Резонатор гельмгольца своими руками на авто
Резонатор Гельмгольца. Теория расчета.
Явление резонанса Гельмгольца, очень часто используется во многих сферах, и на впуске в ДВС и на выпуске, и в акустике, и в музыкальных инструментах, например гитара.
Многое сказано, рассказано и объяснено. Не знаю стоит ли акцентировать внимание на принципе работы, так как можно ввести в поиск и получить много интересного.
Читая записи, о том как люди устанавливают резонаторы Гельмгольца в выхлопные системы, я пришел к выводу, что в большинстве случаях это происходит так…
«Я где то прочитал, что сюда подходит такая то труба, и бачонок такого то объема. Взял кусок трубы, балон огнетушителя. сварил. Получил супер звук»
Известно, что удовлетворение от проделанной работы, во многих случаях, не позволяет, сказать «Я сделал авно»…
В поисках тишины, выхлоп был переделан несколько раз, и хоть удовлетворение от проделанной работы в изготовлении выхлопа из нержи, было сравнимо с диким восторгом, я все таки скажу, что получил не совсем то что хотелось бы.
Выхлоп Раз
Выхлоп Два
Что не так? звук подходящий, очень даже… НО, громкость! Когда вы несетесь 150+ с ускорением и 7000-9000 RPM, громкость звука это последнее, что Вас заботит, но на прогреве, в ранний час, с заявлениями соседей, что «когда ты заводишься у меня стеклопакет дрожит», немного выбивает из колеи…
Да и езда в тошнопотоке от 2000-3000 RPM, сильно раздражает нервы.
И так… Дабы не бросаться на амбразуру, с баллоном от огнетушителя… Я предлагаю произвести вместе со мной некоторые теоретические изыскания.
В 2ух словах, можно сказать, что резонатор Гельмгольца это прибор совершающий собственные колебания, основной характеристикой является собственная частота. Рассчитывается она по банальной формуле
где
fн — частота, Гц
v — скорость звука в среде
S — сечение горла, м²
L — длина горла, м
V0 — объем резонатора, м³
Прибор реагирует только на колебания собственной частоты, в результате резонанса происходит сильное поглощение звука… Отсекание частоты.
Первое, что я сделал (лукавлю, первое что я сделал, это посчитал частоты резонанса), это загрузил анализатор спектра, и пошел завел тачку. На прогреве имея обороты около 1500 RPM
получил такую картинку
Это было именно то что я и ожидал… А теперь мат часть.
Допустим мы имеем 4ех цилиндровый, рядный двигатель, работающий по 4ех тактному циклу Отто.
Откуда мы знаем (если не знаем, то идем читать теорию о ДВС), что полный цикл в 4 такта, происходит за 2 оборота коленчатого вала. А воспламенение происходит, только в одном из тактов. Значит вспышка в одном цилиндре с высвобождением энергии (и звука) будет только раз в 2 оборота. Отсюда…
Частота оборотов в минуту(RPM) / 60 = частота оборотов в секунду
Частота оборотов в секунду / 2 = количество вспышек в секунду (так как только раз в 2 оборота) = RPM / 120
RPM/120 * 4 (4 цилиндра) = получаем частоту звука.
Выберем частоту оборотов ХХ.
Для чистоты эксперимента, более точные цифры
1079 / 120 * 4 = 35.9666666666666666666666666666…
Грубо говоря 36 Гц ииииииии
Очевидно, что шум несет не одна основная частота, но так же и несколько ее гармоник, которые входят в резонанс с чем то еще и усиливаются… (видно вторую гармонику примерно на 72 Герцах, на других оборотах есть и 3 и 4ая — не менее шумные чем первые)
И так… отсекая эту частоту мы уберем и гармоники… сильно подавив громкость звука.
Однако громкость на 1000 RPM — не самое важное для меня. Так как достаточно тихо.
Основные приколы начинаются после 2000…
Поэтому решено отсекать частоту на которой я чаще всего езжу… 2500… это около 83 Гц, чем больше объем резонатора тем шире полоса, уберем ее, повлияем и на близлежайщие.
Основная засада заключается в компромиссе, между объемом тела, длинной и сечением горла. Ведь резонанс возникает в теле, но поглощение звука происходит в горле, поэтому чем оно длиннее тем сильнее поглощение.
Понятно, что нельзя увеличивать геометрические параметры системы до бесконечности. Плюс нужно учитывать, внутренние диаметры материала, из которого будет создаваться резонатор.
Очевидно, что в моем случае, это не будет красный, найденный на первой помойке огнетушитель…
Конечно же это будет полированная нержавеющая труба
Поэтому на скорую руку был создан файл подбора, с автоматическим расчетом, при изменении параметров
В принципе, все данные по выше указанной формуле доступны, и все козыри в ваших руках.
Но не стоит забывать, что скорость звука в трубе, будет зависеть от температуры воздуха, поэтому не нужно слепо принимать скорость звука за 331 м/с 😉
Если понравилось… то ждем новостей с фронта… «Резонатор Гельмгольца. На практике.»
P.S. Чтобы одно и тоже не отвечать сюда буду добавлять
Спасибо можете не говорить. привык уже )
скорость от температуры
n — показатель адиабаты (n = 1.4 примерно)
R — универсальная газовая постоянная (R = 8.31)
Meg — молярная масса выхлопных газов (Meg = 0.028 примерно)
Резонатор Гельмгольца. Успешная борьба с резонансом выпускной системы
Когда-то давно я по случаю приобрел почти новую оконечную банку Magnaflow. Сперва она была поставлена на BMW X3 жены))) Однако потом банка была по ее же настоянию демонтирована)))
Но она никуда не делась! Банка-то хорошая! Поставим ее куда следует:
Так как мы сохраняем штатный резонатор, то пилить трассу будем в рекомендуемом BMW месте, а крепить новую с использованием рекомендуемых компонентов. А до вмешательства – вся секция от коллекторов до банки на наших автомобилях представляет одно целое.
В стоке выпуск идет двумя трубами от коллекторов до самой банки. В нашем случае это сильно увеличило бы трудовые и временные затраты, к тому же вход в банку все равно один! Делаем Y-pipe в наиболее удобном для этого месте. Не подходящем, т.к. вообще-то стоило бы сводить концы перед банкой. Но даже Supersprint в своем изделии для Z4 делает Y-pipe в аналогичном месте. Что позволяет и нам прибегнуть к идентичному методу. Две 50 мм трубы мы свели в одну 70мм:
После сборки выхлоп отправился на зачистку и полировку швов. Обычно этим пренебрегают, но именно такие детали отражают отношение мастеров к своему делу. Здесь видно, что Y-pipe комфортно разместился за пластиной жесткости. Трубы под муфтами смазаны герметиком, а резьба – медной пастой:
Общий план того, что сделано:
Теперь зэтка сзади выглядит вот так:
Привееееет! Я GoPro! Сейчас будет видео! Для особых гурманов доступно в HD 1080p:
А теперь побыстрее:
Очень жаль, что ни GoPro, ни Youtube не передают породистого бурчания (или бульканья, а, может, и чавканья))) на сбросе газа.
После установки выпуска Magnaflow довольно сильно стал проявлять себя резонанс в диапазоне 2000-3000 оборотов в минуту. Снаружи это незаметно, а вот в салоне, особенно при закрытых окнах, несколько утомляет. Сразу скажу, что с этим сталкиваются не только владельцы Magnaflow. Многие прямоточные системы выпуска подвержены резонансу.
Для подавления резонанса неплохо бы на начальном этапе знать на какой именно частоте он возникает. Теоретически при 2000 об./мин. 6-цилиндровый двигатель производит 100 вспышек в секунду (2000/2/60=16,67 для каждого цилиндра). То есть 100 Гц. 3000 об./мин., соответственно, — 150 Гц. Это в теории.
Приступим к инструментальным замерам. Качаем бесплатную программу SPL Spectrum Analyzer (для Андроида). Жмякаем на кнопки Peak Hold (для удержания пиковых значений) и RTA (Real-Time Analysis для получения диаграммы распределения уровня звукового давления по частотам во время замера) и запускаем анализ. По умолчанию программа использует микрофон телефона, но можно подключить и внешние девайсы. У меня получились пики нагрузок в районе 100 и 130 Гц (2000 об./мин. и 2600 об./мин., соответственно), небольшой провал (и в экстремумах и во временном распределении) в районе 175 Гц (3500 об./мин.):
Еще два пика на 240 Гц и 360 Гц я бы не связывал со вспышками, как таковыми. Заметим, что оба этих показателя делятся на 120. Подозреваю (основываясь на университетском курсе физики), что эта кратность неспроста и собака порылась именно около частоты – примерно 120 Гц. Пик на 100 Гц тоже важен, но по временному распределению он чуть ли не вдвое проигрывает 130 Гц. 120 и 130 рядом. Думаю, что в пределах погрешности микрофона. Поэтому, возьмем за основу среднее значение 125 Гц (firing rate, как говорят американцы, для 2500 об./мин.) Это ровно посередине диапазона 2000-3000 об./мин. в котором и слышен резонанс.
Итак. Параметры резонанса установлены. Что с ним делать? Наиболее элегантный способ – резонатор Гельмгольца. По сути это некий резервуар, газ в котором играет роль пружины, соединенный с каналом узким горлом, газ в котором, в свою очередь, играет роль рабочего тела:
Есть и другой метод – четвертьволновой резонатор (ЧВ). По-другому — side branch resonator, т.к. он обычно вваривается под прямым углом к основному каналу. Его длина должна быть равна четверти длины волны (отсюда и название).
В целом рекомендую почитать — кратко, но весьма информативно о методах подавления шумов: Вот как работает ЧВ:
Длина волны, как видно на четвертой (предпредыдущей) картинке, определяется через скорость звука. Которая, в свою очередь, зависит от температуры среды. Температура отработавших газов на срезе глушителя после хорошего прогрева – около 200С. Скорость звука при такой температуре – 436 м/с.
С ЧВ хорошо знакомы создатели сабвуферов. Он всем хорош, кроме своих размеров. Саб с ЧВ может занять весь багажник. Вот и здесь – получилось 90 сантиметров. Если делать тупо в лоб, то можно получить вот такой хвост под бампером:
Но мое сердце и разум отданы резонатору Гельмгольца. Особенно, если делать, как Active Autowerke:
Все размеры и показатели взаимосвязаны. Я забил формулу для расчета диаметра трубы в Эксель:
Пошли по первому варианту. Объем резонатора – 2 литра, длина трубы 150 мм, внутренний диаметр 35 мм. Настройка, соответственно, на 125 Гц.
Сварили резонатор. Примеряем:
Приварили к трубе титановую проволоку. Лень было резать фрезой))) Проволока буквально растворила нержавейку, поэтому внутреннюю часть легко удалили:
Потом выпуск был снят, отмыт, местами отполирован))) Соединение резонатора и выпускного тракта тщательно обварено. Резонатор направлен под углом 45 градусов для создания треугольника жесткости:
А затем выпуск был поставлен обратно. Уже в новой конфигурации:
Процесс собрал небольшую толпу зрителей и советчиков:
Ага, ради чего вы все это читали. Помогло. Действительно. Наука рулит. Звук выпуска стал мягче, резонанс практически ушел. Лишь небольшой остаток (на ухо испытателя, который уже за ним охотится) есть при резком нажатии газа на 2 000 оборотов. Однако это уже не тот резонанс, что причинял реальный дискомфорт. Он здорово задушен, будто через подушку. Возможно, для большего (тотального) эффекта помогло бы увеличение объема резонатора (литров до трех). Тем, кто хочет его победить совсем, я бы посоветовал идти по этому пути.
Резонатор Гельмгольца. И прямоток может быть тихим… Укрощение Remus Wild Label
Вторая серия большого описания своего собственного опыта по расчету и внедрению резонаторов Гельмгольца в выпускную систему автомобиля.
У моего Toyota Prado стал греться основной резонатор (он же по факту и основной глушитель). Это такая огромных размеров и немалой массы бочка, которая со временем чем-то забилась, и явно не улучшала динамику.
А у меня с давних времен лежал очень громкий прямоточный глушитель Remus Wild Label, который я купил за смешные 8000 рублей на распродаже закрывающегося магазина автоспортивного инвентаря. Он был прямо вот совсем новый, за исключением пары царапин от долгого хранения в контейнере посреди Московской области:
В общем, среднюю бочку мы отрезали, вместо нее вварили прямую трубу, оконечную банку выкинули. Нет-нет, вы дочитайте.
Разместили немного под углом, этакий Subaru-стайл, но дело не в этом:
Тут видно, что глушитель действительно прямоточный:
Я прекрасно понимаю, что Prado и громкий глушитель, это из разряда колхоза «Утро Октября». И я этого тоже не хочу. Итак, как же снизить громкость спортивного прямоточного глушителя? Оставив его прямоточным, не ухудшая продувку выпускной системы? А, хорошая задачка?
Мы пойдем научным путем. Приварим к глушителю пятилитровый резонатор Гельмгольца, настроенный на частоту 75 Гц. Вот он синеет красненьким рядом с глушителем:
Резонатор Гельмгольца по сути есть некий резервуар, газ в котором играет роль пружины, соединенный с каналом узким горлом, газ в котором, в свою очередь, играет роль рабочего тела:
Геометрические параметры резонатора задают его акустические свойства. Можно и нужно подобрать такой объем резервуара, такую длину и ширину горла резонатора, чтобы звуковые волны заданной частоты, проходя вдоль среза горла – глушились. Для более глубокого понимания процесса можете прочесть мою статью о резонаторах Гельмгольца.
Не ради красного слова, а ради правды скажу, что после этой статьи у меня порой переполняется личка с просьбами рассчитать страждущим резонаторы. В принципе все формулы есть в википедии, но как выбрать частоту, когда акустическая картина в салоне выглядит так? У бедного владельца прямоточного глушителя аж экран трясется при скриншоте))) 90 децибел, мамма миа!
Честно говоря, у меня резонанса с этим выхлопом и до установки, простите за тавтологию, резонатора Гельмгольца не было. Но! Это приспособление позволяет в принципе снизить звуковое давление на барабанные перепонки. Кстати, мне пришлось глушить не одну частоту, а сразу две. И мне надо было не убрать нежелательный резонанс, а заглушить выпуск на малых и средних оборотах. И я это сделал!
Во-первых, как уже сказано выше, был установлен резонатор на 75 Гц. Большой, пять литров – применяемый мной в экстразапущенных случаях.
Приступим к инструментальным замерам. Качаем бесплатную программу SPL Spectrum Analyzer (для Андроида). Жмякаем на кнопки Peak Hold (для удержания пиковых значений) и RTA (Real-Time Analysis для получения диаграммы распределения уровня звукового давления по частотам во время замера) и запускаем анализ на 140 км/ч (ровный газ):
До 100 Гц на диаграмме вообще никто не живет. Это не дефект микрофона, он-то как раз и 20 Гц сможет услышать. Это поработала ширина заглушения, а точнее объем резонатора. Помню глаза сварщика, когда мы завели Prado с прежде иерихоновой трубой Remus, а она шелестит…
Так. Нам нужем второй резонатор с настройкой на 170 Гц (см. графики). Но ставить его уже некуда – расчеты показали, что если поставить его параллельно первому, потребуется очень длинное горло, а это, в свою очередь, уменьшит объем резонатора, что ухудшит заглушение, чего я не хочу!
А куда? Поместим его в базе. Причем на этот раз в скрытом конструктиве, который я подсмотрел в Берлинском техническом музее у BMW:
Да! Это тоже резонатор Гельмгольца, только еще более неправильной формы. Но как показывают исследования, форма резонатора практически не оказывает влияние на его функционал.
Вооружившись теорией, начнем варить. Резонатор вышел исполинским. В силу более высокой частоты настройки пришлось разместить внутри немаленькое горло приличной ширины. Все это увеличило объем полости, играющей роль резонатора до шести с половиной литров. Я таких больших еще не делал)))
Бесконечно увеличивать размеры нельзя в силу компоновочных соображений, и тут видно, что ниже бензобака и опор тяг моста вешать резонатор нельзя. Эти условия были соблюдены полностью. Семь раз отмерь, один свари!
Ага, и что дальше? Типа помогло, спросите вы? Не то слово! Не перестаю удивляться, как же сильно это помогает. Смотрите сами. Традиционно замеры на 140 км/ч (ровный газ):
Пиковые значения шума ушли от 52 дБ до 42 дБ, что означает снижение громкости выхлопа в салоне В ДВА РАЗА (у единиц звукового давления децибел логарифмическая шкала). К примеру 50 дБ соответствует тихой улице, 40 дБ это уже тихая комната. А вот 90 Дб (картинку с таким значением можно увидеть в самом начале статьи) – это отбойный молоток.
При этом, когда обороты превышают 4000, звук просыпается. Prado рычит, и чем больше газу, тем сильнее. Этому есть научное объяснение. Для шестицилиндрового мотора firing rate на этих оборотах равен 200, ведь он производит 200 вспышек в секунду (4000/2/60=33,33 для каждого цилиндра). И как раз в районе 200 Гц действие второго резонатора Гельмгольца начинает значительно падать. Вот почему, до 4000 об./мин. я почти не слышу двигатель.
Нет, ну при тапке в пол, конечно, да. Конечно, слышу. На уровне выхлопа AMG в салоне Е-класса, скажем. Когда стрелка подбирается к 5000 об./мин. уже громче, уже ближе по громкости к тому же Supersprint в моей BMW Z4 Coupe, но все равно это очень тихо для Remus Wild Label.
Вот такой выхлоп по науке соорудили!
Метки: гельмгольц, резонатор гельмгольца, резонанс, выхлоп, тюнинг, remus, toyota
Комментарии 106
Добрый день! Написал в личку, по возможности, помогите с расчетами, пожалуйста.
Скажите с этим резонатором внешний звук(на улице) так же становится тише?
Есть диапазон, где снижение заметно, и есть диапазоны, где гораздо меньше. Чем дальше от целевой частоты, тем меньше
Здравствуйте. Авто хонда цивик 4д. Попробовали вварить четвертьвллновой резонатор. Гул идёт начиная от 2400 до 4000.после 4000 и 150км вообще убирается. Может конечно это после вварки трубы. Но основной гул не ушёл. Что посоветуете?
Здравствуйте. Давайте в личных сообщениях
Здравствуйте! Правильно ли я понимаю, что установкой рез. гельмгольца можно сделать тише и просто штатный выпуск? Все пишут только про прямоток, но было бы неплохо значительно уменьшить громкость штатного выпуска.
И второй вопрос. Громкий звук на высоких оборотах идет из выхлопа или из моторного отсека, если можно так разделить? То есть если мотор ревет, резонатор решит проблему, или этот рев из под капота?
Здравствуйте. Можно сделать тише и штатный выхлоп. По второму вопросу по фото диагноз не поставишь. Надо слушать откуда
Добрый день, интересная статья, можете прокунсультировать о назначении лабиринтных вставок на выходе прямотока, после резонатора Гельмгольца?
Тоже камеры, для гашения определенных частот. Из картинки не понял, но предполагаю, что это типа четвертьволнового резонатора, либо камерного резонатора.
Спасибо, сказывается ли он на уменьшении мощности и нужна ли регулировка подачи топлива после установки прямотока.
Кто именно сказывается? Регулировка, то есть настройка очень желательна при установке прямотока
Отличная статья, спасибо!
Недавно сделал выхлоп на Borle с удалением катов www.drive2.ru/l/518348815070134966/. Результатом не совсем доволен, есть дискомфорт от 2 до 2.7к оборотов. Сейчас буду ставить спортивный катализатор, так-как выхлоп рассчитывался на стоковый пайп и возможно проблема решиться, если нет- то я правильно же понял, можно обратиться к вам за помощью?
Да, конечно) Пишите в личку
Доброго времени суток. Подскажите, если имеются две трубы на всю трассу, х-пайп и снова раздвоение, резонатор можно будет ставить после хпайпа(место только там есть) и в данном случае(двойная трасса) резонатор ставится на обе трубы, разделив объем? (К примеру, по расчетам резонанс на 1300 об/мин, 5 л объём резонатора, ставим по 2,5 на каждую или по 5?)
Ставится два резонатора. Объем можно поделить, но строго говоря, считается это немного сложнее
Вварили как чел посоветовал. После задней банки. Вот фото моего выхлопа и дна. Места там не ахти ((
Может будут мысли как поправить мою ситуацию
Такая же беда на хонде с мотором 2.4 литра.
Гудит на 3000-4500 оборотах так что музыку не слышно. Проблему решить пока не могу.
Один человек помог расчитал сварил прислал. Сегодня вварили. Звук не ушел ((
Что ещё делать я не знаю уже. Хоть машину меняй. Причем так гудело и на сток выхлопе (возможно из-за того что нет катализатора) стоит коллектор 4-2-1
Нужны замеры, присылайте в личку
Принял. Сейчас с ноута скину
Почему резонатор выбрали на 75 Гц, когда пик на 150? Половину от пика или как рассчитывали? Скинул в личку 3 графика, два последних похожи по частотам. Самая высокая точка на них — начальная, то есть от 30-ти герц. С какой частоты стоит начать? Хочу четвертьволновой поставить, где-то вычитал, что он убирает гребёнку кратных частот.
Замеры приведены после установки резонатора на 75 Гц
Я про картинку, на которой 90 Дб.
Она для примера. Там, может, неочевидность написано, но скрин от другой машины, где я тоже боролся с резонансом)))
В личку не отвечаете? Там с телефона графики загружены, сюда не могу перекинуть. Не пойму какую частоту нужно брать в оборот.
Приветствую! Поставил прямоточный комплект Stinger. Не ожидал, что звук будет на столько громким. Поставил потому как делал прошивку ЭБУ с отключением всяческих датчиков под ЕВРО-2, ну и кто делал калибровку — посоветовал поставить такой вот комплект, что бы двигателю легче дышалось. У нас на машине по умолчанию 51 труба сводится в 35, что не есть правильно. Теперь полностью 51, но звук… Сегодня поехал в сад, с женой и тёщей, звук они сразу заметили, я готов был провалиться от того, что такое сотворил с выхлопной, ну и ехать всю дорогу старался так, что бы шума поменьше. Но это же не дело!
Вот и озадачился как доработать выхлоп. Надо ли ставить пламягаситель, раз теперь нет катализатора или стронгер или ещё резонатор? Или достаточно резонатор Гельмгольца соорудить? Мне это, кстати, один сварщик посоветовал на СТО. Говорит, что он по три таких ставит, что бы звук убрать полностью, но какие, куда и как расчёты делает — не знаю.
Скачал программу вчера SPL. Как ей делать замер? Думал заводишь машину, включаешь прогу, тапку в пол… А вы, смотрю на скорости 140 км/ч замеряете. Так нужно на ходу замерять? Скорость обязательно такой высокой должна быть? Заранее спасибо )).
Замерять надо в наиболее «проблемном» режиме. Замеры на 140 км/ч для примера. В конкретной этой ситуации. Присылайте ваши замеры в личку
Какой сам принцип замера? Включил программу и поехал? А выхлоп на ХХ тоже изменится по звуку?
Цитирую сам себя: Качаем бесплатную программу SPL Spectrum Analyzer (для Андроида). Жмякаем на кнопки Peak Hold (для удержания пиковых значений) и RTA (Real-Time Analysis для получения диаграммы распределения уровня звукового давления по частотам во время замера) и запускаем анализ
Это я читал, тут всё понятно. Программу запустить не сложно. Как анализ снимать? Я полагал, что на месте просто нажать на газ до отсечки, потому что ни где не написано было, что надо ехать. Я это по первой теме ориентируюсь. В этой теме написано, что при 140км/ч замер стелан — значит надо ехать )). Получается завёлся, запустил программу и поехал. Она пишет от оборотов или от скорости? Скажем проблемная зона 3000 об/мин, но скорость в эоо время может быть разной. Надо ли разгоняться до какой-то максимальной скорости? И я не понял меняется ли звук на холостых после применения резонатора, как и в общем, или только проблемная зона душится, а остальной звук такой же? Я хотел бы полностью звук убавить. Поможет? Или надо прямоток убирать?
надо подобрать режим работы двигателя, который вас акустически наиболее напрягает
например, на прадике не было такого, что гул на первых передачах, скорее автомат избегал таких режимов, звук усиливался при движении в полгаза на более высокой скорости.
вот и вам желательно подобрать ВАШ режим
Программа будет писать в течение всей поездки? Скажем собираюсь в гости, полчаса езды. Могу включить программу. Она по прибытии покажет пиковые значения? Нужно скриншот снять, что бы показать?
за полчаса будет слишком много других звуков, мне кажется
обычно замеряем 2-3 минуты, не более
Интересно, а можно сделать несколько резонаторов гельмгольца расчитаных на разную частоту и вварить их в абсолютный прямоток? Будет полная тишина?
Не полная, но будет тихо. Можно сделать, да