SPACE SCHOOL

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傍晚逛101遇到火箭發射

《紅樓夢》第5回提到:「事事洞明皆學問,人情練達即文章」。如果我們對生活中的事物多多留心,可能會有很多意料外的學習和收穫,搞不好正是你苦思許久的題目的靈感來源呢!

圖一、金門北山播音牆,有48組揚聲器,聲音可傳25公里。

  筆者某一天吃完下午茶,在101散步,發現有一款來自法國的精品喇叭,竟然宣稱內部壓力有174dB,是火箭發射的力學級別!

  令人更好奇的是,竟然有超過80位航太、汽車、音響、機械專家投入研發,經過了10年,耗資2500萬歐元。



到底要如何發出巨大的聲音呢? 火箭發射的聲學設計又是如何?



  從過往的經驗我們了解,要產生很大的聲音,基本上喇叭的體積一定要夠大



圖二、德國Klangfilm推出的Euronor大號角,提供給劇院使用,1943年。



  NASA Glenn Research Center位在俄亥俄州克里夫蘭,他們的聲學實驗室(Reverberant Acoustic Test Facility, RATF),有2860立方公尺,裡面有36隻號角喇叭,其中23隻是用伺服液壓缸(Hydraulic servo cylinder)的聲音調變器(Acoustic modulator)驅動,並有6個截止頻率(Cut-off frequency);另外13隻是用電動氣動式(Electro-pneumatic)的聲音調變器驅動,並有1個截止頻率

  透過這樣的組合,工程師可以準確的產生介於25Hz~10KHz的聲音頻譜。



圖三、Glenn Research Center的聲學實驗室。



  這個實驗室能產生最大分貝(acoustic overall sound pressure level, OASPL)是163dB,並預計未來要升級到166dB。您別小看只多了3dB,這輸入的能量可是變成兩倍!

任何一個25Hz的號角喇叭產生的音量,大約等同於數千個家用型喇叭,能發出震耳欲聾的聲音。

  並且房間內充滿了氮氣,如果有人待在這個房間太久,他不是被震到耳聾,就是會因為缺氧而死。

  所以安全上的設計也非常重要,只要門一被打開,聲音就會自動關閉。

  在火箭發射過程中,高溫、高熱並不算最難克服的,最具挑戰的,反而是發出巨響造成的振動

  位於荷蘭的Large European Acoustic Facility (LEAF),能發出154dB的聲響。是放音樂測試嗎? 不是,如前面所說,是一種各個頻率(25~10KHz)都有的噪音。



圖四、Large European Acoustic Facility的實驗室,能發出154dB的聲響



  由於噪音造成的振動是如此劇烈,NASA需要在火箭升空時在發射台噴出大量的水,最快每分鐘有90萬加侖,相當於每分鐘340萬公升! 

  這個辦法是和潛水艇借來的。由於柴油引擎的潛水艇太吵,很容易被聲納追蹤,工程師就在引擎周邊產生氣泡,一方面吸收聲納傳出來的波,一方面吸收引擎噪音,達到匿蹤的效果。



圖五、NASA's Sound Suppression System



  最後做個小結,NASA的RATF能產生163dB的聲音,ESA的LEAF則是154dB,那文章開頭提到的法國喇叭呢? 內部壓力雖有174dB,但實際發聲只有108dB,和NASA的系統能量相差31萬6千倍! 不過也別因此小看它,傳統喇叭要發出108dB,體積要它的20倍大呢!



以上是筆者在日常吃飯逛街之餘,所做的觀察!



資料來源:

文章:





1.  Reverberant Acoustic Test Facility (RATF)

https://www1.grc.nasa.gov/facilities/spf/

2. How to Sound Check the World’s Most Powerful Rocket

https://motherboard.vice.com/en_us/article/mg7b5x/how-to-sound-check-the-worlds-most-powerful-rocket

3. The Most Killer Speaker System in the World is for Rocket Science

https://motherboard.vice.com/en_us/article/ezvn37/to-stress-test-rockets-scientists-built-the-loudest-soundsystem-in-the-world

4. NASA's Incredible Sound Suppression System Prevents Rockets from Exploding

https://interestingengineering.com/nasa-sound-suppression-system-prevents-rocket-from-exploding



圖片:





一、金門北山播音牆

https://kinmen.travel/zh-tw/travel/attraction/1394

二、德國Klangfilm推出的Euronor大號角,提供給劇院使用,1943年

https://www.pinterest.com/pin/310185493076916265/

三、Glenn Research Center的聲學實驗室

https://www.nasa.gov/content/reverberant-acoustic-test-facility/

四、Large European Acoustic Facility

https://www.european-test-services.net/services-mechanical-Large-Acoustic.html

五、NASA's Sound Suppression System

https://interestingengineering.com/nasa-sound-suppression-system-prevents-rocket-from-exploding

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