ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ КОЧЕТОВА
KOCHETOV'S SOUND ABSORBING ELEMENT

Изобретение относится к промышленной акустике.
Известны звукопоглощающие конструкции [1, 2, 3], содержащие жесткую стенку, на которой расположен звукопоглощающий элемент, выполненный из жесткого звукопоглотителя, например пенобетона.
Недостатком такого вида звукопоглощающих конструкций является относительно невысокая степень шумоглушения на средних и низких частотах спектра.
Известны звукопоглощающие конструкции [4, 5, 6], содержащие жесткую и перфорированную стенки, между которыми расположен мягкий звукопоглощающий элемент, выполненный, например, из пенополиуретана.
Недостатком такого вида звукопоглощающих конструкций является относительно невысокая степень шумоглушения на высоких и низких частотах спектра.
Известны звукопоглощающие конструкции [7, 8], содержащие жесткую и перфорированную стенки, между которыми расположен звукопоглощающий элемент, выполненный из звукопоглотителя с относом от жесткой стенки.
Недостатком такого вида звукопоглощающих конструкций является относительно невысокая степень шумоглушения на средних частотах спектра.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является звукопоглощающий элемент, применяемый в качестве облицовки производственных помещений, известный из патента РФ №2463412 (прототип [9]).
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 на низких и средних частотах.
Это достигается тем, что в звукопоглощающем элементе, выполненном в виде внешней и внутренней перфорированных стенок, между которыми размещен звукопоглотитель, состоящий из трех слоев звукопоглощающего материала, при этом первый слой, более жесткий, выполнен сплошным и профилированным и закреплен на внешней поверхности, второй слой, более мягкий, чем первый, выполнен прерывистым и расположен в фокусе звукоотражающих поверхностей первого слоя, при этом первый слой, более жесткий, выполнен сплошным и профилированным, а второй слой, более мягкий, чем первый, выполнен прерывистым и расположен в фокусе звукоотражающих поверхностей первого слоя, а третий слой звукопоглощающего элемента выполнен из вспененного звукопоглощающего материала, например строительной герметизирующей пены, и расположен между первым, более жестким слоем, и перфорированной поверхностью звукопоглощающего элемента, прерывистый звукопоглощающий слой, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя выполнен в форме тел вращения, например в виде шаров, эллипсоидов вращения, и крепится с помощью стержней, параллельных перфорированным поверхностям, которые жестко связанны между собой посредством вертикальных, перпендикулярных к ним крепежных элементов, например в виде пластин, один конец которых жестко закреплен на гладкой поверхности, а второй выполнен в виде хомута, охватывающего стержень и стягивающего его винтом.
На чертеже представлен общий вид звукопоглощающего элемента.
Звукопоглощающий элемент выполнен в виде внешней 1 и внутренней 2 перфорированных поверхностей, между которыми размещен звукопоглотитель, состоящий из трех слоев звукопоглощающего материала, при этом первый слой 3, более жесткий, выполнен сплошным и профилированным и закреплен на внешней поверхности 1, второй слой 4, более мягкий, чем первый, выполнен прерывистым и расположен в фокусе звукоотражающих поверхностей первого слоя 3.
Прерывистый звукопоглощающий слой 4, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя 3, выполнен в форме тел вращения, например в виде шаров, эллипсоидов вращения, и крепится с помощью стержней 6 (на чертеже показано сечение с одним стержнем 6), параллельных перфорированным поверхностям 1 и 2, которые жестко связанны между собой посредством вертикальных, перпендикулярных к ним, крепежных элементов, например в виде пластин 7, один конец которых жестко закреплен на внешней поверхности 1, а второй выполнен в виде хомута, охватывающего стержень 6 и стягивающего его винтом (на чертеже не показано).
Сплошной профилированный слой 3 звукопоглощающего элемента выполнен из более жесткого звукопоглощающего материала, у которого коэффициент отражения звука больше, чем коэффициент звукопоглощения, причем профили 5 образованы сферическими поверхностями, соединенными между собой таким образом, что в целом каждый из профилей 5 образует цельный куполообразный профиль, фокусирующий отраженный звук на один и тот же мягкий прерывистый звукопоглощающий слой 4.
Третий слой 8 звукопоглощающего элемента выполнен из вспененного звукопоглощающего материала, например строительной герметизирующей пены, который повышает звукоизолирующие свойства конструкции в целом, за счет заполнения пустот, образованных слоями 1 и 2, а также увеличивает надежность конструкции в целом при установке ее на оборудовании, работающем в условиях с повышенными ударными и вибрационными нагрузками. Третий слой 8 расположен между первым, более жестким слоем 3 и перфорированной поверхностью 2 звукопоглощающего элемента.
3
В качестве звукопоглощающего материала первого, более жесткого слоя 3 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 пеноалюминия.
В качестве звукопоглощающего материала второго, более мягкого слоя может быть 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 перфорированных поверхностей 1 и 2 может быть выполнен из твердых, декоративных вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем внутренняя поверхность перфорированной поверхности 6, обращенная в сторону звукопоглощающей конструкции, облицована акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден».
Элемент глушителя шума работает следующим образом.
Звуковая энергия, пройдя через слой внешней перфорированной поверхности 1 и третий слой 4 звукопоглощающего элемента, выполненного из вспененного звукопоглощающего материала, падает на прерывистый звукопоглощающий слой, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя 3, где происходит первичное рассеивание звуковой энергии. Затем звуковая энергия попадает на сплошной профилированный слой 3 из звукопоглощающего материала, образованного сферическими поверхностями, образующими цельный куполообразный профиль, и фокусирующий отраженный звук на мягкий звукопоглотитель. Здесь 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.
Низкочастотное звукопоглощение осуществляется за счет мембранного возбуждения стенок корпуса и, косвенно, внутренних объемов воздуха. За счет большого декремента затухания в материале возникает поглощение звуковой энергии при диссипации. Переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии) происходит в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов "Гельмгольца", 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.
Источники библиографии
1. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Звукопоглощающая панель // Заявка на изобретение №2004115479 A. Опубликовано 10.11.2005. Бюллетень изобретений №31.
2. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Шумопоглощающая панель // Заявка на изобретение №2004115481 A. Опубликовано 10.11.2005. Бюллетень изобретений №31.
3. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Акустическая панель // Заявка на изобретение №2005101161 A. Опубликовано 27.06.2006. Бюллетень изобретений №18.
4. Кочетов О.С., Сажин Б.С. Снижение шума и вибраций в производстве: теория, расчет, технические решения. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2001. - 319 с.(рис. 3.9, стр. 54)
5. Кочетов О.С. Текстильная виброакустика. Учебное пособие для вузов. М: МГТУ им. А.Н. Косыгина, группа «Совьяж Бево» 2003. - 191 с. (рис. П.2, стр. 176).
6. Кочетов О.С. Звукопоглощающие конструкции для снижения шума на рабочих местах производственных помещений. Журнал «Безопасность труда в промышленности», №11, 2010, стр. 46-50 (рис. 1; стр. 48 и рис. 2; стр. 48).
7. Кочетов О.С., Голубева М.В., Зубова И.Ю., Костылева А.В., Боброва Е.О., Горнушкина Н.И., Павлова Д.О., Духанина Е.В., Колаева Л.В., Шевченко Н.В., Соколова Т.В. Звукопоглощающее акустическое ограждение // Патент на изобретение РФ №2344488 C2. Опубликовано 20.01.2009. Бюллетень изобретений №2.
8. Кочетов О.С., Голубева М.В., Зубова И.Ю., Костылева А.В., Боброва Е.О., Горнушкина Н.И., Павлова Д.О., Духанина Е.В., Колаева Л.В., Шевченко Н.В., Соколова Т.В. Звукопоглощающая конструкция // Патент на изобретение РФ №2344490 C2. Опубликовано 20.01.2009. Бюллетень изобретений №2.
9. Кочетов О.С., Стареева М.О. Звукопоглощающая конструкция производственного помещения // Патент на изобретение РФ №2463412 C2. Опубликовано 10.10.2012. Бюллетень изобретений №28.