عمل کرد منبع اگزوز

اگر به حال صدای موتور خودرویی که منبع اگزوز ندارد را شنیدید، متوجه تفاوت فاحش این صدا زمانی خواهید شد که منبع اگزوز وجود دارد. در داخل منبع اگزوز، با مجموعه لوله هایی سوراخ دار روبرو خواهیم شد که به دقت همانند آلات موسیقی تنظیم می شوند.

این بخش به منظور انعکاس امواج صدای تولید شده از موتور به روشی که صدای آن را تعدیل کند، طراحی شده است. این منبع از تکنولوژی های ظریفی برای کاهش صدا استفاده می کند. در این مقاله قصد داریم تا نگاهی به داخل این منبع و نحوه عملکرد آن داشته باشیم ولی در ابتدا باید کمی در مورد ماهیت این صدا صحبت کنیم.

محل تولید صدا
صدا یک موج فشرده از پالس هایی است که از نوسان فشار هوا ایجاد می شود. این پالس ها در هوا با سرعت صوت حرکت می کنند. در موتور، این پالس ها زمانی ایجاد می شود که دریچه اگزوز باز و جریان گاز فشرده ناگهان وارد سیستم اگزوز می شوند. مولکول های این گاز با مولکول های کم فشار داخل لوله برخورد می کنند و نتیجه ای غیر از فشردگی به بار نمی آورد.

این مولکول های فشرده، مولکول های همجوار موجود در لوله را نیز، فشرده می کنند و منطقه کم فشار پشت سر ترک می کند. به این ترتیب، موج صدا خیلی سریع تر از جریان گاز درون لوله حرکت می کند. زمانی که پالس ها به گوش شما می رسند، پرده گوش به لرزش می افتد و مغزتان این لرزش را صدا تلقی می کند. دو مشخصه اصلی موج، تعیین کننده درک ما از صدا هستند:

بسامد موج صدا: بسامد بیشتر به معنای تغییر سریع تر فشار هوا می باشد. هر چه موتور سریع تر کار کند، صدای زیرتری را می شنویم و تغییرات کندتر صدای بم تری را تولید می کند.

سطح فشار هوا: دامنه موج، بلندی صدا را تعیین می کند. امواج صوتی با دامنه بیشتر، پرده گوش ما را بیشتر حرکت می دهند و ما صدای بلندتری را درک می کنیم.

به این ترتیب مشخص می شود که می توان دو یا چند موج را با هم ترکیب کرد تا صدای کمتری تولید شود. در ادامه مطلب، خواهیم دید این موضوع چگونه اتفاث می افتد.

چگونه می توان صدا را از بین برد؟
صدایی که گوش شما می شنود، حاصل جمع همه امواجی است که در یک لحظه به گوش تان برخورد می‌کند. وقتی در حال گوش دادن به اجرای زنده یک گروه موسیقی هستید، با وجود این که صدا از چندین منبع متعدد می شنوید، موج هایی که پرده گوش را تحریک می کنند، با هم جمع می شوند؛ بنابراین، پرده گوش شما در یک لحظه، تنها یک موج را احساس می کند.

اکنون به بخش جذاب آن می رسیم: امکان تولید یک موج صدا که دقیقا متضاد موج دیگری باشد، وجود دارد. این کار دقیقاً همان چیزی است که هدفون های صدا گیر انجام می دهند.

هر دو موج صدا، صداهای خالص هستند. اگر هر دو موج هم فاز باشند، دانگ صدا دو برابر می شود، به این حالت، تداخل سازنده گویند. از طرفی، اگر فشار یک موج حداکثر و فشار موج دیگر حداقل باشد و دو موج دقیقا متضاد یکدیگر باشند، یکدیگر را خنثی می کنند؛ به این حالت، تداخل مخرب گفته می شود. اگر هر دو این موج ها در یک زمان به پرده گوش برسند، صدایی نخواهید شنید چون موج ها یکدیگر را خنثی می کنند.

سفری به درون یک منبع اگزوز
درون منبع اگزوز، لوله های متعددی وجود دارد. این لوله ها به گونه ای طراحی شده اند که امواج رابازتاب دهند، به این ترتیب، امواج با یکدیگر تداخل و همدیگر را خنثی خواهند کرد. بیایید نگاهی به داخل این منبع اگزوز بیندازیم.

گازهای اگزوز و امواج صدا هر دو از لوله مرکزی وارد می شوند. این امواج به دیواره منبع برخورد می کنند و از طریق سوراخی که درون بدنه اصلی قرار دارد وارد بدنه اصلی منبع می شوند. این امواج از میان مجموعه ای سوراخ عبور کرده و وارد یک محفظه دیگر می شوند. این محفظه که تشدیدکننده نامیده می‌شود، از طریق سوراخی به اولین محفظه متصل شده است.

این تشدید کننده شامل حجم هوای مشخص و طول معینی است تا موجی تولید کند تا صدایی با بسامد مشخص را خنثی کند. اما این کار چگونه روی می دهد؟ بیایید نگاه نزدیکتری به این موضوع بیندازیم.

تشدید کننده
زمانی که یک موج به سوراخ برخورد می کند، بخشی از آن وارد محفظه و بخشی بازتاب می یابد. موجی که وارد محفظه می شود، به دیواره منبع برخورد و به طرف خارج سوراخ برگردانده می شود. طول این محفظه به گونه ای محاسبه می شود که این موج درست بعد از بازتاب موج بعدی از محفظه خارج شود.

به این ترتیب، بخش پرفشار موجی که از محفظه خارج می شود، با بخش کم فشار موجی که از محفظه خارجی بازتاب می‌یابد، با هم تداخل و هر دو موج یکدیگر را خنثی می کنند.

امواج صدا درون منبع اگزوز خنثی می شوند
در حقیقت، صدایی که از موتور می آید، ترکیبی است از اصوات با بسامدهای متفاوت و به دلیل این که این بسامدها به بستگی به دور موتور دارند، صدای موتور هیچ وقت بسامد معینی ندارد. طراحی تشدید کننده به گونه ای است که بتواند هنگام افزایش صدای موتور و در محدوده وسیع فرکانسی بهترین عملکرد از خود به نمایش بگذارد؛ اما زمانی که بسامد با چیزی که تشدید کننده برای آن طراحی شده، برابری نکند، کمی تداخل مخرب به وجود می آید. 

در برخی خودروها، به ویژه خودروهای لوکس که عملکرد آرام و ساکت در آنها اهمیت زیادی دارد، بخش دیگری به سیستم اگزوز اضافه شده است که شبیه منبع اگزوز می باشد، اما تشدیدکننده نام دارد. این دستگاه عملکرد مشابهی همانند محفظه تشدیدکننده در منبع اگزوز دارد؛ ابعاد آن به گونه ای محاسبه می شود که بسامد امواج را از طریق تشدیدکننده منعکس و به خنثی شدن بسامدهای صدایی مشخص در اگزوز کمک می کند.

یک ویژگی دیگر نیز، در منبع اگزوز برای کمک به کاهش صدا به روش های متعدد وجود دارد؛ بدنه این منبع از سه لایه ساخته شده است: دو لایه نازک فلزی با یک لایه ضخیم تر و تا حدودی لایه جداکننده که بین آن ها قرار دارد. همین موضوع امکان جذب برخی پالس های فشار را به بدنه می‌دهد. همچنین لوله های ورودی و خروجی درون محفظه اصلی سوراخ سوراخ شده اند تا امکان ایجاد هزاران پالس کوچک فشار درون محفظه ی اصلی به اضافه جذب صدا توسط منبع اگزوز، فراهم شود.

فشار برگشتی و انواع دیگر منبع اگزوز
یکی از مهم ترین خصوصیت منبع اگزوز، میزان فشار برگشتی تولیدی در آن ها می باشد. به دلیل عبور گازهای خروجی از سوراخ ها و مجراهای موجود در منبع اگزوزهایی که در بخش قبلی به آن ها پرداختیم، فشار برگشتی زیادی تولید می شود؛

همین امر می تواند کمی از توان موتور را کاهش دهد. انواع دیگری از منبع اگزوز وجود دارد که می تواند فشار برگشتی را کاهش دهد. یک نوع آن که برخی مواقع بسته شیشه ای نامیده می شود، تنها از جذب کننده ها برای کاهش صدا استفاده می کند.

برای منبع اگزوزی مانند این، گازهای خروجی مستقیما از طریق لوله ای که سوراخ سوراخ است، عبور می کنند. اطراف این لوله را لایه ای از شیشه جدا کننده که برخی از فشارهای تپش را جذب می کند، احاطه شده است. لازم به ذکر است که اطراف این شیشه جدا کننده را لایه ای فولادی پوشانده است. این منبع اگزوزها محدودیت بسیار کمتری ایجاد می کنند اما صدا را به خوبی منبع اگزوزهای رایج کاهش نمی دهد.

منبع اگزوزهای صدا خفه کن
آزمایشات کمی روی منبع اگزوزهای مجهز به صدا خفه کن، به ویژه روی ژنراتورهای صنعتی صورت گرفته‌است. این سیستم از چند میکروفن و یک بلندگو تشکیل شده است. بلندگو درون لوله ای قرار دارد که اطراف لوله اگزوز پیچیده شده است، به صورتی که صدا در مسیری مشابه حرکت و از اگزوز خارج می شود.

یک کامپیوتر، میکروفن هایی که قبل و بعد از بلندگو قرار گرفته اند را کنترل می کند. با دانستن طول و شکل لوله‌ها، کامپیوتر می تواند سیگنالی را برای تحریک بلندگو ایجاد کند. این موضوع می تواند بسیاری از صدای تولیدی ژنراتور را خنثی کند. میکروفن موجود در بخش پایینی لوله، به کامپیوتر اجازه می دهد به عملکرد آن ها پی ببرد و به این ترتیب، تنظیمات مورد نیاز را انجام دهد.