اگر تا به حال صداى موتور بدون صدا خفه کن را شنیده باشید، مى دانید که یک صدا خفه کن تا چه حد روى صدا تاثیر دارد. درون آن تعدادى مجراى ساده با سوراخ هایى روى آن وجود دارد. این مجرا ها و محفظه ها به خوبى یک ساز موسیقى تنظیم شده اند. به گونه اى طراحى شده اند تا امواج صداى تولید شده توسط موتور را بازتاب دهند و تا حدى یکدیگر را خنثى کنند.
صدا خفه کن ها از چند فناورى جالب استفاده مى کنند تا صدا را کم کنند. در مقاله امروز اسپیدان سعى شده است درباره اصول کار این سیستم توضیحاتى را ارائه کنیم اما در ابتدا باید کمى درباره صدا بدانیم.
صدا از کجا مى آید؟ صدا یک موج فشار است که از نوسان فشار هوا تولید مى شود. این تپش ها در هوا با سرعت صوت حرکت مى کنند.
در یک موتور تپش ها وقتى به وجود مى آیند که سوپاپ خروجى باز و جریان گاز فشرده ناگهان وارد سیستم اگزوز مى شود. مولکول هاى این گاز با مولکول هاى کم فشار درون لوله برخورد کرده و آن ها را فشرده تر مى کنند. این مولکول هاى فشرده به نوبه خود مولکول هاى مجاور را فشرده مى کنند و خود کم فشار مى شوند. بدین ترتیب موج صدا خیلى سریع تر از جریان گاز در لوله حرکت مى کند. وقتى نوسانات فشار به گوش شما مى رسد، پرده گوش مى لرزد و مغز شما این لرزش را به عنوان صدا درک مى کند. دو مشخصه اصلى موج، تعیین مى کند که ما صدا را چطور درک کنیم.
بسامد امواج صدا: بسامد بیشتر به این معنى است که فشار هوا سریع تر تغییر مى کند. هرچه موتور سریع تر کار کند، صداى زیرترى مى شنویم و تغییرات کندتر صداى بم ترى تولید مى کنند.
سطح فشار هوا: دامنه امواج بلندى صدا را تعیین مى کند. امواج صدا با دامنه بیشتر، پرده گوش ما را بیشتر حرکت مى دهند و ما صداى بلندترى را درک مى کنیم. مى توان دو یا چند موج صدا را به هم اضافه کرد و صداى کمترى به دست آورد.
چگونه مى توان صدا را خنثى کرد؟
نکته اصلى درباره امواج صدا این است که صداى شنیده شده توسط گوش، تمام امواج صوتى است که در یک لحظه به گوش مى رسد. وقتى به یک گروه موسیقى گوش مى دهید، اگرچه چندین منبع صداى مشخص را مى شنوید اما موج هاى فشارى که پرده گوش را تحریک مى کنند، با هم جمع مى شوند بنابراین پرده گوش در هر لحظه فقط یک فشار را حس مى کند. نکته جالب این است که مى توان موج صدایى تولید کرد که دقیقا مخالف موج دیگر باشد. این اساس کار گوشى هاى از بین برنده سر و صداست که احتمالا دیده اید.
اگر دو موج هم فاز باشند با هم جمع شده و موجى با همان بسامد قبلى اما دامنه دو برابر را تولید مى کنند. به این، تداخل سازنده مى گویند اما اگر دو موج دقیقا در فاز مخالف باشند با هم جمع شده و صفر مى شوند؛ به این نیز تداخل ویرانگر مى گویند. در لحظه اى که موج اول در فشار بیشینه خود است، دومى در کمینه است. اگر هردوى این موج ها پرده گوش را در یک زمان تحریک کنند چیزى نخواهید شنید چون این دو موج همیشه یکدیگر را خنثى مى کنند.در بخش بعد خواهیم دید که صدا خفه کن چگونه طراحى مى شود تا امواجى را تولید کند و تا جایى که ممکن است باعث تداخل ویرانگر شود.
درون یک صدا خفه کن
در یک صدا خفه کن دسته اى مجرا وجود دارد. این مجراها طورى طراحى شده اند که امواج را به شیوه اى بازتاب کنند تا با هم تداخل و یکدیگر را خنثى کنند. گاز هاى اگزوز و امواج صدا از مجراى مرکزى وارد مى شوند. این امواج به دیواره انتهایى برخورد کرده و از یک سوراخ به قسمت اصلى صدا خفه کن بر مى گردند سپس از بین سوراخ هایى وارد لوله دیگر شده و از آن جا خارج مى شوند. محفظه اى که تشدید کننده نامیده مى شود با یک سوراخ به محفظه اول وصل شده است. تشدید کننده حجم مشخص و طول معینى دارد تا موجى تولید کند که صدا هایى با بسامد مشخص را خنثى کند، چگونه این کار انجام مى شود؟
تشدید کننده
وقتى یک موج به سوراخ برخورد مى کند، بخشى از آن وارد محفظه مى شود و بخش دیگرى بازتاب مى یابد. موجى که وارد محفظه مى شود به دیواره انتهایى صدا خفه کن برخورد مى کند و به طرف خارج سوراخ برگردانده مى شود. طول این محفظه طورى محاسبه شده که این موج دقیقا بعد از بازتاب موج بعدى از دیواره خارجى محفظه، از سوراخ خارج شود. در حالت ایده آل، بخش پر فشار موجى که از محفظه خارج شده با بخش کم فشار موجى که از دیواره خارجى محفظه بازتاب شده تداخل کرده و این دو موج یکدیگر را خنثى مى کنند. در واقعیت صدایى که از موتور مى آید، ترکیبى از بسامدهاى مختلف است و چون بیشتر این بسامد ها به دور موتور بستگى دارد، صداى موتور تقریبا هیچ وقت در بسامد مناسب براى این اتفاق نیست. تشدید کننده طورى طراحى شده تا در بازه بسامدى که موتور بیشترین سر و صدا را تولید مى کند، بهترین عملکرد را داشته باشد. حتى اگر بسامد دقیقا برابر با آن چه تشدید کننده براى آن ساخته شده نباشد باز هم کمى تداخل ویرانگر رخ مى دهد.
برخى خودروها به ویژه خودروهاى تجملى که در آن ها صداى کم، خصوصیت مهمى است جز دیگرى در اگزوز دارند که شبیه یک صدا خفه کن است، در حالى که یک تشدید کننده است. این وسیله دقیقا شبیه محفظه تشدید کننده در صدا خفه کن کار مى کند. ابعاد آن طورى محاسبه شده که امواج بازتاب شده توسط تشدید کننده بسامدهاى معینى را در اگزوز خنثى کنند. مشخصه هاى دیگرى نیز در صدا خفه کن وجود دارد که به آن کمک مى کنند با روش هاى مختلف صدا را کم کند. بدنه صدا خفه کن از سه لایه تشکیل شده است. دو لایه نازک فلزى با یک لایه کلفت تر و تا حدى عایق صوتى که بین آن دو قرار داده مى شود. این به بدنه صدا خفه کن اجازه مى دهد تا کمى از تپش هاى فشار را جذب کند همچنین لوله هاى ورودى و خروجى که وارد محفظه اصلى مى شوند، سوراخ سوراخ شده اند تا هزاران تپش کوچک فشار در محفظه اصلى ایجاد شود که علاوه بر جذب صدا توسط بدنه صدا خفه کن یکدیگر را تا حدى خنثى کنند.
فشار برگشتى و سایر گونه هاى صدا خفه کن
یکى از مشخصه هاى مهم صدا خفه کن، فشار برگشتى است. صدا خفه کن هایى که از آن ها یاد شد، به دلیل وجود مجرا ها و سوراخ هایى که گازهاى خروجى باید از آن عبور کنند فشار برگشتى زیادى تولید مى کنند و این کمى از توان موتور مى کاهد. گونه هاى دیگرى از صدا خفه کن وجود دارند که فشار برگشتى کمى تولید مى کنند. یک نوع که بعضى مواقع بسته شیشه نامیده مى شود، تنها از جذب کننده ها براى کم کردن صدا استفاده مى کنند. در این صدا خفه کن ها، گازهاى خروجى مستقیما از یک لوله که سوراخ سوراخ شده عبور مى کنند. این لوله با لایه اى از شیشه عایق کارى شده که بیشتر تپش هاى فشار را جذب مى کند و یک روکش فولادى این عایق را مى پوشاند. این صدا خفه کن ها مقاومت خیلى کمترى در برابر خروج دود دارند اما صدا را به خوبى صدا خفه کن هاى معمولى، کم نمى کنند.
صدا خفه کن هاى فعال
چند تجربه استفاده از صدا خفه کن هاى فعال به خصوص در ژنراتورهاى صنعتى وجود داشته است. این سیستم ها دسته اى از میکروفون ها و بلند گو ها را با هم ترکیب مى کنند.
بلند گو در یک لوله که دور اگزوز پیچیده شده قرار گرفته است؛ طورى که صداى موتوردر اگزوز در راستاى صداى بلندگو حرکت مى کند. یک رایانه، میکروفون هایى را که قبل و بعد از بلند گو قرار گرفته اند، بررسى مى کند. با دانستن چیز هایى در باره شکل و طول لوله ها، رایانه مى تواند سیگنالى را براى تحریک بلند گو ایجاد کند. این سیستم مى تواند بیشتر صدایى که از منبع مى آید را خنثى کند. میکروفونى که بعد از بلندگو قرار دارد به رایانه اجازه مى دهد بفهمد تا چه اندازه خوب کار مى کند و در صورت نیاز تنظیماتى را انجام دهد.
