Шумопоглощающая панель

Полезная модель относится к устройствам для защиты от звуковых волн, их улавливания, подавления и поглощения, и может быть использована в зданиях и сооружениях, для обеспечения нормального акустического режима, в частности в мероприятиях по звукопоглощению в производственных помещениях, в защитных экранах для оборудования, являющегося источниками шума, в экранах придорожного шумоподавления, в шахтах всасывания и выхлопа стендов испытания двигателей, в газоперекачивающих установках, компрессорах.
Известно изобретение №2155252, шумозащитный экран смонтирован на фундаменте и состоит из набора акустических панелей, выполненных в виде параллелепипедов, полости которых заполнены звукопоглощающими модулями, изготовленными из минеральной ваты, и имеющих перфорацию. Каждая панель образована двумя П-образными листами и снабжена в верхней и нижней частях вибродемпфирующими фиксаторами, материалом для которых может служить полиэтилен. Фиксаторы выполнены в виде крышек с корытообразными поперечными сечениями. По периметру верхней части наружной поверхности каждого фиксатора выполнен прилив, в теле которого образован вертикальный паз, в который с натягом вставлены стенки акустической панели. Недостаток данных панели состоит в том, что у них небольшой коэффициент звукопоглощения на низких частотах шума, что характерно для панелей, заполненных минеральной и стеклянной ватой, при их толщинах 100 мм и менее.
2
2
Известно изобретение №2266997, в котором шумоизолирующая и шумопоглощающая акустическая сэндвич-панель образована задней и передней панелями. Между панелями размещен шумопоглощающий блок. Акустическая сэндвич-панель оснащена выполненными из профиля с резонирующей полостью разделителями шумового потока, которые расположены со стороны передней панели с наклонными пластинами с козырьками, смонтированными горизонтально и параллельно друг другу с образованием щелевых ловушек. Акустическая сэндвич-панель снабжена плоским модулем, выполненным, по меньшей мере, из одного слоя волокнистого материала, имеющего поверхностную плотность в пределах от 100 до 1500 г/м, и плоской акустической мембраной из, по меньшей мере, одного слоя звукопроницаемого материала, имеющего поверхностную плотность в пределах от 25 до 200 г/м. Последняя совместно с разделителями шумового потока и наклонными пластинами с козырьками смонтированы в объемный модуль из, по меньшей мере, двух вертикально ориентированных разделителей шумового потока, из профиля с резонирующей полостью и последовательно зафиксированных на них плоской акустической мембраны и наклонных пластин с козырьками. Плоский и объемный модули смонтированы последовательно с наружной стороны передней панели, а шумопоглощающий блок зафиксирован относительно передней и задней панелей посредством клея и/или механически. Недостатком данного изобретения является его конструктивная сложность в связи с многоступенчатостью последовательного прохождения звука, сначала через объемный модуль, состоящий из наклонных пластин с козырьками, которые образуют щелевые ловушки, через акустические мембраны, через разделители шумового потока выполненными из профиля с резонирующей полостью, через плоский модуль из звукопроницаемого полотна и наконец через шумопоглощающую сендвич-панель с перфорацией и задней стенкой, при этом, эффективные на низких частотах шумов резонаторы, расположены не равномерно по всей площади панели, а только с торцов объемного модуля, в разделителях шумового потока, соответственно основной объем звуковых низкочастотных колебаний проходит через панель вне зоны работы резонаторов.
Известно изобретение №2151839, защитный экран для придорожного шумопоглощения выполнен с плоской камерой смешения активных составляющих высокочастотного спектра шумового потока, образованной между плитами материалов с дифференцированными свойствами шумопоглощения, сообщенной через поперечные сквозные отверстия с резонаторными полостями в полых разделителях, установленных по внутреннему контуру прямоугольной рамы. Лицевые наклонные пластины снабжены укороченными хвостовиками, выполненными с обратным наклоном, кромками направленными на соседние наклонные пластины. Лицевые наклонные пластины, прямоугольная рама, полый разделитель и задняя плоская стенка выполнены из стекло-базальтопластика, задняя плоская стенка может быть выполнена, в другом варианте, из пеноалюминия или пенобетона. Плиты материалов с дифференцированными свойствами шумопоглощения могут быть выполнены из стекло- или базальтоволокнистого материала, или пеноалюминия, или пенобетона, или в сочетании с армирующими их стекло- или базальтоволокнами. Недостатком данного изобретения является малый процент звукопоглощения шумов низких частот, в связи с тем, что низкие частоты могут улавливаться не всей площадью экрана, а узкой полосой стержневых разделителей, в виде резонаторов, которые располагаются только по внутреннему контуру прямоугольной рамы защитного экрана.
Известно изобретение RU 2544349, резонансный шумопоглотитель, содержащий соединяемые между собой панель с технологическими отверстиями, в которые вставляются сменные втулки, выполняющие функции горловин резонатора, и короб с ребрами жесткости. Недостатком устройства является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения за счет частичного отражения звуковых волн средних и высоких частот от звукопоглотителя, а также сравнительно узкий (исключительно низкие частоты) диапазон звукопоглощения.
Известно изобретение RU 2598236, в котором звукопоглощающая конструкция, выполнена в виде двух перфорированных стенок, между которыми расположен многослойный звукопоглощающий элемент, многослойный звукопоглощающий элемент выполнен двухслойным, причем слой, прилегающий к одной из стенок, выполнен звукопоглощающим, а слой, прилегающий к другой перфорированной стенке, выполнен из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны Недостаток данной конструкции в том, что она плохо гасит шумы на низких частотах.
Известна звукопоглощающая панель (изобретение №2649209), содержащая перфорированную стенку с резонансными отверстиями, выполняющими функции горловины резонатора Гельмгольца, и боковинами, заполненную звукоизоляционным материалом, помещенным в защитную звукопроницаемую оболочку, и торцовые крышки швеллерного профиля, боковины выполнены с продольными желобами для закладки в них вибродемпфирующего материала и заплечиками для упора и фиксации звукоизоляционного материала с защитной звукопроницаемой оболочкой на перфорированной стенке путем охвата его краев, причем заплечики снабжены элементами навески звукопоглощающей панели на стене помещения, а торцовые крышки содержат выступы и пазы шипового соединения с возможностью последующего сопряжения их с вибродемпфирующим материалом. Недостатком данной звукопоглощающей панели в подобном конструктивном решении является то, что если она будет эффективна на низких частотах звукопоглощения, как резонатор Гельмгольца, то она будет не эффективна на средних и высоких частотах, как звукопоглощающая панель из звукоизоляционных материалов и наоборот, т.к. при соблюдении условий конструирования резонаторов, с нормативными соотношениями между их объемом, площадью отверстий горла и высотой горла, при широко распространенной толщине плит из звукопоглощающего материала в 50, 100, 150 мм и соответствующей глубине, звукопоглощающей панели, она будет иметь процент перфорации менее 15-20%, что неэффективно для панели из звукопоглощающего материала, рассчитанной на звукопоглощение средних и высоких частот, для увеличения данного процента перфорации, необходимо уменьшить объем, т.е. толщину резонатора, соответственно и толщину слоя звукопоглощающего материала, менее 50 мм, что также не эффективно для звукопоглощающей панели, предназначенной для поглощения шумов на средних и высоких частотах, с требуемым коэффициентом звукопоглощения не менее 0,8, т.е. в варианте данной панели, она будет эффективно работать, или как резонатор на низких и частично на средних частотах и не работать на высоких частотах, при коэффициенте перфорации стенки менее 20%, или как звукопоглощающая панель, работающая за счет свойств звукопоглощающего материала, на средних и высоких частотах и не работающая на низких частотах, как резонатор, при перфорации стенки около и более 20%, т.е. в обоих случаях частотный диапазон этой звукопоглощающей панели будет ограничен.
Известны резонаторы с заполнением их внутреннего объема звукопоглощающим волокнистым материалом (Утверждено Приказом НИИСФ Госстроя СССР от 24 сентября 1985 г. N 39-и. ПОСОБИЕ ПО РАСЧЕТУ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ МНОГОСЛОЙНЫХ ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИХ СИСТЕМ (КОНСТРУКЦИЙ) (К СНиП II-12-77) Рекомендовано к изданию Научно-техническим советом НИИСФ Госстроя СССР, Приложение 4, стр. 24-30, табл. 1, 2). В данном варианте резонаторы не только имеют эффективные коэффициенты звукопоглощения более 0,8, на низких частотах, но и фрагментально даже на средних частотах, но в виде пиковых, а не устойчивых линейных величин, что характерно для звукопоглощающих панелей, без эффекта резонанса на средних и высоких частотах. Недостаток данных конструкций, отсутствие эффективного звукопоглощения на всем диапазоне средних и высоких частот.
Известна конструкция звукопоглощающей плиты (Справочник проектировщика. Защита от шума. Под редакцией Е.Я. Юдина. М. Стройиздат, 1974 г, табл. 8.4, № п/п 16, стр. 129) с использованием звукопоглощающего материала в виде минеральной ваты, где эффективный коэффициент звукопоглощения на средних и высоких частотах с величиной более 0,8 и не эффективный коэффициент звукопоглощения на низких частотах.
Цель полезной модели - создание универсальной шумопоглощающей панели, у которой единица наружной площади будет иметь эффективный коэффициент звукопоглощения в широком частотном диапазоне, т.е. как на низких частотах, так и на средних и высоких частотах.
Данная задача решается за счет того, что в одной шумопоглощающей панели, на единице ее площади, одновременно присутствуют и равномерно распределены на ней, как резонаторный блок, обеспечивающий звукопоглощение на низких частотах, так и слой звукопоглощающих материалов, обеспечивающий звукопоглощение на средних и высоких частотах.
Резонаторный блок Гельмгольца и слой звукопоглощающих материалов расположены последовательно, по толщине конструкции шумопоглощающей панели, по направлению распространения звука. Резонаторный блок состоит из объемного элемента резонатора Гельмгольца и его съемной крышки, в котором перпендикулярно его плоскости, расположены горловые отверстия резонатора в виде цилиндрических трубок, расчетной длины.
3
На поверхности резонатора, по направлению шумового воздействия на панель, находится блок звукопоглощающих материалов, занимая площадь всего резонатора и имея единый с ним габарит, или часть его площади. Звукопоглощающий материал занимает пространство между горловыми отверстиями резонатора, которые прошивают массив блока звукопоглощающих материалов, данная конструкция позволяет увеличить долговечность звукопоглощающего материала, за счет дополнительного препятствия его вертикальному оседанию, осыпанию и слеживаемости, что характерно для волокнистых, сыпучих и дробленных звукопоглощающих материалов, в варианте вертикального навешивания шумопоглощающих панелей на стены. Также, это позволяет кроме плитных волокнистых материалов с их плотностью более 30-35 кг/м, применять и рулонные эффективные волокнистые звукопоглощающие материалы меньшей плотностью, для которых горизонтальные цилиндрические горловые трубки будут выполнять роль дополнительных анкеров, а для сыпучих материалов будут препятствием их слеживаемости с оседанием и уплотнением. Также, поверхность границы резонаторного блока, с блоком звукопоглощающих материалов может быть выполнена в виде дополнительного элемента - рассеивателя звука, рельефная рабочая поверхность которого, может быть выполнена на крышке резонатора, в процессе изготовления данной крышки, или данный рассеиватель может быть сформирован в виде отдельных пластин с рельефной поверхностью, которые одеваются на трубки резонатора, за счет имеющихся отверстий в данной пластине. Рассеиватель звука предназначен для обратного отражения прошедшего через блок звукопоглощающих материалов звука, в варианте его более полного поглощения. Резонаторный блок и слой звукопоглощающих материалов, своими боковыми поверхностями, заключены в корпус, на лицевой поверхности которого находится облицовка панели в виде звукопроницаемого материала, например в виде стеклоткани, также в качестве облицовки, дополнительно может находиться перфорированный лист.
На фиг. 1, 2 показана шумопоглощающая панель, состоящая из резонатора Гельмгольца 1, который собирается из двух элементов, из единого объемного элемента резонатора 3 и его крышки 4, крышка 4 имеет рабочую поверхность, на которой располагаются входные отверстия резонатора в виде полых трубок 5 определенной высоты. Рабочая поверхность крышки 4 может иметь конфигурацию рассеивателя падающего на нее звука 6, за счет штампования на данной поверхности кроме горлышек резонатора, рельефа, с углами плоскостей менее 180° к плоскости перпендикулярной к фронту распространения звука, также данный рассеиватель 6 может быть сформирован из рельефного вкладыша, одеваемого на трубки 5 резонатора, за счет имеющихся в нем отверстий. На фиг. 2 (сеч 1-1) показана работа панели по звукопоглощению шумового воздействия на низких 10, средних и высоких частотах 11. Вся площадь звукопоглощающей панели участвует в поглощении низких частот, за счет равномерно расположенных на поверхности акустической панели отверстий трубок 5 резонатора 1, между трубками 5 входных отверстий резонатора укладывается слой звукопоглощающего материала 2, для звукопоглощения средних и высоких частот звукового воздействия 11, его толщина может быть равна высоте трубок 5, а также может быть меньше, данной высоты. Наружная поверхность шумопоглощающей панели, закрывается облицовкой, в виде звукопроницаемой ткани, или пленки 8, или перфорированным металлическим листом 9, или совместно и тем и другим.
Таким образом, единица поверхности шумопоглощающей панели будет иметь эффективный коэффициент звукопоглощения в широком частотном диапазоне, т.е. как на низких частотах, так и на средних и высоких частотах.
Конструкции резонаторного блока, состоящие из объемного элемента резонатора 3 и его съемной крышки 4, могут быть изготовлены из металла, путем его штамповки, прессования с вытяжкой, или сварки, могут быть изготовлены из бетонов с использованием минеральных, полимерных вяжущих веществ, путем заливки их в формы, а также из любых других листовых материалов, путем их раскроя и герметичного соединения в конструкцию резонатора. Материалы звукопоглощающего слоя должны быть, пористыми в виде акустических поролонов, насыпных материалов; волокнистыми в виде минеральных, или стеклянных ват, или из полимерных, или из природных волокон; в качестве насыпных материалов могут быть использованы как природные, так и искусственные вещества.
Шумопоглощающая панель, состоящая из резонаторного блока 1, слоя звукопоглощающих материалов 2, облицовки рабочей поверхности панели в виде звукопроницаемого материала 8, перфорированного листа 9 собирается в единую конструкциию за счет наличия несущей оболочки в виде корпуса 7.
Данная звукопоглощающая панель может быть использована в составе конструкций по звукопоглощению в производственных помещениях, в защитных экранах для оборудования, являющегося источниками шума, в экранах придорожного шумоподавления, в шахтах всасывания и выхлопа стендов испытания двигателей, в газоперекачивающих установках, компрессорах.
На Фиг. 1 показан вид звукопоглощающей панели.
На Фиг. 2 показан поперечный разрез звукопоглощающей панели 1-1.