مقالات خودرو : فنی : عملکرد منبع اگزوز

عملکرد 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 می‌شوند. 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 می‌کند. 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 می‌شود. این پالس ها در هوا با سرعت صوت حرکت می‌کنند. در موتور، این پالس ها زمانی ایجاد می‌شود که دریچه اگزوز باز و جریان گاز فشرده ناگهان وارد سیستم اگزوز می‌شوند. مولکول های این گاز با مولکول های کم فشار داخل لوله برخورد می‌کنند و نتیجه ای غیر از فشردگی به بار نمی‌آورد. این مولکول های فشرده، مولکول های همجوار موجود در لوله را نیز، فشرده می‌کنند و منطقه کم فشار پشت سر ترک می‌کند. به این ترتیب، موج صدا خیلی سریع تر از جریان گاز درون لوله حرکت می‌کند. زمانی که پالس ها به گوش شما می‌رسند، پرده گوش به لرزش می‌افتد  و مغزتان این لرزش را صدا تلقی می‌کند. دو مشخصه اصلی موج، تعیین کننده درک ما از صدا هستند :

بسامد موج صدا – بسامد بیشتر به معنای تغییر سریع تر فشار هوا می‌باشد. هر چه موتور سریع تر کار کند، صدای زیرتری را می‌شنویم و تغییرات کندتر صدای بم تری را تولید می‎‌کند.

سطح فشار هوا – دامنه موج، بلندی صدا را تعیین می‌کند. امواج صوتی با دامنه بیشتر، پرده گوش ما را بیشتر حرکت می‌دهند و ما صدای بلندتری را درک می‌کنیم.  

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

چگونه می‌توان صدا را از بین برد؟

صدایی که گوش شما می‌شنود، حاصل جمع همه امواجی است که در یک لحظه به گوش‌تان برخورد می‌کند. وقتی در حال گوش دادن به اجرای زنده یک گروه موسیقی هستید، با وجود این که صدا از چندین منبع متعدد می‌شنوید، موج هایی که پرده گوش را تحریک می‌کنند، با هم جمع می‌شوند؛ بنابراین، پرده گوش شما در یک لحظه، تنها یک موج را احساس می‌کند. اکنون به بخش جذاب آن می‌رسیم : 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 می‌دهند.

هر دو موج صدا، صداهای خالص هستند. اگر هر دو موج هم فاز باشند، دانگ صدا دو برابر می‌شود، 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 می‌کنند؛ به این حالت، تداخل مخرب گفته می‌شود. اگر هر دو این موج ها در یک زمان به پرده گوش برسند، صدایی نخواهید شنید چون موج ها یکدیگر را خنثی می‌کنند.

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 می‌شوند. این امواج به دیواره منبع برخورد می‌کنند و از طریق سوراخی که درون بدنه اصلی قرار دارد وارد بدنه اصلی منبع می‌شوند. این امواج از میان مجموعه ای سوراخ عبور کرده و وارد یک محفظه دیگر می‌شوند. 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 می‌دهد؟ بیایید نگاه نزدیکتری به این موضوع بیندازیم.

تشدید کننده

زمانی که یک موج به سوراخ برخورد می‌کند، بخشی از آن وارد محفظه و بخشی بازتاب می‌یابد. موجی که وارد محفظه می‌شود، به دیواره منبع برخورد و به طرف خارج سوراخ برگردانده می‌شود. طول این محفظه به گونه‌ای محاسبه می‌شود که این موج درست بعد از بازتاب موج بعدی از محفظه خارج شود. به این ترتیب، بخش پرفشار موجی که از محفظه خارج می‌شود، با بخش کم فشار موجی که از محفظه خارجی بازتاب می‌یابد، با هم تداخل و هر دو موج یکدیگر را خنثی می‌کنند. 

امواج صدا درون منبع اگزوز خنثی می‌شوند

در حقیقت، صدایی که از موتور می‌آید، 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 گونه‌ای 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 می‌آید. 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 می‌باشد، اما تشدیدکننده نام دارد. این دستگاه عملکرد مشابهی همانند محفظه تشدیدکننده در منبع اگزوز دارد؛ ابعاد آن به گونه‌ای محاسبه می‌شود که بسامد امواج را از طریق تشدیدکننده منعکس و به خنثی شدن بسامدهای صدایی مشخص در اگزوز کمک می‌کند. 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 آنها 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 شده‌اند 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 مهمترین خصوصیت منبع اگزوز، میزان فشار برگشتی تولیدی در آنها می‌باشد. به دلیل عبور گازهای خروجی از سوراخ ها و مجراهای موجود در منبع اگزوزهایی که در بخش قبلی به آنها پرداختیم، فشار برگشتی زیادی تولید می‌شود؛ همین امر می‌تواند کمی از توان موتور را کاهش دهد. انواع دیگری از منبع اگزوز وجود دارد که می‌تواند فشار برگشتی را کاهش دهد. یک نوع آن که برخی مواقع بسته شیشه‌ای نامیده می‌شود، تنها از جذب کننده ها برای کاهش صدا استفاده می‌کند. برای منبع اگزوزی مانند این، گازهای خروجی مستقیما از طریق لوله‌ای که سوراخ سوراخ است، عبور می‌کنند. اطراف این لوله را لایه ای از شیشه جدا کننده که برخی از فشارهای تپش را جذب می‌کند، 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 می‌کنند اما صدا را به خوبی منبع اگزوزهای رایج کاهش نمی‌دهد.

منبع اگزوزهای صدا خفه کن

آزمایشات کمی روی منبع اگزوزهای مجهز به صدا خفه کن، به ویژه روی ژنراتورهای صنعتی صورت گرفته است. 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 می‌‌شود. یک کامپیوتر، میکروفن هایی که قبل و بعد از بلندگو قرار گرفته‌اند را کنترل می‌کند. با دانستن طول و شکل لوله ها، کامپیوتر می‌تواند سیگنالی را برای تحریک بلندگو ایجاد کند. این موضوع می‌تواند بسیاری از صدای تولیدی ژنراتور را خنثی کند. میکروفن موجود در بخش پایینی لوله، به کامپیوتر اجازه می‌دهد به عملکرد آنها پی ببرد و به این ترتیب، تنظیمات مورد نیاز را انجام دهد.