Hvordan lyddempere fungerer

Lyddemper avbryter mesteparten av motorens støy.

-

-Hvis du noen gang har hørt en bilmotor som kjører uten lyddemper, vet du hva en enorm forskjell en lyddemper kan gjøre på støynivået. Inni en lyddemper finner du et villedende enkelt sett med rør med noen hull i seg. Disse rørene og kamrene er i virkeligheten så finstemte som et musikkinstrument. De er designet for å gjenspeile lydbølgene produsert av motoren på en slik måte at de delvis avbryter seg selv.

Lyddemper bruker noen ganske ryddig teknologi for å avbryte støyen. I denne artikkelen skal vi se på en ekte lyddemper og lære om prinsippene som får den til å fungere.

Men først må vi vite litt om lyd. 

Lyd er en trykkbølge dannet av pulser med vekslende høyt og lavt lufttrykk. Disse pulsene tar seg gjennom luften med - du gjettet det - lydens hastighet.

I en motor blir pulser opprettet når en eksosventil åpnes og et utbrudd av høytrykksgass plutselig kommer inn i eksosanlegget. Molekylene i denne gassen kolliderer med molekylene med lavere trykk i røret, og får dem til å stable seg opp på hverandre. De stabler igjen på molekylene litt lenger ned i røret, og etterlater et område med lavt trykk bak. På denne måten gjør lydbølgen seg mye raskere ned enn røret enn de faktiske gassene gjør.

Når disse trykkpulsene når øret, vibrerer trommehinnen frem og tilbake. Hjernen din tolker denne bevegelsen som lyd. To hovedegenskaper ved bølgen avgjør hvordan vi oppfatter lyden:

• Lydbølgefrekvens - En høyere bølgefrekvens betyr ganske enkelt at lufttrykket svinger raskere. Jo raskere en motor kjører, jo høyere tonehøyde hører vi. Sakte svingninger høres ut som en lavere tonehøyde.
• Lufttrykknivå - Bølgens amplitude avgjør hvor høy lyden er. Lydbølger med større amplituder beveger trommehinnen mer, og vi registrerer denne sensasjonen som et høyere volum.

Det viser seg at det er mulig å legge to eller flere lydbølger sammen og få mindre lyd. La oss se hvordan.

Det viktigste med lydbølger er at resultatet ved øret ditt er summen av alle lydbølgene som treffer øret på den tiden. Hvis du lytter til et band, selv om du kanskje hører flere forskjellige kilder til lyd, blir trykkbølgene som treffer øretrommelen alle sammen, slik at øre trommelen bare føles ett trykk til enhver tid..

Nå kommer den kule delen: Det er mulig å produsere en lydbølge som er nøyaktig det motsatte av en annen bølge. Dette er grunnlaget for de støydempende hodetelefonene du kanskje har sett. Ta en titt på figuren nedenfor. Bølgen på toppen og den andre bølgen er begge rene toner. Hvis de to bølgene er i fase, legger de opp til en bølge med samme frekvens, men det dobbelte av amplituden. Dette kalles konstruktiv forstyrrelse. Men hvis de er nøyaktig ute av fase, legger de opp til null. Dette kalles destruktiv interferens. På det tidspunktet hvor den første bølgen er på sitt maksimale trykk, er den andre bølgen på sitt minimum. Hvis begge disse bølgene treffer øretrommelen din samtidig, ville du ikke hørt noe fordi de to bølgene alltid legger opp til null.

Dette innholdet er ikke kompatibelt på denne enheten.

Hvordan lydbølger legger til og trekker fra

I neste avsnitt skal vi se hvordan lyddemperen er designet for å skape bølger som forårsaker så mye ødeleggende forstyrrelser som mulig.

Ligger inne i lyddemperen er et sett med rør. Disse rørene er designet for å skape reflekterte bølger som forstyrrer hverandre eller avbryter hverandre. Ta en titt på innsiden av denne lyddemperen:

Avgassene og lydbølgene kommer inn gjennom sentrumsrøret. De spretter av bakveggen på lyddemperen og reflekteres gjennom et hull inn i lyddemperens hoveddel. De går gjennom et sett med hull inn i et annet kammer, der de snur og går ut det siste røret og forlater lyddemperen.

Et kammer kalt a resonator er koblet til det første kammeret ved et hull. Resonatoren inneholder et spesifikt luftvolum og har en spesifikk lengde som er beregnet for å produsere en bølge som avbryter en viss lydfrekvens. Hvordan skjer dette? La oss se nærmere på ...

Når en bølge treffer hullet, fortsetter en del av det inn i kammeret, og en del av det reflekteres. Bølgen beveger seg gjennom kammeret, treffer bakveggen til lyddemperen og spretter tilbake ut av hullet. Lengden på dette kammeret er beregnet slik at denne bølgen forlater resonatorkammeret like etter at den neste bølgen reflekteres fra utsiden av kammeret. Ideelt sett vil høytrykksdelen av bølgen som kom fra kammeret stemme overens med lavtrykksdelen av bølgen som ble reflektert utenfor utsiden av kammerveggen, og de to bølgene vil avbryte hverandre.

Animasjonen nedenfor viser hvordan resonatoren fungerer i en forenklet lyddemper.

Dette innholdet er ikke kompatibelt på denne enheten.

Bølger avbryter inne i en forenklet lyddemper

I virkeligheten er lyden fra motoren en blanding av mange forskjellige frekvenser av lyd, og siden mange av disse frekvensene er avhengige av motorens hastighet, er lyden nesten aldri på nøyaktig riktig frekvens for at dette skal skje. Resonatoren er designet for å fungere best i frekvensområdet der motoren gir mest støy; men selv om frekvensen ikke er akkurat som resonatoren var innstilt på, vil den fremdeles gi noen ødeleggende forstyrrelser.

Noen biler, spesielt luksusbiler der stille drift er en nøkkelfunksjon, har en annen komponent i eksosen som ser ut som en lyddemper, men kalles en resonator. Denne enheten fungerer akkurat som resonatorkammeret i lyddemperen - dimensjonene beregnes slik at bølgene som reflekteres av resonatoren hjelper til med å avbryte visse lydfrekvenser i eksosen.

Det er andre funksjoner i denne lyddemperen som hjelper den å redusere lydnivået på forskjellige måter. Lyddemperens kropp er konstruert i tre lag: To tynne lag metall med et tykkere, litt isolert lag mellom seg. Dette gjør at lyddemperens kropp kan absorbere noen av trykkpulsene. Innløps- og utløpsrørene som går inn i hovedkammeret er også perforerte med hull. Dette gjør at tusenvis av små trykkpulser kan sprette rundt i hovedkammeret, og i noen grad avbryte hverandre i tillegg til at de blir absorbert av lyddemperens hus.

Eksosen fra a NASCAR racerbil: Det er ingen lyddempere her, for å redusere mottrykk er navnet på spillet.

Et viktig kjennetegn ved lyddempere er hvor mye mottrykk de produserer. På grunn av alle svinger og hull eksosen må gå gjennom, produserer lyddemper som de i forrige seksjon et ganske høyt mottrykk. Dette trekker litt fra kraften i motoren.

Det er andre typer lyddemper som kan redusere mottrykk. En type, noen ganger kalt a glasspakke eller a kirsebær bombe, bruker bare absorpsjon for å redusere lyden. På en lyddemper som denne går eksosen rett gjennom et rør som er perforert med hull. Rundt dette røret ligger et lag glassisolasjon som tar opp noen av trykkpulsene. Et stålhus omgir isolasjonen.

Diagram over lydpotte av glasspakke

Disse lyddemperne gir mye mindre begrensning, men reduserer ikke lydnivået like mye som vanlige lyddempere.

Det har vært noen få eksperimenter med aktive støydempende lyddemper, spesielt på industrielle generatorer. Disse systemene har et sett med mikrofoner og høyttaler.

Høyttaleren er plassert i et rør, som vikles rundt eksosrøret slik at lyden fra eksosen kommer ut i samme retning som lyden fra høyttaleren. En datamaskin overvåker en mikrofon som er plassert foran høyttaleren og en som er plassert etter høyttaleren. Ved å vite noen ting om lengden og formen på rørene, kan datamaskinen generere et signal for å drive høyttaleren. Dette kan avbryte mye av lyden som kommer fra generatoren. Nedstrøms-mikrofonen lar datamaskinen vite hvor bra den gjør det, slik at den kan gjøre justeringer om nødvendig.

For mer informasjon om lyddemper, lyd og relaterte emner, sjekk ut lenkene på neste side.

Relaterte artikler

• Slik fungerer turboladere
• Slik fungerer katalysatorer
• Slik fungerer tennsystemer for biler
• Hvordan NASCAR racerbiler fungerer
• Hvordan hørsel fungerer
• Hvordan høyttalere fungerer
• Hvordan jobber eksosoverskriftene for å forbedre motorens ytelse?
• Hvordan vet jeg når en katalysator på bilen min ikke lenger fungerer som den skal?
• Hva som forårsaker en sonisk boom?
• Stabilitetskontroll
• Pontiac GTO fra 1967 forklarte
• 1969 Chevy Camaro Z28 forklart
• Den Pontiac Firebird Trans-am 1970 forklart
• Buick Skylark Gran Sport fra 1965 forklarte

Flere gode lenker

• Eksosteori
• Trademark Registrability of the Harley-Davidson Roar: A Multimedia Analysis
• AutoSpeak: Library of Sounds - Inkluderer lyder fra biler, lastebiler, sportsbiler og racermaskiner
• Bruksområder for aktiv støykontroll
• GM Goodwrench videoer