СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
METHOD FOR TESTING ACOUSTIC CHARACTERISTICS OF SOUND ABSORBING ELEMENTS

Изобретение относится к промышленной акустике и может быть использовано для исследования акустических характеристик звукопоглощающих элементов привода машин, облицовки производственных помещений, и других звукопоглощающих конструкциях.
p
cp
2
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является стенд, в котором уровень звуковой мощности L определяют по результатам измерений среднего уровня звукового давления L на измерительной поверхности S, м, за которую принята площадь полусферы, известный из патента РФ №2557332 (прототип).
Недостатком технического решения, принятого в качестве прототипа, является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения за счет наличия пустот между слоями, где отсутствует поглощение звука между слоями звукопоглотителя.
Технический результат - повышение эффективности шумоглушения и надежности конструкции в целом.
Это достигается тем, что в способе исследования акустических характеристик звукопоглощающих элементов, заключающемся в том, что испытываемый объект с новой исследуемой облицовкой устанавливают свободно на полу, включают на номинальные режимы работы и регистрируют уровни звукового давления на рабочем месте, посредством акустических микрофонов, соединенных с шумомером из комплекта акустической аппаратуры, отвечающей требованиям к измерительным комплексам, при этом уровни звукового давления регистрируют в пяти точках по периметру испытываемого объекта, на расстоянии 1 м от его габаритных размеров, при этом записывают показания шумомера, в дБ, в каждой точке не менее трех, а после замеров проводят расчет шумовых характеристик испытываемого объекта с новой исследуемой облицовкой следующим образом: сначала определяют параметры для акустических расчетов по формулам:
1
2
3
кор
где l, l, l - соответственно длина, ширина и высота объекта, м; h - высота точек измерения над уровнем пола, м; d=1 м - расстояние от точки измерения до габаритов испытываемого объекта; затем находятся корректированные уровни звукового давления L, дБ, с учетом влияния отраженного звука по формулам:
i
V
S
P
0
2
2
где n - количество точек измерения на измерительной поверхности; L - уровень звукового давления в i-той измерительной точке, дБ; K - постоянная, учитывающая влияние отраженного звука; S - площадь ограждающих поверхностей, м, в помещении, включая пол, с размерами: длина - D, м; ширина - W, м; высота - Н, м; А - эквивалентная площадь звукопоглощения при коэффициенте звукопоглощения α=0,15 для цеха с оборудованием, при этом уровень звуковой мощности L вычисляется при S=1 м по формуле:
cp
кор
где L - средние уровни звукового давления, скорректированные при фоне в цехе выше уровня шума испытываемого объекта более чем на 10 дБ до значения средних корректированных уровней звукового давления L; затем вычисляются расчетные уровни звукового давления на рабочем месте в цехе с учетом плотности установки оборудования и одновременности работы машин по формуле:
где X - величина, зависящая от средней плотности q установки машин в цехе, дБ, Y - величина, зависящая от одновременности работы машин в цехе, дБ.
На фиг. 1 изображена схема стенда для исследования акустических характеристик звукопоглощающих элементов в производственных помещениях, на примере звукопоглощающего кожуха для приводного механизма; на фиг. 2 - вид сверху фиг. 1; на фиг. 3 - схема стенда для промышленного пылесоса с глушителем шума; на фиг. 4 - вид сверху фиг. 3; на фиг. 5 - конструкция звукопоглощающего элемента для исследуемых объектов: кожуха для приводного механизма и пылесоса с глушителем шума.
Стенд для исследования акустических характеристик звукопоглощающих элементов в производственных помещениях содержит исследуемые объекты: кожух для приводного механизма (фиг. 1, 2) и пылесос с глушителем шума (фиг. 3, 4), в которых применен звукопоглощающий элемент (фиг. 5).
На фиг. 1, 2 изображена схема стенда для исследования акустических характеристик звукопоглощающих элементов в производственных помещениях, на примере кожуха 4 приводного механизма, облицованного изнутри звукопоглощающим элементом 5 (фиг. 5) и установленного на основании 6 (пол производственного помещения) посредством виброизоляторов 8 через опорную вибродемпфирующую плиту 7, при этом приводной механизм состоит из электродвигателя 1, соединенного посредством муфты 2 с редуктором 3, жестко установленных на опорной вибродемпфирующей плите 7, размещенной между этими механизмами и виброизоляторами 8.
Исследования акустических характеристик звукопоглощающих элементов кожуха 4 приводного механизма (фиг. 1, 2) проводят поочередно: сначала без облицовки кожуха 4 звукопоглощающими элементами 5, а затем с исследуемой, новой облицовкой и сравнивают полученные результаты.
Возможен вариант, когда исследования акустических характеристик проводят поочередно для сравнения с несколькими различными звукопоглощающими элементами 5 кожуха 4.
На фиг. 3, 4 изображена схема пылесоса 9 с глушителем шума 10, в котором применен звукопоглощающий элемент (фиг. 5). В пяти точках измерения, по периметру испытываемого объекта, на расстоянии 1 м от его габаритных размеров, установлены акустические микрофоны, например, из комплекта акустической аппаратуры типа ИШВ-1, отвечающей требованиям к измерительным комплексам.
Стенд для исследования акустических характеристик звукопоглощающих элементов в производственных помещениях работает следующим образом.
Исследования акустических характеристик пылесоса 9 с глушителем шума 10 (фиг. 3, 4) проводят также поочередно: сначала с глушителем шума 10 без облицовки его корпуса, а затем с исследуемой, новой облицовкой и сравнивают полученные результаты. Возможен вариант, когда исследования акустических характеристик пылесоса 9 с глушителем шума 10 проводят поочередно для сравнения с несколькими различными звукопоглощающими элементами 5 облицовки корпуса глушителя шума 10.
Рассмотрим работу стенда на примере пылесоса 9 с глушителем шума 10.
1
2
3
Испытываемый пылесос имеет размеры: l, l, l (1,2×0,6×1,2) - соответственно длина, ширина и высота пылесоса, м. Он установлен свободно на полу в помещении (цехе) с размерами: длина D=20 м, ширина W=12 м, высота Н=3,4 м. Режим работы пылесоса соответствовал вращению крыльчатки вентилятора со скоростью n=3000 об/мин. Количество точек измерения равнялось пяти, а число измерений в каждой точке - 3.
Расчет шумовых характеристик пылесоса НПП-2 проводим следующим образом.
Сначала определяем параметры для акустических расчетов по формулам (1):
1
2
3
Здесь l, l, l - соответственно длина, ширина и высота пылесоса, м; h - высота точек измерения над уровнем пола, м; d=1 м - расстояние от точки измерения до габаритов испытываемого объекта.
2
При принятых исходных данных рассматриваемого примера, эти параметры равны: а=1,6 м; b=1,3 м; с=2,2 м; h=0,63 м; S=19,64 м. Расчеты заносим в таблицу №1.
кор
Средние корректированные уровни звукового давления L, дБ, с учетом влияния отраженного звука определяем по формулам:
i
V
S
2
2
где n - количество точек измерения на измерительной поверхности; L - уровень звукового давления в i-той измерительной точке, дБ; K - постоянная, учитывающая влияние отраженного звука; S - площадь ограждающих поверхностей в помещении, включая пол, м; А - эквивалентная площадь звукопоглощения при коэффициенте звукопоглощения α=0,15 для цеха с оборудованием, м.
P
Корректировка по шуму помех не вносится, если фон в цехе ниже уровня шума пылесоса более чем на 10 дБ (поправка Δ=0). Уровень звуковой мощности L вычисляется по формуле:
cp
кор
V
P
2
2
где L - средние уровни звукового давления, скорректированные при фоне в цехе выше уровня шума испытываемого объекта более чем на 10 дБ до значения средних корректированных уровней звукового давления L. При принятых исходных данных эти параметры равны: K=2,1 дБ; S=710 м; А=106,5 м. Октавные уровни звуковой мощности L, дБ приведены в табл. №1.
Расчетные уровни звукового давления на рабочем месте в цехе с учетом плотности установки оборудования и одновременности работы машин вычисляются по формуле:
2
где X - величина, зависящая от средней плотности q установки машин в цехе, дБ, Y - величина, зависящая от одновременности работы машин в цехе, дБ (см. таблицы №3, 4). Для наших условий при q=0,01 шт/м эти величины равны: Х=-15,5 дБ; Y=0.
Таблица 2
Таблица 3
2
Результаты расчета заносим в табл. №1. Анализируя полученные данные, приходим к выводу, что акустические характеристики пылесоса с серийным глушителем шума при частоте вращения n=3000 об/мин и плотности установки q=0,01 шт/м не соответствуют требованиям стандарта, причем превышение уровней звукового давления наблюдается в основном в высокочастотной области 1000-8000 Гц и составляет порядка 7-10 дБ.
Звукопоглощающий элемент (фиг. 5) содержит гладкую 11 и перфорированную 12 поверхности, между которыми расположен слой звукопоглощающего материала сложной формы, представляющий собой чередование сплошных участков 13 и пустотелых участков 15, причем пустотелые участки 15 образованы призматическими поверхностями, имеющими в сечении, параллельном плоскости чертежа, форму параллелограмма, внутренние поверхности которого имеют зубчатую структуру 16 или волнистую, или поверхность со сферическими поверхностями (на чертеже не показано). Полости 14, образованные гладкой 11 и перфорированной 12 поверхностями, между которыми расположен слой звукопоглощающего материала сложной формы, заполнены звукопоглотителем. При этом вершины зубьев обращены внутрь призматических поверхностей, а ребра призматических поверхностей закреплены соответственно на гладкой 11 и перфорированной 12 стенках. Полости 17 пустотелых участков 15, образованные призматическими поверхностями, заполнены строительно-монтажной пеной. Между гладкой 11 поверхностью и сплошными участками 13 слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной 2 поверхностью и сплошными участками 13 расположены резонансные пластины 18 и 19 с резонансными вставками 20, выполняющими функции горловин резонаторов «Гельмгольца».
Звукопоглощающий элемент работает следующим образом.
Звуковая энергия, пройдя через слой перфорированной поверхности 12 и комбинированный звукопоглощающий слой сложной формы, уменьшается, так как осуществляется переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии), т.е. в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов "Гельмгольца", имеют место потери энергии за счет трения колеблющейся с частотой возбуждения массы воздуха, находящегося в горловине резонатора, о стенки самой горловины, имеющей вид разветвленной сети микропор звукопоглотителя. Между гладкой 11 поверхностью и сплошными участками 13 слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной 12 поверхностью и сплошными участками 13 расположены резонансные пластины 18 и 19 с резонансными вставками 20, выполняющими функции горловин резонаторов «Гельмгольца».
Резонансные отверстия 20 (вставки), расположенные в резонансных пластинах 18 и 19, выполняют функции горловин резонаторов "Гельмгольца", частотная полоса гашения звуковой энергии которых определяется диаметром и количеством резонансных отверстий 20.
3
В качестве звукопоглощающего материала применен материал на основе алюминесодержащих сплавов с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом с плотностью в пределах 0,5…0,9 кг/м со следующими прочностными свойствами: прочность на сжатие в пределах 5…10 МПа, прочность на изгиб в пределах 10…20 МПа, например пеноалюминий.
В качестве звукопоглощающего материала применена минеральная вата на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральная вата типа «URSA», или базальтовая ваты типа П-75, или стекловата с облицовкой стекловойлоком, или вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена.
Материал перфорированной поверхности выполнен из твердых, декоративных вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем внутренняя поверхность перфорированной поверхности, обращенная в сторону звукопоглощающей конструкции, облицована акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден».