, force sensor, vibration sensor, data acquisition system và phần mềm phân tích NVH. Microphone được sử dụng để thu nhận âm thanh trong không khí, trong khi accelerometer có thể được sử dụng để đo rung động trên kết cấu hoặc linh kiện. Hệ thống acquisition sẽ thu thập tín hiệu từ các cảm biến và phần mềm phân tích giúp kỹ sư xác định phổ tần, order, mức âm thanh, nguồn rung và các đặc tính liên quan. AIP cũng nhấn mạnh việc sử dụng high-resolution sensor technology and data acquisition trong các hệ thống NVH của họ.

Buồng câm NVH có phải là Anechoic Chamber không?

Buồng câm NVH và Anechoic Chamber có liên quan nhưng không hoàn toàn đồng nghĩa. Anechoic Chamber được thiết kế với mục tiêu kiểm soát phản xạ âm thanh rất cao, tạo môi trường âm học gần với trường tự do trong phạm vi thiết kế. Trong khi đó, NVH Room là khái niệm rộng hơn, tập trung vào việc kiểm tra và phân tích Noise, Vibration & Harshness trong điều kiện thử nghiệm xác định. Một NVH Room có thể sử dụng cấu trúc semi-anechoic hoặc anechoic tùy yêu cầu, nhưng cũng có thể là một acoustic test room được tối ưu cho một loại bệ thử hoặc một nhóm phép đo cụ thể. Vì vậy, khi thiết kế cho khách hàng, cần xác định trước mục tiêu đo, dải tần, đối tượng thử và tiêu chí tiếng ồn nền thay vì chỉ yêu cầu chung “buồng câm”.

NVH Room kết hợp với Roller Test Bench

Một ứng dụng nâng cao là kết hợp NVH Room với roller test bench để kiểm tra phương tiện trong điều kiện mô phỏng chuyển động trên đường. Bệ thử dạng roller có thể tái tạo tốc độ, tải, slip, chế độ tái sinh và các điều kiện vận hành khác trong môi trường phòng thí nghiệm. AIP mô tả NVH roller test bench của họ được thiết kế để đưa các tình huống lái xe thực tế vào môi trường phòng thí nghiệm được tối ưu về âm học, cho phép thực hiện các phép đo tiếng ồn trong và ngoài xe và phân tích rung động, cộng hưởng cũng như các đặc tính cơ khí. Hệ thống của AIP còn có thể mô phỏng các loại bề mặt đường khác nhau thông qua các surface shells có thể thay đổi.

NVH Room kết hợp với Pulser Test Bench

Ngoài roller test bench, NVH Room có thể được tích hợp với pulser test bench hoặc pulsed flat-track test bench để mô phỏng các tác động của mặt đường lên từng bánh xe. AIP mô tả pulsed flat-track test bench có khả năng tạo kích thích động lực học theo phương đứng và phương ngang trên từng bánh, qua đó mô phỏng các điều kiện như ổ gà, mặt đường đá, khe nối cầu hoặc các dạng bất thường của mặt đường. Hệ thống này hỗ trợ nghiên cứu các hiện tượng NVH tần số thấp, tương tác giữa lốp, chassis và kết cấu xe cũng như các bài kiểm tra độ bền và fatigue trong điều kiện được kiểm soát.

Thiết kế Buồng câm NVH cần quan tâm những thông số nào?

Khi thiết kế một NVH Room, các thông số quan trọng cần xác định gồm kích thước phòng, đối tượng thử, dải tần đo, mức tiếng ồn nền yêu cầu, mức cách âm, yêu cầu hấp thụ âm thanh, điều kiện nhiệt độ và độ ẩm, tải trọng nền, yêu cầu cách rung, hệ thống HVAC, kích thước và tải trọng cửa, vị trí cửa kỹ thuật, vị trí xuyên cáp, vị trí microphone và cảm biến, hệ thống điện, chiếu sáng và yêu cầu an toàn. Nếu phòng tích hợp dynamometer hoặc roller test bench, cần tính thêm tải trọng động, rung động truyền xuống nền, tiếng ồn nội tại của thiết bị và không gian thao tác xung quanh xe. Vì vậy, một NVH Room nên được thiết kế dựa trên SOR/Test Requirement cụ thể thay vì áp dụng một cấu hình cố định cho mọi dự án.

TM-TECH cung cấp giải pháp Buồng câm NVH Room

TM-TECH cung cấp giải pháp thiết kế và triển khai Buồng câm NVH Room, Acoustic Test Room và phòng kiểm tra Noise, Vibration & Harshness cho các ứng dụng công nghiệp, đặc biệt là lĩnh vực ô tô, xe điện, pin, motor và linh kiện cơ khí – điện tử. Tùy yêu cầu dự án, giải pháp có thể bao gồm kết cấu phòng, hệ thống cách âm, vật liệu tiêu âm, nền cách rung, cửa acoustic, hệ thống HVAC low-noise, xử lý xuyên tường, hệ thống điện và các hạng mục tích hợp với thiết bị thử nghiệm. Với các dự án NVH chuyên sâu, TM-TECH có thể dựa trên SOR của khách hàng để xác định yêu cầu về kích thước phòng, mức tiếng ồn nền, dải tần, điều kiện môi trường và cấu hình thiết bị thử trước khi xây dựng phương án kỹ thuật. Mục tiêu là tạo ra một môi trường thử nghiệm có điều kiện ổn định và khả năng lặp lại, phù hợp với hệ thống đo và ứng dụng thực tế của khách hàng.