প্রকৌশল শব্দবিজ্ঞান/গাড়ির মাফলার

ভূমিকা

একটি গাড়ির মাফলার হলো গাড়ির নিষ্কাশন ব্যবস্থার একটি অংশ। নিষ্কাশন ব্যবস্থার প্রধানত তিনটি কাজ রয়েছে:

১) ইঞ্জিন থেকে গরম এবং ক্ষতিকারক গ্যাসগুলোকে গাড়ি থেকে নিরাপদভাবে বাইরে সরিয়ে দেওয়া। ২) নিষ্কাশিত নির্গমন কমানো। ৩) ইঞ্জিনের উৎপন্ন শব্দ প্রশমিত করা।

শেষে উল্লিখিত কাজটিই হলো গাড়ির মাফলারের প্রধান কাজ। এটি প্রয়োজনীয় কারণ ইঞ্জিনের পিস্টনগুলোতে দহনের ফলে যে গ্যাস উৎপন্ন হয়, তা যদি সরাসরি নিষ্কাশন ভালভের মাধ্যমে পরিবেশে পাঠানো হয়, তবে তা অত্যন্ত উচ্চ শব্দ তৈরি করবে। এই শব্দ কমানোর জন্য প্রধানত দুটি কৌশল ব্যবহার করা হয়: শোষণ এবং প্রতিফলন। প্রতিটি কৌশলেরই নিজস্ব সুবিধা এবং অসুবিধা রয়েছে।

Muffler type "Cherry bomb"

শোষণ‑ধর্মী মাফলার

মাফলারটি একটি ছিদ্রযুক্ত টিউব দ্বারা গঠিত যা শব্দ শোষণকারী উপাদান দ্বারা আবৃত থাকে। টিউবটি ছিদ্রযুক্ত হওয়ায় শব্দ তরঙ্গের কিছু অংশ ছিদ্র দিয়ে শোষণকারী উপাদানে প্রবেশ করে। শোষণকারী উপাদান সাধারণত ফাইবারগ্লাস বা স্টিল উল দিয়ে তৈরি হয়। বাঁকানো ধাতব পাত দিয়ে তৈরি একটি অতিরিক্ত আবরণ দ্বারা এই শোষণকারী উপাদানটিকে চারপাশের পরিবেশ থেকে সুরক্ষিত রাখা হয়।

এই পদ্ধতির সুবিধা হলো কম ব্যাক প্রেসার এবং তুলনামূলকভাবে সরল নকশা। এই পদ্ধতির অসুবিধা হলো অন্যান্য কৌশলের তুলনায় কম শব্দ কমানোর ক্ষমতা, বিশেষ করে কম ফ্রিকোয়েন্সির শব্দের ক্ষেত্রে।

শোষণ কৌশল ব্যবহারকারী মাফলারগুলো সাধারণত স্পোর্টস গাড়িতে লাগানো হয় ইঞ্জিনের কার্যকারিতা বাড়ানোর জন্য, কারণ এগুলোর ব্যাক প্রেসার কম থাকে। এদের শব্দ কমানোর ক্ষমতা বাড়ানোর একটি কৌশল হলো বেশ কয়েকটি "সোজা" মাফলারকে পরপর সাজিয়ে ব্যবহার করা।

প্রতিফলক মাফলার

নীতি: শব্দ তরঙ্গ প্রতিফলনকে সর্বোচ্চ পরিমাণে ধ্বংসাত্মক ব্যতিচার তৈরি করতে ব্যবহার করা হয়।

Destructive interference

ধ্বংসাত্মক ব্যতিচারের সংজ্ঞা

যখন একটি গাড়ি পাশ দিয়ে চলে যায়, তখন একজন ব্যক্তি যে শব্দ শুনতে পান, তা ভৌতভাবে বায়ুর চাপের পরিবর্তনের সাথে মিলে যায় যা তার কানের পর্দাকে কম্পিত করে। গ্রাফ ১-এর A1 রেখাটি এই শব্দটিকে উপস্থাপন করতে পারে। এক্ষেত্রে চাপ বিস্তার একটি নির্দিষ্ট স্থানে সময়ের একটি ফাংশন হিসেবে কাজ করে। যদি একই সময়ে আরেকটি শব্দ তরঙ্গ A2 তৈরি হয়, তাহলে দুটি তরঙ্গের চাপ একত্রিত হবে। যদি A1-এর বিস্তার ঠিক A2-এর বিস্তারের বিপরীত হয়, তাহলে তাদের যোগফল শূন্য হবে, যা ভৌতভাবে বায়ুমণ্ডলীয় চাপের সমান। শ্রোতা তখন কিছুই শুনতে পাবেন না, যদিও সেখানে দুটি শব্দ উৎস থেকে শব্দ নির্গত হচ্ছে। A2-কে তখন ধ্বংসাত্মক ব্যতিচার বলা হয়।

Wave reflection

প্রতিফলনের সংজ্ঞা

শব্দ একটি চলমান তরঙ্গ, অর্থাৎ সময়ের সাথে এর অবস্থান পরিবর্তিত হয়। যতক্ষণ পর্যন্ত তরঙ্গ একই মাধ্যমে প্রবাহিত হয়, ততক্ষণ গতি এবং বিস্তারের কোনো পরিবর্তন হয় না। যখন তরঙ্গ দুটি ভিন্ন ইম্পিডেন্সের মধ্যে একটি সীমান্তে পৌঁছায়, তখন গতি এবং চাপের বিস্তার উভয়ই পরিবর্তিত হয় (এবং যদি তরঙ্গ সীমান্তের সাথে লম্বভাবে না ছড়ায় তাহলে কোণও পরিবর্তিত হয়)। চিত্র ১ দুটি মাধ্যম A এবং B দেখাচ্ছে, এবং তিনটি তরঙ্গ দেখাচ্ছে: আপতিত, সঞ্চালিত এবং প্রতিফলিত তরঙ্গ।

উদাহরণ

যদি সমতল শব্দ তরঙ্গ একটি টিউবের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হতে থাকে এবং টিউবের প্রস্থচ্ছেদ একটি নির্দিষ্ট বিন্দু 'x' এ পরিবর্তিত হয়, তাহলে টিউবের ইম্পিডেন্সও পরিবর্তিত হবে। এর ফলে, আপতিত তরঙ্গের একটি অংশ নতুন প্রস্থচ্ছেদের টিউব অংশে সঞ্চালিত হবে এবং অন্য অংশ প্রতিফলিত হবে।

অ্যানিমেশন

প্রতিফলন কৌশল ব্যবহারকারী মাফলারগুলো সাধারণত সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত হয়, কারণ তারা অ্যাবজর্বার মাফলারের চেয়ে অনেক ভালো শব্দ শোষণ করে। তবে, এগুলো প্রায়শই উচ্চতর ব্যাক প্রেসার তৈরি করে, যা উচ্চ আরপিএম (rpm)-এ ইঞ্জিনের কার্যকারিতা হ্রাস করতে পারে। যদিও কিছু ইঞ্জিন কম আরপিএম-এ (যেমন ২৮০০ আরপিএমের নিচে) সর্বোচ্চ হর্সপাওয়ার তৈরি করে, বেশিরভাগ ইঞ্জিন তা করে না এবং তাই উচ্চ আরপিএম-এ মাফলার ছাড়াই আরও বেশি নিট হর্সপাওয়ার দিতে সক্ষম হয়।

প্ৰদত্ত বিবরণ অনুযায়ী, উপরের ডানদিকের চিত্রটি একটি গাড়ির মাফলারের সাধারণ গঠনশৈলী দেখাচ্ছে। এর তিনটি টিউব রয়েছে। তিনটি পৃথক এলাকা প্লেট দ্বারা বিভক্ত, এবং মাঝের এলাকার টিউবগুলো ছিদ্রযুক্ত। ছিদ্রগুলো দিয়ে সামান্য পরিমাণ চাপ "বেরিয়ে আসে" এবং একে অপরকে বাতিল করে দেয়।

কিছু উন্নত মানের মাফলার, শব্দের তীব্রতা আরও কমানোর জন্য একটি ক্যাভিটির (নীচে লাল রঙে দেখানো) সাথে প্রতিফলন নীতি ব্যবহার করে, যা হেমহোল্টজ রেজোনেটর নামে পরিচিত।

ব্যাক প্রেসার

গাড়ির ইঞ্জিনগুলো হলো ৪-স্ট্রোক সাইকেল ইঞ্জিন। এই ৪টি স্ট্রোকের মধ্যে শুধুমাত্র একটি স্ট্রোক শক্তি উৎপাদন করে, যা ঘটে যখন বিস্ফোরণ হয় এবং পিস্টনগুলোকে পেছনে ঠেলে দেয়। বাকি ৩টি স্ট্রোক হলো প্রয়োজনীয় খারাপ দিক যা শক্তি উৎপন্ন করে না। বরং সেগুলো শক্তি খরচ করে। নিষ্কাশন স্ট্রোকের সময়, বিস্ফোরণের ফলে অবশিষ্ট গ্যাস সিলিন্ডার থেকে বের করে দেওয়া হয়। নিষ্কাশন ভালভের পেছনে চাপ (অর্থাৎ, ব্যাক প্রেসার) যত বেশি হবে, সিলিন্ডার থেকে গ্যাস বের করে দিতে তত বেশি প্রচেষ্টা বা শক্তি প্রয়োজন হবে। সুতরাং, ইঞ্জিনের অশ্বশক্তি বেশি পাওয়ার জন্য কম ব্যাক প্রেসার থাকা বাঞ্ছনীয়।

ট্রান্সফার ম্যাট্রিক্স পদ্ধতিতে মাফলার মডেলিং

এই পদ্ধতিটি কম্পিউটারে ব্যবহার করা সহজ এবং মাফলারের ট্রান্সমিশন লস এর তাত্ত্বিক মান নির্ণয় করতে সহায়ক। ট্রান্সমিশন লস ডেসিবেল (dB) এককে একটি মান প্রদান করে যা মাফলারের শব্দ কমানোর ক্ষমতাকে নির্দেশ করে।

উদাহরণ

এখানে P দ্বারা চাপকে [পাস্কাল - Pa] এবং U দ্বারা আয়তনিক প্রবাহের হারকে [m3/s] বোঝানো হয়েছে।

${\begin{bmatrix}P1\\U1\end{bmatrix}}$=${\begin{bmatrix}T1\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}P2\\U2\end{bmatrix}}$ and ${\begin{bmatrix}P2\\U2\end{bmatrix}}$=${\begin{bmatrix}T2\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}P3\\U3\end{bmatrix}}$ and ${\begin{bmatrix}P3\\U3\end{bmatrix}}$=${\begin{bmatrix}T3\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}P4\\U4\end{bmatrix}}$

তাই, অবশেষে: ${\begin{bmatrix}P1\\U1\end{bmatrix}}$= ${\begin{bmatrix}T1\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}T2\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}T3\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}P4\\U4\end{bmatrix}}$

যেখানে,

${\begin{bmatrix}T_{i}\end{bmatrix}}$=${\begin{bmatrix}cos(kL_{i})&jsin(kL_{i}){\frac {\rho c}{S_{i}}}\\jsin(kL_{i}){\frac {\rho c}{S_{i}}}&cos(kL_{i})\end{bmatrix}}$

এখানে Si দ্বারা প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফলকে বোঝানো হয়েছে।

এখানে k দ্বারা কৌণিক গতি বোঝানো হয়েছে।

$\ \rho$ (রো) হলো মাধ্যমের ঘনত্ব

এখানে c হলো মাধ্যমের শব্দের গতি

ফলাফল

উপরের গ্রাফের [ম্যাটল্যাব কোড]।

মন্তব্য

ট্রান্সমিশন লস-এর মান যত বেশি হয়, মাফলার তত ভালোভাবে শব্দ কমাতে পারে।

ট্রান্সমিশন লস কম্পাঙ্কের উপর নির্ভরশীল। একটি গাড়ির ইঞ্জিনের শব্দের কম্পাঙ্ক প্রায় ৫০ থেকে ৩০০০ হার্টজ (Hz) এর মধ্যে থাকে। অনুরণন কম্পাঙ্কগুলোতে ট্রান্সমিশন লস শূন্য হয়। এই কম্পাঙ্কগুলো গ্রাফের নিচের দিকের চূড়াগুলোকে নির্দেশ করে।

আশ্চর্যের বিষয় হলো, ট্রান্সমিশন লস ইনপুটে প্রয়োগ করা চাপ বা বেগের উপর নির্ভরশীল নয়।

তাপমাত্রার (প্রায় ৬০০ ফারেনহাইট) বায়ুর বৈশিষ্ট্যের উপর প্রভাব ফেলে: তাপমাত্রা বাড়লে শব্দের গতি বেড়ে যায় এবং বায়ুর ঘনত্ব কমে আসে।

প্রতিটি উপাদানের জন্য আলাদা আলাদা ট্রান্সফার ম্যাট্রিক্স থাকে, যা সেই নির্দিষ্ট উপাদানটির মডেলিংয়ের উপর নির্ভর করে। উদাহরণস্বরূপ, একটি হেমহোল্টজ রেজোনেটরের ট্রান্সফার ম্যাট্রিক্স হলো: ${\begin{bmatrix}1&0\\{\frac {1}{Z}}&1\end{bmatrix}}$ যেখানে, $\ Z=j\rho ({\frac {\omega L_{i}}{S_{i}}}-{\frac {c^{2}}{\omega V}})$

লিঙ্ক

ট্রান্সফার ম্যাট্রিক্স পদ্ধতি সম্পর্কে আরও তথ্য : www.scielo.br/pdf/jbsmse/v27n2/25381.pdf

ফিল্টার সম্পর্কে সাধারণ তথ্য: ফিল্টার ডিজাইন ও বাস্তবায়ন

গাড়ির মাফলার সম্পর্কে সাধারণ তথ্য: http://auto.howstuffworks.com/muffler.htm

গাড়ির নিষ্কাশন/মাফলার প্রস্তুতকারক সংস্থা http://www.performancepeddler.com/manufacturer.asp?CatName=Magnaflow

মূল পাতায় ফিরে যান