Акустичний фільтр

Acoustic filter.png

Акусти́чні фі́льтри — системи, які пропускають або затримують звукові хвилі в певному діапазоні частот. Прикладом Акустичних фільтрів є система, зображена на рисунку. Вона затримує коливання, частоти яких вищі за

[math]\frac{2}{\sqrt{m\rho }}[/math]

  • де [math]\rho[/math] — пружність повітря в об'ємі [math]\vartheta [/math],
  • m — маса повітря в трубі [math]\iota [/math].

Складнішими прикладами Акустичних фільтрів можна вважати автомобільний глушник, глушник стрілецької зброї, фазоінвертор акустичної системи.

Акустичні фільтри, які пропускають всі частоти від нульової до заданої, називаються низькочастотними; ті, які пропускають частоти, вищі за задану, — високочастотними, а ті, які пропускають вузький діапазон частот, — смуговими.

Глушни́к (акустичний фільтр) застосовується в техніці для зниження шуму, який створюють відпрацьовані гази двигуна.

Конструкція глушника включає декілька камер, зі сполученнями, що мають відносно великий питомий акустичний опір, завдяки чому зменшується коливання амплітуди тиску на виході глушника.


Класифікація

Рис.1. Схеми глушників абсорбційного типу: а, б - трубчасті; в - пластинчасті; г - глушник з перфорованим металевим циліндром, заповненим керамзитовим кришивом; д - глушник з перфорованим металевим циліндром, заповненим керамзитовим гравієм: 1 канал, г личкувальний шар; З - звукопоглинальні пластини; 4,6- циліндри перфоровані; 5 — шахта; 7 — залізобетонний корпус

Залежно від принципу дії глушники поділяють на абсорбційні, реактивні (рефлексні) та комбіновані. Шум в абсорбційних глушниках знижується поглинанням звукової енергії у звукопоглинальних матеріалах глушників, а в реактивних глушниках — у результаті відбиття звуку зворотньо до джерела. Комбіновані глушники володіють властивістю як поглинати, так і відбивати звук.

Вибір типу глушника залежить від спектра джерела шуму, потрібного рівня зниження шуму, конструкції заглушуваної установки, допустимого аеродинамічного опору.

Ці глушники широко застосовуються в аеродинамічних установках, оскільки вони забезпечують необхідне зниження шуму в широкому діапазоні при невеликому аеродинамічному опорі. Найпростішим з них є трубчасті глушники (рис. 1, а, б), в яких канали 1 круглого, квадратного або прямокутного перерізів, виготовлені з перфорованого листового матеріалу з коефіцієнтом перфорації не менше 0,2, личковані шаром 2 звукопоглинального матеріалу типу супертонкого скляного або базальтового волокна (с = 25 кг/м8) плит мінеральної вати (с = 100 кг/м3). Для запобігання видуванню звукоізольований матеріал захищають шаром склотканини типу Ез-100. Трубчасті глушники застосовують у каналах з поперечними розмірами до 500—600 мм. Довжину трубчастих глушників приймають 1—2 м для забезпечення потрібного зниження шуму.

Рис.2.Схеми циліндричних глушників для систем вентиляції та кондиціювання: а — загальний вигляд; б — спектрограма зниження шуму глушниками з діаметрами 140 мм (1), 250 мм (2) і 560 мм (3)

В останні роки були розроблені циліндричні глушники для систем вентиляції та кондиціювання повітря. Глушник (рис. 2, а) складається із корпуса, виготовленого із тонковолокнистої перфорованої сталі і торцьовок звуконепроникних кришок. Внутрішній об'єм глушника заповнений волокнистим звукопоглинальним матеріалом, що захищений від видування акустично прозорою склотканиною. Глушники потрібної довжини можуть складатися з однієї або декількох секцій довжиною 1 м. Діаметр Х)м глушників становить 140—560 мм. Зниження шуму глушниками (рис. 2, б) залежить від їхнього діаметра та співвідношення діаметра повітроходу Ип та глушника I>гА.

Рис.3.Схеми глушників реактивного типу: а — камерний глушник; б — графіки для розрахунку заглушення камерними глушниками при іуР2, що дорівнює: 4 (і), 9 (2), 16 (3), 25 (4), 49 (5) і 100 (6); в — резонатор з боковим розташуванням; г — концентричні резонатори; д — графіки розрахунку заглушення одиночними резонаторами при 7a7/2P, що дорівнює 0,1(1); 1(2); 10(3); 100 (4) і 1000 (5)

Глушники реактивного типу застосовують в основному для зниження шуму з різко вираженими дискретними складовими, властивими для двигунів внутрішнього згоряння. Їх встановлюють у трубопроводах порівняно невеликих розмірів, коли довжина звукової хвилі заглушуваного шуму значно більша від поперечних розмірів трубопроводу. Найбільш поширені конструкції реактивних глушників зображені на рис.3. Камерний глушник (рис. 3, а) є пристроєм з різко розширеною дільницею трубопроводу. Величину заглушування в однокамерному глушнику визначають за графіком (рис. 3,6) при відношенні [math]m=\frac{F1}{F2}[/math] ( [math]F2[/math] — площа поперечного перерізу камери, [math]JFj[/math] — площа трубопроводу) і [math]kL[/math] ( [math]k[/math] — 2 л/Ус — хвильове число, м-1; [math]fie[/math] — частота [math]i[/math] швидкість звуку, [math]kLk[/math] — довжина камери глушника).

Резонансні глушники — це розгалужені (рис. 3, в) і концентричні (рис. 3, г) об'єми з жорсткими стінками, що сполучаються з трубопроводом через отвори.

Зниження шуму однокамерним резонатором (рис. 3, г) може визначатись залежно від параметра [math]\frac{4k\vartheta }{2F}[/math] , де [math]F[/math] — площа трубопроводу, м2. Для розширення частотного діапазону заглушення виготовляють багатокамерні резонатори, причому розраховують власну резонансну частоту кожної камери.

Для систем скидання стиснутого повітря застосовують глушники (рис. 4), в яких звук з потоком повітря проходить через шар пористого матеріалу. Так, у компресорних установках використовують гравій або щебінь (рис. 4, а), у системах скидання невеликих обсягів повітря — проникні матеріали типу металокераміки, металевих сіток, пінопласту (рис. 4, б), а також перфоровані металеві листи у вигляді насадок у поєднанні з елементами абсорбційних глушників. Зниження шуму в пористих матеріалах при проходженні через них повітряного потоку відбувається насамперед завдяки витратам звукової енергії на тертя (у порах, вузьких каналах та ін.) та відбиття звуку від шару матеріалу зворотно до джерела. Слід зазначити, що такі глушники мають достатньо високий аеродинамічний тиск, тому їх застосовують лише в установках, де протитиск глушника не призводить до неприпустимого збільшення часу скидання стиснутого повітря.

Рис.4.Схема глушників для систем скидання стиснутого повітря в атмосферу: 1 — елементи абсорбційного глушника; 2 — гравій; 3 - щебінь; 4 — повітропровід з перфорацією стінок

Сфери застосування глушників

глушник Isuzu

Автомобільний глушник

Глушник є важливим конструктивним елементом випускної системи, на який покладаються наступні функції:

  • зниження рівня шуму вихлопних газів;
  • перетворення енергії відпрацьованих газів, зменшення їх швидкості, температури та пульсації.

У глушнику використовується декілька методів зниження рівня шуму, що ґрунтуються на:

  • розширенні (звуженні) потоку відпрацьованих газів;
  • зміні напрямку потоку вихлопних газів;
  • інтерференції звукових хвиль;
  • поглинанні звукових хвиль.

Для досягнення найбільшого ефекту дані технології в глушниках використовуються, зазвичай, в комплексі.

У сучасних автомобілях встановлюється від одного до п'яти глушників, а у переважні більшості — два. Найближчий до двигуна глушник називається попереднім (переднім) глушником або резонатором. За ним знаходиться основний (задній) глушник. Для кожної конкретної моделі автомобіля і марки двигуна використовується свій набір глушників.

Резонатор — це ємкість особливої форми, у якій відбувається початкове зниження шуму внаслідок зменшення швидкості і пульсацій вихлопних газів. В резонаторі відбувається відбиття хвиль вихлопу і утворення стоячих хвиль, звідки і пішла назва цього компоненту.

В основному глушнику відбувається основне зниження шуму вихлопних газів. Зазвичай, це ємкість з певним чином розташованими перегородками і трубками, що утворюють лабіринт великої довжини. При проходженні через цей лабіринт вихлопні гази розділяються на безліч потоків, звукова енергія гаситься і перетворюється в тепло, а пульсації тиску поглинаються. В результаті на виході з глушника вихлопні гази мають меншу швидкість і створюють значно менший шум.

На спортивних автомобілях, а також при тюнінгуванні автомобіля встановлюються так звані прямоточні глушники, що забезпечують приріст потужності двигуна.


Глушник(зброя)

Різновиди глушників на автоматичну зброю. Від верху до низу: автомат Uzi, укорочена штурмова гвинтівка AR-15, пістолети USP Tactical, Beretta 92FS та SIG Mosq
Схематичне зображення пристрою глушника на MP5
Глушник на снайперську гвинтівку AWM

Глушник(іноді має назву Прилад безшумної та безполум'яної стрільби, ПББС, інколи Пристосування для безшумної стрільби, ПБС чи Прилад зниження рівня звуку пострілу, ПЗРЗП)  — акустичний фільтр, пристрій вогнепальної зброї, що ослабляє звук пострілу і приховує полум'я порохових газів зброї, тим самим запобігаючи демаскуванню стрільця. Кріпиться до ствола зброї або є інтегрованою частиною конструкції зброї. Глушники виробляють і застосовують в основному для легкої стрілецької вогнепальної зброї (пістолети, гвинтівки, автомати, кулемети). Але існують глушники і для артилерійських систем.

Історія

Перший глушник запропонував французький полковник Гумберт в 1898 році. Роком пізніше данці Дж. Борренсен і С. Сигбьернсен запатентували перший багатокамерний пригнічувач звуку. У роки Першої Світової війни відбувався стрімкий розвиток глушників, пов'язаний з досягненням необхідних бойових характеристик, що дозволяють не виявляти місце стрільби по звуку. Пізніше глушники стали придбавати злочинці і працівники спец.служб. У наш час глушники так само актуальні.

Конструкція

При стрільбі гучний звук видає як спусковий механізм, так і гази, які виштовхують кулю. Глушник призначений якраз для гасіння енергії цих газів.

Глушник.jpg

Класичний багатокамерний глушник розширювального типу : 1 - камера; 2 - перегородка.

Перед Вами стандартна модель глушника, що складається з безлічі камер і перегородок. Порохові гази, які з великою енергією виходять із ствола, поступово гасяться в таких камерах. Але тут є одна особливість, не всі гази йдуть за кулею. Так, як діаметри кулі і дула не співпадають, то якась частина порохових газів виривається назовні раніше, ніж куля. З такими газами цей глушник впораєтися не може, тому звук при стрільбі буде виразно чутний. У зв'язку з цим був розроблений трохи інший глушник :

Глушник з мембраною.jpg

Простий глушник з мембраною: 1 - гумова мембрана з щілиною; 2 - розширювальна камера; 3 - сполучна гайка.

Варто відмітити, що глушники застосовують і на пневматичній зброї. Там теж є необхідність зробити постріл як можна тихіше.

Фазоінвертор

Bassreflex.jpg

Фазоінвертор, Бас-рефлекс (англ. Bass reflex) - тип корпусу гучномовця, в якому головка працює в повітряному тунелі (зазвичай трубки відповідного діаметру і довжини).

Фазоінвертор (отвір з трубою) призначений для допомоги у відтворенні низьких частот, нижче тих які здатен повноцінно відтворити гучномовець, встановлений в колонці або сабвуфері. При проектуванні акустичної системи визначається частота, на яку налаштовується фазоінвертор за допомогою вибору його діаметру і довжини труби. У момент, коли гучномовець відтворює частоту, на яку налаштований фазоінвертор, об'єм повітря в трубі резонує і підсилює відтворення цієї частоти. Сабвуфери бувають як маленькими, так і величезними підлоговими. Труба фазоінвертора може виходити на лицьову панель, на задню або бічну панелі. Від напрямку виходу труби фазоінвертора залежить розташування акустики в кімнаті прослуховування.

Акустичні системи з акустичним лабіринтом - за призначенням і конструкцією акустичного лабіринта дуже близькі до фазоінвертора. Акустичний лабіринт, як і фазоинвертор, являє собою трубу, що йде всередину корпусу, але тільки набагато довше і має безліч вигинів (зазвичай має квадратний перетин). Призначення акустичного лабіринту таке ж як і у фазоінвертора : посилювати відтворення низьких частот. Лабіринт є більш досконалою версією фазоінвертора, він складніший у розрахунках, виготовленні та вартості. За рахунок великої довжини труби, вигинів і демпфуючого покриття внутрішніх стінок в звуці практично відсутні шкідливі призвуки чутні в звуці неякісно виконаних фазоінверторів (якісно розраховані і виконані фазоінвертори також практично не страждають цим явищем)


Посилання