ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩЕЕ АКУСТИЧЕСКОЕ ОГРАЖДЕНИЕ
SOUND ABSORBING ACOUSTIC FENCING

Изобретение относится к промышленной акустике, в частности к широкополосному шумоглушению, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства при шумоглушении производственного оборудования методом звукопоглощения.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является шумопоглощающая панель по а.с. СССР 348755, кл. F01N 1/04,1970 г. [1], содержащая перфорированную стенку и звукопоглощающий слой, в котором со стороны стенки выполнены пирамидальные ячейки с вершинами, обращенными внутрь слоя.
Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения за счет частичного отражения звуковых волн от звукопоглотителя, а также сравнительно узкий (исключительно высокие частоты) диапазон шумоглушения.
Технический результат - повышение эффективности шумопоглощения за счет расширения частотного диапазона и вторичного поглощения звуковых волн, отраженных от звукопоглотителя.
Это достигается тем, что в звукопоглощающем акустическом ограждении производственного помещения, содержащем профилированную и перфорированную стенки, между которыми размещен слой звукопоглощающего материала, причем одна из стенок выполнена гладкой, а звукопоглощающий материал расположен в два слоя, один из которых, более жесткий, выполнен сплошным и профилированным, а другой, мягкий, выполнен прерывистым и расположен под поверхностями первого слоя, звукопоглощающее ограждение производственного помещения содержит каркас, оконные, дверные проемы, проемы для размещения светильников и акустические ограждения, содержащие гладкую и перфорированную стенки, между которыми размещен звукопоглощающий материал, расположенный в два слоя, один из которых, более жесткий, выполнен составным, состоящим из чередующихся сферических поверхностей и плоских поверхностей с резонансными отверстиями, а другой - мягкий, выполнен прерывистым в виде прерывистых звукопоглотителей и расположен в фокусе звукоотражающих поверхностей первого слоя, причем составной слой выполнен из звукопоглощающего материала, у которого коэффициент отражения звука больше, чем коэффициент звукопоглощения, а прерывистый звукопоглотитель, расположенный в фокусе составного слоя, выполнен в форме тел вращения, например сферы, эллипсоида, конуса, усеченного конуса, и закреплен на перфорированной стенке с помощью штырей, один конец которых жестко закреплен на перфорированной стенке, а другой - выполнен заостренным и расположен в теле прерывистых звукопоглотителей.
На фиг. 1 изображена схема помещения, где установлено ограждение, на фиг. 2 - конструкция звукопоглощающего акустического ограждения, на фиг. 3 изображено акустическое устройство, расположенное в верхней части помещении, общий вид, на фиг. 4, 5 - схемы звукопоглощающего элемента акустического устройства.
Звукопоглощающее акустическое ограждение производственного помещения содержит каркас цеха (на чертеже не показан), оконные 2 и 8, дверные 9 проемы, проемы 5 для размещения светильников и акустические ограждения 1, 3, 4, 10, 12 (фиг. 1).
Звукопоглощающее акустическое ограждение содержит гладкую 13 и перфорированную 14 стенки, между которыми размещен звукопоглощающий материал, расположенный в два слоя, один из которых, более жесткий 15, выполнен составного профиля, а другой - мягкий 16, выполнен прерывистым в виде прерывистых звукопоглотителей и расположен в фокусе звукоотражающих поверхностей первого слоя 15. Составной профиль 15 звукопоглощающего слоя выполнен из материала, у которого коэффициент отражения звука больше, чем коэффициент звукопоглощения, а геометрически он состоит из чередующихся сферических поверхностей 15 и плоских поверхностей 18 с резонансными отверстиями 19. Прерывистый звукопоглотитель 16, расположенный в фокусе сферической поверхности 15, выполнен в форме тел вращения, например сферы, эллипсоида, конуса, усеченного конуса, и крепится на перфорированной стенке 14 с помощью штырей 17, один конец которых жестко закреплен на перфорированной стенке 14, а другой выполнен заостренным и расположен в теле прерывистых звукопоглотителей 16. Резонансные отверстия 19 являются горловинами резонаторов Гельмгольца, образованных соответствующими полостями между гладкой стенкой 13 и составным профилем 15.
Звукопоглощающее акустическое ограждение работает следующим образом.
Звуковые волны, распространяясь в производственном помещении, взаимодействуют следующим образом. Звуковая энергия от оборудования 11, находящегося в помещении, пройдя через перфорированную стенку 14 акустических ограждений 1, 3, 4, 10, 12, попадает на слои мягкого звукопоглощающего материала 16 (например, выполненного из базальтового или стеклянного волокна), который выполнен прерывистым и расположен под звукоотражающими поверхностями составного профиля 15. 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. Коэффициент перфорации перфорированной стенки принимается равным или более 0,25. Для предотвращения высыпания мягкого звукопоглотителя предусмотрена стеклоткань, например типа ЭЗ-100, расположенная между звукопоглотителем и перфорированной стенкой.
Для получения наибольшей эффективности шумоглушения производственное помещение, где установлено звукопоглощающее акустическое ограждение, имеет параметры, которые находятся в следующих оптимальных интервалах величин: а=H/W=0,2…0,4; b=D/W=3,0…5,0, где Н - высота, W - ширина, D - длина помещения.
1
2
1
2
При этом отношения параметров помещения к размерам звукопоглощающего акустического ограждения находятся в следующих оптимальных интервалах величин: a/H=0,004…0,005; b/Н=0,1…0,15, где H - толщина акустического ограждения, Н - расстояние от гладкой стенки помещения до первого составного слоя звукопоглощающего материала.
1
2
2
1
2
Отношения параметров звукопоглощающего акустического ограждения находятся в следующих оптимальных интервалах величин: Н/Н=1,2…1,35; d/Н=0,6…1,25; t/d=2,5…4,5, где H - толщина акустического ограждения, Н - расстояние от гладкой стенки помещения до первого составного слоя звукопоглощающего материала, d - максимальный диаметр тел вращения прерывистого звукопоглотителя, расположенного в фокусе составного первого слоя, t - шаг расположения тел вращения.
Акустическое устройство (фиг. 3) состоит, по крайней мере, из двух звукопоглощающих секций 21, каждая из которых содержит стенки из гофрированного перфорированного материала 22, между которыми расположены звукопоглощающие элементы 23. Стенки гофрированного материала 22 выполнены с щелевой перфорацией из нержавеющей стали или оцинкованного листа толщиной 0,7 мм с полимерным защитно-декоративным покрытием типа «Пурал» толщиной 50 мкм или «Полиэстер» толщиной 25 мкм, или алюминиевого листа толщиной 1,0 мм и толщиной покрытия 25 мкм. Звукопоглощающие секции 1 подвешены, например на тросах 24 за крючья 25.
Каждый из звукопоглощающих элементов 23 (фиг. 4) выполнен в виде перфорированных 26 и 31 пластин, между которыми симметрично расположены слои 27 и 30 звукоотражающего материала, а в центре, между слоями 27 и 30 звукоотражающего материала находятся слои 28 и 29 звукопоглощающего материалов разной плотности, расположенные в два слоя, причем слои звукоотражающего материала выполнены сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, и которые расположены соответственно у перфорированных 26 и 31 пластин, причем перфорированная пластина может быть выполнена из пластмассовой, например капроновой, или металлической сетки с мелкой ячейкой.
3
В качестве материала звукоотражающих слоев 27, 30 может быть применен материал на основе алюминесодержащих сплавов с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом 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.
3
В качестве материала звукоотражающих слоев 27, 30 могут быть применены звукоизоляционные плиты на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» плотностью материала, равной 60÷80 кг/м.
В качестве звукопоглощающего материала слоев 28 и 29 используются плиты из минеральной ваты на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральной ваты типа «URSA», или базальтовой ваты типа П-75, или стекловаты с облицовкой стекловойлоком, причем звукопоглощающий элемент по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «повиден», или жесткий пористый шумопоглощающий материал, например металлокерамика, или камень-ракушечник со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30…45%, или крошка из твердых вибродемпфирующих материалов, например эластомера, полиуретана, или пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем размер фракций крошки лежит в оптимальном интервале величин: 0,3…2,5 мм.
3
В качестве звукопоглощающего материала использован пористый звукопоглощающий керамический материал, имеющий объемную плотность 500÷1000 кг/м и состоящий из 100 массовых частей перлита диаметром частиц 0,5÷2,0 мм, 100÷200 массовых частей одного или нескольких спекающих материалов и 10÷20 массовых частей связующих материалов.
3
3
В качестве звукоотражающего материала применен материал на основе алюминесодержащих сплавов с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом 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, или звукоизоляционные плиты на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» плотностью материала, равной 60÷80 кг/м.
Акустическая панель работает следующим образом.
Звуковая энергия от оборудования, находящегося в помещении, или другого, излучающего интенсивный шум объекта, пройдя через стенки из гофрированного перфорированного материала 22 и перфорированные пластины 26 и 31 звукопоглощающих элементов 23 попадает на слои 27 и 30 звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, которые падают затем на слои 28 и 29 мягкого звукопоглощающего материала разной плотности, расположенные в два слоя (например, выполненного из базальтового или стеклянного волокна).
В волокнистых поглотителях рассеяние энергии колебания воздуха и превращение ее в тепло происходит на нескольких физических уровнях. Во-первых, вследствие вязкости воздуха, а его очень много в межволоконном пространстве, колебание частиц воздуха внутри поглотителя приводит к трению. 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. Кроме того, происходит трение воздуха о волокна, поверхность которых также велика. В-третьих, волокна трутся друг о друга и, наконец, происходит рассеяние энергии из-за трения кристаллов самих волокон. Этим объясняется, что на средних и высоких частотах коэффициент звукопоглощения волокнистых материалов находится в пределах 0,4…1,0.
Предложенное техническое решение является эффективным средством для борьбы с шумом в производственных цехах различных отраслей народного хозяйства, а также мобильных транспортных средств и средством защиты окружающей среды от шумов.
На фиг. 5 изображена схема звукопоглощающего элемента.
Звукопоглощающий элемент содержит гладкую 32 и перфорированную 33 поверхности, между которыми расположен слой звукопоглощающего материала сложной формы, представляющей собой чередование сплошных участков 34 и пустотелых участков 35 и 36, причем пустотелые участки 36 образованы призматическими поверхностями, имеющими в сечении, параллельном плоскости чертежа форму параллелограмма, внутренние поверхности которого имеют зубчатую структуру 37, или волнистую, или поверхность со сферическими поверхностями (на чертеже не показано). При этом вершины зубьев зубчатой структуры 6 обращены внутрь призматических поверхностей 36, а ребра призматических поверхностей закреплены соответственно на гладкой 32 и перфорированной 33 стенках. Полости пустотелых участков 36 заполнены строительно-монтажной пеной 38.
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».
Звукопоглощающий элемент работает следующим образом.
Звуковая энергия, пройдя через слой перфорированной поверхности 33 и пустотелые участки 35 и 36 звукопоглощающего элемента, падает на прерывистый звукопоглощающий слой 34, где происходит первичное рассеивание звуковой энергии, т.е. переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии) в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов "Гельмгольца".