رنين هلمهولتز: كيف قام مهندسو فورد بالتخلص من خفقان النوافذ المفتوحة في رينجر وإيفرست
يحدث رنين هلمهولتز في المركبات عادةً عند فتح نافذة واحدة في المركبة فقط، وهو ضجيج مزعج للركاب يحدث بسبب خفقان الهواء داخل مقصورة المركبة ويمكن إيقافه عادةً عن طريق خفض نافذة أخرى على الجانب الآخر من المركبة.
وفقاً لنيل لوينغتون، الحاصل على الدكتوراه والخبير التقني والمشرف على الانسيابية الهوائية لدى فورد أستراليا، هذا الخفقان المشوش للأذن يعمل بنفس مبدأ إصدار صوت الهمهمة عند النفخ فوق فتحة زجاجة الماء.
أي أنّ كلما كانت الزجاجة أكبر كلما زادت حدة الصوت ؛ إن المركبة تشبه الزجاجة الكبيرة جداً وبالتالي ينتهي الأمر بهمهمة منخفضة الحدة وخفقان الهواء. في الواقع، تبلغ الهمهمة الناتجة حوالي 20 هرتز، وهي من أقل الدرجات المسموعة لدى الإنسان وفقاً للوينغتون.
وقال نيل: “يتم ضغط الهواء داخل الزجاجة أو المركبة عن طريق مرور الهواء بسرعة عبر النافذة المفتوحة أو الزجاجة المفتوحة، حيث يخلق دوامات صغيرة من الهواء عند الفتحة تؤدي إلى زيادة ضغط الهواء داخل المركبة وفك ضغطه بسرعة، ولذلك ينتج هذا الصوت المزعج”.
هذا الخفقان مزعج للإنسان لأنه منخفض التردد، والذي ينتج عن مرور الهواء عبر النافذة والتغير المستمر في الضغط داخل المقصورة، وأضاف: “هذا التردد المنخفض يسبب الخفقان المزعج والذي قد يؤدي حقاً إلى مشاكل في السمع”.
تصميم المرايا الجانبية لتقليل آثار الخفقان
يقول مارك طومسون، الحاصل على درجة الدكتوراه، ومهندس الضوضاء والاهتزازات والخشونة, رينجر وإيفرست: “ تم بذل الكثير من الجهد على تصميم شكل المرآة الجانبية لتقليل خفقان الهواء عندما تكون النافذة الأمامية مفتوحة وعدم التسبب بأي ضجيج إضافي عندما تكون النافذة مغلقة”.
قال طومسون: “من مستوى الضجيج والارتجاج والخشونة إلى الانسيابية الهوائية والتصميم، أمضينا مئات الساعات في دراسة عمليات المحاكاة والاختبارات الفيزيائية في نفق هوائي لاختبار شكل المرآة والتحكم في مستويات الضوضاء”.
وأضاف: “يمكن أن تحدث نفس الظاهرة مع فتحة سقف المركبة، وهذا هو سبب وجود عاكس شبكي يخرج من مقدمة فتحة السقف عند فتحها. وقد تم تحسين ارتفاع وموضع العاكس للتخلص من خفقان الهواء بدون التسبب بضجيج إضافي”.
محكمة الغلق بشكل أفضل لراحة الركاب
تعاني أغلب المركبات الحديثة من خفقان النوافذ، وذلك لأنها محكمة الغلق وأكثر انسيابية، حيث أنه يقترب الهواء أكثر من المركبة عندما تكون أكثر انسيابية، وبالتالي من المرجح أن يزداد الخفقان داخل مقصورة المركبة عند التقاء الهواء بالفتحة على جسم المركبة.
قال طومسون: “صممت المركبات الحديثة لتكون محكمة الغلق لتحسين عزل الصوت وزيادة الانسيابية الهوائية وكفاءة استهلاك الوقود، ولكن هذا يجعلها أكثر عرضة لـخفقان الهواء”.
وعلق لوينغتون: ” إن فتح نافذة أخرى في المركبة يؤدي إلى خفض ضغط الهواء داخل المقصورة وبالتالي تجنب خفقان الهواء”
وأضاف: ” يمكن تجنب خفقان الهواء عند فتح نافذة واحدة وذلك عن طريق القيادة بسرعات منخفضة، أما عند السرعات العالية فيجب فتح نافذتين حتى يتمكن الهواء الداخل من مغادرة المقصورة أو إغلاق النوافذ وتشغيل مكيف الهواء بدلاً من ذلك”.
مستوى الصوت يؤثر على تجربة القيادة
اختتم لوينغتون حديثه: “إذا كان الأمر أشبه بالنفخ في زجاجة مفتوحة، فلماذا يكون الصوت مرتفعاً جداً في السيارة عند القيادة؟ ذلك لأن ارتفاع الصوت يعتمد على سرعة اندفاع الهواء عبر الفتحة (النافذة)، وكلما كانت السيارة تسير بسرعة كلما أصبح الصوت أعلى.
ولتجنب صوت اهتزاز النافذة المزعج، يتعين علينا القيادة بسرعات منخفضة عند فتح نافذة واحدة فقط، ويجب “فتح نافذتين عند القيادة بسرعات تزيد عن سرعة القيادة في أنحاء المدينة كي يتوفر للهواء مسار للخروج، أو يتعيّن إغلاق النوافذ واستخدام مكيف الهواء لنشعر براحة أكبر”.
