Wie Schalldämpfer funktionieren

Schalldämpfer gleichen die meisten Motorengeräusche aus.

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-Wenn Sie jemals einen Automotor ohne Schalldämpfer laufen hören, wissen Sie, welchen großen Unterschied ein Schalldämpfer zum Geräuschpegel machen kann. In einem Schalldämpfer finden Sie einen täuschend einfachen Satz Röhren mit einigen Löchern. Diese Röhren und Kammern sind tatsächlich so fein gestimmt wie ein Musikinstrument. Sie sind so ausgelegt, dass sie die vom Motor erzeugten Schallwellen so reflektieren, dass sie sich teilweise selbst aufheben.

Schalldämpfer verwenden eine hübsche Technologie, um das Geräusch zu unterdrücken. In diesem Artikel werfen wir einen Blick in einen echten Auto-Schalldämpfer und lernen die Prinzipien kennen, nach denen er funktioniert.

Aber zuerst müssen wir etwas über Klang wissen. 

Ton ist ein Druckwelle gebildet aus Impulsen mit abwechselnd hohem und niedrigem Luftdruck. Diese Impulse wandern mit - Sie haben es erraten - Schallgeschwindigkeit durch die Luft.

In einem Motor werden Impulse erzeugt, wenn ein Auslassventil öffnet und plötzlich ein Hochdruckgasstoß in die Abgasanlage eintritt. Die Moleküle in diesem Gas kollidieren mit den Niederdruckmolekülen im Rohr, wodurch sie sich aufeinander stapeln. Sie stapeln sich wiederum etwas weiter unten im Rohr auf den Molekülen und hinterlassen einen Bereich mit niedrigem Druck. Auf diese Weise gelangt die Schallwelle viel schneller durch das Rohr als die eigentlichen Gase.

Wenn diese Druckimpulse Ihr Ohr erreichen, vibriert das Trommelfell hin und her. Ihr Gehirn interpretiert diese Bewegung als Klang. Zwei Hauptmerkmale der Welle bestimmen, wie wir den Schall wahrnehmen:

• Schallwellenfrequenz - Eine höhere Wellenfrequenz bedeutet einfach, dass der Luftdruck schneller schwankt. Je schneller ein Motor läuft, desto höher ist die Tonhöhe, die wir hören. Langsamere Schwankungen klingen wie eine niedrigere Tonhöhe.
• Luftdruckniveau - Die Amplitude der Welle bestimmt, wie laut der Schall ist. Schallwellen mit größeren Amplituden bewegen unser Trommelfell mehr und wir registrieren diese Empfindung als höhere Lautstärke.

Es stellt sich heraus, dass es möglich ist, zwei oder mehr Schallwellen zusammenzufügen und zu erhalten weniger Klang. Mal sehen wie.

Das Wichtigste an Schallwellen ist, dass das Ergebnis an Ihrem Ohr die Summe aller Schallwellen ist, die zu diesem Zeitpunkt auf Ihr Ohr treffen. Wenn Sie einer Band zuhören, addieren sich die Druckwellen, die auf Ihr Trommelfell treffen, zusammen, sodass Ihr Trommelfell zu einem bestimmten Zeitpunkt nur einen Druck spürt, obwohl Sie möglicherweise mehrere unterschiedliche Schallquellen hören.

Jetzt kommt der coole Teil: Es ist möglich, eine Schallwelle zu erzeugen, die genau das Gegenteil einer anderen Welle ist. Dies ist die Grundlage für die geräuschunterdrückenden Kopfhörer, die Sie möglicherweise gesehen haben. Schauen Sie sich die Abbildung unten an. Die Welle oben und die zweite Welle sind beide reine Töne. Wenn die beiden Wellen in Phase sind, addieren sie sich zu einer Welle mit derselben Frequenz, aber der doppelten Amplitude. Das nennt man konstruktive Beeinflussung. Wenn sie jedoch genau außer Phase sind, addieren sie sich zu Null. Das nennt man Destruktive Interferenz. Zu dem Zeitpunkt, an dem die erste Welle ihren maximalen Druck hat, ist die zweite Welle am niedrigsten. Wenn beide Wellen gleichzeitig auf Ihr Trommelfell treffen, hören Sie nichts, da sich die beiden Wellen immer zu Null addieren.

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Wie Schallwellen addieren und subtrahieren

Im nächsten Abschnitt werden wir sehen, wie der Schalldämpfer Wellen erzeugt, die so viele zerstörerische Interferenzen wie möglich verursachen.

Im Schalldämpfer befindet sich ein Satz Rohre. Diese Röhren sind so konzipiert, dass sie reflektierte Wellen erzeugen, die sich gegenseitig stören oder sich gegenseitig aufheben. Schauen Sie sich das Innere dieses Schalldämpfers an:

Die Abgase und die Schallwellen treten durch das Mittelrohr ein. Sie prallen von der Rückwand des Schalldämpfers ab und werden durch ein Loch in den Hauptkörper des Schalldämpfers reflektiert. Sie gehen durch eine Reihe von Löchern in eine andere Kammer, wo sie sich drehen und aus dem letzten Rohr herausgehen und den Schalldämpfer verlassen.

Eine Kammer namens a Resonator ist durch ein Loch mit der ersten Kammer verbunden. Der Resonator enthält ein bestimmtes Luftvolumen und eine bestimmte Länge, die berechnet wird, um eine Welle zu erzeugen, die eine bestimmte Schallfrequenz auslöscht. Wie kommt es dazu? Lasst uns genauer hinschauen…

Wenn eine Welle auf das Loch trifft, setzt sich ein Teil davon in der Kammer fort und ein Teil davon wird reflektiert. Die Welle wandert durch die Kammer, trifft auf die Rückwand des Schalldämpfers und prallt aus dem Loch zurück. Die Länge dieser Kammer wird so berechnet, dass diese Welle die Resonatorkammer verlässt, unmittelbar nachdem die nächste Welle von der Außenseite der Kammer reflektiert wurde. Im Idealfall stimmt der Hochdruckteil der Welle, der aus der Kammer kam, mit dem Niederdruckteil der Welle überein, der von der Außenseite der Kammerwand reflektiert wurde, und die beiden Wellen heben sich gegenseitig auf.

Die folgende Animation zeigt, wie der Resonator in einem vereinfachten Schalldämpfer funktioniert.

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Wellen, die sich in einem vereinfachten Schalldämpfer aufheben

In der Realität ist das vom Motor kommende Geräusch eine Mischung aus vielen verschiedenen Schallfrequenzen, und da viele dieser Frequenzen von der Motordrehzahl abhängen, hat das Geräusch fast nie genau die richtige Frequenz, um dies zu erreichen. Der Resonator arbeitet am besten in dem Frequenzbereich, in dem der Motor am meisten Geräusche macht. Aber selbst wenn die Frequenz nicht genau dem entspricht, auf den der Resonator abgestimmt wurde, wird dennoch eine zerstörerische Interferenz erzeugt.

Einige Autos, insbesondere Luxusautos, bei denen ein leiser Betrieb eine Schlüsselrolle spielt, haben eine weitere Komponente im Auspuff, die wie ein Schalldämpfer aussieht, aber als Resonator bezeichnet wird. Dieses Gerät funktioniert genau wie die Resonatorkammer im Schalldämpfer - die Abmessungen werden so berechnet, dass die vom Resonator reflektierten Wellen dazu beitragen, bestimmte Schallfrequenzen im Abgas auszugleichen.

In diesem Schalldämpfer befinden sich weitere Funktionen, mit denen der Schallpegel auf unterschiedliche Weise gesenkt werden kann. Der Körper des Schalldämpfers besteht aus drei Schichten: Zwei dünne Metallschichten mit einer dickeren, leicht isolierten Schicht dazwischen. Dadurch kann der Schalldämpferkörper einige der Druckimpulse absorbieren. Auch die Einlass- und Auslassrohre, die in die Hauptkammer führen, sind mit Löchern perforiert. Auf diese Weise können Tausende winziger Druckimpulse in der Hauptkammer herumspringen und sich bis zu einem gewissen Grad gegenseitig aufheben und vom Schalldämpfergehäuse absorbiert werden.

Der Auspuff von a NASCAR Rennwagen: Hier gibt es keine Schalldämpfer, denn die Reduzierung des Gegendrucks ist das A und O..

Ein wichtiges Merkmal von Schalldämpfern ist, wie viel Gegendruck Sie produzieren. Aufgrund all der Windungen und Löcher, die der Auspuff durchlaufen muss, erzeugen Schalldämpfer wie im vorherigen Abschnitt einen ziemlich hohen Gegendruck. Dies subtrahiert ein wenig von der Motorleistung.

Es gibt andere Arten von Schalldämpfern, die den Gegendruck reduzieren können. Ein Typ, manchmal a genannt Glaspackung oder ein Kirschbombe, verwendet nur Absorption, um den Schall zu reduzieren. Bei einem solchen Schalldämpfer geht der Auspuff direkt durch ein mit Löchern perforiertes Rohr. Um dieses Rohr herum befindet sich eine Glasisolationsschicht, die einige der Druckimpulse absorbiert. Ein Stahlgehäuse umgibt die Isolierung.

Diagramm des Glasschalldämpfers

Diese Schalldämpfer erzeugen viel weniger Einschränkungen, reduzieren jedoch den Schallpegel nicht so stark wie herkömmliche Schalldämpfer.

Es wurden einige Experimente mit aktiven Schalldämpfern durchgeführt, insbesondere an industriellen Generatoren. Diese Systeme enthalten eine Reihe von Mikrofone und ein Lautsprecher.

Der Lautsprecher befindet sich in einem Rohr, das sich um das Auspuffrohr wickelt, sodass der Schall aus dem Auspuff in die gleiche Richtung wie der Schall aus dem Lautsprecher austritt. Ein Computer überwacht ein Mikrofon vor dem Lautsprecher und eines nach dem Lautsprecher. Wenn der Computer einige Dinge über die Länge und Form der Rohre weiß, kann er ein Signal erzeugen, um den Lautsprecher anzusteuern. Dies kann einen Großteil des vom Generator kommenden Tons ausgleichen. Das nachgeschaltete Mikrofon zeigt dem Computer an, wie gut es funktioniert, und kann bei Bedarf Anpassungen vornehmen.

Weitere Informationen zu Schalldämpfern, Sound und verwandten Themen finden Sie unter den Links auf der nächsten Seite.

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