Звукопоглощающая панель для шумозащитной конструкции

Техническое решение, заявляемое как полезная модель, относится к промышленной акустике, в частности, к широкополосному шумоглушению, и может быть использовано для шумоглушения производственного оборудования методом звукопоглощения. Заявляемое устройство применяется для создания звукопоглощающих конструкций, используемых в различных отраслях, включая машиностроение, строительство и др., для снижения шума в помещениях, а также шума, издаваемого машинами и механизмами.
Звукопоглощающие устройства обычно имеют однородный звукопоглощающий слой. В качестве материалов, рекомендуемых для изготовления звукопоглощающих панелей, рекомендуются волокнистые и пористые материалы. На практике широкое применение получили соответствующие строительные пеноматериалы с открытыми порами для глушения звука в помещениях, например, в акустических потолках. Известно, что для того, чтобы звукопоглощающая панель шумозащитной конструкции была высокоэффективной, необходимо выполнение двух условий: она должна обладать высоким внутренним поглощением звуковой энергии, и входной импеданс конструкции должен быть согласован с волновым сопротивлением среды. В источниках Mechel, F. Schallabsorber Band 2, InnereSchallfelder, Strukturen. HirzelVerlag Stuttgart - Leipzig, 1995, и Mechel, F. Schallabsorber Band 3, Anwendungen. HirzelVerlagStuttgart - Leipzig, 1998, описано, как определить входной импеданс пористой звукопоглощающей конструкции, расположенной перед звукоотражающей задней стенкой. Для звукопоглощающих панелей на основе волокнистых звукопоглощающих материалов (ЗПМ) такое согласование обычно достигается либо за счет дистанцирования слоя ЗПМ от жесткой стенки, на которую эта конструкция укрепляется, либо путем построения конструкции из большого количества слоев ЗПМ с плотностью набивки, незначительной для внешнего слоя и равномерно возрастающей по мере приближения к жесткой стенке. Переменная средняя плотность заполнения пространства звукопоглощающим материалом реализуется также при помощи клиньев из звукопоглощающего материала постоянной плотности, и обращенных острыми концами в сторону падающей звуковой волны. Такая конструкция, в частности, общепринята при обработке стен, потолка и пола заглушенных измерительных камер.
Известна звукопоглощающая панель, состоящая из перфорированной и сплошной обшивок и сотового заполнителя, грани которого расположены под углом к обшивкам (Патент США №3821999, МПК G10K 11/172, 1974.07.02). Недостатком такой панели является низкая технологичность изготовления и относительно узкий диапазон звукопоглощения, определяемый высотой сотового блока заполнителя.
Известна звукопоглощающая панель, состоящая из тонколистовых обшивок и разнесенных между ними поясов сотового заполнителя, выполненных из гофрированных лент, между которыми расположены перегородки в виде тонких листов (Патент США №2870857, МПК Е04В 9/32, 1959.01.27). Недостатком указанной панели является то, что она достаточно сложна в изготовлении и имеет большой удельный вес.
Наиболее близкой к заявленной полезной модели является звукопоглощающая панель по патенту RU №2052604, МПК 6 Е04С 2/36, 1996.01.20, принятая за прототип. В соответствии с описанием патента звукопоглощающая панель выполнена в виде наружного листа с отверстиями, выходящими внутрь резонансных камер, образованных между этим листом и наполнителем и может иметь опорный лист. Наполнитель выполнен в виде зигзагообразного гофра, вершины которого соединены с этим листом. В зависимости от назначения панели материал листа и наполнителя может быть любым: металл, бумага, пластик и др. Зигзагообразный гофр своими вершинами может склеиваться (свариваться или паяться) с наружным листом. Соединенные друг с другом они устанавливаются на опорной поверхности. В качестве опоры может выступать поверхность самого шумообразующего объекта, (например, корпус), либо самостоятельный, дополнительный лист, образующий сплошную опорную пластину панели, на которой и формируются путём наслаивания звукопоглощающие элементы панели. Таким образом, звукопоглощающая панель, как самостоятельный элемент шумозащитного устройства, состоит из наружной перфорированной и задней глухой пластин, между которыми расположен звукопоглощающий элемент, выполненный в виде зигзагообразного гофра, вершины которого соединены с этими обшивками, образуя, таким образом, камеры Гельмгольца. Панели устанавливают в помещении или в машине. Звуковые волны, проникая через отверстия наружной пластины, гасятся в резонансных объемах, образованных зигзагообразным гофром.
Недостатком такой панели является низкий коэффициент звукопоглощения, потому что звукопоглощение обеспечивается только камерами Гельмгольца, образованными между перфорированной наружной пластиной и заполнителем. Камеры, расположенные между нижней опорной пластиной и заполнителем, практически не задействованы в работе как резонирующие объемы, что уменьшает эффективность глушения шума и диапазон частот эффективного звукопоглощения.
Целью заявляемой полезной модели является разработка конструкции звукопоглощающей панели, обладающей повышенным коэффициентом звукопоглощения и расширенным частотным диапазоном звукопоглощения, а также упрощением технологии её изготовления.
Задача была решена путём применения в качестве ЗПМ многослойной комбинации из двух пластин мягкого пористого материала и, расположенного между ними, жёсткого гофрированного пористого материала.
Технический результат, достигаемый такой конструкцией панели, заключается в расширении частотного диапазона звукопоглощения и повышении коэффициента звукопоглощения. Существенно упрощается технология изготовления, как самой панели, так и всей шумозащитной конструкции на основе подобных панелей, за счёт уменьшения размеров и толщины ЗПМ.
Конструктивные особенности заявляемой полезной модели показаны на фиг.1 и 2. Фиг. 1 - общий вид заявляемой полезной модели в сборе, Фиг. 2 - заявляемая полезная модель в разобранном виде.
Конструктивно панель может быть выполнена в виде обшивок по стенке или корпусу шумообразующего объекта или как самостоятельный элемент с образованием шумозащитного экрана (конструкции) вокруг объекта.
Звукопоглощающая панель, общий вид которой показан на фиг. 1, устроена следующим образом. На опорную пластину (1) послойно накладываются последовательно: пластина или лист из пористого мягкого звукопоглощающего материала(2) (например, из минеральной ваты, стеклянной ваты, вспененного полиуретана и прочего) и, затем лист складчатой гофрированной структуры (3), на который - вторая пластина пористого мягкого звукопоглотителя (2). Набранные таким образом в виде слоёв пластины сверху прижимаются перфорированной пластиной (4) с образованием каркаса панели, содержащего внутри камеры Гельмгольца (5). Скрепление элементов звукопоглощающей панели осуществляется за счет использования узкой резиновой прокладки (6), приклеиваемой по периметру с торцов каркаса панели между опорной пластиной (1) и перфорированной пластиной (4). Схема сборки составляющих панель пластин показана на фиг. 2. Пилообразные линии зигзагообразного гофра расположены в плоскостях, перпендикулярных к отверстиям перфорированной пластины (4). Перфорированная пластина, выполняющая роль передней стенки собранного каркаса, может быть выполнена из сетки или перфорированного листа с определенной степенью перфорации, обеспечивающей проникновение звуковых волн внутрь. Коэффициент перфорации передней стенки равен или превышает 0,45. Передняя и опорная задняя стенка образованного каркаса выполнены из стали толщиной около 0,7 мм или из алюминиевого листа толщиной около 1 мм.
Гофрированный лист выполнен из звукопоглощающего материала, у которого коэффициент отражения звука больше, чем коэффициент звукопоглощения, (например, из картона, полиэтилентерефталата или других полимеров с аналогичными свойствами). Расстояние между соседними ребрами гофрированного листа 3…5 мм.
Панель работает следующим образом. Воздушный зазор между слоем клиньев складчатой гофрированной структуры (3) и пластиной (2) из мягкого пористого звукопоглощающего материала, прижатого металлической сеткой (перфорированным листом) (4), на низких частотах работает как резонансный поглотитель и увеличивает звукопоглощение на данных частотах. Нижние граничные частоты в зависимости от толщины материала, из которого изготовлена складчатая гофрированная структура, составляют от 31,5 до 100 Гц. Поглощение акустических волн в области средних и высоких частот, начиная с 500 Гц и выше, происходит преимущественно в каналах, которые образуют звукопоглощающие клинья гофрированной структуры. Отраженные и прошедшие сквозь гофрированную структуру акустические волны поглощаются пористыми звукопоглощающими пластинами.
Эффективное поглощение акустических волн звукопоглощающими пластинами обеспечивается также за счет размещения металлической сетки, имеющей малую площадь относительно звукопоглощающей пластины.
Таким образом, данное техническое решение позволяет осуществить эффективное звукопоглощение и согласование акустических импедансов, в котором происходит плавное нарастание акустического импеданса по мере продвижения звуковой волны от широкой части канала, образуемого гофрированной структурой, к узкой части, с одновременным поглощением звуковой энергии на его стенках, выполненных из тонкого материала (например, картона толщиной около 0,5…1 мм).
Если направление потока звуковой энергии заранее неизвестно, то шумозащитную конструкцию набирают из панелей, ориентируемых в различных направлениях. Меняя ориентацию панелей или рядов, получают максимальный коэффициент звукопоглощения. Такое исполнение шумозащитной конструкции позволяет эффективно гасить шумы в области низких частот при любом направлении потока звуковой энергии.
Преимуществом предлагаемого технического решения является его универсальность применения для различных производственных помещений, имеющих самые разнообразные шумовые характеристики. При этом следует отметить и его экономически обоснованную эффективность (имеется в виду снижение шума до санитарно-гигиенических норм).