Устройства снижающие звук выстрела имеют множество названий таких как: глушитель, модератор, банка, ДТК закрытого типа, и т.п.
Каждый хочет иметь устройство максимально эффективное, но при этом миниатюрное в размерах и легкое по весу.
К сожалению данные параметры с точки зрения физики НЕ совместимы.
Физический процесс, который происходит в любом устройстве т.е. «теория снижения уровня звука» кратко описана в этой статье.
Глушитель – это устройство для снижения шума выпуска газа (воздуха) из ствола, представляет собой цилиндрическую камеру, разделенную на части плоскими или коническими перегородками с центральным отверстием для пролета пули.
После того, как пуля пересекает дульный срез ствола, пороховые газы, следующие за ней выходят в атмосферу. Почему же все это сопровождается звуком? Для ответа на этот вопрос следует окунуться в природу звука и немного в газодинамику. Газы, когда под действием избыточного давления движутся вдоль канала ствола, а затем высвобождаются. Происходит одноразовое, но очень сильное сжатие-разжатие среды за счет “вклинивания” в воздух большого объема газа за очень малое время, т.е. создается импульс звуковой волны, которая и действует на барабанные перепонки. Вот почему мы слышим выстрел. Однако, звук, при выстреле, вызывает не только расширяющийся газ, но и в некоторых случаях сама пуля. Такое происходит, когда скорость пули превышает скорость звука. Пуля уплотняет среду и создаёт звуковую баллистическую волну, которая является дополнительным источником звука.
Рассмотрев основные причины происхождения звука, попытаемся понять, что и каким образом влияет на его интенсивность.
В момент воспламенения порохового заряда в ограниченном пространстве происходит резкое увеличение давления.
Пуля и пороховые газы набирают скорость, т.е. происходит преобразование высвободившейся потенциальной энергии в кинетическую.
Посмотрим, что происходит в это время с газом.
pV=mRT
где: p- давление газа, V- объем газа, m – масса газа, R – универсальная газовая постоянная, Т – температура газа
Откуда:
p = mRT/V
Давление газа, образовавшегося в результате сгорания пороха, прямо пропорционально массе газа (количеству), температуре газа и обратно пропорционально занимаемому газом объему. Поэтому, если мы хотим уменьшить давление пороховых газов, следует уменьшить их температуру и увеличить объем, а также уменьшить (точнее, разделить, рассредоточить) массу.
Так мы понижаем потенциальную составляющую энергии газа. Однако, еще остается кинетическая составляющая энергии (та часть, которой обладает уже движущийся газ). Посмотрим, что же такое кинетическая энергия газа:
E = mV²/2
где: E – кинетическая энергия газа, V – скорость движение газа, m – масса газа
В данном случае видно, что именно скорость является определяющей кинетическую энергию величиной, и уменьшить кинетическую энергию газа можно прежде всего за счет уменьшения его скорости. Теперь объединим наши выводы и изложим их в виде требований к устройству, призванному подавлять звук.
Итак глушитель должен:
- уменьшить температуру исходящих из ствола газов
- предоставить исходящим газам объем;
- разделить газы на потоки;
- снизить скорость газов;
Так вырисовывается примерная конструкция глушителя: расширительная камера, сделанная из рассевающего тепло материала и содержащая элементы разделения массы газа (мы не можем уменьшить массу, мы можем ее только поделить). В основе всех глушителей расширительного типа лежит именно такая схема. Различные вариации – это попытка улучшить выполнение выше изложенных требований.
Источники звука при выстреле из огнестрельного оружия и способы его подавления
Основные источники звука – пуля (если ее скорость превышает скорость звука), генерирующая головную ударную (баллистическую) волну, дульная волна, создаваемая пороховыми газами, идущими вслед за пулей.
Уровень звука от баллистической волны пули может быть сопоставим с громкостью самого выстрела. Поэтому первое категорическое требование к бесшумному оружию – скорость пули должна быть меньше скорости звука (310м/сек).
Звук выстрела объясняется высокими давлением и температурой пороховых газов у дульного среза ствола, намного превосходящими давление и температуру окружающего воздуха: давление пороховых газов у дульного среза ствола стрелкового оружия около 200 кг/кв.см, температура – около 1000 С. Быстрое расширение пороховых газов после вылета из ствола, образование ударной волны и сопровождается столь резким и громким звуком. Уровень громкости (интенсивности) звука определяют в логарифмических единицах – децибелах (дБ). Децибел, напомним, единица относительная. За “нулевую” же величину в акустике принимается интенсивность Дж/(м2*с), примерно равная нижнему пределу слышимости на 1000 Гц.
Можно выделить два основных источника звука выстрела:
- Пороховые газы, прорывающиеся через зазор между пулей и стенками канала ствола; уровень громкости звука, порождаемого этим источником, достигает 100-125 дБ;
- Газы, вылетающие из ствола вслед за пулей и обгоняющие её, уровень звука – 115-135 дБ.
При сверхзвуковой скорости полета пули свыше 320 м/с над уровнем моря, перед ее носком в воздухе образуется ударная баллистическая волна, которая также является источником звука.
Заметим, что ни одна схема глушения звука выстрела не устраняет его полностью. Речь идет о снижении громкости до величины, плохо различимой на определенном расстоянии. Действие большинства систем из них основано на рассмотрении потока пороховых газов как идеального газа, подчиняющегося законам Бойля-Мариотта и Гей-Люссака. Закон Бойля-Мариотта выражается уравнением состояния идеального газа. Согласно ему, произведение величин давления и объема данной массы газа прямо пропорционально его температуре. Таким образом, уменьшение давления потока пороховых газов, а значит и снижения уровня звука выстрела, можно достигнуть увеличением их объема и снижением температуры перед выходом в атмосферу.
Давление пороховых газов (200кг/см²) и их температура (1000*С) у дульного среза намного превосходят параметры окружающего воздуха. Мгновенно расширяясь при выходе из ствола, они и производят тот самый оглушительный грохот. Задачей глушителя и является погасить дульную волну: снизить давление пороховых газов перед их выходом в атмосферу и температуру .
Полезно напомнить, что тихий разговор имеет громкость около 56дБ, выстрел из пневматической винтовки – 101дБ, выстрел из малокалиберной винтовки – 131дБ, слуховые травмы начинаются при уровне шума в 140дБ, болевой порог может быть от 141 дБ, выстрел из пистолета-пулемета – 157дб, из крупнокалиберного пистолета – 165дБ, из 122мм гаубицы – 183дБ, а уровень шума в 220дБ может уже вызвать смерть.
Децибел — это безразмерная единица, применяемая для измерения отношения некоторых величин, в нашем случае – громкости звука. Важно помнить, что это не абсолютная величина, как, например, ватт или вольт, а такая же относительная, как кратность («трехкратное увеличение») или проценты, предназначенная для измерения отношения двух других величин. При этом в отличии от процентов или кратности к полученному отношению применяется логарифмический масштаб.
Для лучшего понимания рассмотрим пример:
1. Что получится, если уровень звука удвоить ?: удвоение интенсивности звука приводит к увеличению уровня интенсивности на 3 дБ.
Таблица перевода дБ акустической громкости в разы
| Величина | Акустическая громкость |
| дБ | Разы |
| 0,5 | 1,12 |
| 1 | 1,26 |
| 2 | 1,58 |
| 3 | 1,995 |
| 4 | 2,51 |
| 5 | 3,16 |
| 6 | 4 |
| 7 | 5,01 |
| 8 | 6,43 |
| 9 | 8 |
| 10 | 10 |
| 20 | 100 |
| 30 | 1000 |
| 40 | 10000 |
| 50 | 100000 |
Если устройство снижает звук на 20дБ, то громкость выстрела стала тише в сто раз.