Come funzionano i silenziatori

I silenziatori annullano la maggior parte del rumore del motore.

-

-Se hai mai sentito il motore di un'auto girare senza silenziatore, sai quale enorme differenza può fare un silenziatore per il livello di rumore. All'interno di un silenziatore, troverai un set di tubi apparentemente semplice con alcuni fori. Questi tubi e camere sono in realtà finemente accordati come uno strumento musicale. Sono progettati per riflettere le onde sonore prodotte dal motore in modo tale da annullarsi parzialmente.

I silenziatori utilizzano una tecnologia piuttosto ordinata per eliminare il rumore. In questo articolo, daremo un'occhiata all'interno di un vero silenziatore per auto e impareremo i principi che lo fanno funzionare.

Ma prima, dobbiamo sapere qualcosa sul suono. 

Il suono è un onda di pressione formato da impulsi di alternanza di alta e bassa pressione dell'aria. Questi impulsi si fanno strada nell'aria, avete indovinato, alla velocità del suono.

In un motore, gli impulsi vengono creati quando una valvola di scarico si apre e uno scoppio di gas ad alta pressione entra improvvisamente nel sistema di scarico. Le molecole di questo gas entrano in collisione con le molecole a bassa pressione nel tubo, facendole impilare l'una sull'altra. A loro volta si accumulano sulle molecole un po 'più in basso nel tubo, lasciando dietro di sé un'area di bassa pressione. In questo modo, l'onda sonora si fa strada lungo il tubo molto più velocemente dei gas effettivi.

Quando questi impulsi di pressione raggiungono l'orecchio, il timpano vibra avanti e indietro. Il tuo cervello interpreta questo movimento come suono. Due caratteristiche principali dell'onda determinano il modo in cui percepiamo il suono:

• Frequenza delle onde sonore - Una frequenza d'onda più alta significa semplicemente che la pressione dell'aria oscilla più velocemente. Più veloce è un motore, più alta è la tonalità che sentiamo. Le fluttuazioni più lente suonano come un tono più basso.
• Livello di pressione dell'aria - L'ampiezza dell'onda determina quanto è forte il suono. Le onde sonore con ampiezze maggiori muovono di più i nostri timpani e registriamo questa sensazione come un volume più alto.

Si scopre che è possibile aggiungere due o più onde sonore insieme e ottenere Di meno suono. Vediamo come.

La cosa fondamentale delle onde sonore è che il risultato all'orecchio è la somma di tutte le onde sonore che colpiscono l'orecchio in quel momento. Se stai ascoltando una band, anche se potresti sentire diverse sorgenti sonore distinte, le onde di pressione che colpiscono il tuo timpano si sommano tutte insieme, quindi il tuo timpano sente solo una pressione in un dato momento.

Ora arriva la parte interessante: è possibile produrre un'onda sonora che è esattamente l'opposto di un'altra onda. Questa è la base per quelle cuffie con cancellazione del rumore che potresti aver visto. Dai un'occhiata alla figura qui sotto. L'onda in alto e la seconda onda sono entrambi toni puri. Se le due onde sono in fase, si sommano a un'onda con la stessa frequenza ma il doppio dell'ampiezza. Questo è chiamato interferenza costruttiva. Ma, se sono esattamente fuori fase, si aggiungono a zero. Questo è chiamato interferenza distruttiva. Nel momento in cui la prima onda è alla sua pressione massima, la seconda onda è al suo minimo. Se entrambe queste onde colpissero il tuo timpano contemporaneamente, non sentiresti nulla perché le due onde si sommano sempre a zero.

Questo contenuto non è compatibile con questo dispositivo.

Come le onde sonore si sommano e si sottraggono

Nella prossima sezione, vedremo come il silenziatore è progettato per creare onde che causano il maggior numero possibile di interferenze distruttive.

All'interno della marmitta si trova un set di tubi. Questi tubi sono progettati per creare onde riflesse che interferiscono tra loro o si annullano a vicenda. Dai un'occhiata all'interno di questo silenziatore:

I gas di scarico e le onde sonore entrano attraverso il tubo centrale. Rimbalzano sulla parete posteriore del silenziatore e vengono riflessi attraverso un foro nel corpo principale del silenziatore. Passano attraverso una serie di fori in un'altra camera, dove girano ed escono dall'ultimo tubo e lasciano la marmitta.

Una camera chiamata a risonatore è collegata alla prima camera da un foro. Il risonatore contiene un volume d'aria specifico e ha una lunghezza specifica che viene calcolata per produrre un'onda che annulla una certa frequenza del suono. Come avviene questo? Diamo uno sguardo più da vicino ...

Quando un'onda colpisce il buco, parte di essa continua nella camera e parte di essa viene riflessa. L'onda viaggia attraverso la camera, colpisce la parete posteriore del silenziatore e rimbalza fuori dal foro. La lunghezza di questa camera è calcolata in modo che questa onda lasci la camera del risonatore subito dopo che l'onda successiva si riflette all'esterno della camera. Idealmente, la parte ad alta pressione dell'onda che proviene dalla camera si allineerà con la parte a bassa pressione dell'onda che è stata riflessa dall'esterno della parete della camera, e le due onde si annulleranno a vicenda.

L'animazione sotto mostra come funziona il risonatore in un silenziatore semplificato.

Questo contenuto non è compatibile con questo dispositivo.

Annullamento delle onde all'interno di una marmitta semplificata

In realtà, il suono proveniente dal motore è una miscela di molte frequenze differenti del suono, e poiché molte di queste frequenze dipendono dalla velocità del motore, il suono non è quasi mai esattamente alla frequenza giusta perché ciò avvenga. Il risonatore è progettato per funzionare al meglio nella gamma di frequenze in cui il motore fa più rumore; ma anche se la frequenza non è esattamente quella per cui è stato sintonizzato il risonatore, produrrà comunque qualche interferenza distruttiva.

Alcune auto, in particolare le auto di lusso in cui il funzionamento silenzioso è una caratteristica fondamentale, hanno un altro componente nello scarico che assomiglia a un silenziatore, ma è chiamato risonatore. Questo dispositivo funziona proprio come la camera del risonatore nel silenziatore: le dimensioni sono calcolate in modo che le onde riflesse dal risonatore aiutino a cancellare determinate frequenze del suono nello scarico.

Ci sono altre caratteristiche all'interno di questo silenziatore che aiutano a ridurre il livello sonoro in modi diversi. Il corpo del silenziatore è costituito da tre strati: due strati sottili di metallo con uno strato più spesso e leggermente isolato tra di loro. Ciò consente al corpo del silenziatore di assorbire alcuni degli impulsi di pressione. Inoltre, i tubi di ingresso e uscita che entrano nella camera principale sono perforati con fori. Ciò consente a migliaia di piccoli impulsi di pressione di rimbalzare nella camera principale, annullandosi a vicenda in una certa misura oltre ad essere assorbiti dall'alloggiamento del silenziatore.

Lo scarico di a Macchina da corsa NASCAR: Non ci sono silenziatori qui, perché ridurre la contropressione è il nome del gioco.

Una caratteristica importante dei silenziatori è quanto contropressione loro producono. A causa di tutte le curve e i fori che lo scarico deve attraversare, i silenziatori come quelli della sezione precedente producono una contropressione abbastanza alta. Questo sottrae un po 'alla potenza del motore.

Esistono altri tipi di silenziatori che possono ridurre la contropressione. Un tipo, a volte chiamato a confezione di vetro o a bomba ciliegia, utilizza solo l'assorbimento per ridurre il suono. Su una marmitta come questa, lo scarico passa direttamente attraverso un tubo forato con fori. Intorno a questo tubo c'è uno strato di isolamento in vetro che assorbe alcuni degli impulsi di pressione. Un alloggiamento in acciaio circonda l'isolamento.

Diagramma del silenziatore del pacco di vetro

Questi silenziatori producono molta meno restrizione, ma non riducono il livello sonoro tanto quanto i silenziatori convenzionali.

Ci sono stati alcuni esperimenti con silenziatori attivi con cancellazione del rumore, in particolare su generatori industriali. Questi sistemi incorporano una serie di microfoni e a altoparlante.

L'altoparlante è posizionato in un tubo, che avvolge il tubo di scarico in modo che il suono dallo scarico esca nella stessa direzione del suono dall'altoparlante. Un computer monitora un microfono posizionato prima dell'altoparlante e uno posizionato dopo l'altoparlante. Conoscendo alcune cose sulla lunghezza e la forma dei tubi, il computer può generare un segnale per guidare l'altoparlante. Questo può cancellare gran parte del suono proveniente dal generatore. Il microfono a valle consente al computer di sapere quanto sta facendo in modo che possa apportare modifiche se necessario.

Per ulteriori informazioni su silenziatori, suono e argomenti correlati, controlla i collegamenti nella pagina successiva.

Articoli Correlati

• Come funzionano i turbocompressori
• Come funzionano i convertitori catalitici
• Come funzionano i sistemi di accensione delle automobili
• Come funzionano le auto da corsa NASCAR
• Come funziona l'udito
• Come funzionano gli altoparlanti
• Come funzionano i collettori di scarico per migliorare le prestazioni del motore?
• Come faccio a sapere se un convertitore catalitico sulla mia auto non funziona più correttamente?
• Cosa causa un boom sonico?
• Controllo di stabilità
• Spiegazione della Pontiac GTO del 1967
• Spiegazione della Chevy Camaro Z28 del 1969
• Spiegazione della Pontiac Firebird Trans-am del 1970
• Spiegazione della Buick Skylark Gran Sport del 1965

Altri ottimi link

• Teoria dello scarico
• La registrabilità del marchio del ruggito Harley-Davidson: un'analisi multimediale
• AutoSpeak: Library of Sounds - Include suoni di automobili, camion, auto sportive e macchine da corsa
• Applicazioni del controllo attivo del rumore
• Video Goodwrench GM