Шумозащитный экран для исследования эффективности шумозащитных средств

Полезная модель относится к шумопонижающим конструкциям и может быть использована при исследованиях свойств шумозащитных экранов, применяемых при организации защиты от шумового воздействия, создаваемого транспортными средствами, промышленным оборудованием и т.д.
Из предшествующего уровня техники известен шумозащитный экран, выполненный из состыкованных между собой панелей, установленных между несущими стойками, внутри корпуса панелей размещен звукопоглощающий материал, отличающийся тем, что передняя крышка корпуса панели выполнена из материала покрытого материалом «Магнелис» [Патент ПМ №184370, E01F 8/00. Шумозащитный экран / Савиных А.А. Опубл.: 24.10.2018, Бюл. №30].
Недостатком экрана является однозначность выбора материала передней крышки корпуса панели, что исключает возможность исследования шумозащитных свойств экранов, выполненных из различных панелей. Кроме того, при организации исследований эффективности защиты от шума с использованием экрана ограниченной высоты и длины имеет место дифракция звуковой волны на верхней кромке экрана и проникновение дифрагирующей волны в зону звуковой тени, а также огибание экрана акустической волной с левой и правой стороны от экрана, в результате чего также наблюдается проникновение звуковой волны в зону акустической тени.
Задача, на решение которой направлено заявленное устройство, заключается в расширении арсенала технических средств в данной области и обеспечении возможности исследования свойств шумозащитных экранов, используемых для организации защиты от шумового воздействия, создаваемого транспортными средствами, промышленным оборудованием и т.д. в рамках отработки различных вариантов конструкций экранов, в том числе, с использованием антидифракторов, исследовании шумопоглощающих свойств различных поглощающих наполнителей или покрытий, в учебном процессе, и т.д.
Поставленная цель достигается за счет того, что шумозащитный экран выполнен из панелей, установленных между несущими стойками, внутри корпуса панелей размещен звукопоглощающий материал, при этом дополнительно с левой и правой внешней стороны экрана оборудованы отгоны, составленные из панелей, установленных между несущими стойками, а в верхней части экрана установлены антидифракторы, представляющие собой панель, ориентированную в сторону акустической тени за экраном.
Дополнительно, внутри корпуса панелей, образующих отгоны, размещен звукопоглощающий материал.
Дополнительно, внутри корпуса панелей антидифракторов размещен звукопоглощающий материал.
Дополнительно, антидифрактор выполнен таким образом, чтобы дальняя от экрана его часть была выше верхней кромки экрана и верхняя крышка антидифрактора имела уклон в сторону экрана.
Дополнительно, антидифрактор антидифрактор расположен горизонтально.
Дополнительно, антидифрактор выполнен таким образом, чтобы дальняя от экрана его часть была ниже верхней кромки экрана и верхняя крышка антидифрактора имела уклон в сторону от экрана.
Дополнительно, верхняя крышка корпуса антидифрактора имеет перфорацию.
Дополнительно, внутри корпуса панелей антидифрактора размещен звукопоглощающий материал.
Дополнительно, перфорация на верхней крышке корпуса панели антидифрактора может быть выполнена в виде отверстий круглой формы.
Дополнительно, перфорация на крышке корпуса панели антидифрактора может иметь вид щелевых зазоров, ориентированных перпендикулярно плоскости шумозащитного экрана.
Дополнительно, перфорация на крышке корпуса панели антидифрактора может иметь вид щелевых зазоров, ориентированных параллельно плоскости шумозащитного экрана.
Дополнительно, перфорация на крышке корпуса панели антидифрактора может иметь вид щелевых зазоров, ориентированных под углом к плоскости шумозащитного экрана.
Дополнительно, размеры перфорационных отверстий круглой формы и расстояние между ними определяются таким образом, чтобы в соответствии с зависимостью  где d - диаметр отверстия, м; ƒ - резонансная частота, Гц; L - расстояние между отверстиями, м; h - расстояние между внутренними поверхностями крышки и задней стенки короба панели антидифрактора, м;  - толщина крышки панели антидифрактора, м; с - скорость звука в воздухе при 20°С, обеспечить требуемый спектр поглощаемых частот.
Дополнительно, размеры перфорационных отверстий щелевой формы и расстояние между ними определяются таким образом, чтобы в соответствии с зависимостью  где b - ширина щели, м; L - расстояние между отверстиями, м; h - расстояние между внутренними поверхностями крышки и задней стенки короба панели антидифрактора, м; ƒ - толщина крышки панели антидифрактора, м; с - скорость звука в воздухе при 20°С, обеспечить требуемый спектр поглощаемых частот.
Дополнительно, глубина корпуса панели выбирается таким образом, чтобы в соответствии с зависимостью  где h - расстояние между внутренними поверхностями панели и задней стенки короба антидифрактора, м; b - ширина щели, м; ƒ - резонансная частота, Гц; L - расстояние между щелями, м;  - толщина крышки панели антидифрактора, м; с - скорость звука в воздухе при 20°С, обеспечить требуемый спектр поглощаемых частот.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является обеспечение возможности исследования свойств шумозащитных экранов при применении их для организации защиты от шумового воздействия, создаваемого транспортными средствами, промышленным оборудованием и т.д., при адаптации спектральных характеристик поглощаемых экраном звуковых колебаний к условиям применения и повышение эффективности защиты от акустошумового загрязнения.
Общий вид шумозащитного экрана с боковыми отгонами показан на фиг. 1, вид сверху (вид А по фиг. 1) показан на фиг. 2. На фиг. 3 показан вид Б-Б фиг. 2, совмещенный с вариантами установки антидифрактора под разными углами (варианты а, 6 и в). Верхняя панель антидифрактора с перфорацией отверстиями круглой формы представлена на фиг. 4, на фиг. 5 показан разрез В-В фиг. 4. Верхняя панель антидифрактора с перфорацией щелевыми зазорами представлена показана на фиг. 6, на фиг. 7 показан разрез Г-Г фиг. 6. На фиг. 8 показаны возможные варианты щелевой перфорации на передней крышке панели.
Шумозащитный экран состоит из панелей 1, зафиксированных между вертикально установленными несущими стойками 2, укрепленными в общем основании 3.
В качестве несущих стоек может быть использован прокат, например, двутаврового или таврового поперечного сечения, или специально изготовленные конструкции. Крепление панелей может осуществляться путем установки в направляющие (образованные одной из сторон двутаврового профиля), или крепления с помощью крепежных деталей к стойке таврового профиля, или иным способом.
С левой и правой внешней стороны экрана оборудованы отгоны 4, составленные также из панелей и фактически образующие дополнительные экраны по бокам, препятствующие огибанию звуковой волной основного экрана. Применение отгонов позволяет существенно снизить дифракцию акустической волны на боковых поверхностях экрана, в результате чего снижается проникновение звуковой волны в зону акустической тени за экраном.
Установка антидифракторов 5 на верхней кромке экрана также обеспечит уменьшение дифракционных волн в зоне акустической тени.
Наличие перфорации на верхней панели антидифракторов 5 обеспечивает создание условий для поглощения акустической волны. Сочетание отверстий определенного диаметра и внутреннего объема панели антидифрактора, образует систему, известную как резонатор Гельмгольца, обладающую свойством поглощать акустическую волну.
Перфорационные отверстия могут выполняться круглой 6 или щелевой 7 формы. В зависимости от формы отверстий для определения собственной частоты резонатора применяются разные формулы.
Резонансная частота ƒ резонатора Гельмгольца для случая круглых отверстий определяется выражением
для случая выполнения отверстий в виде щелей - выражением
2
где ƒ - резонансная частота, Гц; S - площадь сечения отверстия, м; h - расстояние между внутренними поверхностями панели и задней стенки короба, м; b - ширина щели, м; L - расстояние между щелями, м;  - глубина щели, м; d - диаметр отверстия, м; с - скорость звука в воздухе при 20°С [Булкин В.В., Беляев В.Е., Сергеев В.Н. Конструкторские расчеты элементов РЭС в условиях механических и акустических воздействий: Учеб. пособие / Под ред. В.В. Булкина. - Муром: ИПЦ МИ ВлГУ, 2004. - 132 с. (стр. 66)]. Проведя несложные преобразования, получим выражения для вычисления одного из определяемых параметров при заданных остальных, например -  для случая щелевых отверстий,  - для случая круглых отверстий.
Глубина корпуса 8 панели может устанавливаться в зависимости от требуемых спектральных характеристик поглощаемых экраном звуковых колебаний. В этом случае выражения, необходимые для вычисления одного из определяемых параметров при заданных остальных также находятся из (1) или (2), например  или  а также аналогичные.
Применение щелевой перфорации прерывистого типа при реализации принципа звукопоглощения обеспечит большую конструктивную жесткость передней крышки панели.
Внутренний объем короба панели может быть заполнен звукопоглощающим материалом 9 или не иметь заполнения, что определяется видом исследуемых панелей.
Применение шумозащитного экрана для исследования эффективности шумозащитных средств обеспечит возможность исследования уровня защиты при различных вариантах панелей или антидифракторов, используемых в конструкции экрана, как при отработке новых конструктивных решений, так и в учебном процессе при подготовке специалистов в области техносферной безопасности.
Источники информации
1. Патент ПМ №184370, E01F 8/00. Шумозащитный экран / Савиных А.А. Опубл.: 24.10.2018, Бюл. №30.
2. Булкин В.В., Беляев В.Е., Сергеев В.Н. Конструкторские расчеты элементов РЭС в условиях механических и акустических воздействий: Учеб. пособие / Под ред. В.В. Булкина. - Муром: ИПЦ МИ ВлГУ, 2004. - 132 с.