Pedeorelha | Hoe geluiddempers werken

Peter Tucker
0
3825
837

Uitlaatdempers neutraliseren het meeste van het motorgeluid.

-Als je ooit een automotor hebt horen draaien zonder uitlaatdemper, weet je wat een enorm verschil een uitlaatdemper kan maken voor het geluidsniveau. In een uitlaatdemper vind je een bedrieglijk eenvoudige set buizen met enkele gaten erin. Deze buizen en kamers zijn eigenlijk net zo fijn gestemd als een muziekinstrument. Ze zijn ontworpen om de door de motor geproduceerde geluidsgolven zodanig te reflecteren dat ze zichzelf gedeeltelijk opheffen.

Uitlaatdempers gebruiken een behoorlijk nette technologie om het geluid te onderdrukken. In dit artikel zullen we een kijkje nemen in een echte autodemper en leren over de principes die ervoor zorgen dat het werkt.

Maar eerst moeten we iets over geluid weten.

Geluid is een drukgolf gevormd uit pulsen van afwisselend hoge en lage luchtdruk. Deze pulsen banen zich een weg door de lucht met - je raadt het al - de snelheid van het geluid.

In een motor ontstaan pulsen wanneer een uitlaatklep opengaat en plotseling een uitbarsting van hogedrukgas het uitlaatsysteem binnenkomt. De moleculen in dit gas komen in botsing met de lagere drukmoleculen in de buis, waardoor ze op elkaar stapelen. Ze stapelen zich op hun beurt iets verderop op de moleculen op en laten een gebied met lage druk achter. Op deze manier baant de geluidsgolf zich veel sneller door de buis dan de eigenlijke gassen.

Wanneer deze drukpulsen uw oor bereiken, trilt het trommelvlies heen en weer. Je brein interpreteert deze beweging als geluid. Twee hoofdkenmerken van de golf bepalen hoe we het geluid waarnemen:

Geluidsgolffrequentie - Een hogere golffrequentie betekent simpelweg dat de luchtdruk sneller fluctueert. Hoe sneller een motor draait, hoe hoger de toon die we horen. Langzamere fluctuaties klinken als een lagere toonhoogte.
Luchtdrukniveau - De amplitude van de golf bepaalt hoe hard het geluid is. Geluidsgolven met grotere amplitudes bewegen ons trommelvlies meer, en we registreren dit gevoel als een hoger volume.

Het blijkt dat het mogelijk is om twee of meer geluidsgolven bij elkaar te voegen en te krijgen minder geluid. Laten we eens kijken hoe.

Het belangrijkste van geluidsgolven is dat het resultaat bij uw oor de som is van alle geluidsgolven die op dat moment uw oor raken. Als u naar een band luistert, kunt u, ook al hoort u verschillende geluidsbronnen, de drukgolven die uw trommelvlies raken bij elkaar optellen, zodat uw trommelvlies maar één druk op een bepaald moment voelt..

Nu komt het coole deel: het is mogelijk om een geluidsgolf te produceren die precies het tegenovergestelde is van een andere golf. Dit is de basis voor die ruisonderdrukkende hoofdtelefoons die je misschien hebt gezien. Bekijk de onderstaande afbeelding. De golf bovenop en de tweede golf zijn beide pure tonen. Als de twee golven in fase zijn, vormen ze samen een golf met dezelfde frequentie maar tweemaal de amplitude. Dit heet constructieve interferentie. Maar als ze precies uit fase zijn, tellen ze op tot nul. Dit heet destructieve interferentie. Op het moment dat de eerste golf zijn maximale druk heeft, is de tweede golf zijn minimum. Als beide golven tegelijkertijd je trommelvlies raken, hoor je niets omdat de twee golven altijd op nul komen.

Deze inhoud is niet compatibel op dit apparaat.

Hoe geluidsgolven optellen en aftrekken

In het volgende gedeelte zullen we zien hoe de geluiddemper is ontworpen om golven te creëren die zoveel mogelijk destructieve interferentie veroorzaken.

In de uitlaatdemper bevindt zich een set buizen. Deze buizen zijn ontworpen om gereflecteerde golven te creëren die met elkaar interfereren of elkaar opheffen. Bekijk de binnenkant van deze uitlaatdemper eens:

De uitlaatgassen en de geluidsgolven komen binnen via de middenbuis. Ze stuiteren tegen de achterwand van de uitlaatdemper en worden door een gat in het hoofdgedeelte van de uitlaat gereflecteerd. Ze passeren een reeks gaten in een andere kamer, waar ze draaien en de laatste pijp uit gaan en de geluiddemper verlaten.

Een kamer genaamd a resonator is verbonden met de eerste kamer door een gat. De resonator bevat een specifiek luchtvolume en heeft een specifieke lengte die is berekend om een golf te produceren die een bepaalde frequentie van geluid annuleert. Hoe gebeurde dit? Laten we dat van dichterbij bekijken…

Wanneer een golf het gat raakt, gaat een deel ervan door de kamer in en wordt een deel ervan weerkaatst. De golf reist door de kamer, raakt de achterwand van de uitlaatdemper en stuitert weer uit het gat. De lengte van deze kamer wordt zo berekend dat deze golf de resonatorkamer verlaat net nadat de volgende golf aan de buitenkant van de kamer weerkaatst. Idealiter zal het hogedrukgedeelte van de golf dat uit de kamer kwam, uitgelijnd zijn met het lagedrukgedeelte van de golf dat werd gereflecteerd door de buitenkant van de kamerwand, en de twee golven zullen elkaar opheffen.

De onderstaande animatie laat zien hoe de resonator werkt in een vereenvoudigde geluiddemper.

Deze inhoud is niet compatibel op dit apparaat.

Golven die verdwijnen in een vereenvoudigde uitlaatdemper

In werkelijkheid is het geluid dat uit de motor komt een mengsel van veel verschillende geluidsfrequenties, en aangezien veel van die frequenties afhangen van het motortoerental, is het geluid bijna nooit op precies de juiste frequentie om dit te laten gebeuren. De resonator is ontworpen om het beste te werken in het frequentiebereik waar de motor het meeste geluid maakt; maar zelfs als de frequentie niet precies is waarvoor de resonator was afgestemd, zal het toch enige destructieve interferentie produceren.

Sommige auto's, vooral luxe auto's waar stille werking een belangrijk kenmerk is, hebben een ander onderdeel in de uitlaat dat eruitziet als een uitlaatdemper, maar een resonator wordt genoemd. Dit apparaat werkt net als de resonatorkamer in de uitlaatdemper - de afmetingen zijn zo berekend dat de golven die door de resonator worden weerkaatst, bepaalde geluidsfrequenties in de uitlaat helpen neutraliseren.

Er zijn nog andere kenmerken in deze geluiddemper die het geluidsniveau op verschillende manieren helpen verlagen. Het lichaam van de uitlaatdemper is opgebouwd uit drie lagen: twee dunne lagen metaal met daartussen een dikkere, enigszins geïsoleerde laag. Hierdoor kan het lichaam van de geluiddemper een deel van de drukpulsen absorberen. Ook zijn de inlaat- en uitlaatpijpen die de hoofdkamer binnengaan geperforeerd met gaten. Hierdoor kunnen duizenden kleine drukpulsen in de hoofdkamer rondstuiteren, elkaar enigszins opheffen en bovendien worden geabsorbeerd door de behuizing van de uitlaatdemper.

De uitlaat van a NASCAR-raceauto: Er zijn hier geen geluiddempers, want het verminderen van de tegendruk is de naam van het spel.

Een belangrijk kenmerk van geluiddempers is hoeveel tegendruk zij produceren. Door alle bochten en gaten waar de uitlaat doorheen moet, produceren geluiddempers zoals die in het vorige gedeelte een vrij hoge tegendruk. Dit trekt een beetje af van het vermogen van de motor.

Er zijn andere soorten geluiddempers die de tegendruk kunnen verminderen. Eén type, ook wel een glazen verpakking of een kersenbom, gebruikt alleen absorptie om het geluid te verminderen. Bij een uitlaatdemper als deze gaat de uitlaat dwars door een pijp die geperforeerd is met gaten. Rondom deze buis bevindt zich een laag glasisolatie die een deel van de drukpulsen opvangt. Een stalen behuizing omgeeft de isolatie.

Diagram van de uitlaatdemper van het glazen pak

Deze geluiddempers produceren veel minder beperkingen, maar verlagen het geluidsniveau niet zo veel als conventionele geluiddempers.

Er zijn enkele experimenten gedaan met actieve noise-cancelling geluiddempers, vooral bij industriële generatoren. Deze systemen bevatten een set van microfoons en een spreker.

De speaker zit in een pijp die zich om de uitlaatpijp heen wikkelt zodat het geluid uit de uitlaat in dezelfde richting komt als het geluid uit de speaker. Een computer controleert een microfoon die vóór de luidspreker is geplaatst en een die achter de luidspreker is geplaatst. Door een aantal dingen te weten over de lengte en vorm van de pijpen, kan de computer een signaal genereren om de luidspreker aan te sturen. Dit kan veel van het geluid dat uit de generator komt, teniet doen. De downstream-microfoon laat de computer weten hoe goed hij het doet, zodat hij indien nodig aanpassingen kan maken.

Raadpleeg de links op de volgende pagina voor meer informatie over geluiddempers, geluid en aanverwante onderwerpen.

Meer geweldige links

Uitlaat theorie
De handelsmerkregistratie van de Harley-Davidson Roar: een multimedia-analyse
AutoSpeak: Library of Sounds - Bevat geluiden van auto's, vrachtwagens, sportwagens en racemachines
Toepassingen van Active Noise Control
GM Goodwrench-video's

Hoe geluiddempers werken

Gerelateerde artikelen

Meer geweldige links