Głośność opon

Hałas opon i ich ogólny komfort to dla wielu kierowców jeden z kluczowych osiągów. Dlaczego jest on taki ważny? W tym artykule tłumaczymy skąd bierze się nadmierna głośność opon i jakie ogumienie kupić, aby podróżować wygodnie. 

Hałas ruchu drogowego wciąż jest niestety często lekceważonym problemem. Szum opon podczas jazdy może zrujnować przyjemność podróży.

Hałas opon

Hałas należy rozumieć jako poziom dźwięku powodujący nieprzyjemne wrażenia słuchowe lub wręcz przeszkadzający kierowcy, pasażerom i otoczeniu. Dźwięk to drgania rozchodzące się w powietrzu w postaci fal dźwiękowych. Źródłem drgań może być ciało stałe (w tym przypadku opona), które pobudza do drgania powietrze, tworząc dookoła fale ciśnienia. Zasadniczo, im bardziej źródło drży, tym więcej hałasu generuje.

W zakresie prędkości od 50 do 120 km/h opony to główne źródło hałasu emitowanego przez jadący samochód. Hałas może być uciążliwy nie tylko dla kierowcy samochodu, ale także dla otoczenia. Dokuczliwy okazuje się przede wszystkim dla osób, które mieszkają przy drogach. Dziesiątki przejeżdżających samochodów sprawiają, że hałas zewnętrzny, emitowany przez ogumienie każdego z nich, kumuluje się, a osoby te bez przerwy przebywają w głośnym otoczeniu. Hałas komunikacyjny urósł do rangi sporego problemu w zakresie ochrony środowiska, dlatego jego poziom jest opisywany na etykietach opon.

Hałas można również ograniczać poprzez stosowanie nowoczesnych nawierzchni pozwalających obniżyć jego poziom nawet o 7-10 dB(A). Niestety, są one średnio 2,5 razy droższe od zwykłych. Najczęściej hałas zmniejsza się poprzez ograniczenie prędkości na trasach szybkiego ruchu i autostradach przebiegających w pobliżu miejsc zamieszkanych przez ludzi.

Użytkownik samochodu także może mieć wpływ na obniżenie hałasu ruchu drogowego. Można to zrobić na dwa sposoby:

• dbając o sprawność układu wydechowego,
• używając cichych opon (samochód jadący na cichszych opon emituje nawet trzykrotnie mniejszy hałas niż to samo auto na oponach zwykłych).

To właśnie na tym drugim sposobie skupiamy się w artykule.

Jakie są źródła hałasu opon?

Każda opona ma częstotliwość własną, czyli taką, w której drży najmocniej. Problem pojawia się wtedy, gdy częstotliwość ta jest zbliżona do częstotliwości pobudzającej (wynikającej np. z chropowatości drogi). Wtedy opona zamiast absorbować drgania i hałas, wzmacnia je. Z jeszcze większym problemem mamy do czynienia wtedy, gdy częstotliwość ta jest dodatkowo zbliżona do jednej z częstotliwości własnych samochodu. To może być przyczyną, dla której jeden model opon uważany jest przez niektórych kierowców za cichy, a przez innych za głośny. Obrazowo mówiąc, ważne jest czym (samochód), po czym (chropowatość drogi, częstotliwość uskoków poprzecznych w jezdni itp.) i na czym (opona) jeździmy. W wielu wypadkach hałaśliwość opony wynika też z błędów, niedociągnięć lub świadomych decyzji producentów (w celu podniesienia innych, istotniejszych osiągów – na przykład przyczepności). W tym miejscu, warto zwrócić uwagę, jak istotna jest dla komfortu kierowcy współpraca producentów opon i samochodów oraz specjalistów budujących drogi.

Hałas emitowany przez opony jest szczególnie dokuczliwy w dużych miastach.

Podczas ruchu samochodu zachodzi ciągła interakcja pomiędzy kołem a podłożem. Opona obraca się, ulega ciągłym odkształceniom, a jej klocki bieżnika uderzają o podłoże. Jako główne zjawiska generujące hałas możemy wymienić:

• uderzenie klocków bieżnika w czasie dotykania powierzchni drogi i podczas oddalania się od niej, w związku z powstającymi drganiami opasań, które powodują efekt wycia bieżnika i dudnienia,
• sprężanie powietrza w rowkach bieżnika, z którym wiążą się dwa efekty: rezonans powietrza w sieci rowków bieżnika (w tym zawirowania w miejscach, gdzie spotykają się kanały), drgania powietrza uwalnianego z tyłu opony, zawirowania przepływu powietrza między kołem a nadkolem,
• drgania w czasie kontaktu i rozprężanie klocków bieżnika w czasie opuszczania powierzchni kontaktu,
• zbyt niskie ciśnienie w oponie.

Dlaczego opony huczą?

Huczące opony to bardzo nieprzyjemne zjawisko, które potrafi odebrać przyjemność z każdej jazdy. Kiedy spod naszego ogumienia wydobywa się tego typu dźwięk, lepiej go nie lekceważyć i spróbować ustalić przyczynę takiego stanu rzeczy. W takim przypadku bardzo prawdopodobne, że doszło do wyząbkowania opon, co warto sprawdzić u wulkanizatora. Podczas eksploatacji ścierający się nierównomiernie bieżnik, może być źródłem nieprzyjemnego huczenia, porównywalnego ze skrajnym zużyciem łożysk. Jeżeli opony huczą po wymianie – co również jest prawdopodobne –  to należy zweryfikować poprawność ich montażu.

Buczenie opon – co może być przyczyną?

Generowany hałas opon podczas jazdy może świadczyć o uszkodzeniu łożysk. Charakterystyczny dla tej usterki dźwięk powinien dać kierowcy jasny sygnał, że to właśnie w tym miejscu znajduje się mankament. Towarzyszy temu buczenie, które pojawia się wraz ze wzrostem prędkości, a także przy wchodzeniu w zakręt. Takich objawów lepiej nie bagatelizować i umówić się na wizytę u specjalisty. Wówczas zweryfikuje on, co dokładnie uległo uszkodzeniu i postara się pomóc.

Jak rozumieć pojęcie komfortu opony?

Z głośnością opon bezpośrednio związane jest pojęcie komfortu opony. Jedną z funkcji ogumienia jest absorbowanie wstrząsów i tłumienie drgań. Krótko mówiąc, opona ma być elementem pojazdu zapewniającym komfort podróżowania. W niektórych przypadkach, może ona słabo odgrywać tę rolę lub wręcz stawać się źródłem dyskomfortu – huczące opony potrafią wręcz odebrać przyjemność z jazdy autem.

Pamiętajmy jednak, że komfort jest pojęciem subiektywnym. Każdy człowiek może uznawać co innego za dyskomfort, może mieć inną granicę utraty komfortu. Nadmierna głośność opon letnich może niektórym po prostu nie przeszkadzać. Zależy to zasadniczo od poziomu percepcji, ale też od czynników kulturowych, konkretnej sytuacji i osobistych predyspozycji. Innym aspektem komfortu opony jest komfort psychiczny, jaki daje kierowcy. Chodzi tu o zaufanie kierowcy do konkretnych opon, przewidywalność ich zachowania.

Dlaczego niektóre opony nie są komfortowe?

Skąd biorą się tzw. „szumiące opony”? Powodem dyskomfortu generowanego przez ogumienie może być:

• świadoma rezygnacja przez producenta opony z jej komfortu na rzecz innych parametrów,
• charakterystyka danego modelu wynikająca z założeń konstrukcyjnych,
• niska jakość i błędy produkcji.

Wynika to zasadniczo z kształtu rzeźby bieżnika, konstrukcji opony oraz jej masywności w strefie barków. W konstrukcji opony musi być zachowana swoista równowaga pomiędzy sztywnością a elastycznością. Konkretne modele opon, które muszą sprostać wymaganiom związanym z osiągnięciem indeksie prędkości i nośności mogą zatracić właściwości tłumienia drgań.

Indeks głośności opon

Im opona większa, o większej średnicy i szerokości, tym mniej komfortowa. Mniejszy komfort jest również w przypadku opon o wzmocnionym karkasie (dlatego nie warto kupować bez potrzeby opon o wyższym indeksie nośności niż dedykowany do samochodu).

Opony o wyższych profilach, zwykle stosunkowo wąskie, uznawane są za najbardziej komfortowe. Faktycznie mogą one być cichsze i lepiej amortyzować nierówności na drodze. Są one jednak bardziej podatne na przechyły i bujanie, np. podczas mijania samochodu ciężarowego lub w zakręcie, co jest częstym powodem niezadowolenia z opony wymienianym przez kierowców.

Cechy, które obniżają hałas opon to także:

• bieżnik kierunkowy bez przestrzeni zamkniętych,
• klocki bieżnika o zróżnicowanym kształcie ułożone asymetrycznie i nieregularnie,
• poprzeczne rowki ukształtowane tak, aby ich wejścia i wyjścia nie pokrywały się z krawędzią styczną bieżnika,
• duża miękkość mieszanki gumowej.

Często pada też pytanie o hałas opon zimowych w porównaniu do letnich. Ciche opony letnie są pod tym względem statystycznie tylko minimalnie lepsze niż współczesne, niemal równie ciche opony zimowe.

Nowoczesne, najcichsze opony zimowe zapewniają wysoki poziom komfortu, nawet mimo posiadania większej liczby nacięć na powierzchni bieżnika.

Rodzaj nawierzchni nie pozostaje bez wpływu na poziom emitowanego hałasu.

Najcichsze opony

Jaki jest akceptowalny poziom hałasu opony?

Spełnienie aktualnych poziomów hałasu koniecznych do uzyskania homologacji nie stanowi problemu dla producentów. Różnice rejestrowane w czasie testów między poszczególnymi oponami wynoszą średnio od 6-8 dB(A). Wiele modeli (zwłaszcza najcichsze opony letnie) jest 4-6 dB(A) poniżej limitu, jednak duża część zbliża się też do limitu na 2dB(A). Limity te zawiera Regulamin nr 117 Europejskiej Komisji Gospodarczej Organizacji Narodów Zjednoczonych (EKG ONZ) – jednolite przepisy dotyczące homologacji opon w odniesieniu do emisji hałasu toczenia i przyczepności na mokrych nawierzchniach. Tzw. tabela decybeli przedstawia się w sposób następujący:

Dla opon wzmocnionych (XL) limity są wyższe o 1dB(A).

Jednak wraz z wejściem w życie przepisów o etykietach na ogumieniu, zaostrzone zostały limity hałasu oraz przeorganizowane klasy podziału opon ze względu na szerokość. Nowa klasyfikacja opon przedstawia się w sposób następujący:

Dla opon wzmocnionych (XL) i M+S limity te będą wyższe o 1dB(A).

Obecnie etykieta opony w kategorii hałasu przewiduje najlepszy wynik dla modeli osiągających 67 dB (jedna fala). 68 dB również jest doskonałym osiągnięciem (nadal jedna fala). 

Jak komfort opon wpływa na inne osiągi?

Dyskomfort mechaniczny wynikający z drgań ma bezpośredni związek z hałasem. Opony o niskim profilu, które są zwykle szersze generują większy hałas, a ich niski profil i większa sztywność boków i całej opony sprawiają, że dyskomfort ze względu na odczuwanie wszelkich wstrząsów wzrasta. Jeśli poziom drgań wynika z niejednorodności opony wynikającej z procesu produkcyjnego, to zwykle będziemy odczuwać łącznie drgania i hałas.

Porównywanie opon przed zakupem jest bardzo ważne, pamiętajmy jednak, że każdy model jest kompromisem osiągów. W kwestii komfortu, jeśli opona miałaby być bardzo cicha, odbyłoby się to kosztem przyczepności na mokrej nawierzchni i osłabieniem odporności na aquaplaning. Badania wykazały natomiast, że nie ma jednoznacznego związku pomiędzy głośnością opon, a oporami toczenia. Innym sposobem na zaprojektowanie bardzo cichej opony jest zastosowanie małych klocków rzeźby bieżnika. Jednakże, opona o takiej rzeźbie nie jest atrakcyjna wizualnie, a pamiętajmy, że wiele osób przywiązuje dużą wagę do designu ich opon.

Wpływ komfortu i hałasu na ocenę końcową opony jest dyskusyjny. I mimo, że jest on ważny dla użytkowników, nie może konkurować z takimi parametrami jak przyczepność opon, czy zachowanie w zakrętach. Jednakże ekstremalnie niski poziom komfortu opony całkowicie ją dyskwalifikuje w oczach użytkowników.

Jak bada się hałas i komfort opon?

Badanie hałasu zewnętrznego opon

Istnieje wiele metod mających na celu określenie poziomu hałasu i komfortu opon. Do oceny hałasu zwykle stosowane są metody zbliżone do tych, jakie są stosowane w czasie badań homologacyjnych opony. Metoda ta nazywana jest coast-by. Pomiar taki powinien odbywać się w strefie badawczej w kształcie kwadratu o wymiarach 20m na 20m, na której środku, w odległości 7,5 m od osi ruchu pojazdu umiejscowione są mikrofony. Maksymalna wielkość kruszywa z jakiego powinien być wykonany tor wynosi 8mm. 

Niestety ten typ nawierzchni nie odpowiada wszystkim typom dróg jakie występują w Europie. Dlatego testy przeprowadzane zgodnie z tą procedurą nie oddają całego obrazu sytuacji. Zdarza się też, że producenci optymalizują swoje opony pod kątem tych warunków i na innych nawierzchniach mogą one być trochę głośniejsze. W praktyce spotykane są drogi gładsze (głównie w obrębie aglomeracji miejskich), ale też często bardziej chropowate, które mają znacznie większe kruszywa rzędu 14-15 mm, typowe dla autostrad.

Zgodnie z metodyką kierowca wjeżdża w strefę testową z określoną prędkością, następnie wrzuca luz i wyłącza silnik. Dokonuje się co najmniej 4 pomiary w zakresach prędkości od 70 do 80 km/h i 4 w zakresach prędkości od 80 do 90 km/h.

Istnieją również metody "driver-by" i 'cruise-by". Test "driver-by" charakteryzuje się tym, że kierowca wjeżdża w strefę pomiarową z prędkością 50 km/h na 2 lub 3 biegu i następnie przejeżdżając przez obszar testu przyśpiesza. Metoda "cruise-by" polega na przejeździe przez obszar testowy ze stałą prędkością.

Badanie głośności opon w kabinie pojazdu

Testy hałasu z manekinem

Testu dokonuje przy użyciu manekina siedzącego na miejscu pasażera, który jest wyposażony w mikrofony umiejscowione uszach podłączone do rejestratora i komputera. Test przeprowadzany jest według następującej procedury: samochód rozpędza się do określonej stałej prędkości (np. 80km/h), uruchamiana jest aparatura pomiarowa, która przez określony czas rejestruje poziom ciśnienia dźwięku. Przejazd powtarzany jest kilkukrotnie.

Subiektywne testy hałasu

Nieocenione są próby komfortu i hałasu przeprowadzane przez doświadczonych kierowców testowych. Testy takie są przeprowadzane po przez porównanie z zestawem referencyjnym. Zwykle przeprowadzane są według następującej procedury:

• zestaw referencyjny
• zestaw testowy nr 1 względem zestawu referencyjnego (możliwe kilka rund)
• zestaw referencyjny
• zestaw testowy nr 2 względem zestawu referencyjnego (możliwe kilka rund)
• zestaw referencyjny
• ...
• zestaw referencyjny.

Przejazdy na oponach referencyjnych są więc znacznie częstsze niż na przykład w przypadku testów hamowania. Ma to wyeliminować wpływ kolejności opon na wyniki końcowe.

W zależności od aspektów komfortu jakie ma oceniać kierowca stosuje się różne próby:

• w celu oceny tłumienia wstrząsów na wyboistej drodze, dokonuje się próby przejazdu po takiej właśnie drodze ze stosunkowo dużą prędkością (np. 80 km/h). Kierowca i/lub odpowiednie czujniki oceniają wielkość przyśpieszenie pionowego w momencie przejazdu przez garby, czas i skuteczność tłumienia, oraz tendencję do wpadania w rezonans
• w celu oceny efektu przejazdu przez pojedynczą przeszkodę dokonuje się próby przejazdu po pojedynczym garbie, progu lub przez dziurę lub zasuwę studzienki odpowiednio spreparowane na torze z prędkością rzędu 40-50km/h. Kierowca ocenia wielkość przyśpieszenia pionowego oraz hałas towarzyszący uderzeniu
• w celu określenia efektów związanych z kształtem bieżnika przeprowadza się dwa testy. Pierwszy ma na celu określenia efektu rzeźby w czasie jazdy. Polega on jednostajnej jeździe z prędkością 80-100km/h. Drugi ma na celu określić poziom wycia i dudnienia bieżnika w czasie zmian prędkości. W tym celu rozpędza się pojazd testowy do prędkości powyżej 100km/h i następnie zwalnia aż do zatrzymania. Próby te przeprowadza się na gładkiej drodze
• w celu oceny hałasu drogowego (czyli określenia hałasu ogólnego) kierowca przejeżdża po odcinku chropowatej drogi z prędkością rzędu 80-100km/h i opisuje swoje wrażenia
• w celu ocen komfortu w zakrętach przeprowadzane są testy na torach łączonych składających się z zakrętów o różnych promieniach.

Głośne opony – piszczenie

Charakterystyczne buczenie opon letnich (lub zimowych) jest tylko jednym z rodzajów hałasu opon. Innym często występującym rodzajem zakłóceń jest zjawisko piszczenia. Skąd się ono bierze? Klasa przyczepności na mokrej nawierzchni zależy od poślizgu i tarcia, które generują hałas. W odniesieniu do opon samochodowych możemy wyróżnić dwa poziomy hałasu powodowane przez tarcie gumy o nawierzchnie drogi:

• Dźwięk syczący.
• Dźwięk piszczący.

Dźwięk syczący powstaje w czasie normalnej jazdy, gdy potrzebny jest nam przeciętny poziom przyczepności. Pojawi się na prostej, w trakcie delikatnego hamowania, przyśpieszania czy pokonywania zakrętu o dużym promieniu z umiarkowaną prędkością.

Dźwięk piszczący powstaje, gdy wymagany poziom przyczepności zbliża się do limitu jaki może nam zaoferować w danym momencie opona/nawierzchnia drogi. Pisk może się wytworzyć w czasie nagłego awaryjnego hamowania, silnego przyśpieszania, czy w wąskim zakręcie przy dużej prędkości.

Skąd się z kolei bierze pisk przy ostrym hamowaniu? Odpowiada za nie zjawisko „stick-slip” – silnie trące o nawierzchnie klocki bieżnika wywołują drgania, które za sprawą wyższej częstotliwości są słyszalne jako donośny pisk. Silniejsze tarcie pojawia się, gdy opona znajduje się na granicy przyczepności, np. podczas gwałtownego ruszania, ostrego hamowania czy szybkiego pokonywania zakrętów.

Mechanizm powstawania pisku opon:

• 1 – klocek bieżnika dotyka nawierzchni drogi.
• 2 – klocek nachyla się coraz bardziej, aby utrzymać kontakt z punktem na drodze, którego dotknął: w czasie tego etapu gromadzi się energia.
• 3 – klocek osiąga granicę przyczepności i zaczyna się ślizgać, rozpoczyna się stopniowe uwalnianie energii i generowane są drgania, aż do momentu opuszczenia powierzchni kontaktu.
• 4 i 5 – klocek pochyla się, następnie przesuwa.
• 6 – klocek traci całkowicie kontakt z nawierzchnią drogi i gwałtownie się prostuje, uwalniając całą uprzednio zgromadzoną energię. Klocek trąc o powierzchnię, generuje dźwięk. Poniższa ilustracja obrazuje jak wygląda praca klocka bieżnika.

Od czego zależy, czy dana opona piszczy?

• Od współczynnika przyczepności określonej nawierzchni.
• Od prędkości i sposobu wykonywania manewrów.
• Od charakterystyki opony – zastosowanej mieszanki, rzeźby bieżnika, układu klocków i rowków, ilości lamelek.
• Od głębokości bieżnika i wieku opony oraz związanymi z nimi zmianami sztywności klocków bieżnika.

Bardziej będą piszczały opony o gorszej przyczepności. Dźwięk może być wzmacniany przez typ nawierzchni. Na głośność pisku będą miały także wpływ takie czynniki, jak: brak zbieżności kół czy uszkodzone elementy zawieszenia.

Piszczenie opon nie jest niebezpieczne. Często jest wręcz przeciwnie – pisk działa prewencyjnie, informując nas, że zbliżamy granicy przyczepności opon.