ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ
SOUND-ABSORBING STRUCTURE

Область техники
Изобретение относится к звукопоглощающей конструкции, общие характеристики которой аналогичны описанным, например, в DE 2437947 OS.
Уровень техники
Известно, что материалы с открытыми порами пригодны для глушения звука в помещениях. Соответствующие строительные материалы находят применение, например, в акустических потолках. Чтобы обеспечить звукопоглощение на уровне, по меньшей мере, 80%, свойства так называемого четвертьволнового пористого звукопоглотителя должны удовлетворять следующему соотношению
800<≡∗d<2400 Па·с/м.
Тело, движущееся в газообразной или жидкой среде, испытывает аэродинамическое сопротивление потока в форме усилия, действующего в направлении, противоположном направлению движения. В приведенном соотношении ≡ соответствует аэродинамическому сопротивлению, зависящему от длины тела, a d - толщине слоя звукопоглотителя. Следовательно, аэродинамическое сопротивление пористого звукопоглотителя нужно выбрать так, чтобы звуковая волна могла проникать в него и чтобы движение частиц, вызываемое переносимым по воздуху звуком, гасилось за счет трения в структуре материала звукопоглотителя. Слишком высокие и слишком низкие аэродинамические сопротивления приводят соответственно к отражению от переднего слоя звукопоглотителя и к прохождению волны через звукопоглотитель без потерь на трение.
Пористые звукопоглощающие конструкции обычно имеют однородный звукопоглощающий слой. Однако известны также клиновидные конструкции, применяемые, например, для обшивки помещений, обеспечивающих низкое отражение. Клиновидность таких конструкций обеспечивается - в направлении поверхностей, ограничивающих пространство, - путем однородного усиления ограничений потока. Соотношение между содержанием воздуха и вещества, образующего пористый материал, в указанном направлении плавно увеличивается. Такое решение направлено на достижение постоянного высокого звукопоглощения во всем частотном диапазоне.
Используя пеноматериалы, можно легко реализовать также приближенно клиновидную конструкцию. Известно, например, размещение на вертикальных проволоках волокнистых или пористых кубиков, размеры и плотности которых увеличиваются в направлении стены. Данное известное решение предусматривает, что индивидуальные кубики пространственно отделены друг от друга.
Для реализации клиновидной конструкции различные пеноматериалы могут быть послойно наложены друг на друга, причем количество материала может возрастать от слоя к слою в направлении поверхности, ограничивающей соответствующее пространство, тогда как поры в материале могут уменьшаться. Чтобы минимизировать отражение звука на границах слоев и тем самым приблизиться к идеальной клиновидной конструкции, следует учитывать отношение потоков при переходе от слоя к слою. Различные структуры должны иметь близкие входные импедансы.
В источниках Mechel, F. Schallabsorber Band 2, Innere Schallfelder, Strukturen. Hirzel Verlag Stuttgart - Leipzig, 1995, и Mechel, F. Schallabsorber Band 3, Anwendungen. Hirzel Verlag Stuttgart - Leipzig, 1998, описано, как определить входной импеданс пористой звукопоглощающей конструкции, расположенной перед звукоотражающей задней стенкой.
Для поглощения на низких частотах, соответствующих большим длинам волн, требуются огромные толщины звукопоглотителя, состоящего из пористого материала, поскольку наибольшее количество энергии может быть преобразовано, если поглощающий материал может соответствовать λ/4 для максимума падающей звуковой волны (см. фиг.1). В связи с этим при проектировании наружных стен здания нужно исходить из существенно увеличенных объемов внутренних помещений, поскольку, в худшем случае, в результате применения пористых материалов может оказаться доступной только половина полного объема.
При формировании внутренних помещений приоритетной является оптимизация затрат. Чтобы уменьшить затраты, уменьшают высоту каркасов этажей современных зданий. Как следствие, во многих случаях становится необходимым монтировать акустические потолки с недостаточной высотой их подвески.
Это неизбежно приводит к поиску путей для разработки звукопоглощающих конструкций с высоким коэффициентом поглощения вплоть до низких частот даже в случае существенно уменьшенной толщины конструкции.
Из DE 29502964 U1 известна звукопоглощающая конструкция, состоящая из пористо-волокнистого материала. Волокна могут состоять из пластика или металла. Пористые материалы, предназначенные для поглощения звука, могут, однако, содержать и материалы другого типа, например пеноматериалы, как это описано в DE 4027511 C1. Важно отметить, что данная система использует открытую пористость. При этом предполагается, что звук способен проникать в пористый материал с преобразованием его в тепло внутри данного материала.
Чем больше длина звуковой волны, тем большей должна быть толщина (глубина) звукопоглотителя, чтобы обеспечить эффективное поглощение звука на низких частотах. Таким образом, обеспечение поглощения на низких частотах требует звукопоглощающих конструкций большого объема, как это показано в DE 4027511 C1. В таких конструкциях применяются звукопоглотители относительно большой толщины. Это приводит к сокращению полезного пространства. Кроме того, такие звукопоглотители имеют сравнительно высокую стоимость вследствие своей значительной материалоемкости.
Чтобы обеспечить поглощение в широкой полосе частот, особенно на низких частотах, в DE 4027511 C1 предложено применить гибридную звукопоглощающую конструкцию, которая, в дополнение к традиционному пассивному звукопоглотителю, служащему для глушения звука, содержит электронную систему. Реализация такой конструкции требует значительных технических усилий; кроме того, для нее необходим источник питания.
Из документов DE 4113628 C2 и DE 2408028 A1 известны звукопоглощающие конструкции, содержащие пористый материал с закрытыми порами.
Чтобы исключить необходимость больших объемов, в качестве альтернативы применяются так называемые пластинчатые резонаторы. Такой резонатор описан в DE 10213107 A1. Пластинчатый резонатор, известный из данного источника, содержит металлическую пластину, установленную с возможностью вращения. Принцип действия резонатора заключается в преобразовании звука в кинетическую энергию пластины в результате ее движения. За пластиной находится звукоглушащая среда, например воздух или иной подходящий материал. В этой среде кинетическая энергия пластины преобразуется в тепло. Поглощение будет иметь место на частотах, соответствующих заранее определенной резонансной частоте пластинчатого резонатора. Данная конструкция, несмотря на малую глубину, обеспечивает поглощение на низких частотах. Однако подобные пластинчатые резонаторы поглощают только на определенных частотах, соответствующих их резонансной частоте. Кроме того, использование металлической пластины делает пластинчатый резонатор относительно дорогостоящим.
Чтобы пластинчатые резонаторы поглощали как на высоких, так и на низких частотах, их комбинируют с пеноматериалами, например, как это описано в WO 96/26331 A1. Пластинчатый резонатор при этом настраивают таким образом, чтобы обеспечить фильтрацию низких частот, тогда как высокие частоты отфильтровываются пористым материалом. Хотя такое решение обеспечивает поглощение в относительно широком спектре частот, использование в нем дополнительных материалов приводит к повышению стоимости и к потребности в пространстве.
В качестве другой альтернативы используются так называемые резонаторы Гельмгольца. Эти резонаторы содержат перфорированную пластину, за которой находится полость. Чтобы обеспечить поглощение на низких частотах, за перфорированной пластиной должна находиться воздушная полость относительно большого объема. Следовательно, резонатор Гельмгольца занимает довольно большое пространство. Индивидуальный резонатор Гельмгольца способен поглощать только в заданном, относительно узком интервале частот. Такой резонатор описан в DE 8916179 U1 и в EP 1570138 A1.
Из DE 10151474 A1 известно использование микропористых пластинок и пленок вместо перфорированных пластин. На кромках микропор имеет место дополнительное поглощение. Тем самым повышается эффективность резонатора Гельмгольца.
Из DE 7427551 U известна звукопоглощающая конструкция, которая содержит два различных пористых материала. Один из этих пористых материалов выбран так, чтобы сделать звукопоглощающую конструкцию механически стабильной. Второй пористый материал выбран из условия обеспечения минимальной стоимости. Тем самым должны были быть уменьшены производственные затраты. Однако и для этого решения остается актуальной проблема достижения небольшой конструктивной глубины при обеспечении поглощения также и на низких частотах.
Раскрытие изобретения
Задача, решаемая изобретением, состоит в разработке недорогой звукопоглощающей конструкции, способной, несмотря на свою небольшую глубину, поглощать звук в широкой полосе частот, включающей низкие частоты.
Данная задача решена созданием звукопоглощающей конструкции с признаками, включенными в п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы.
Звукопоглощающая конструкция, обеспечивающая глушение звука, содержит пористый материал, т.е. пористые зоны, например пористые слои. Между этими зонами (слоями) отсутствуют какие-либо воздушные промежутки. Переход от одного пористого слоя к примыкающему к нему пористому слою сопровождается скачком импеданса. Другими словами, входной импеданс (входное сопротивление) одной пористой зоны отличается от входного импеданса (входного сопротивления) примыкающей пористой зоны настолько значительно, чтобы обеспечить в результате звукопоглощение на частотах менее 600 Гц, предпочтительно менее 500 Гц. Более конкретно, звукопоглощение на частотах менее 600 Гц составляет, по меньшей мере, 50%, предпочтительно, по меньшей мере, 80%.
Один из вариантов изобретения обеспечивает звукопоглощение, составляющее, по меньшей мере, 50%, предпочтительно, по меньшей мере, 80%, в частотных интервалах вблизи 200 и 700 Гц, представляющих особый интерес. Приведенные значения звукопоглощения относятся ко всем частотам указанных интервалов. Предпочтительно, звукопоглощение, составляющее не менее 80%, обеспечивается для всех звуковых частот, превышающих 250 Гц, причем этот результат достигается с помощью раскрытой в формуле изобретения звукопоглощающей конструкции, имеющей толщину не более 10 см и прилегающей своей плоскостью к стене или потолку.
Помимо короба для размещения пористых зон (или пористых слоев) и самих пористых зон, конструкция согласно изобретению не содержит, в одном из своих вариантов, никаких других элементов, например таких, как пластины.
Скачок импеданса имеет место, когда скорости распространения звука в примыкающих друг к другу пористых слоях имеют различные значения.
Различные скорости распространения звука (и, соответственно, различные входные сопротивления) в различных пористых слоях (зонах) имеют место всегда, когда эти слои (зоны) имеют различные плотности, различные аэродинамические сопротивления и/или различные пористости. Если один пористый слой отличается от другого пористого слоя только плотностью, пористостью или аэродинамическим сопротивлением, эти пористые слои обязательно будут иметь различные входные сопротивления. На входное сопротивление оказывают влияние также и другие параметры пористого слоя, такие как сопротивляемость сжатию и сопротивление растяжению.
Чем больше скачок импеданса, тем ниже частоты, на которых происходит поглощение в результате этого скачка. Таким образом, особое значение имеют граничные поверхности между различными пористыми слоями, на которых происходят резкие изменения входного сопротивления.
Тепловой фрикционный эффект в пористых материалах также является желательным, особенно для обеспечения поглощения на более высоких частотах. Данный эффект, который лежит в основе традиционных пористых звукопоглотителей, составляет, согласно изобретению, только один из компонентов действующего механизма звукопоглощения. Вторым используемым эффектом является эффект, известный в физике как преломление. В граничном слое между двумя материалами с различными входными сопротивлениями (обусловленными, например, различиями по плотности или аэродинамическому сопротивлению) возникает скачок импеданса, в результате которого становится возможным эффект звукопоглощения. В случае частого появления подобных переходов и применения пористых материалов с взаимно согласованными различными входными сопротивлениями могут быть достигнуты существенно более высокие уровни звукопоглощения в интервале низких частот - в частности, между 200 Гц и 700 Гц - по сравнению с пористыми слоями, имеющими одинаковые или плавно увеличивающиеся входные сопротивления.
Таким образом, звукопоглощающая конструкция согласно изобретению состоит, по меньшей мере, из двух, предпочтительно, по меньшей мере, из трех различных пористых зон (слоев). При этом важно, чтобы граничный слой между указанными зонами имел свойства, обеспечивающие скачок импеданса. Значения скачков импеданса должны подбираться таким образом, чтобы обеспечить поглощение также и на низких частотах.
3
2
Однако скачки импеданса не должны быть настолько большими, чтобы звук был не в состоянии переходить из одного материала в другой. Большой скачок импеданса имеет место, когда граничащие пористые слои (зоны) имеют существенно отличающиеся (например, по меньшей мере, на 20 кг/м) плотности или существенно отличающиеся (например, по меньшей мере, на 5 кПа·с/м) аэродинамические сопротивления.
Применительно к изобретению идея равномерного звукопоглощения на всех частотах спектра отбрасывается, поскольку проблемными являются, только низкие частоты. Обеспечение поглощения на высоких частотах относительно просто реализовать без высоких затрат. Посредством скачка (скачков) импеданса можно обеспечить очень высокое поглощение именно на низких частотах. Чем больше скачок импеданса, тем ниже частоты, на которых имеет место поглощение.
Использование скачков импеданса противоречит распространенному мнению, соответствующему уровню техники. Согласно этому мнению, в случае применения различных пористых материалов необходимо уделять внимание тому, чтобы различия входных импедансов были, насколько это возможно, малыми, чтобы минимизировать отражение от граничного слоя и достигнуть за счет этого высокого поглощения.
Звукопоглощающая конструкция согласно изобретению состоит из различных пористых слоев или зон, что обеспечивает скачки импеданса различной величины. Тем самым обеспечивается поглощение в широкой полосе низких частот. При наличии нескольких различных зон, граничные слои между которыми всегда обеспечивают одинаковые скачки импеданса, эффект поглощения интенсифицируется в отношении определенной частоты и соответствующей ей узкой полосы частот. Если скачки импеданса имеют различные величины, спектр частот, поглощение на которых обусловлено скачками импеданса, соответственно расширяется.
Таким образом, становится возможным обеспечить поглощение на низких частотах и, в частности, на частотах вблизи 200 Гц и вблизи 700 Гц (представляющих особый интерес), используя конструкцию толщиной всего лишь 10 см. Поскольку в конструкции согласно изобретению используются сами по себе известные пористые материалы, она легко обеспечивает и поглощение на более высоких частотах. Тем самым достигается широкополосное звукопоглощение, включающее поглощение на низких частотах, даже при глубине конструкции, не превышающей 10 см.
Особенно подходящими пористыми материалами с различными степенями пористости и различными плотностями оказались пенополиуретаны (ППУ). Пригодными являются также полузакрытые ППУ. Под полузакрытым пористым материалом в контексте изобретения понимается материал, имеющий как открытые, так и закрытые поры. Могут использоваться ППУ на основе простых и сложных полиэфиров с различными структурой ячеек, сопротивляемостью к сжатию, плотностью, воздухопроницаемостью и сопротивлением растяжению.
Для получения пористого материала предпочтительными являются только пеноматериалы (в отличие от волокнистых материалов). Преимуществом пеноматериалов является то, что они имеют жесткую скелетную основу. Если подобная скелетная основа присутствует по всему объему звукопоглощающей конструкции, она приобретает способность вибрировать. Это приводит к дополнительному поглощению.
Представляется желательным поместить в зоне, в которой звук входит в звукопоглотитель, пористый материал с относительно высоким входным сопротивлением. Такая входная зона обычно имеет отверстия, через которые звук может входить в пористый материал. Входная зона может быть образована пластиной или пленкой с отверстиями или перфорациями. С этой зоной граничит материал с относительно высоким входным сопротивлением. За ним будут расположены одна или несколько пористых зон с меньшими значениями входного сопротивления.
Применительно к такому варианту звукопоглощающая конструкция может содержать на своем входе полузакрытый пористый материал. За этим материалом будут следовать материалы с полностью открытыми порами. При таком выполнении может быть достигнуто особенно хорошее поглощение на низких частотах.
В звукопоглощающей конструкции согласно изобретению различные пористые слои или зоны предпочтительно прижаты друг к другу. С этой целью они предпочтительно помещены, например, в кожух или короб с соответственно подобранными размерами. Снаружи короб (кожух) имеет на каждой стороне пористую или перфорированную поверхность для ввода звука. Посредством короба (кожуха) создается усилие, обеспечивающее сжатие пористых слоев.
Сжимающее усилие приводит скелетные основы индивидуальных пористых слоев в состояние взаимной осцилляции, создавая тем самым дополнительный эффект звукопоглощения.
Чтобы оптимизировать звукопоглощение, используется короб (кожух), акустически проницаемый не только с передней стороны, но и с боковых сторон, так что звук может легко входить в пористый материал сбоку. Это позволяет использовать эффект дифракции на кромках, приводящий к дополнительному звукопоглощению, способствуя оптимизации звукопоглощения конструкции в целом
В одном, особенно предпочтительном варианте изобретения отверстия для ввода звуковых волн выполнены как в передней, так и в боковых сторонах короба (кожуха). В этом варианте пористые зоны предпочтительно расположены не только одна над другой, но также и рядом одна с другой. В данном варианте также уделяется большое внимание созданию значительных скачков импеданса. В результате звук, который входит в короб с боковой стороны, поглощается не только за счет поглощения на кромках, но также и за счет фазовых сдвигов на граничных слоях.
В одном из вариантов изобретения система пористых зон состоит из множества кубов, кубоидов или аналогичных объектов, расположенных рядом друг с другом и друг над другом. Материалы для этих объектов подбирают таким образом, чтобы на разделяющих их граничных слоях на регулярной основе имели место большие скачки импеданса, предусмотренные настоящим изобретением. При таком выполнении звук, распространяющийся в пористом материале, постоянно сталкивается с большими скачками импеданса. При этом звук, проникающий в пористый материал, будет проходить через граничные слои с большими скачками импеданса в любом случае, т.е. независимо от угла, под которым он входит в звукопоглотитель, или от стороны, с которой он входит. Такое выполнение позволяет использовать различные геометрии звукопоглотителя, форма которого, следовательно, может быть адаптирована к имеющимся нишам и другим конструктивным особенностям.
Осуществление изобретения
Далее изобретение будет описано со ссылками на прилагаемые чертежи.
Фиг.1 поясняет, почему пористые звукопоглотители, соответствующие уровню техники, должны иметь значительную конструктивную глубину (толщину), чтобы обеспечить поглощение также и на низких частотах. Пунктирная линия а) иллюстрирует низкочастотную звуковую волну, которая, пройдя сквозь пористый слой 1, встречает поверхность 2, ограничивающую пространство. Экстремум звуковой волны лежит вне пористого слоя 1, служащего звукопоглощающей конструкцией. Поэтому поглощение на низкой частоте почти полностью отсутствует. Для более высоких частот (т.е. более коротких длин волн) экстремум 3 входит внутрь пористого слоя 1, как это изображено штриховой линией b). Таким образом, обеспечивается оптимальное поглощение звука с меньшей длиной волны. Очевидно, что, если поглощение обусловлено только пористостью материала 1 и если нужно обеспечить поглощение и на низких частотах, пористый звукопоглотитель должен быть очень толстым, а это приведет к большей глубине звукопоглощающей конструкции.
Фиг.2 иллюстрирует первый вариант изобретения. Слой 1a пористого звукопоглотителя (т.е. зона, заполненная пористым материалом) с крупными открытыми порами расположен (расположена) в передней (входной) части конструкции. Таким образом, входное сопротивление конструкции является малым. За слоем 1a и по бокам конструкции расположена зона 1b пористого звукопоглотителя, имеющего мелкие поры. Входное сопротивление этого звукопоглотителя является большим. Следовательно, между передней и задней зонами 1a, 1b имеет место скачок импеданса, обеспечивающий поглощение на низких частотах (менее 500 Гц). За слоем 1b в направлении стены расположен еще один слой 1a с крупными порами. С этим слоем граничит слой 1c с порами среднего размера и, следовательно, со средним значением сопротивления. За этим слоем расположен еще один слой 1b с мелкими порами, который контактирует со стеной 2. Такая конструкции обеспечивает 4 скачка импеданса в одном направлении и два скачка импеданса в другом, ортогональном направлении. Все эти скачки импеданса вызывают поглощение на низких частотах в интервале от 100 до 500 Гц. Это позволяет обеспечить в описанной конструкции хорошее поглощение даже на низких частотах (от 100 Гц до 500 Гц).
На фиг.3 представлена другая конструкция из описанных выше пористых слоев 1a, 1b и 1c, которая прижата к стене 2 с помощью короба (не изображен). Однако для монтажных целей достаточной является пластина, которая может быть закреплена в стене, например, с помощью крепежных элементов. Если принять, что звук должен проходить через данную пластину (что соответствует варианту по фиг.3), пластину следует снабдить отверстиями. Пористые слои расположены только параллельно стене 2. Входная зона начинается со слоя 1b, имеющего мелкие поры и соответственно большое входное сопротивление и большой входной импеданс по сравнению со слоями 1а и 1c, следующими за слоем 1b в направлении стены.
На фиг.4 представлен еще один вариант. Различные пористые слои 1a, 1b и 1c ориентированы горизонтально, уложены в стопу и прижаты к стене 2. В этом случае желательно, чтобы звук мог входить в пористые слои также сверху и/или снизу, поскольку в этом случае звук гарантированно проходит через несколько различных граничных слоев, на которых происходят скачки импеданса. Данный вариант является предпочтительным, если звукопоглощающая конструкция должна находиться позади объекта, например такого, как стенной шкаф, поскольку в этом случае объект препятствует входу звука с передней стороны.
На фиг.5 представлен вариант, в котором звукопоглотитель состоит из множества пористых параллелепипедов 1a, 1b и 1c, расположенных друг над другом и рядом друг с другом, так что в каждом направлении имеется множество скачков импеданса. При этом не важно, с какой стороны входит звук, поскольку в любом случае он будет проходить через множество граничных слоев, на которых происходят скачки импеданса, что приводит к поглощению на низких частотах. Такая конструкция может быть помещена в соответствующую нишу. Короб для размещения пористых параллелепипедов в данном варианте желательно сконструировать так, чтобы звук мог входить внутрь его спереди, с обеих боковых сторон, сверху и снизу. В этом случае, чтобы зафиксировать пористые компоненты и обеспечить их визуальное экранирование, также достаточно использовать только монтажную пластину.
На фиг.6 иллюстрируется наиболее предпочтительный вариант для расположения конструкции за стенным шкафом 4. Различные, ориентированные вертикально, пористые зоны 1a, 1b и 1c граничат со стеной 2 и доходят до пола, на котором установлен стенной шкаф 4. Если звук входит в пористые зоны 1a, 1b или 1c сбоку (как это проиллюстрировано стрелками 5), он проходит через граничные слои со скачками импеданса, обеспечивающими поглощение на низких частотах. Если звук входит сверху (как показано стрелкой 6), он может не пройти через граничные слои со скачками импеданса. Однако, поскольку расстояние до пола велико, поглощение на низких частотах, тем не менее, будет обеспечено. В данной конструкции специальный короб может быть опущен, поскольку пористые зоны могут быть прикреплены к задней стороне стенного шкафа.
Звукопоглощающие конструкции согласно изобретению применимы, например, при конструировании современных интерьеров. В эпоху растущих потребностей в коммуникации и развития телекоммуникаций человеческая речь является основным источником мешающих воздействий, приводящих к снижению производительности. Следовательно, оптимизация акустики офисных помещений, включая кабинеты управляющих или большие офисы с открытой планировкой, должна проводиться с учетом спектра человеческой речи.
На фиг.7a представлены спектры мужской и женской речи. Можно видеть, что повышенные уровни звукового давления имеют место в частотных интервалах вблизи 100 и 700 Гц, причем звук в этих интервалах может быть эффективно заглушен звукопоглощающей конструкцией согласно изобретению, имеющей глубину 20 см или даже 10 см.
На фиг.7b иллюстрируется восприятие спектра человеческой речи при выборе в качестве порога уровня 60 дБ. Можно сделать важный вывод, что звук на частотах от приблизительно 200 Гц до, по меньшей мере, приблизительно 700 Гц может быть полностью поглощен, особенно в комнатах, в которых звук генерируется человеческими голосами, как это имеет место в офисах с открытой планировкой или в банках. Данный эффект обеспечивается звукопоглощающей конструкцией согласно изобретению, которая по своей эффективности в указанной полосе частот, представляющей особый интерес, превышает пластинчатый резонатор.
На фиг.8 представлен вариант, в котором различные пористые слои 1a, 1b, 1c поддерживаются перфорированным подвесным потолком 7, установленным под основным потолком 8 посредством подвесов 9.
Благодаря своей малой глубине звукопоглощающая конструкция может монтироваться, не привлекая внимания, во внутренних стенах или перегородках, а также на передних сторонах предметов мебели. Она может также крепиться к стенам или потолкам, например за монтажными пластинами, которые могут крепиться к стенам или потолкам с прижатием к ним различных пористых зон. Данная конструкция может устанавливаться также в перемычках окон и дверей или в нишах зданий, поскольку ее форма может быть легко приспособлена к имеющемуся пространству. Она может также устанавливаться, не привлекая внимания, позади элементов для нагрева стен или потолков.
На фиг.9 представлены сравнительные результаты, достигнутые с помощью звукопоглощающей конструкции по изобретению и пластинчатого резонатора. Измерения проводились в эхокамере при статистическом распределении падающего звука в соответствии со стандартом DIN EN ISO 354. Использование статистически распределенного звука подразумевает, что уровень звукового давления, воздействующего на измерительный микрофон или на граничную поверхность, является постоянным независимо от угла падения и от точки падения.
Были исследованы две звукопоглощающие конструкции, имеющие одинаковые размеры и одно и то же положение в помещении. Количество и положения микрофонов для детектирования средней продолжительности реверберации также оставались неизменными. Это позволило, по существу, полностью исключить относительные погрешности измерений, обусловленные, например, гармониками помещения, и провести прямое сравнение звукопоглощающих конструкций.
2
3
3
2
3
График а) соответствует результатам измерений для пластинчатого резонатора, с покрывающим пористым слоем, конструкция которого приведена на фиг.10. Пластинчатый резонатор по фиг.10 содержит покрывающий пористый слой 10 толщиной 0,03 м, имеющий зависящее от длины аэродинамическое сопротивление 4,7 кПа/м и плотность 20 кг/м. Под покрывающим слоем 10 находится металлическая пластина 11 толщиной 0,001 м и с плотностью 7800 кг/м. Под металлической пластиной расположен пористый слой 12, имеющий толщину 0,07 м, зависящее от длины аэродинамическое сопротивление 11,5 кПа/м и плотность 40 кг/м. Пористый слой 12 контактирует со стеной 13, отражающей звук.
График b) на фиг.9 относится к звукопоглощающей конструкции согласно изобретению в варианте, показанном на фиг.11. Данная конструкция состоит из пяти различных пористых слоев 14, 15, 16, 17, 18 из пеноматериала, наложенных на стену 13, отражающую звук.
Обе звукопоглощающие конструкции (пластинчатый резонатор и конструкция согласно изобретению) помещались в тот же самый короб 19, представляющий собой раму из листовой стали с мелкими отверстиями в передней стороне.
График b) на фиг.9 иллюстрирует зависимость поглощения от частоты для звукопоглощающей конструкции, обеспечивающей скачки импеданса между индивидуальными слоями 14, 15, 16, 17, 18, имевшими следующие характеристики:
пористый слой 14:
толщина=0,02 м
воздухопроницаемость>350 мм водяного столба
3
плотность=76 кг/м
сопротивляемость сжатию=9,00 кПа
сопротивление растяжению=194 кПа
пористый слой 15:
толщина=0,02 м
воздухопроницаемость>350 мм водяного столба
3
плотность=76 кг/м
сопротивляемость сжатию=4,77 кПа
сопротивление растяжению=47 кПа
пористый слой 16:
толщина=0,02 м
воздухопроницаемость=320 мм водяного столба
3
плотность=75 кг/м
сопротивляемость сжатию=8,81 кПа
сопротивление растяжению=211 кПа
пористый слой 17:
толщина=0,02 м
воздухопроницаемость=230 мм водяного столба
3
плотность=23 кг/м
сопротивляемость сжатию=4,36 кПа
сопротивление растяжению=131 кПа
пористый слой 18
толщина=0,02 м
воздухопроницаемость=350 мм водяного столба
3
плотность=75 кг/м
сопротивляемость сжатию=9,08 кПа
сопротивление растяжению=195 кПа
Воздухопроницаемость служит мерой аэродинамического сопротивления. В отличие от остальных слоев слой 15 образован полузакрытым пеноматериалом.
В случае очень низких частот (менее 140 Гц) пластинчатый резонатор (которому соответствует график а) слегка превосходит звукопоглощающую конструкцию согласно изобретению. Однако это соотношение меняется на обратное для частот, начиная примерно со 150 Гц. В интервале, соответствующем наиболее интенсивной речевой нагрузке, звукопоглощающая конструкция согласно изобретению превосходит пластинчатый резонатор, причем в большинстве случаев это превосходство является очевидным. Таким образом, звукопоглощающая конструкция согласно изобретению не только может производиться с меньшими затратами, чем пластинчатый резонатор, она намного лучше подходит для поглощения звуков, генерируемых в помещениях человеческой речью. Посредством данной конструкции было достигнуто поглощение звука на уровне более 80% даже на низких частотах (менее 500 Гц).
При этом, как видно из графика b) на фиг.9, звукопоглощающая конструкция согласно изобретению обеспечивает лучшее поглощение в интервале частот, вызывающем наибольший интерес. Затраты на производство конструкции, характеризуемой графиком b), значительно ниже, чем для пластинчатого резонатора, характеризуемого графиком a), поскольку для нее не требуется относительно дорогостоящая металлическая пластина.
Известные звукопоглощающие конструкции с однородной пористой структурой и толщиной 10 см не могут обеспечить уровни поглощения, близкие к представленным в виде графика a) (для пластинчатого резонатора) и, тем более, в виде графика b) (соответствующего звукопоглощающей конструкции согласно изобретению).