ШУМОПОНИЖАЮЩИЙ ЭКРАН
NOISE-REDUCING SCREEN

Изобретение относится к шумопонижающим конструкциям и, в частности, к шумоизоляционным экранным элементам, предназначенным для защиты селитебных территорий населенных пунктов от негативного шумового воздействия, генерируемого транспортными средствами и промышленным оборудованием, устанавливаемым вдоль автомобильных и железных дорог, аэродромов, открытых участков линий метрополитена, вблизи испытательных полигонов, шумоактивных строительных и производственных площадок или каких-либо других источников повышенного шумового излучения, квалифицируемых в качестве объектов, производящих акустическое загрязнение окружающей среды. При этом негативному воздействию шумового излучения подвергаются как люди, так и животные, обитающие на селитебных территориях (лесных массивах, полях), прилегающих к отмеченным шумоактивным объектам, вызывая нарушение процессов спаривания и продуктивного размножения.
Из патента США на изобретение US 4007919 (опубликованного 15.02.1977), европейского патента на изобретение EP 0213521 (опубликованного 16.08.1986), патента Франции на изобретение FR 2780074 (опубликованного 19.06.1998), патента Германии на изобретение DE 10159160 (опубликованного 26.06.2003), международной заявки на изобретение WO 2007/120061 (опубликованной 25.01.2007) известно применение различных конструкций шумопонижающих экранов, принцип действия которых основан преимущественно на процессах отражения звуковых волн в сторону непосредственных источников их излучения. Такого типа конструкции, как правило, устанавливаются на фундаменте в непосредственной близости от источника (источников) шумового излучения и содержат несущие элементы в виде вертикальных стоек и горизонтальных профилей, на которых монтируются плоские панели, изготовленные из различных металлических сплавов (например, на основе стали, алюминия) или из светопрозрачного полимерного материала (например, поликарбонатного пластика).
Основным и наиболее важным недостатком такого типа представленных технических решений является отсутствие звукопоглощающих элементов в составе их структур, не обеспечивающих необратимого преобразования (рассеивания) энергии падающих звуковых волн в тепловую энергию, реализуя при этом лишь процесс частичного отражения звуковой энергии, излучаемой шумоактивными объектами. Неотраженная доля звуковой энергии переизлучается частично звукопрозрачными и динамически возбуждающими падающими звуковыми волнами составными элементами шумопонижающего экрана, а также свободно распространяется через его верхнюю зону на близлежащие обитаемые (селитебные) территории.
Из патента Германии на изобретение DE 19804862 (опубликованного 08.10.1998), патента Германии на изобретение DE 10251506 (опубликованного 22.07.2004), европейского патента на изобретение ЕР 1031671 (опубликованного 30.08.2000), патента Великобритании на изобретение GB 2251256 (опубликованного 01.07.1992), патента США на изобретение US 5942736 (опубликованного 24.08.1999) известны конструкции шумопонижающих экранов, содержащие в своем составе вертикальные стойки и горизонтальные профили, тыльную звукоотражающую панель, изготовленную из плотного конструкционного материала (металлического, полимерного) и перфорированную сквозными отверстиями или соответствующим образом профилированную лицевую панель (например, зигзагообразного профиля или отгибов с щелевыми отверстиями), расположенную с заданным воздушным зазором относительно тыльной панели. В результате представленное конструктивное исполнение такого типа шумопонижающего экрана образует резонаторную шумопонижающую конструкцию множества резонаторных горлышек и камер (резонаторов Гельмгольца), позволяющих достичь настроенного на относительно узкий частотный диапазон поглощение энергии падающих звуковых волн, что является существенным недостатком для целенаправленного необходимого заглушения шумовой энергии типичных широкополосных (с широкой частотной полосой излучения) источников. Возможны конструктивные варианты исполнения шумопонижающих экранов с расположением в полости, образованной между двумя панелями (тыльной звукоотражающей и лицевой звукопрозрачной), семейств разнообразных (разногабаритных) резонаторных камер, каждая из которых обеспечивает тот или иной настроенный шумопонижающий эффект в отдельных диапазонах частот звукового (шумового) спектра.
Существенным недостатком такого типа конструкций шумопонижающих экранов является относительно узкополосный по частотному диапазону эффект поглощения звуковой энергии при весьма ограниченных возможностях его расширения использованием нескольких (ограниченного числа) такого типа резонаторных камер, что не позволяет в достаточной степени снижать шумовое излучение транспортных средств и/или шумоактивного промышленного оборудования, генерируемое, как правило, в широком диапазоне звуковых частот, охватывающем большую часть звукового диапазона, воспринимаемого человеческим ухом.
Для расширения частотного диапазона эффективного поглощения звуковой энергии в описаниях патента Германии на изобретение DE 3012514 (опубликованного 08.10.1981), европейского патента на изобретение EP 1077446 (опубликованного 21.02.2001), заявки США на изобретение US 2003/0006090 (опубликованной 09.01.2003), международной заявки на изобретение WO 2007/140728 (опубликованной 13.12.2007) представлены различные конструкции шумопонижающих экранов, в которых в полости, образованной тыльной звукоотражающей панелью и лицевой звукопрозрачной (перфорированной) панелью, размещается монолитная плосколистовая звукопоглощающая панель, изготовленная преимущественно из пористого волокнистого материала на основе натуральных, синтетических или минеральных волокон. При этом указанная звукопоглощающая панель может монтироваться на верхнем горизонтальном профиле экрана с использованием соответствующих механических крепежных элементов с образованием заданного воздушного зазора относительно лицевой звукопрозрачной и тыльной звукоотражающей панелей. Возможны также варианты монтажа плосколистовых звукопоглощающих панелей на поверхности тыльной звукоотражающей панели с использованием липкого клеевого покрытия, обеспечивая тем самым заданный воздушный зазор относительно лицевой звукопрозрачной панели. Для исключения загрязнения и попадания в пористую структуру плосколистовой звукопоглощающей панели мелких аморфных частиц, влаги, эксплуатационных жидкостей ее лицевая поверхность (в отдельных случаях и торцевые поверхности) облицовывается защитным звукопрозрачным слоем газовлагонепроницаемой пленки или ткани.
Недостатком представленного технического решения является недостаточно высокая акустическая (шумопонижающая) эффективность такого типа используемой плосколистовой звукопоглощающей панели в составе конструкций шумопонижающих экранов вследствие неудовлетворительных звукопоглощающих свойств структур панельного типа, характеризующихся выраженным скачкообразным изменением (рассогласованием) волнового сопротивления на границе сопряжения лицевого слоя панели с воздушной средой, уменьшающим звукопоглощающий эффект.
В качестве прототипа выбран патент РФ на изобретение RU 2155252, опубликованный 27.08.2000, в котором описана конструкция шумопонижающего экрана, содержащего в своем составе несущие вертикальные стойки и горизонтальные профили, на которых смонтированы изолированные друг от друга шумопонижающие модули. Каждый из указанных шумопонижающих модулей содержит тыльную звукоотражающую панель, перфорированную сквозными отверстиями, лицевую звукопрозрачную панель, монолитную плосколистовую звукопоглощающую панель из волокнистого нетканого материала (минеральной ваты). При этом плосколистовая звукопоглощающая панель монтируется на внутренней поверхности нижнего горизонтального профиля, полностью заполняя воздушный зазор между тыльной звукоотражающей и лицевой звукопрозрачной панелями. Для исключения структурного вибрационного возбуждения и переизлучения вследствие этого звуковой энергии в виде структурного звука тыльная звукоотражающая и лицевая звукопрозрачная панели сообщаются с присоединенными элементами посредством соответствующих вибродемпфирующих фиксаторов корытообразного поперечного сечения.
Несмотря на то, что в указанном техническом решении в определенной степени решается проблема снижения вибрационного возбуждения составных элементов шумопонижающего экрана и последующего ослабления переизлучения или паразитного структурного шума, в это же время недостаточно эффективными являются используемые акустические модули, с точки зрения эффективного поглощения средне- и высокочастотного шума, передающегося на шумопонижающий экран воздушным путем от источника (источников) излучения звуковой энергии (источников шума). Это обусловлено как недостаточно высокой акустической (шумопонижающей) эффективностью используемой пористой структуры материала звукопоглощающих панелей, так и ослаблением эффектов поглощения звуковой энергии ввиду их нерационального размещения, с исключением образуемых воздушных зазоров относительно тыльной звукоотражающей и лицевой звукопрозрачной панелей.
Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в повышении акустической (шумопонижающей) эффективности технического устройства при уменьшении расхода пористого вещества звукопоглощающих панелей, снижении загрязнения окружающей среды используемыми в качестве исходных звукопоглощающих веществ технологических отходов производства и утилизации акустических материалов (деталей, изготовленных из акустических материалов), технических объектов, например автомобилей, завершивших свой жизненный цикл, при существенном снижении себестоимости изготовления конструкции такого типа шумопонижающего экрана. Результат достигается как путем создания условий интенсификации процессов динамических деформаций пористого скелета дробленых фрагментированных структур пористых звукопоглощающих панелей и сопутствующих диссипативных рассеиваний энергии, так и усиления краевого дифракционного механизма поглощения энергии звуковых волн, а также увеличения активной поверхности звукопоглощения такого типа структур.
эл
зп
зп
Поставленная техническая задача решается за счет того, что в известном шумопонижающем экране, содержащем в своем составе несущие элементы типа поперечных стоек и продольных профилей, шумопоглощающий элемент, расположенный с заданным воздушным зазором в полости между тыльной звукоотражающей панелью и перфорированной сквозными отверстиями лицевой звукопрозрачной панелью, в заявляемой конструкции шумопонижающего экрана шумопоглощающий элемент содержит несущую основу листового перфорированного или сетчатого типа, закрепленную к горизонтальным профилям или основанию шумопонижающего экрана механическими крепежными элементами, футерованную, по крайней мере, с одной из ее сторон обособленными звукопоглощающими панелями, представляющими совокупность дробленых фрагментов пористых волокнистых или вспененных открытоячеистых материалов, которые определенным образом распределены и неподвижно закреплены на поверхности несущей основы, с образованием воздушных зазоров между ними, при этом величина образуемого эквивалентного воздушного зазора между близлежащими торцевыми поверхностями обособленных звукопоглощающих панелей не превышает , где S - площадь проекции на лицевую поверхность несущей основы, меньшей по площади из близлежащих обособленных звукопоглощающих панелей, закрепленных на ней, при этом, по крайней мере, со стороны размещения обособленных звукопоглощающих панелей поверхность шумопонижающего элемента футерована слоем звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленки или ткани. При этом ширина воздушного зазора между лицевыми поверхностями обособленных звукопоглощающих элементов и лицевой перфорированной панелью, лицевыми поверхностями обособленных звукопоглощающих элементов и тыльной звукоотражающей панелью лежит в диапазоне Z=2…20h (где h - толщина обособленных звукопоглощающих панелей, определяемая размерностью сечения, перпендикулярного лицевой поверхности несущей основы).
В качестве величины эквивалентного воздушного зазора, образуемого между близлежащими торцевыми поверхностями обособленных звукопоглощающих панелей, следует понимать максимальное значение расстояния между двумя параллельными плоскостями, проведенными по касательным к двум крайним точкам проекций контуров соседних противолежащих обособленных звукопоглощающих панелей на плоскость несущей основы. Проекции контуров обособленных звукопоглощающих панелей преимущественно имеют формы правильных геометрических фигур - треугольника, прямоугольника, трапеции, выпуклых многоугольников, круга (сегмента круга), эллипса (сегмента эллипса). Проекции контуров обособленных звукопоглощающих панелей, выполненных в виде выпуклых многоугольников, могут представлять собой выпуклый четырехугольник (сумма углов которого равна 360°), выпуклого многоугольника с числом сторон n, сумма внутренних углов которого равна 180° (n-2).
Звукопрозрачная газовлагонепроницаемая пленка может быть выполнена полиэстеровой алюмонизированной, уретановой, поливинилхлоридной и т.п. Звукопрозрачный слой ткани может быть выполнен на основе материала типа «малифлиз», «филтс», стеклоткани и т.п.
2
r
При использовании обособленных звукопоглощающих панелей, включающих пористый звукопоглощающий слой и звукопрозрачный защитный пленочный или тканевый слой, применяются соответствующие технологические процедуры и вещества для их звукопрозрачных сшивок, как это, в частности, отмечено в патенте РФ №2188772, опубликованном в бюллетене №25 от 10.09.2000. Звукопрозрачность облицовочных слоев (пленки, ткани) характеризуется величиной поверхностной плотности (удельной поверхностной массы), которая должна, преимущественно, находиться в диапазоне 20…70 г/м при толщине 0,025…0,1 мм. Защитный облицовочный слой принято считать звукопрозрачным в тех случаях, когда его установка на поверхность пористого звукопоглощающего слоя («технологическая сшивка» их сопрягаемых поверхностей) вызывает допустимое падение реверберационного коэффициента звукопоглощения (α) не более чем на 20%.
пep
кар
С целью обеспечения высокой степени звукопрозрачности несущей основы шумопоглощающего элемента ее коэффициент перфорации определяется из соотношения , где S - суммарная площадь проекции отверстий перфорации на плоскость поверхности несущей основы, S - площадь лицевой поверхности несущей основы.
Использование заявляемого технического решения позволяет получить следующие положительные эффекты:
- увеличить степень поглощения звуковой энергии за счет наиболее полного использования многочисленных периметрических зон звукопоглощающих элементов, включением механизмов реализации концевых граневых дифракционных эффектов поглощения звуковой энергии (дифракционного поглощения, площадей торцевых зон многочисленных автономных звукопоглощающих элементов), а также за счет минимизации эффектов отражения звуковых волн от несущих основ шумопонижающего экрана с заданной степенью звукопрозрачности;
- исключить загрязнение окружающей среды производственными и технологическими отходами, производимыми в процессах изготовления акустических материалов и полномасштабных шумопонижающих деталей для транспортных средств, промышленного и технологического оборудования, строительных сооружений и др. (производится лишь фрагментированное дробление уже изготовленных ранее материалов и деталей);
- исключаются затраты и негативное воздействие на окружающую среду, связанные с добычей исходного сырья для последующего изготовления акустических материалов и деталей, а также на их утилизацию, связанную с захоронением (вследствие невозможности их повторного использования или энергетической утилизации).
Проекции лицевых поверхностей обособленных звукопоглощающих панелей на поверхность несущей основы шумопоглощающего элемента могут быть как в виде «правильных» геометрических фигур, которые получают в процессах вырубки (дробления) из отходных крупногабаритных «стандартных» заготовок типа прямоугольных листов или протяженных полос, так и в виде произвольных геометрических форм, образованных технологических отходов в процессах вырубки крупногабаритных плосколистовых или цельноформованных шумопонижающих деталей сложной пространственной геометрической формы и/или преднамеренных процессов дробления крупногабаритных рисайклинговых шумопонижающих деталей.
2
2
2
Диапазон площадей проекции лицевой поверхности одной обособленной звукопоглощающей панели выбирается равным 0,0004…0,09 м, что обусловлено следующими факторами. Использование обособленных звукопоглощающих панелей площадью проекции ≤0,0004 м (например, квадратной формы, размерами меньше 20×20 мм) вынуждает использовать большое количество крепежных элементов (механических или адгезионного вещества типа липкого клеевого), а также большую трудоемкость их изготовления. Использование обособленных звукопоглощающих панелей площадью проекции ≥0,09 м(например, квадратной формы, размерами больше 300×300 мм) приводит к заметному падению шумопонижающей эффективности, а также обуславливается ограниченностью их наличия для последующего использования ввиду малого количества технологических отходов, имеющих такого типа крупногабаритные размеры.
отв
отв
-6
-4
2
Отверстия перфорации несущей основы листового типа могут быть расположены как равномерно, так и не равномерно. При неравномерном расположении наибольшее количество отверстий располагается в зонах, где необходимо обеспечить повышенное звукопоглощение, например, по высоте, в пространственных зонах расположения наиболее шумоактивных агрегатов и систем транспортных средств. Межцентровой шаг t отверстий перфорации определяется из соотношения t≤1,2S, где S - площадь проекции одного отверстия перфорации, равная 1×10…25×10 м.
Отверстия перфорации в структуре несущей основы перфорированного типа могут быть сквозными круглыми, либо могут быть выполнены в виде сквозных открытых просечек с отгибами снизу (уменьшение воздействия атмосферных осадков на элементы шумопонижающего экрана), либо иметь иную геометрическую форму.
Несущая основа шумопоглощающего элемента сетчатого типа может быть выполнена из проволочной металлической сетки с заданным размером ячеек.
Несущая основа шумопоглощающего элемента может быть выполнена также из листового прессованного пористого волокнистого, вспененного или комбинированной слоистой структуры вспенено-волокнистых слоев звукопоглощающих материалов, в том числе и с закладным армирующим каркасным элементом, обеспечивающим приемлемые жесткостные, прочностные и долговечностные характеристики.
В случае двухстороннего поверхностного футерования (звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пенкой или слоем звукопрозрачного нетканого материала) шумопоглощающего элемента, два образуемых футерующих слоя могут взаимно сопрягаться в промежутках между обособленными звукопоглощающими панелями посредством технологической операции оплавления или склеивания. Также два футерующих слоя, располагаемых по обе стороны шумопоглощающего элемента, могут не сопрягаться друг с другом, образуя тем самым закрытые воздушные полости, в которых заключены обособленными звукопоглощающими панелями.
Газовлагонепроницаемая звукопрозрачная пленка или слой нетканого звукопрозрачного материала может футеровать исключительно только лицевую поверхность обособленных звукопоглощающих панелей, при этом их торцевые зоны остаются нефутерованными или же футеровать как лицевую поверхность обособленных звукопоглощающих панелей, так и их торцевые зоны.
Обособленные звукопоглощающие панели могут быть выполнены из различных типов и марок волокнистой и/или вспененной пористых структур акустических материалов с отличающимися физическими характеристиками, химическим составом, толщиной, пористостью, количеством и сочетанием типов пористых слоев в составе многослойных пористых структур. В частности, используемый тип материала обособленных звукопоглощающих панелей может зависеть от эксплуатационных условий. К примеру, в высокотемпературных зонах (условиях) могут использоваться обособленные звукопоглощающие панели, изготовленные из высокотемпературных волокон (например, базальтовых), в зонах потенциального попадания влаги, масла, топлива могут ограничено использоваться закрытоячеистые структуры пористых материалов.
Обособленные звукопоглощающие панели могут быть смонтированы на несущих шпилеобразных элементах несущей основы.
Обособленные звукопоглощающие панели могут быть расположены по обе стороны структуры несущей основы и при этом скреплены между собой тыльными сопрягаемыми поверхностями в зонах сквозных открытых промежутков отверстий перфорации или ячеек сетчатой структуры несущей основы посредством содержащихся на них или преднамеренно дополнительно нанесенных адгезионных липких клеевых или термоактивных покрытий (адгезионное сопряжение обеспечивается преднамеренным разогревом термоактивного вещества, нанесенного на сопрягаемую зону поверхности).
Для улучшения обзорности прилегающих территорий и эстетичности внешнего вида структура шумопонижающего экрана может содержать в своем составе светопрозрачную панель (окно), площадь лицевой поверхности которой составляет не более 30% от площади лицевой поверхности лицевой звукопрозрачной панели.
Несущая основа шумопоглощающего элемента может быть образована слоями звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленки или ткани, футерующими лицевые поверхности обособленных звукопоглощающих панелей.
Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что заявляемое устройство шумопонижающего экрана имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический результат, следовательно, предложенное техническое решение имеет "изобретательский уровень" по сравнению с существующим уровнем техники.
Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Другие особенности и преимущества заявляемого изобретения станут понятны из чертежей и следующего детального описания устройства,
где на фиг.1 представлен общий вид на лицевую сторону (со стороны расположения источника шумового излучения) заявляемого шумопонижающего экрана;
на фиг.2 представлено поперечное сечение шумопонижающего экрана с изогнутой верхней частью, установленного в непосредственной близости от шумоактивного объекта, шумопоглощающий элемент которого установлен на несущем основании, имеет изогнутую форму, повторяющую формы тыльной звукоотражающей и лицевой звукопрозрачной панелей, при этом по своей высоте практически полностью соответствует высоте внутреннего воздушного зазора;
на фиг.3 представлено поперечное сечение шумопонижающего экрана с изогнутой верхней частью, установленного в непосредственной близости от шумоактивного объекта, шумопоглощающий элемент которого установлен на нижнем горизонтальном профиле, имеет изогнутую форму, повторяющую формы тыльной звукоотражающей и лицевой звукопрозрачной панелей, при этом по своей высоте соответствует 60% высоты внутреннего воздушного зазора;
на фиг.4 представлено поперечное сечение шумопонижающего экрана, установленного в непосредственной близости от шумоактивного объекта, шумопоглощающий элемент которого установлен на несущем основании, по своей высоте практически полностью соответствует высоте образованного воздушного зазора, при этом на верхнем горизонтальном профиле шумопонижающего экрана с использованием монтажной рамы установлена светопрозрачная панель;
на фиг.5 представлено поперечное сечение шумопонижающего экрана, установленного в непосредственной близости от шумоактивного объекта, содержащего два разобщенных шумопоглощающих элемента, один из которых установлен на несущем основании, другой - на горизонтальном профиле, по своим высотам соответствуют высотам внутренних воздушных зазоров, при этом в центральной части шумопонижающего экрана с использованием монтажной рамы установлена светопрозрачная панель;
на фиг.6 представлено поперечное сечение шумопонижающего экрана прямолинейной формы, установленного в непосредственной близости от шумоактивного объекта, содержащего один шумопоглощающий элемент, смонтированный на несущем основании, по своей высоте соответствует высоте внутреннего воздушного зазора;
на фиг.7 представлено поперечное сечение шумопонижающего экрана прямолинейной формы, установленного в непосредственной близости от шумоактивного объекта, содержащего шумопоглощающий элемент, свободно подвешенный на верхнем продольном профиле, по своей высоте соответствует высоте внутреннего воздушного зазора;
на фиг.8 представлено поперечное сечение шумопоглощающего элемента, расположенного с заданными воздушными зазорами относительно лицевой звукопрозрачной и тыльной звукоотражающей панелей шумопонижающего экрана, содержащего в своем составе несущую перфорированную основу, обособленные пористые звукопоглощающие панели из однородного материала (волокнистого или вспененного открытоячеистого), смонтированные посредством монтажного адгезионного слоя, лицевые поверхности которых футерованы слоем звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленки или ткани;
на фиг.9 представлено поперечное сечение шумопоглощающего элемента, расположенного с заданными воздушными зазорами относительно лицевой звукопрозрачной и тыльной звукоотражающей панелей шумопонижающего экрана, содержащего в своем составе несущую перфорированную основу, обособленные пористые звукопоглощающие панели из однородного материала (волокнистого или вспененного открытоячеистого), смонтированные посредством монтажного адгезионного слоя, лицевые поверхности которых футерованы звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленкой или тканью с использованием промежуточного адгезионного слоя;
на фиг.10 представлено поперечное сечение шумопоглощающего элемента, расположенного с заданными воздушными зазорами относительно лицевой звукопрозрачной и тыльной звукоотражающей панелей шумопонижающего экрана, содержащего в своем составе несущую перфорированную основу, обособленные звукопоглощающие панели из разнородных структур пористых материалов (как волокнистых, так и вспененных открытоячеистых), смонтированные посредством монтажного адгезионного слоя, лицевые поверхности которых футерованы звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленкой или тканью;
на фиг.11 представлено поперечное сечение шумопоглощающего элемента, расположенного с заданными воздушными зазорами относительно лицевой звукопрозрачной и тыльной звукоотражающей панелей шумопонижающего экрана, содержащего в своем составе несущую перфорированную основу, обособленные пористые звукопоглощающие панели из однородного материала (волокнистого или вспененного открытоячеистого), смонтированные посредством монтажного адгезионного слоя, лицевые и боковые (торцевые) поверхности которых футерованы звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленкой или тканью;
на фиг.12 представлено поперечное сечение шумопоглощающего элемента, расположенного с заданными воздушными зазорами относительно лицевой звукопрозрачной и тыльной звукоотражающей панелей шумопонижающего экрана, содержащего в своем составе несущую перфорированную основу, обособленные пористые звукопоглощающие панели из однородного материала (волокнистого или вспененного открытоячеистого), смонтированные посредством шпилеобразных элементов, неподвижно закрепленных на несущей основе, лицевые поверхности которых футерованы звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленкой или тканью;
на фиг.13 представлено поперечное сечение шумопоглощающего элемента, расположенного с заданными воздушными зазорами относительно лицевой звукопрозрачной и тыльной звукоотражающей панелей шумопонижающего экрана, содержащего в своем составе несущую перфорированную основу, обособленные пористые звукопоглощающие панели, смонтированные посредством съемных механических крепежных элементов, лицевые поверхности которых футерованы звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленкой или тканью;
на фиг.14 представлена схема, иллюстрирующая величины эквивалентного воздушного зазора между близлежащими торцевыми поверхностями обособленных звукопоглощающих панелей шумопоглощающего элемента;
на фиг.15 представлены экспериментальные результаты определения реверберационного коэффициента звукопоглощения двух вариантов исполнения шумопоглощающего элемента шумопонижающего экрана (метод диффузного звукового поля, реализуемого в реверберационной камере - кабина Альфа).
На представленных фигурах введены следующие цифровые и буквенные обозначения:
1 - поперечные стойки;
2 - продольные профили;
3 - лицевая перфорированная панель;
4 - несущее основание;
5 - фундамент;
6 - дорожное покрытие;
7 - тыльная звукоотражающая панель;
8 - шумопоглощающий элемент;
9 - несущая перфорированная основа;
10 - обособленные звукопоглощающие панели;
11 - облицовочный звукопрозрачный газовлагонепроницаемый пленочный (тканевый) слой;
12 - источник шумового излучения (например, автотранспортное средство);
13 - светопрозрачная панель;
14 - монтажная рама;
15 - монтажный адгезионный слой;
16 - промежуточный адгезионный слой;
17 - шпилеобразные элементы, неподвижно закрепленные на несущей перфорированной основе;
18 - съемные механические крепежные элементы;
z - ширина воздушного зазора между поверхностью шумопоглощающего элемента и лицевой перфорированной или тыльной звукоотражающей панелями;
экв
Δ - величина эквивалентного воздушного зазора, образуемого между близлежащими торцевыми поверхностями звукопоглощающих панелей;
зп
h - толщина обособленных звукопоглощающих панелей.
эл
1
зп
зп
Заявляемый шумопонижающий экран содержит поперечные стойки 1 и продольные профили 2, шумопоглощающий элемент 8, расположенный с заданным воздушным зазором в полости между тыльной звукоотражающей панелью 7 и перфорированной сквозными отверстиями лицевой звукопрозрачной панелью 3, в состав которого входит несущая звукопрозрачная основа 9 листового перфорированного или сетчатого типа, закрепленная к несущему основанию 4 шумопонижающего экрана или на его продольных профилях 2. Несущая основа 9 по крайней мере с одной из ее сторон футерована обособленными звукопоглощающими панелями 10, которые определенным образом распределены и неподвижно закреплены на ее поверхности с образованием воздушных зазоров. При этом, по крайней мере, со стороны размещения обособленных звукопоглощающих панелей 10 поверхность шумопонижающего элемента футерована слоем звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленки или ткани 11. Величина образуемого эквивалентного воздушного зазора между близлежащими торцевыми поверхностями обособленных звукопоглощающих панелей 10 не превышает , где S - площадь проекции, меньшей по площади из близлежащих обособленных звукопоглощающих панелей 10 на лицевую поверхность несущей основы 9, закрепленных на ней. При этом ширина воздушного зазора, образуемого между лицевыми поверхностями обособленных звукопоглощающих панелей 10 и лицевой звукопрозрачной панелью 3, лицевыми поверхностями обособленных звукопоглощающих панелей 10 и тыльной звукоотражающей панелью 7 лежит в диапазоне z=2…20h, где h - толщина обособленных звукопоглощающих панелей 10. В качестве опорной поверхности для установки заявляемого шумопонижающего экрана используется монолитный фундамент 5, интегрированный в структуру дорожного покрытия или другой близлежащей к источнику излучения звуковой энергии горизонтальной поверхности.
В процессах эксплуатации транспортных средств, как и различного шумоактивного технологического и производственного оборудования, на автострадах, территориях жилой застройки и прилегающих территориях, генерируется звуковая энергия, квалифицируемая внешним шумом, который излучается в окружающее обитаемое пространство (селитебные территории). При использовании заявляемого устройства - шумопонижающего экрана, располагаемого в непосредственной близости от шумоактивного объекта 9, излучаемые звуковые волны падают на его лицевую звукопрозрачную панель 3 и распространяются в пространстве внутренней полости шумопонижающего экрана. Прошедшие прямые и многократно отражаемые от составных элементов шумопонижающего экрана звуковые волны падают на поверхность шумопоглощающего элемента, свободно распространяются, проходя через звукопрозрачную газовлагонепроницаемую пленку или тканевый слой 11 (например, звукопрозрачного нетканого материала), проникают в пористую структуру обособленных звукопоглощающих панелей 10. В пористой структуре обособленных звукопоглощающих панелей 10 происходит поглощение энергии звуковых волн за счет частичного преобразования ее в работу, расходуемую на динамические деформации пористого скелета и диссипативного процесса трения распространяемых звуковых волн в сообщающихся каналах пористой структуры, с необратимым преобразованием (рассеиванием) звуковой энергии в тепловую энергию. При этом увеличение эффективности звукопоглощения обеспечивается как за счет расширения активной (воспринимаемой падающие звуковые волны) площади поверхности обособленных звукопоглощающих панелей, так и за счет усиления поглощения звуковой энергии возникающими дифракционными краевыми эффектами, образующимися в их торцевых зонах. Звуковые волны также во время их прохождения через сквозные отверстия перфорации (через промежутки, ограниченные семейством ячеек - при использовании несущего каркаса в виде сетчатой детали), содержащиеся в структуре несущей основы 9, дополнительно теряют звуковую энергию при таком прохождении. В результате многократных процессов падений и отражений звуковые волны, распространяясь сквозь пористую структуру шумопоглощающего элемента, многократно теряют свою энергию. В случае, если шумопоглощающий элемент подвергается дополнительному вибрационному возбуждению (например, от проезжающих автотранспортных средств, работающими вблизи энергетическим или промышленным виброшумоактивным оборудованием, порывами ветра и т.п.), его каркас совершает соответствующие упругие деформации изгиба, сопровождаемые излучением дополнительного паразитного структурного шума. При формировании деформаций изгиба несущей основы 9 шумопоглощающего элемента между противолежащими зонами лицевой и тыльной сторонами его стенки формируются соответствующие поля динамических давлений (повышенных и пониженных знакопеременных давлений). Благодаря наличию в структуре несущей основы перфорированных отверстий или ячеек сетки происходит их быстрое компенсационное выравнивание (быстрое «перетекание» воздушной среды через образованные сквозные отверстия из зон повышенного давления в зоны пониженного давления). В связи с этим, использование в заявляемой конструкции шумопонижающего экрана перфорированных и/или сетчатого типа несущих структур позволяет, в ряде случаев, получать дополнительный шумопонижающий эффект по ослаблению такого паразитного структурного шума, излучаемого непосредственно вибрирующей структурой несущей основы. Использование в конструкции шумопоглощающего элемента защитной звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленки или слоя звукопрозрачного нетканого материала 11, сопрягаемого пористой структурой, позволяет исключить попадание и накапливание в пористой структуре обособленных звукопоглощающих панелей 10 мелких частиц, жидкостей, насекомых, исключить разрушение пористой структуры вследствие возможного замерзания попавшей в поры влаги при низких (знакопеременных) температурах эксплуатации (при вариантах отсутствия такого типа защитного слоя).
Эффективность заявляемого технического решения иллюстрируется приведенными экспериментальными результатами определения параметра «реверберационный коэффициент звукопоглощения», количественно характеризующего степень поглощения звуковой энергии опытного образца шумопоглощающего элемента заявляемого шумопонижающего экрана, изготовленного на базе отходных малогабаритных, с заданным взаимным расположением на поверхности несущей основы, обособленных звукопоглощающих панелей (заявляемая конструкция устройства), в сравнении с шумопоглощающим элементом аналогичной пористой структуры (той же марки материала), изготовленным в виде монолитного звукопоглощающего элемента той же площади лицевой поверхности. Испытания проводились с использованием измерительной реверберационной камеры «Кабина Альфа», с возбуждающим сигналом типа «белый шум» в частотном диапазоне октавных полос 500…8000 Гц. При акустических испытаниях оба варианта шумопоглощающих элементов устанавливались на специальные подставки высотой 300 мм от пола реверберационной камеры стендовой установки «Кабина Альфа». Реверберационный коэффициент звукопоглощения определялся при сопоставлении времени реверберации (затухания) диффузного звука в пустой реверберационной камере и в реверберационной камере с помещенным в ней образцом исследуемых шумопоглощающих элементов.
2
2
При испытаниях использовались следующие конфигурации опытных образцов шумопоглощающих элементов. Несущая основа выполнялась из пластмассового листа (материал АБС) толщиной 3 мм, габаритными размерами 1500×1500 мм, перфорированного круглыми сквозными отверстиями диаметром 10 мм, межцентровым шагом 15 мм (коэффициент перфорации 0,2). Опытный образец шумопоглощающего элемента заявляемого шумопонижающего экрана содержал 100 хаотичным образом расположенных малогабаритных звукопоглощающих элементов, выполненных из отходов производства плосколистовых звукопоглощающих материалов марки АА 25 S (производства ЗАО НПП «Тэкникал Консалтинг», г.Тольятти) суммарной площадью лицевой поверхности 1 м. Структура обособленных звукопоглощающих панелей содержала слой открытоячеистого пенополиуретана толщиной 25 мм, адгезионный липкий клеевой слой, имеющие различную конфигурацию габаритных размеров и геометрических форм. Поверхность шумопонижающего элемента со стороны расположения обособленных звукопоглощающих панелей была футерована алюмонизированной полиэстеровой (звукопрозрачной газовлагонепроницаемой) пленкой толщиной 0,012 мм. Выбранный для сравнения шумопонижающий элемент содержал аналогичную несущую основу и алюмонизированную полиэстеровую пленку, однако его звукопоглощающая панель выполнялась крупногабаритной монолитной из неотходного кондиционного листа той же марки материала АА 25 S и той же площади лицевой поверхности (1 м).
Из результатов проведенных экспериментальных исследований, представленных на фиг.15, следует, что использование конструкции шумопоглощающего элемента, согласно заявляемому устройству шумопонижающего экрана, в сравнении с шумопоглощающим элементом, выполненным в виде крупногабаритного фрагмента, позволило в существенной степени увеличить (на 0,20…0,41 усл.ед., т.е. на 20…40%) величину реверберационного коэффициента звукопоглощения (степень поглощения звуковой энергии) в диапазоне октавных полос частот с центрами (среднегеометрическими частотами) 1000…8000 Гц.
Разумеется, заявляемое изобретение не ограничивается приведенными конкретными конструктивными примерами его осуществления, описанными в тексте и показанными на прилагаемых фигурах. Остаются возможными и некоторые несущественные изменения различных элементов или материалов, из которых эти элементы выполнены, либо замена их технически эквивалентными, не выходящими за пределы объема притязаний, обозначенного формулой изобретения.