Cómo funcionan los silenciadores

Los silenciadores cancelan la mayor parte del ruido del motor..

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-Si alguna vez ha escuchado el motor de un automóvil sin silenciador, sabrá la gran diferencia que puede hacer un silenciador en el nivel de ruido. Dentro de un silenciador, encontrará un conjunto de tubos engañosamente simple con algunos agujeros. Estos tubos y cámaras están en realidad tan afinados como un instrumento musical. Están diseñados para reflejar las ondas sonoras producidas por el motor de tal manera que se cancelen parcialmente..

Los silenciadores utilizan una tecnología bastante elegante para cancelar el ruido. En este artículo, echaremos un vistazo al interior de un silenciador de automóvil real y aprenderemos sobre los principios que lo hacen funcionar..

Pero primero, necesitamos saber un poco sobre el sonido.. 

El sonido es un onda de presión formado a partir de pulsos de alta y baja presión de aire alternantes. Estos pulsos se abren paso a través del aire a, lo adivinaste, la velocidad del sonido..

En un motor, los pulsos se crean cuando se abre una válvula de escape y una ráfaga de gas a alta presión ingresa repentinamente al sistema de escape. Las moléculas de este gas chocan con las moléculas de menor presión en la tubería, lo que hace que se apilen unas sobre otras. A su vez, se acumulan en las moléculas un poco más abajo de la tubería, dejando un área de baja presión detrás. De esta manera, la onda de sonido desciende por la tubería mucho más rápido que los gases reales..

Cuando estos pulsos de presión llegan a su oído, el tímpano vibra hacia adelante y hacia atrás. Tu cerebro interpreta este movimiento como sonido. Dos características principales de la onda determinan cómo percibimos el sonido:

• Frecuencia de la onda de sonido - Una frecuencia de onda más alta simplemente significa que la presión del aire fluctúa más rápido. Cuanto más rápido funciona un motor, más alto es el tono que escuchamos. Las fluctuaciones más lentas suenan como un tono más bajo.
• Nivel de presión de aire - La amplitud de la onda determina qué tan fuerte es el sonido. Las ondas sonoras con mayor amplitud mueven más nuestros tímpanos, y registramos esta sensación como un volumen más alto..

Resulta que es posible sumar dos o más ondas sonoras y obtener Menos sonido. Veamos como.

La clave de las ondas sonoras es que el resultado en su oído es la suma de todas las ondas sonoras que llegan a su oído en ese momento. Si está escuchando una banda, aunque puede escuchar varias fuentes de sonido distintas, las ondas de presión que golpean el tímpano se suman, por lo que su tímpano solo siente una presión en un momento dado.

Ahora viene la parte interesante: es posible producir una onda de sonido que sea exactamente lo opuesto a otra onda. Esta es la base de esos auriculares con cancelación de ruido que puede haber visto. Eche un vistazo a la siguiente figura. La ola de arriba y la segunda ola son tonos puros. Si las dos ondas están en fase, se suman a una onda con la misma frecuencia pero el doble de amplitud. Se llama interferencia constructiva. Pero, si están exactamente desfasados, suman cero. Se llama interferencia destructiva. En el momento en que la primera onda está en su presión máxima, la segunda onda está en su mínima. Si ambas ondas golpean su tímpano al mismo tiempo, no escucharía nada porque las dos ondas siempre suman cero..

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Cómo suman y restan las ondas sonoras

En la siguiente sección, veremos cómo está diseñado el silenciador para crear ondas que causen tanta interferencia destructiva como sea posible..

Dentro del silenciador hay un conjunto de tubos. Estos tubos están diseñados para crear ondas reflejadas que interfieren entre sí o se cancelan entre sí. Eche un vistazo al interior de este silenciador:

Los gases de escape y las ondas sonoras entran por el tubo central. Rebotan en la pared trasera del silenciador y se reflejan a través de un orificio en el cuerpo principal del silenciador. Pasan por un conjunto de orificios a otra cámara, donde giran y salen por el último tubo y dejan el silenciador..

Una cámara llamada resonador está conectado a la primera cámara por un agujero. El resonador contiene un volumen específico de aire y tiene una longitud específica que se calcula para producir una onda que cancela una cierta frecuencia de sonido. ¿Como sucedió esto? Miremos más de cerca…

Cuando una ola golpea el agujero, parte de ella continúa hacia la cámara y parte se refleja. La ola viaja a través de la cámara, golpea la pared trasera del silenciador y rebota fuera del agujero. La longitud de esta cámara se calcula de modo que esta onda salga de la cámara del resonador justo después de que la siguiente onda se refleje en el exterior de la cámara. Idealmente, la parte de alta presión de la onda que vino de la cámara se alineará con la parte de baja presión de la onda que se reflejó en el exterior de la pared de la cámara, y las dos ondas se cancelarán entre sí..

La siguiente animación muestra cómo funciona el resonador en un silenciador simplificado.

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Olas canceladas dentro de un silenciador simplificado

En realidad, el sonido que proviene del motor es una mezcla de muchas frecuencias de sonido diferentes, y dado que muchas de esas frecuencias dependen de la velocidad del motor, el sonido casi nunca está exactamente en la frecuencia correcta para que esto suceda. El resonador está diseñado para funcionar mejor en el rango de frecuencia donde el motor hace más ruido; pero incluso si la frecuencia no es exactamente para la que se sintonizó el resonador, seguirá produciendo alguna interferencia destructiva.

Algunos autos, especialmente los autos de lujo donde el funcionamiento silencioso es una característica clave, tienen otro componente en el escape que parece un silenciador, pero se llama resonador. Este dispositivo funciona igual que la cámara del resonador en el silenciador: las dimensiones se calculan para que las ondas reflejadas por el resonador ayuden a cancelar ciertas frecuencias de sonido en el escape..

Hay otras características dentro de este silenciador que lo ayudan a reducir el nivel de sonido de diferentes maneras. El cuerpo del silenciador está construido en tres capas: dos capas delgadas de metal con una capa más gruesa y ligeramente aislada entre ellas. Esto permite que el cuerpo del silenciador absorba algunos de los pulsos de presión. Además, las tuberías de entrada y salida que van a la cámara principal están perforadas con agujeros. Esto permite que miles de pequeños pulsos de presión reboten en la cámara principal, anulándose entre sí hasta cierto punto, además de ser absorbidos por la carcasa del silenciador..

El escape de un Coche de carreras de NASCAR: Aquí no hay silenciadores, porque reducir la contrapresión es el nombre del juego.

Una característica importante de los silenciadores es cuánto contrapresión ellos producen. Debido a todos los giros y agujeros por los que tiene que pasar el escape, los silenciadores como los de la sección anterior producen una contrapresión bastante alta. Esto resta un poco de la potencia del motor..

Hay otros tipos de silenciadores que pueden reducir la contrapresión. Un tipo, a veces llamado paquete de vidrio o un Bomba de cereza, usa solo absorción para reducir el sonido. En un silenciador como este, el escape pasa directamente a través de una tubería que está perforada con agujeros. Rodeando esta tubería hay una capa de aislamiento de vidrio que absorbe algunos de los pulsos de presión. Una carcasa de acero rodea el aislamiento..

Diagrama del silenciador de paquete de vidrio

Estos silenciadores producen mucha menos restricción, pero no reducen el nivel de sonido tanto como los silenciadores convencionales..

Se han realizado algunos experimentos con silenciadores activos con cancelación de ruido, especialmente en generadores industriales. Estos sistemas incorporan un conjunto de micrófonos y un altavoz.

El altavoz se coloca en un tubo, que envuelve el tubo de escape para que el sonido del escape salga en la misma dirección que el sonido del altavoz. Una computadora monitorea un micrófono colocado antes del orador y otro colocado después del orador. Al conocer algunas cosas sobre la longitud y la forma de las tuberías, la computadora puede generar una señal para impulsar el altavoz. Esto puede cancelar gran parte del sonido procedente del generador. El micrófono descendente le permite a la computadora saber qué tan bien lo está haciendo para que pueda hacer ajustes si es necesario.

Para obtener más información sobre silenciadores, sonido y temas relacionados, consulte los enlaces en la página siguiente..

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