Como funcionam os silenciadores

Silenciadores cancelam a maior parte do ruído do motor.

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-Se você já ouviu o motor de um carro funcionando sem silenciador, sabe a enorme diferença que um silenciador pode fazer no nível de ruído. Dentro de um silenciador, você encontrará um conjunto de tubos aparentemente simples com alguns orifícios. Esses tubos e câmaras são, na verdade, tão afinados quanto um instrumento musical. Eles são projetados para refletir as ondas sonoras produzidas pelo motor de tal forma que se cancelem parcialmente.

Os silenciadores usam uma tecnologia bem bacana para cancelar o ruído. Neste artigo, daremos uma olhada no interior de um silencioso de carro real e aprenderemos sobre os princípios que o fazem funcionar.

Mas primeiro, precisamos saber um pouco sobre o som. 

O som é um onda de pressão formado a partir de pulsos alternados de alta e baixa pressão de ar. Esses pulsos percorrem o ar em - você adivinhou - a velocidade do som.

Em um motor, os pulsos são criados quando uma válvula de escape se abre e uma explosão de gás de alta pressão entra repentinamente no sistema de escape. As moléculas desse gás colidem com as moléculas de baixa pressão do tubo, fazendo com que elas se amontoem. Eles, por sua vez, se acumulam nas moléculas um pouco mais abaixo no tubo, deixando uma área de baixa pressão para trás. Desta forma, a onda sonora desce pelo cano muito mais rápido do que os gases reais.

Quando esses pulsos de pressão chegam ao ouvido, o tímpano vibra para frente e para trás. Seu cérebro interpreta esse movimento como som. Duas características principais da onda determinam como percebemos o som:

• Frequência de onda sonora - Uma frequência de onda mais alta significa simplesmente que a pressão do ar flutua mais rápido. Quanto mais rápido um motor funciona, mais alto é o tom que ouvimos. Flutuações mais lentas soam como um tom mais baixo.
• Nível de pressão do ar - A amplitude da onda determina o quão alto o som é. Ondas sonoras com amplitudes maiores movem mais nossos tímpanos, e registramos essa sensação como um volume mais alto.

Acontece que é possível adicionar duas ou mais ondas sonoras e obter Menos som. Vamos ver como.

O principal aspecto das ondas sonoras é que o resultado em seu ouvido é a soma de todas as ondas sonoras que atingem seu ouvido naquele momento. Se você estiver ouvindo uma banda, mesmo que possa ouvir várias fontes distintas de som, as ondas de pressão que atingem seu tímpano se somam, então ele só sente uma pressão em um determinado momento.

Agora vem a parte legal: é possível produzir uma onda sonora que seja exatamente o oposto de outra onda. Esta é a base para aqueles fones de ouvido com cancelamento de ruído que você pode ter visto. Dê uma olhada na figura abaixo. A onda no topo e a segunda onda são tons puros. Se as duas ondas estiverem em fase, elas formam uma onda com a mesma frequência, mas com o dobro da amplitude. Isso é chamado interferência construtiva. Mas, se estiverem exatamente defasados, a soma deles é zero. Isso é chamado Interferência destrutiva. No momento em que a primeira onda está em sua pressão máxima, a segunda onda está em seu mínimo. Se ambas as ondas atingissem seu tímpano ao mesmo tempo, você não ouviria nada porque as duas ondas sempre somam zero.

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Como as ondas sonoras adicionam e subtraem

Na próxima seção, veremos como o silenciador é projetado para criar ondas que causam o máximo de interferência destrutiva possível.

Localizado dentro do silencioso, há um conjunto de tubos. Esses tubos são projetados para criar ondas refletidas que interferem umas nas outras ou se cancelam. Dê uma olhada no interior deste silencioso:

Os gases de exaustão e as ondas sonoras entram pelo tubo central. Eles ricocheteiam na parede posterior do silenciador e são refletidos por um orifício no corpo principal do silenciador. Eles passam por um conjunto de orifícios para outra câmara, de onde viram e saem do último tubo e saem do silencioso.

Uma câmara chamada ressonador é conectado à primeira câmara por um orifício. O ressonador contém um volume específico de ar e tem um comprimento específico calculado para produzir uma onda que cancela uma certa frequência de som. Como isso acontece? Vamos olhar mais de perto…

Quando uma onda atinge o buraco, parte dela continua na câmara e parte é refletida. A onda viaja pela câmara, atinge a parede posterior do silencioso e salta para fora do buraco. O comprimento desta câmara é calculado de forma que esta onda deixe a câmara do ressonador logo após a próxima onda refletir no exterior da câmara. Idealmente, a parte de alta pressão da onda que veio da câmara se alinhará com a parte de baixa pressão da onda que foi refletida do lado de fora da parede da câmara e as duas ondas se cancelarão..

A animação abaixo mostra como o ressonador funciona em um silenciador simplificado.

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Ondas cancelando dentro de um silencioso simplificado

Na realidade, o som que sai do motor é uma mistura de muitas frequências diferentes de som e, como muitas dessas frequências dependem da rotação do motor, o som quase nunca está exatamente na frequência certa para que isso aconteça. O ressonador é projetado para funcionar melhor na faixa de frequência onde o motor faz mais ruído; mas mesmo que a frequência não seja exatamente aquela para a qual o ressonador foi sintonizado, ele ainda produzirá alguma interferência destrutiva.

Alguns carros, especialmente carros de luxo, onde o funcionamento silencioso é uma característica fundamental, têm outro componente no escapamento que parece um silenciador, mas é chamado de ressonador. Este dispositivo funciona exatamente como a câmara do ressonador no silenciador - as dimensões são calculadas de modo que as ondas refletidas pelo ressonador ajudem a cancelar certas frequências de som no escapamento.

Existem outros recursos dentro deste silencioso que ajudam a reduzir o nível de som de diferentes maneiras. O corpo do silencioso é construído em três camadas: Duas camadas finas de metal com uma camada mais espessa e ligeiramente isolada entre elas. Isso permite que o corpo do silencioso absorva alguns dos pulsos de pressão. Além disso, os tubos de entrada e saída que vão para a câmara principal são perfurados com orifícios. Isso permite que milhares de minúsculos pulsos de pressão saltem na câmara principal, cancelando uns aos outros até certo ponto, além de serem absorvidos pelo invólucro do silenciador.

A exaustão de um Carro de corrida da NASCAR: Não há silenciadores aqui, porque reduzir a contrapressão é o nome do jogo.

Uma característica importante dos silenciosos é quanto contrapressão eles produzem. Por causa de todas as curvas e orifícios pelos quais o escapamento tem que passar, silenciadores como os da seção anterior produzem uma contrapressão bastante alta. Isso subtrai um pouco da potência do motor.

Existem outros tipos de silenciadores que podem reduzir a contrapressão. Um tipo, às vezes chamado de embalagem de vidro ou um bomba de cereja, usa apenas absorção para reduzir o som. Em um silenciador como esse, o escapamento passa direto por um cano perfurado. Ao redor desse tubo há uma camada de isolamento de vidro que absorve alguns dos pulsos de pressão. Uma caixa de aço envolve o isolamento.

Diagrama do silenciador de embalagem de vidro

Esses silenciadores produzem muito menos restrição, mas não reduzem o nível de som tanto quanto os silenciadores convencionais.

Houve alguns experimentos com silenciadores de cancelamento de ruído ativo, especialmente em geradores industriais. Esses sistemas incorporam um conjunto de microfones e um alto falante.

O alto-falante é posicionado em um tubo, que envolve o tubo de escapamento de forma que o som do escapamento saia na mesma direção que o som do alto-falante. Um computador monitora um microfone posicionado antes do alto-falante e outro posicionado depois do alto-falante. Ao saber algumas coisas sobre o comprimento e a forma dos tubos, o computador pode gerar um sinal para acionar o alto-falante. Isso pode cancelar muito do som que sai do gerador. O microfone downstream permite que o computador saiba se está indo bem, para que possa fazer ajustes, se necessário.

Para mais informações sobre silenciosos, som e tópicos relacionados, verifique os links na próxima página.

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