Hur ljuddämpare fungerar

Ljuddämpare avbryter merparten av motorens ljud.

-

-Om du någonsin har hört en bilmotor kör utan ljuddämpare vet du vilken enorm skillnad en ljuddämpare kan göra för ljudnivån. Inuti en ljuddämpare hittar du en bedrägligt enkel uppsättning rör med några hål i dem. Dessa rör och kamrar är i praktiken y så fininställda som ett musikinstrument. De är utformade för att återspegla ljudvågorna som produceras av motorn på ett sådant sätt att de delvis avbryter sig själva.

Ljuddämpare använder någon ganska snygg teknik för att avbryta bruset. I den här artikeln ska vi titta in i en riktig billjuddämpare och lära oss om principerna som får den att fungera.

Men först måste vi veta lite om ljud. 

Ljudet är en tryckvåg bildad av pulser med växlande högt och lågt lufttryck. Dessa pulser tar sig igenom luften med - du antar det - ljudets hastighet.

I en motor skapas pulser när en avgasventil öppnas och en brist av högtrycksgas plötsligt kommer in i avgassystemet. Molekylerna i denna gas kolliderar med molekylerna med lägre tryck i röret, vilket får dem att staplas på varandra. De staplar i sin tur upp på molekylerna lite längre ner i röret och lämnar ett område med lågt tryck bakom. På det här sättet ljudvågen tar sig ner i röret mycket snabbare än de faktiska gaserna gör.

När dessa tryckpulser når ditt öra, vibrerar trumhinnan fram och tillbaka. Din hjärna tolkar denna rörelse som ljud. Två huvudegenskaper hos vågen avgör hur vi uppfattar ljudet:

• Ljudvågsfrekvens - En högre vågfrekvens betyder helt enkelt att lufttrycket fluktuerar snabbare. Ju snabbare en motor går, desto högre tonhöjd hör vi. Långsammare fluktuationer låter som en lägre tonhöjd.
• Lufttrycksnivå - Vågens amplitud avgör hur högt ljudet är. Ljudvågor med större amplituder förflyttar trumhinnorna mer och vi registrerar denna känsla som en högre volym.

Det visar sig att det är möjligt att lägga till två eller flera ljudvågor tillsammans och få mindre ljud. Låt oss se hur.

Det viktigaste med ljudvågor är att resultatet i örat är summan av alla ljudvågor som träffar örat vid den tiden. Om du lyssnar på ett band, även om du kanske hör flera distinkta ljudkällor, läggs tryckvågorna som träffar din örat trumma, så din öratumma känner bara ett tryck vid varje given ögonblick.

Nu kommer den coola delen: Det är möjligt att producera en ljudvåg som är precis motsatsen till en annan våg. Detta är grunden för de brusreducerande hörlurar du kanske har sett. Ta en titt på figuren nedan. Vågen ovanpå och den andra vågen är båda rena toner. Om de två vågorna är i fas lägger de till en våg med samma frekvens men dubbelt så mycket som amplituden. Det här kallas konstruktiv störning. Men om de är exakt ur fas, lägger de upp till noll. Det här kallas destruktiv störning. Vid den tidpunkt då den första vågen är vid sitt maximala tryck är den andra vågen på sitt minimum. Om båda dessa vågor träffar din öratumma samtidigt, skulle du inte höra någonting eftersom de två vågorna alltid lägger till noll.

Detta innehåll är inte kompatibelt på den här enheten.

Hur ljudvågor lägger till och subtraherar

I nästa avsnitt ser vi hur ljuddämparen är utformad för att skapa vågor som orsakar så mycket destruktiva störningar som möjligt.

Inuti ljuddämparen finns en uppsättning rör. Dessa rör är utformade för att skapa reflekterade vågor som stör varandra eller avbryter varandra ut. Ta en titt på insidan av denna ljuddämpare:

Avgaserna och ljudvågorna kommer in genom mittröret. De studsar från ljuddämparens bakvägg och reflekteras genom ett hål i ljuddämparens huvuddel. De passerar genom en uppsättning hål i en annan kammare, där de vänder och går ut det sista röret och lämnar ljuddämparen.

En kammare kallad a resonator är ansluten till den första kammaren med ett hål. Resonatorn innehåller en specifik luftvolym och har en specifik längd som beräknas för att producera en våg som avbryter en viss ljudfrekvens. Hur händer detta? Låt oss titta närmare ...

När en våg träffar hålet fortsätter en del av det in i kammaren och en del av det reflekteras. Vågen rör sig genom kammaren, träffar ljuddämparens bakvägg och studsar tillbaka ur hålet. Kammarens längd beräknas så att denna våg lämnar resonatorkammaren strax efter att nästa våg reflekteras från kammarens utsida. Helst kommer högtrycksdelen av vågen som kom från kammaren i linje med lågtrycksdelen av vågen som reflekterades utanför kammarväggens utsida, och de två vågorna kommer att avbryta varandra.

Animeringen nedan visar hur resonatorn fungerar i en förenklad ljuddämpare.

Detta innehåll är inte kompatibelt på den här enheten.

Vågor som avbryter inuti en förenklad ljuddämpare

I verkligheten är ljudet som kommer från motorn en blandning av många olika ljudfrekvenser, och eftersom många av dessa frekvenser beror på motorvarvtalet är ljudet nästan aldrig på rätt frekvens för att detta ska hända. Resonatorn är utformad för att fungera bäst i det frekvensområde där motorn ger mest ljud; men även om frekvensen inte är exakt vad resonatorn var inställd på kommer den fortfarande att ge viss destruktiv störning.

Vissa bilar, särskilt lyxbilar där tyst drift är en viktig funktion, har en annan komponent i avgaserna som ser ut som en ljuddämpare, men kallas en resonator. Den här enheten fungerar precis som resonatorkammaren i ljuddämparen - dimensionerna beräknas så att vågorna som reflekteras av resonatorn hjälper till att avbryta vissa ljudfrekvenser i avgaserna.

Det finns andra funktioner i denna ljuddämpare som hjälper den att minska ljudnivån på olika sätt. Ljuddämparens kropp är konstruerad i tre lager: Två tunna metallskikt med ett tjockare, något isolerat lager mellan dem. Detta gör att ljuddämparen kan absorbera en del av tryckpulserna. Inlopps- och utloppsrören som går in i huvudkammaren är också perforerade med hål. Detta tillåter tusentals små tryckpulser att studsa runt i huvudkammaren och avbryta varandra till viss del utöver att de absorberas av ljuddämparens hus.

Avgaserna från en NASCAR tävlingsbil: Det finns inga ljuddämpare här, för att minska mottrycket är spelets namn.

En viktig egenskap hos ljuddämpare är hur mycket mottrycks de producerar. På grund av alla svängar och hål som avgaserna måste gå igenom ger ljuddämpare som i föregående avsnitt ett ganska högt mottryck. Detta drar lite från motorns kraft.

Det finns andra typer av ljuddämpare som kan minska mottrycket. En typ, ibland kallad a glasförpackning eller a körsbärsbomb, använder endast absorption för att minska ljudet. På en ljuddämpare som denna går avgaserna rakt igenom ett rör som är perforerat med hål. Runt detta rör finns ett lager av glasisolering som absorberar en del av tryckpulserna. Ett stålhus omger isoleringen.

Diagram över ljuddämpare av glas

Dessa ljuddämpare ger mycket mindre begränsningar, men minskar inte ljudnivån lika mycket som konventionella ljuddämpare.

Det har gjorts några experiment med aktiva brusreducerande ljuddämpare, särskilt på industriella generatorer. Dessa system innehåller en uppsättning av mikrofoner och högtalare.

Högtalaren är placerad i ett rör som lindas runt avgasröret så att ljudet från avgaserna kommer ut i samma riktning som ljudet från högtalaren. En dator övervakar en mikrofon som är placerad före högtalaren och en som är placerad efter högtalaren. Genom att veta några saker om rörens längd och form kan datorn generera en signal för att driva högtalaren. Detta kan avbryta mycket av ljudet som kommer från generatoren. Nedströmsmikrofonen låter datorn veta hur bra den klarar sig så att den kan göra justeringar om det behövs.

För mer information om ljuddämpare, ljud och relaterade ämnen, kolla in länkarna på nästa sida.

Relaterade artiklar

• Hur turboladdare fungerar
• Hur katalytiska omvandlare fungerar
• Hur bilantändningssystem fungerar
• Hur NASCAR racerbilar fungerar
• Hur hörsel fungerar
• Hur högtalare fungerar
• Hur fungerar avgaser för att förbättra motorns prestanda?
• Hur vet jag när en katalysator på min bil inte längre fungerar korrekt?
• Vad som orsakar en sonisk boom?
• Stabilitets kontroll
• Pontiac GTO 1967 förklarades
• 1969 förklarade Chevy Camaro Z28
• Pontiac Firebird Trans-am 1970 förklarades
• Buick Skylark Gran Sport 1965 förklarade

Fler bra länkar

• Avgas teori
• Harley-Davidson Roar: varumärkesregistrerbarhet: En multimediaanalys
• AutoSpeak: Library of Sounds - Inkluderar ljud från bilar, lastbilar, sportbilar och tävlingsmaskiner
• Tillämpningar av aktiv brusstyrning
• GM Goodwrench videor