Звук — это не что иное, как волна давления. Импульсы высокого и низкого давления воздуха мчатся через атмосферу. Они движутся со скоростью звука.
В двигателе эти импульсы возникают, когда открывается выпускной клапан. Выброс газа высокого давления попадает в выхлопную систему. Молекулы этого газа сталкиваются с молекулами газа более низкого давления в трубе. Они скапливаются. Затем они скапливаются против молекул, находящихся дальше по линии. Это создает зону пониженного давления позади этой «пачки». Звуковая волна движется по трубе гораздо быстрее, чем сам выхлопной газ.
Когда эти импульсы давления достигают вашего уха, ваша барабанная перепонка вибрирует. Ваш мозг интерпретирует это движение как шум. Два фактора определяют то, как вы его воспринимаете.
- Частота определяет высоту тона. Более высокая частота волны означает, что давление воздуха изменяется быстрее. Более высокие обороты двигателя создают более высокий тон. Более медленные колебания звучат ниже.
- Амплитуда контролирует громкость. Большая амплитуда сильнее приводит в движение вашу барабанную перепонку. Вы воспринимаете это как более громкий звук.
Вот странная часть. Вы можете складывать звуковые волны и получать меньший звук. Да, действительно.
Наука о деструктивной интерференции
Это звучит контринтуитивно. Как можно заглушить шум, добавляя еще больше шума? Секрет кроется во взаимодействии волн.
Когда две волны встречаются, они накладываются друг на друга. Если пик одной волны совпадает с впадиной другой, они гасят друг друга. Это называется деструктивной интерференцией.
Представьте себе рябь на пруду. Если бросить два камня в правильный момент времени, гребни и впадины могут выровнять поверхность. Никакой ряби. Никакой волны. Тишина.
Инженеры используют этот принцип при настройке выхлопной системы. Управляя длиной и диаметром труб, они могут синхронизировать импульсы давления так, чтобы они встречались в противофазе. Высокое давление от одного импульса встречается с низким давлением от другого. Они нейтрализуются.
Именно так современные глушители снижают уровень шума. Они не просто блокируют звук. Они конструируют его. Цель состоит в том, чтобы волны гасили друг друга до того, как достигнут вашего уха.
Это не магия. Это физика. И именно поэтому ваш автомобиль не звучит как реактивный двигатель на холостом ходу.
Но подавление звука — это только половина дела. Вам также нужно управлять звуком, который вы хотите слышать. Глубокий рык V8. Высокий писк турбины. Для этого требуется другой подход.
Управление тоном выхлопа
Не все частоты созданы равными. Некоторые звуки более раздражающие, чем другие. Высокий писк гораздо более раздражает, чем низкочастотный рык.
Инженеры фокусируются на основной частоте двигателя. Это базовый тон, задаваемый порядком зажигания и оборотами. Все остальное — гармония или диссонанс.
Гармонические частоты согласуются с базовым тоном. Они звучат музыкально. Диссонирующие частоты вступают в конфликт. Они звучат резко.
Регулируя выхлопную систему, тюнеры могут усиливать гармоники и подавлять диссонанс. Здесь проявляется искусство проектирования выхлопной системы. Речь идет не только о громкости. Речь идет о характере.
Вы можете формировать звук. Вы можете сделать его глубже. Резче. Громче. Тише.
Возможности безграничны. Но есть предел. Физика всегда побеждает. Вы не можете полностью устранить звук. Вы можете только переместить его.
