РОЗДІЛ 2
АНАЛІТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ГЛУШНИКА ШУМУ
ВІДПРАЦЬОВАНИХ ГАЗІВ ТА ЙОГО ЕЛЕМЕНТІВ
2.1. Визначення впливу ефекта Доплера на результати досліджень зовнішнього шуму автомобіля ?13?
Перш ніж повністю зосередити увагу на розгляді шуму відпрацьованих газів автомобіля та засобами боротьби з ним, вважаємо за необхідне розглянути більш детально, аніж згідно ?3?, вимірювання зовнішнього шуму автомобіля. Вимірювання, дослідження цього виду шуму являється важливим етапом у дослідження самого глушника шуму відпрацьованих газів, оскільки шум відпрацьованих газів є однією із складових зовнішнього шуму автомобіля. Більш того, як буде показно нижче, цей вид шуму являється найсильнішим у порівнянні з іншими складовими.
Зовнішній шум автомобіля вимірюється згідно ?3?, коли останній рухається відносно мікрофону (рис. 2.1) і коли у нерухомому стані. При
Рис. 2.1. Схема вимірювання зовнішнього шуму рухомого автомобіля згідно Правила ЄЕК ООН № 51 [3]
цьому встановлюється лише загальний рівень шуму (в дБ А), і немає інформації про розподіл звукової енергії по частоті. При проведенні досліджень зовнішнього шуму автомобіля вищезгадана інформація є дуже необхідною, оскільки з її допомогою можна визначити окреме джерело шуму із сумарного та інше. Тому очевидно, що при дослідженнях бажано вимірювати не лише загальний рівень зовнішнього шуму автомобіля, але й спектральну щільність потужності (СЩП) цього виду шуму. При цьому необхідно враховувати ефект Доплера.
Як відомо [73], ефект Доплера полягає в наступному. Об'єкт А, рухаючись відносно об'єкту Б зі швидкістю і під кутом відносно об'єкту Б (рис. 2.2), випромінює звук з частотою . Об'єкт Б буде приймати звук від об'єкту А не з частотою , а з деякою частотою . Причому різниця частот знаходиться по наступній формулі :
де ? швидкість звуку в середовищі, в якому знаходяться об'єкти А і Б.
Рис. 2.2. Схема до пояснення ефекту Доплера
Тобто ефект Доплера полягає у зміні частоти звуку, що приймається,
відносно випроміненого по причині відносного руху випромінювача і приймача.
Припустимо, що одне із джерел шуму автомобіля випромінює одинаковий (по СЩП) шум при рухові автомобіля та при перебуванні останнього в нерухомому стані (з працюючими агрегатами).
Із зменшенням відстані між мікрофоном і автомобілем СЩП шуму, що випромінюється, буде "переходити" в більш високу область відносно СЩП шуму нерухомого автомобіля, а із збільшенням відстані навпаки ? буде понижуватись. Очевидно, що з ростом частоти ефект Доплера буде проявлятися сильніше.
Для прикладу розглянемо випадок з наступними вихідними параметрами :
1. СЩП шуму лежить в межах = 2 кГц; = 10 кГц;
2. = 37 0 - відповідає місцезнаходженню автомобіля на краю вимірювальної ділянки;
3. = 60 км/год = 16,7 м/с.
Тоді
;
В результаті вимірювання зовнішнього шуму автомобіля буде зафіксовано шум, СЩП якого знаходиться в межах :
Тобто сумарне "розмиття" СЩП шуму становить : 160 + 800 = 960 Гц.
Для високочастотного вузькосмужного шуму ефект Доплера може привести до розширення ефективної смуги шуму в декілька раз.
Тому, очевидно, ефект Доплера необхідно враховувати при проведенні досліджень зовнішнього шуму автомобіля.
2.2. Пріоритетність складової шуму відпрацьованих газів
Розглянемо автомобіль як акустичну систему, яка має декілька джерел шуму. У першому розділі було записано рівняння акустичного балансу
автомобіля (1.1).
Згідно (1.1) загальна акустична потужність автомобіля має багато складових. Очевидно, що внесок кожної складової різний. На наш погляд, така складова як акустична потужність шуму відпрацьованих газів є найбільшою у порівнянні з усіма окремо взятими складовими. Це випливає з міркувань, які будуть показані нижче.
2.2.1. Про пріоритетність складової шуму відпрацьованих газів () над іншими говорить той факт, що згідно Правила ЄЕК ООН № 51 вимірювання зовнішнього шуму нерухомого автомобіля фактично зводиться до вимірювання шуму відпрацьованих газів (рис. 2.3).
Витяг із Правила ЄЕК ООН № 51 :
"3.2 Вимірювання шуму, створюваного транспортними засобами в нерухомому стані
3.2.1. Рівень шуму поблизу транспортного засобу
З метою полегшення наступних перевірок транспортних засобів, що знаходяться в експлуатації, рівень шуму повинен вимірюватися поблизу вихідного отвору труби глушника відповідно до вимог, що нижче наводяться, і результати вимірювань повинні заноситися до протоколу випробування, що складається з метою видачі свідоцтва, зазначеного в додатку 1."
При вимірюваннях зовнішнього шуму транспортних засобів у нерухомому стані не дають внеску наступні складові загального шуму (акустичні потужності) : шини при їх рухові та взаємодії з дорогою , поверхні кузова автомобіля в результаті взаємодії з повітрям при рухові та поверхні кузова автомобіля і агрегатів при передачі коливальної енергії і збурень від дороги . Оцінимо ці складові та порівняємо зі складовою шуму відпрацьованих газів .
Рис. 2.3. Положення для вимірювань на транспортних засобах у нерухомому стані (приклади) згідно Правила ЄЕК ООН № 51
2.2.2. Стосовно шуму шин при їх взаємодії з дорогою можна відмітити наступне. В утворенні цього шуму значно більший внесок робить
дорожнє покриття, а не шини автомобіля (дорожнє покриття не є частиною
автомобіля, а тому його не розглядаємо як джерело шуму). Цей висновок робиться згідно Правила № 51, оскільки в останньому вимогам до якості дорожнього покриття, на якому проводиться випробування на зовнішній шум автомобіля, приділяється незрівняно більше уваги, ніж вимогам до шин самого автомобіля.
Витяг із Правила № 51 стосовно вимог до дорожнього покриття :
"3.2 Склад покриття і його підготування
3.2.1 Основні вимоги щодо складу
Випробува