ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ ПОМЕЩЕНИЯ
SOUND-ABSORBING STRUCTURE OF ROOM

Изобретение относится к промышленной акустике.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является звукопоглощающая конструкция по патенту РФ №2414565, кл. E04B 1/74, от 27.02.2009 г., содержащая каркас помещения, оконные и дверные проемы, проемы для размещения светильников, акустические ограждения поверхностей цеха и штучные звукопоглотители над наиболее шумным технологическим оборудованием.
Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения за счет частичного отражения звуковых волн от звукопоглотителя.
Технический результат - повышение эффективности шумопоглощения за счет расширения частотного диапазона.
Это достигается тем, что в звукопоглощающих конструкциях производственного помещения, содержащих каркас помещения, оконные и дверные проемы, акустические ограждения поверхностей цеха и штучные звукопоглотители конического и призматического типов над наиболее шумным технологическим оборудованием, акустические ограждения содержат профилированную и перфорированную стенки, между которыми размещен слой звукопоглощающего материала, а элементы звукопоглотителя призматического типа над наиболее шумным технологическим оборудованием содержат каркас, подвешиваемый за крючья, например, на тросах либо непосредственно крепящийся к жесткой стенке или потолку производственного помещения, причем каркас выполнен по форме в виде двух кубических поверхностей, одна из которых - внешняя выполнена перфорированной, а другая - внутренняя акустически прозрачной, причем звукопоглощающий материал, обернутый сетчатой капроновой тканью, расположен в промежутке между каркасами, причем отношение отношения (H/W) параметров производственного помещения к толщине H1 акустического ограждения лежит в оптимальном интервале величин 0,0007÷0,006, а отношение отношения (H/W) высоты помещения к его ширине к отношению (H2/R) толщины элемента звукопоглотителя к его высоте подвеса лежит в оптимальном интервале величин 0,27÷0,68, а элементы звукопоглотителя конического типа состоят из жесткого конического каркаса с круглой крышкой, плотно прилегающей к основанию конуса за счет крепежной пружины, расположенной внутри каркаса и соединяющей металлический колпачок, расположенный на вершине конуса с крюком для подвешивания к потолку производственного помещения, а на внутренней конической поверхности каркаса расположен звукопоглощающий элемент из минерального волокна в обертке из грубой ткани или мешковины, причем каркас с круглой крышкой имеют перфорацию в виде отверстий круглой, щелевой или прямоугольной формы и выполнены из металла.
На фиг.1 изображена схема помещения, на фиг.2 - конструкция звукопоглощающего акустического ограждения помещения, на фиг.3 - конструкция призматического штучного звукопоглотителя, на фиг.4 - конструкция конического штучного звукопоглотителя, на фиг.5 - схема плавующего пола.
Помещение (фиг.1) содержит каркас, включающий стены и плиты межэтажных перекрытий (не показан), оконные 2,8 и дверные 9 проемы в стенах, ниши 5 для размещения светильников, размещенных на потолке 4, а также пол 1, на котором размещено шумное технологическое оборудование 11. Стены выполнены с акустическими ограждениями поверхностей 3,10,12 помещения, при этом акустическое ограждение (не показано), находящееся напротив ограждения 12, выполнено аналогичным ограждению 12. Над шумным технологическим оборудованием 11 размещены штучные звукопоглотители конического типа 6 и призматического типа 7.
Каждое из акустических ограждений стен помещения (фиг.2) содержит гладкую 13 и перфорированную 14 стенки, между которыми размещен звукопоглощающий материал, расположенный в два слоя, один из которых - более жесткий 15 выполнен сплошным и профилированным, а другой - мягкий 16 выполнен прерывистым в виде прерывистых звукопоглотителей и расположен в фокусе звукоотражающих поверхностей первого слоя 15. При этом сплошной профилированный слой 15 звукопоглощающего материала выполнен из материала, у которого коэффициент отражения звука больше, чем коэффициент звукопоглощения. Прерывистый звукопоглотитель 16, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя 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.
Элемент звукопоглотителя (фиг.3) штучного, призматического типа состоит из жесткого каркаса 18, подвешиваемого за крючья 20 на тросах 19 к потолку 4 производственного помещения. Каркас выполнен по форме в виде двух кубических поверхностей (как частный случай призматических), одна из которых - внешняя 18 выполнена перфорированной, а другая - внутренняя 21 акустически прозрачной, причем звукопоглощающий материал 22, обернутый сетчатой капроновой тканью, расположен в промежутке между каркасами, которые соединены между собой посредством резонансных вставок 23 и 24 разного диаметра отверстий 25 и 26, а внутренняя полость разделена перегородкой 27 на две резонансные полости 28 и 29, одна из которых может быть заполнена звукопоглотителем. В резонансных вставках 23 могут быть размещены светильники 30 с электропитанием (не показано). Заполнение осуществляют звукопоглощающим негорючим материалом (например, винипором, стекловолокном) с защитным слоем из стеклоткани, предотвращающим выпадение звукопоглотителя.
Элемент звукопоглотителя (фиг.4) конического типа состоит из жесткого конического каркаса 31 с круглой крышкой 33, плотно прилегающей к основанию конуса за счет крепежной пружины 35, расположенной внутри каркаса и соединяющей металлический колпачок 36, расположенный на вершине конуса с крюком 37 для подвешивания к потолку 4 производственного помещения. На внутренней конической поверхности каркаса расположен звукопоглощающий элемент 34 из минерального волокна в обертке из грубой ткани или мешковины. Каркас 31 с круглой крышкой 33 имеют перфорацию в виде отверстий 32 круглой, щелевой или прямоугольной формы и выполнены из металла (алюминиевая фольга, жесть, латунь) толщиной 0,4÷1,5 мм, а диаметр круглой сквозной перфорации равен 1 мм, а шаг перфорации - 3 мм. Щелевая или прямоугольная формы перфорации выполнены с размером между наиболее протяженными гранями, равным также 1 мм.
Конструкция поверхности 1 помещения (пол цеха) выполнена в виде плавающего пола (фиг.5), которая предусматривает дополнительную шумоизоляцию межэтажных перекрытий. Эта конструкция представляет собой слой 39 звукоизоляционного прокладочного материала «пенотерм НПП ЛЭ», расположенного на плите перекрытия 38, поверх которого выполняется цементно-песчаная стяжка 41 через металлическую сетку 40. На стяжку 41 укладывается подложка 42 типа «Порилекс», затем ламинат 43 с плинтусом 44.
ЗАО «Уралпластик», являясь крупнейшим производителем вспененных полимеров в России, специально разработало вибродемпфирующий материал ПЕНОТЕРМ НПП ЛЭ для шумоизоляции межэтажных перекрытий. Пенотерм НПП ЛЭ - рулонный вибродемпфирующий материал с закрытопористой ячеистой структурой, изготовленный экструзионным методом из полипропилена, с введением вспенивателя, антипиренов, стабилизирующих, пластифицирующих и других технологических добавок, обеспечивающих оптимальный показатель динамического модуля упругости ЕД=0,66 МПа и сохранение всех заложенных характеристик в течение всего срока службы объекта. Упругие свойства скелета материала пенотерм НПП ЛЭ, химическая стойкость и наличие воздуха, заключенного в его порах, обуславливают гашение энергии удара и вибрации, что способствует снижению ударного и воздушного шума. Структура пенополипропилена способна препятствовать воздействию агрессивных сред, механическим нагрузкам и процессу старения.
Основные физико-механические свойства материала пенотерм НПП ЛЭ:
Динамический модуль упругости при нагрузке 2000 Н/кв.м. - 0,66 МПа,
Относительное сжатие при нагрузке 2000 Н/кв.м. - 11%,
Индекс снижения ударного шума в конструкциях "плавающих полов" - 20-22 дБ,
Плотность - 40 кг/куб.м,
Толщина поставляемого ЗАО «Уралпластик» материала - 6, 8 и 10 мм.
Звукопоглощающие конструкции помещения работают следующим образом. Звуковая энергия от оборудования 11, находящегося в помещении, пройдя через перфорированную стенку 14 акустических ограждений 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 первого слоя 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.
При этом отношение отношения (H/W) параметров производственного помещения к толщине H1 акустического ограждения лежит в оптимальном интервале величин 0,0007÷0,006, а отношение отношения (H/W) высоты помещения к его ширине к отношению (H2/R) толщины элемента звукопоглотителя к его высоте подвеса лежит в оптимальном интервале величин 0,27÷0,68.
Звуковые волны, также распространяясь в производственном помещении, взаимодействуют с заполненными звукопоглотителем 22 полостями. Звукопоглощение на низких и средних частотах происходит за счет акустического эффекта, построенного по принципу резонаторов Гельмгольца, образованных полостями 28 и 29. Различные объемы резонансных полостей служат для подавления звуковых колебаний в требуемом звуковом диапазоне частот, как правило, большие объемы для подавления шума в низкочастотном диапазоне, а малые - в области средних и высоких частот. Взаимодействие звуковых волн с активными полостями, заполненными негорючим звукопоглотителем 22, приводит к шумоглушению в высокочастотном диапазоне, причем за счет наличия полостей 29 увеличивается поверхность звукопоглощения, и, как следствие, повышается коэффициент звукопоглощения.
Конструкция поверхности 1 помещения (пол цеха), которая выполнена в виде плавающего пола, предусматривает дополнительную шумоизоляцию межэтажных перекрытий, и служит для улучшения изоляции воздушного и ударного шума конструкций межэтажных перекрытий.
Преимуществом предлагаемого изобретения является его универсальность применения для различных производственных помещений, имеющих самые разнообразные шумовые характеристики. При этом следует отметить относительную легкость настройки штучного звукопоглотителя на требуемый частотный диапазон шумоподавления и его экономически обоснованную эффективность (имеется в виду снижение шума до санитарно-гигиенических норм). Кроме того, выполнение звукопоглотителя из негорючих материалов делает конструкцию пожаробезопасной.
Предложенное авторами техническое решение является эффективным средством для борьбы с шумом в производственных цехах различных отраслей народного хозяйства.