Мембранная звукопоглощающая панель

Полезная модель относится к промышленной акустике, в частности к широкополосному шумоглушению, и может быть использована при шумоглушении производственного оборудования и для облицовки звукоизолирующих кабин методом звукопоглощения.
Полезная модель относится к области создания звукопоглощающих конструкций и может найти применение в различных отраслях, включая машиностроение, строительство и др., и предназначена для снижения шума в помещениях, а также шума, издаваемого машинами и механизмами.
Звукопоглощающая панель содержит ровную сплошную жесткую и перфорированную мягкую обшивку в виде усеченных четырехгранных правильных пирамид с квадратными отверстиями в вершинах, между которыми дистанционно размещена тонкая мембрана. Панель представляет собой комбинацию звукопоглощающих элементов и колебательной системы с воздушными резонаторами, в которых звуковая энергия поглощается за счет резонансных колебаний воздушных объемов и колебаний тонкой мембраны под воздействием падающей звуковой волны.
Наиболее близкой к заявленной полезной модели является звукопоглощающая облицовка (Патент RU №2622934, МПК: G01K 11/16, Е04В 1/84, 21.06.2017 г.), принятая за прототип. Звукопоглощающая облицовка выполнена в виде жесткой и перфорированной стенок, между которыми расположен многослойный звукопоглощающий элемент. Многослойный звукопоглощающий элемент выполнен в виде двух слоев, один из которых, прилегающий к жесткой стенке, является звукопоглощающим, а другой, прилегающий к перфорированной стенке, выполнен из звукоотражающего материала сложного профиля, состоя его из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров. Недостатком такой панели является то, что пустоты, расположенные между перфорированной стенкой и звукопоглощающими элементами, практически не задействованы в работе как резонирующие объемы, что уменьшает эффективность глушения шума и диапазон частот эффективного звукопоглощения.
Перед настоящим изобретением поставлена следующая задача: расширение частотного диапазона звукопоглощения.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в расширении частотного диапазона звукопоглощения.
Сущность полезной модели показана на фиг. 1. и фиг. 2.
Фиг.1 - Заявляемая полезная модель в разобранном виде, где: (1) передняя обшивка в виде усеченных правильных четырехгранных пирамид с квадратными отверстиями в вершинах, (2) - каркас, (3) - мембрана, (4) - каркас, (5) - задняя сплошная обшивка.
Фиг. 2 - Фрагмент разреза мембранной звукопоглощающей панели, где: (1) - передняя обшивка в виде усеченных правильных четырехгранных пирамид с квадратными отверстиями в вершинах, (2) - каркас, (3) - мембрана, (4) - каркас, (5) - задняя сплошная обшивка.
Передняя перфорированная обшивка может быть выполнена из пенополистирола или вспененного полиэтилена толщиной 3…5 мм. Высота усеченных правильных четырехгранных пирамид составляет 15…25 мм, квадратные отверстия в вершинах пирамид - 3…8 мм, размер основания 15…25 мм. Каркас выполнен из резины. Количество секций каркаса может варьироваться в широких пределах. Мембрана представляет собой натянутую на резиновый каркас (4) поливинихлоридную (или из материала со сходными свойствами) пленку толщиной 150…200 мкм. Количество пирамид в каждой секции должно находиться в пределах, при которых конструктивно обеспечивается натяжение мембраны на каркасе. Задняя обшивка (5) выполнена из стали толщиной около 0,7 мм или из алюминиевого листа толщиной около 1,0 мм. Все элементы конструкции панели имеют герметичное клеевое соединение между собой.
Воздушный зазор между вершинами усеченных пирамид передней обшивки (1) и мембраной (3) составляет 4…8 мм, он работает как резонансный поглотитель и увеличивает звукопоглощение на низких частотах. Регулировка диапазона частот поглощаемого звука осуществляется конструктивно за счет увеличения или уменьшения размера воздушного зазора между задней стенкой и мембраной. Это достигается уменьшением или увеличением толщины резинового каркаса (4) к которому закрепляется мембрана. Величина этого воздушного зазора составляет 5…15 мм.
Панель устанавливают передней перфорированной обшивкой к источнику звука.
Поглощение акустических волн в области высоких и средних частот, происходит преимущественно в гранях звукопоглощающим материалом пирамид (1). Это поглощение обеспечивается также за счет плавного нарастания акустического импеданса по мере продвижения звуковой волны от широкой части отверстия в отдельной усеченной пирамиде к узкой части с одновременным поглощением звуковой энергии на его стенках, выполненных из звукопоглощающего материала. Звуковые волны, проходя через отверстия на передней обшивке частично отражаются, рассеиваются и поглощаются в воздушных объемах вспененного полиэтилена или пенополистирола. Прошедшие через отверстия звуковые волны попадают в резонансную камеру между обшивкой (1) и мембраной (3). Угасание звуковой энергии происходит в этом случае за счет колебания мембраны, которая совершает вынужденные колебания, сжимая находящийся позади нее объем воздуха (выполняющий функцию пружины), и перехода звуковой энергии в механическую, а затем в тепловую. Отраженные от мембраны и каркаса резонансной камеры звуковые волны гасятся на внутренней поверхности перфорированной облицовки (1). Из-за малых размеров отверстий и сложной конфигурации облицовки это произойдет многократно, прежде чем какая-то часть звуковых волн снова попадет на отверстие и выйдет наружу.
Если направление потока звуковой энергии заранее не известно, то звукопоглощающую панель набирают из секций (фрагмент разреза панели приведен на фиг. 2), ориентируемых в различных направлениях. Меняя ориентацию панелей или рядов, получают максимальный коэффициент звукопоглощения. Такое исполнение звукопоглощающей панели позволяет эффективно гасить шумы в широкой области частот при любом направлении потока звуковой энергии.
Преимуществом предлагаемого изобретения является его универсальность применения для различных производственных помещений, имеющих самые разнообразные шумовые характеристики (за счет возможности настройки диапазона частот поглощаемого звука).