Comment fonctionnent les silencieux

  • Peter Tucker
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Les silencieux annulent la majeure partie du bruit d'un moteur.

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-Si vous avez déjà entendu un moteur de voiture tourner sans silencieux, vous savez à quel point un silencieux peut faire une énorme différence sur le niveau de bruit. À l'intérieur d'un silencieux, vous trouverez un ensemble de tubes d'une simplicité trompeuse avec des trous. Ces tubes et ces chambres sont en fait aussi finement accordés qu'un instrument de musique. Ils sont conçus pour refléter les ondes sonores produites par le moteur de manière à s'annuler partiellement.

Les silencieux utilisent une technologie assez soignée pour annuler le bruit. Dans cet article, nous allons jeter un coup d'œil à l'intérieur d'un vrai silencieux de voiture et découvrir les principes qui le font fonctionner.

Mais d'abord, nous devons en savoir un peu plus sur le son. 

Le son est un onde de pression formé à partir d'impulsions de pression d'air alternée haute et basse. Ces impulsions se frayent un chemin dans l'air à - vous l'avez deviné - la vitesse du son.

Dans un moteur, des impulsions sont créées lorsqu'une soupape d'échappement s'ouvre et qu'une explosion de gaz haute pression pénètre soudainement dans le système d'échappement. Les molécules de ce gaz entrent en collision avec les molécules à plus basse pression dans le tuyau, les amenant à s'empiler les unes sur les autres. Ils s'empilent à leur tour sur les molécules un peu plus loin dans le tuyau, laissant derrière eux une zone de basse pression. De cette façon, l'onde sonore descend le long du tuyau beaucoup plus rapidement que les gaz réels..

Lorsque ces impulsions de pression atteignent votre oreille, le tympan vibre d'avant en arrière. Votre cerveau interprète ce mouvement comme un son. Deux caractéristiques principales de l'onde déterminent la façon dont nous percevons le son:

  • Fréquence des ondes sonores - Une fréquence d'onde plus élevée signifie simplement que la pression de l'air fluctue plus rapidement. Plus un moteur tourne vite, plus le ton que nous entendons est élevé. Des fluctuations plus lentes sonnent comme une hauteur plus basse.
  • Niveau de pression atmosphérique - L'amplitude de l'onde détermine la force du son. Les ondes sonores avec de plus grandes amplitudes bougent davantage nos tympans et nous enregistrons cette sensation comme un volume plus élevé.

Il s'avère qu'il est possible d'ajouter deux ou plusieurs ondes sonores ensemble et d'obtenir Moins du son. Voyons comment.

L'essentiel à propos des ondes sonores est que le résultat à votre oreille est la somme de toutes les ondes sonores qui frappent votre oreille à ce moment-là. Si vous écoutez un groupe, même si vous entendez plusieurs sources sonores distinctes, les ondes de pression qui frappent votre tympan s'additionnent toutes, de sorte que votre tympan ne ressent qu'une seule pression à un moment donné..

Maintenant vient la partie la plus cool: il est possible de produire une onde sonore qui est exactement l'opposé d'une autre onde. C'est la base de ces écouteurs antibruit que vous avez peut-être vus. Jetez un œil à la figure ci-dessous. La vague sur le dessus et la deuxième vague sont toutes deux des tons purs. Si les deux ondes sont en phase, elles s'additionnent à une onde de même fréquence mais deux fois plus grande. C'est appelé interférence constructive. Mais, s'ils sont exactement déphasés, ils totalisent zéro. C'est appelé interférence destructive. Au moment où la première vague est à sa pression maximale, la deuxième vague est à son minimum. Si ces deux ondes frappaient votre tympan en même temps, vous n'entendriez rien car les deux ondes s'additionnent toujours à zéro..

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Comment les ondes sonores ajoutent et soustraient

Dans la section suivante, nous verrons comment le silencieux est conçu pour créer des ondes qui provoquent autant d'interférences destructrices que possible..

Situé à l'intérieur du silencieux se trouve un ensemble de tubes. Ces tubes sont conçus pour créer des ondes réfléchies qui interfèrent les unes avec les autres ou s'annulent. Jetez un œil à l'intérieur de ce silencieux:

Les gaz d'échappement et les ondes sonores pénètrent par le tube central. Ils rebondissent sur la paroi arrière du silencieux et sont réfléchis à travers un trou dans le corps principal du silencieux. Ils passent à travers un ensemble de trous dans une autre chambre, où ils tournent et sortent du dernier tuyau et quittent le silencieux.

Une chambre appelée un résonateur est reliée à la première chambre par un trou. Le résonateur contient un volume d'air spécifique et a une longueur spécifique qui est calculée pour produire une onde qui annule une certaine fréquence sonore. Comment cela peut-il arriver? Regardons de plus près…

Lorsqu'une onde frappe le trou, une partie de celle-ci continue dans la chambre et une partie est réfléchie. La vague traverse la chambre, heurte la paroi arrière du silencieux et rebondit hors du trou. La longueur de cette chambre est calculée de sorte que cette onde quitte la chambre du résonateur juste après que l'onde suivante se reflète sur l'extérieur de la chambre. Idéalement, la partie haute pression de l'onde provenant de la chambre s'alignera avec la partie basse pression de l'onde qui a été réfléchie par l'extérieur de la paroi de la chambre, et les deux ondes s'annuleront mutuellement..

L'animation ci-dessous montre comment le résonateur fonctionne dans un silencieux simplifié.

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Annulation des vagues à l'intérieur d'un silencieux simplifié

En réalité, le son provenant du moteur est un mélange de nombreuses fréquences sonores différentes, et comme beaucoup de ces fréquences dépendent de la vitesse du moteur, le son n'est presque jamais exactement à la bonne fréquence pour que cela se produise. Le résonateur est conçu pour fonctionner au mieux dans la plage de fréquences où le moteur fait le plus de bruit; mais même si la fréquence n'est pas exactement celle pour laquelle le résonateur a été réglé, il produira quand même des interférences destructrices.

Certaines voitures, en particulier les voitures de luxe où le fonctionnement silencieux est une caractéristique clé, ont un autre composant dans l'échappement qui ressemble à un silencieux, mais qui s'appelle un résonateur. Cet appareil fonctionne comme la chambre du résonateur dans le silencieux - les dimensions sont calculées de sorte que les ondes réfléchies par le résonateur aident à annuler certaines fréquences sonores dans l'échappement.

Il y a d'autres caractéristiques à l'intérieur de ce silencieux qui l'aident à réduire le niveau sonore de différentes manières. Le corps du silencieux est construit en trois couches: Deux fines couches de métal avec une couche plus épaisse et légèrement isolée entre elles. Cela permet au corps du silencieux d'absorber certaines des impulsions de pression. De plus, les tuyaux d'entrée et de sortie entrant dans la chambre principale sont percés de trous. Cela permet à des milliers de minuscules impulsions de pression de rebondir dans la chambre principale, s'annulant dans une certaine mesure en plus d'être absorbées par le boîtier du silencieux..

L'échappement d'un Voiture de course NASCAR: Il n'y a pas de silencieux ici, car réduire la contre-pression est le nom du jeu.

Une caractéristique importante des silencieux est la quantité contre-pression ils produisent. En raison de tous les virages et trous que l'échappement doit traverser, les silencieux comme ceux de la section précédente produisent une contre-pression assez élevée. Cela soustrait un peu de la puissance du moteur.

Il existe d'autres types de silencieux qui peuvent réduire la contre-pression. Un type, parfois appelé paquet de verre ou un Bombe cerise, n'utilise que l'absorption pour réduire le son. Sur un silencieux comme celui-ci, l'échappement passe directement par un tuyau perforé de trous. Autour de ce tuyau se trouve une couche d'isolant en verre qui absorbe certaines des impulsions de pression. Un boîtier en acier entoure l'isolation.

Schéma du silencieux en verre

Ces silencieux produisent beaucoup moins de restriction, mais ne réduisent pas le niveau sonore autant que les silencieux conventionnels.

Il y a eu quelques expériences avec des silencieux antibruit actifs, en particulier sur des générateurs industriels. Ces systèmes intègrent un ensemble de microphones et un orateur.

Le haut-parleur est positionné dans un tuyau qui s'enroule autour du tuyau d'échappement de sorte que le son de l'échappement sort dans la même direction que le son du haut-parleur. Un ordinateur surveille un microphone placé avant le haut-parleur et un placé après le haut-parleur. En connaissant certaines choses sur la longueur et la forme des tuyaux, l'ordinateur peut générer un signal pour piloter le haut-parleur. Cela peut annuler une grande partie du son provenant du générateur. Le microphone en aval permet à l'ordinateur de savoir à quel point il fonctionne afin qu'il puisse effectuer des ajustements si nécessaire.

Pour plus d'informations sur les silencieux, le son et les sujets connexes, consultez les liens sur la page suivante.

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