АКУСТИЧЕСКИЙ ЭКРАН
ACOUSTIC SCREEN

Изобретение относится к промышленной акустике, в частности к широкополосному шумоглушению, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства в качестве средства защиты от шума, в частности акустический экран предназначен для установки вдоль автомобильных и железнодорожных магистралей, строительных площадок и других источников шума с целью защиты жилой застройки от источников повышенного шума.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является акустический экран по патенту РФ №2324795, кл. Е04В 1/84, [прототип], содержащий перфорированную стенку и звукопоглощающий слой.
Недостатком технического решения, принятого в качестве прототипа, является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения за счет сравнительно невысокого коэффициента звукопоглощения.
Технический результат - повышение эффективности шумоглушения за счет повышения коэффициента звукопоглощения путем увеличения поверхностей звукопоглощения при сохранении габаритных размеров экрана.
Это достигается тем, что в акустическом экране, состоящем из основания, жестко фиксируемого в защищаемом объекте, либо в грунте, либо в фундаменте производственного цеха, а также основных, крайних, вертикальных опорных стоек, между которыми расположены вспомогательные вертикальные стойки, и горизонтальные профили - для фиксации акустического полотна, состоящего из шумоотражающих светопрозрачных панелей, и непрозрачных шумопоглощающих панелей, причем компоновка их в акустическом полотне экрана может быть в любом сочетании вертикальных и горизонтальных рядов, причем возможна компоновка экрана, когда верхние горизонтальные ряды акустического полотна расположены под углом в пределах 20…45°, что позволяет повысить его эффективность за счет возврата потока акустической энергии на источник шума, например движущийся поезд в зимнее время, когда снег является дополнительным звукопоглотителем, при этом вертикальные опорные стойки выполняются соответственно в верхней части с наклоном под углом в пределах 20…45°, или возможна компоновка поверхности экрана на опорных стойках любой конфигурации, например в виде дуги окружности большого радиуса, при этом каждая из непрозрачных шумопоглощающих акустических панелей содержит гладкую и перфорированную поверхности, между которыми размещен комбинированный звукопоглощающий слой сложной формы, представляющий собой чередование сплошных участков и пустотелых участков, каркас которого выполнен из жесткого звукопоглощающего материала, пустотелые участки образованы призматическими поверхностями, имеющими в сечении, параллельном плоскости чертежа, форму параллелограмма, внутренние поверхности которого имеют зубчатую структуру, при этом вершины зубьев обращены внутрь призматических поверхностей, а ребра призматических поверхностей закреплены соответственно на гладкой и перфорированной поверхностях, причем полости, образованные гладкой и перфорированной поверхностями, между которыми расположен комбинированный звукопоглощающий слой сложной формы, заполнены мягким звукопоглощающим материалом, а полости пустотелых участков, образованные призматическими поверхностями, заполнены вспененным полимером, например полиэтиленом или полипропиленом, при этом полости пустотелых участков, образованные призматическими поверхностями, соединены резонансными отверстиями с полостями, образованными гладкой и перфорированной поверхностями, между которыми расположен комбинированный звукопоглощающий слой сложной формы.
На фиг. 1 изображен общий вид акустического экрана, на фиг. 2 - его вариант в плоскопараллельном исполнении, на фиг. 3 - схема непрозрачной шумопоглощающей акустической панели 7.
Акустический экран (фиг. 1, 2) является сборно-разборной конструкцией, состоящей из основания 1, жестко фиксируемого в защищаемом объекте (либо в грунте, либо в фундаменте производственного цеха); основных, крайних, вертикальных опорных стоек 8 и 10, между которыми расположены вспомогательные вертикальные стойки 3 и 9, а также горизонтальные профили 2 и 3 - для фиксации акустического полотна.
Акустическое полотно экрана состоит из шумоотражающих светопрозрачных панелей 4 и 5, и непрозрачных шумопоглощающих панелей 6 и 7, причем компоновка их в акустическом полотне экрана может быть в любом сочетании вертикальных и горизонтальных рядов (см. фиг. 2). Возможна компоновка экрана, когда верхние горизонтальные ряды акустического полотна расположены под углом в пределах 20…45°, что позволяет повысить его эффективность за счет возврата потока акустической энергии на источник шума, например движущийся поезд в зимнее время, когда снег является дополнительным звукопоглотителем. При этом вертикальные опорные стойки выполняются соответственно в верхней части с наклоном под углом в пределах 20…45°. Возможна компоновка поверхности экрана на опорных стойках любой конфигурации, например в виде дуги окружности большого радиуса, как это показано на фиг. 1.
Каждая из шумоотражающих светопрозрачных панелей 4 и 5 содержит каркас (на чертеже не показано) в виде многоугольника, например прямоугольника, образованного П-образной формы ребрами, выполненными из вибродемпфирующего материала, а в качестве шумоотражающего светопрозрачного элемента используется панель из сплошного листа экструдированного поликарбонатного пластика, причем отношение длины прямоугольника к его высоте лежит в интервале от 2 до 3, а отношение толщины сплошного листа экструдированного поликарбонатного пластика к его высоте находится в оптимальном интервале величин: 0,006…0,008, причем в качестве шумоотражающего светопрозрачного элемента используется панель из ячеистого листа экструдированного поликарбонатного пластика с отношением длины прямоугольника к его высоте находящимся в оптимальном отношении величин: 2,0…3,0, а отношение толщины ячеистого листа экструдированного поликарбонатного пластика к его высоте находится в оптимальном интервале величин: 0,016…0,02.
Каждая из непрозрачных шумопоглощающих акустических панелей 6 и 7 (фиг. 3) содержит гладкую 11 и перфорированную 12 поверхности, между которыми расположен комбинированный звукопоглощающий слой сложной формы, представляющий собой чередование сплошных участков 13 и пустотелых участков 15, каркас которого выполнен из жесткого звукопоглощающего материала. 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). При этом вершины зубьев обращены внутрь призматических поверхностей, а ребра призматических поверхностей закреплены соответственно на гладкой 11 и перфорированной 12 поверхностях. Полости 14, образованные гладкой 11 и перфорированной 12 поверхностями, между которыми расположен комбинированный звукопоглощающий слой сложной формы, заполнены мягким звукопоглощающим материалом. Полости 17 пустотелых участков 15, образованные призматическими поверхностями, заполнены вспененным полимером, например полиэтиленом или полипропиленом. Полости 17 пустотелых участков 15, образованные призматическими поверхностями, соединены резонансными отверстиями 18, 19 и 20 с полостями 14, образованными гладкой 11 и перфорированной 12 поверхностями, между которыми расположен комбинированный звукопоглощающий слой сложной формы.
3
В качестве звукопоглощающего материала первого, более жесткого, слоя 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 второго, более мягкого, слоя 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 конструкция, облицована акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден».
Непрозрачная шумопоглощающая акустическая панель 7 (фиг. 3) 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 Тельмгольца", 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. Резонансные отверстия 18, 19 и 20 в полостях 17 пустотелых участков 15 выполняют функции горловин резонаторов «Тельмгольца», частотная полоса гашения звуковой энергии которых определяется диаметром и количеством резонансных отверстий 18, 19 и 20.
Акустический экран работает следующим образом.
Звуковая энергия, пройдя через перфорированную стенку шумопоглощающей панели, попадает на стенки звукопоглощающего слоя (который может быть как мягким, например, из базальтового или стеклянного волокна, так и жестким, например, типа "акмигран" и т.п.). Переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии) происходит в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов "Тельмгольца", где потери энергии происходят за счет трения колеблющейся с частотой возбуждения массы воздуха, находящегося в горловине резонатора о стенки самой горловины, имеющей вид разветвленной сети пор звукопоглотителя. Коэффициент перфорации перфорированной стенки шумопоглощающей панели принимается равным или более 0,25. Для предотвращения высыпания мягкого звукопоглотителя предусмотрена стеклоткань, например, типа ЭЗ-100, расположенная между звукопоглотителем и перфорированной стенкой (на чертеже не показано). Звуковая энергия, пройдя через сплошные или ячеистые листы шумоотражающей панели из экструдированного поликарбонатного пластика, существенно ослабевает, причем изоляция шума составляет порядка 20…40 дБ и зависит от толщины листа.