Низкошумное техническое помещение
LOW-NOISE TECHNICAL ROOM

Изобретение относится к области технических средств обеспечения акустической безопасности окружающей среды за счет подавления (уменьшения) шумовых излучений, производимых производственно-технологическим и инженерно-техническим оборудованием, представленным, в частности, насосной, компрессорной станциями, энергетическими установками (двигателями внутреннего сгорания, дизель-генераторными установками), системами вентиляции и кондиционирования воздуха, электрическими машинами (электродвигателями, электротрансформаторами), смонтированным внутри шумогенерирующих (шумоактивных) технических помещений (строительных зданий). Также оно может быть использовано для улучшения акустической комфортабельности в жилых, производственных и общественных помещениях зданий и сооружений, интегрированных сопредельных (близкорасположенных) с указанными шумогенерирующими техническими помещениями (строительными зданиями).
Известно, что для защиты окружающей среды от интенсивного акустического загрязнения (высоких уровней шума), производимого разнообразными видами шумогенерирующих технических объектов, широкое распространение находят различного типа звукоизолирующие (шумоизолирующие) ограждения зашумленных технических помещений (экранные перегородки, кожухи, панельные футеровки несущих и/или корпусных конструкций, оборудованные смонтированными на их поверхностях дополнительными слоями вязкоэластичных виброзвукодемпфирующих, и/или пористых воздухопродуваемых звукопоглощающих, и/или плотных воздухонепродуваемых звукоизолирующих материалов, и/или их разнообразными сочетающимися комбинациями с дополнительным включением несущих, армирующих, звукопрозрачных, защитных, адгезионных, декоративных слоев материалов или соответствующих конструктивных элементов). Также, для этих же целей могут применяться обособленные единичные или сблокированные, представленные в виде агрегатированных модульных батарей, разнообразные типы акустических резонаторов - четвертьволновых (R'), полуволновых (R''), Гельмгольца (R'''), или же могут использоваться присоединенные к звукопередающим (волноводным) каналам (проемам) соответствующего вида объемные расширительные камеры, заграждающие (ослабляющие) передачу акустической энергии за счет образованных в них звукоотражающих воздушных (газонаполненных) «акустических пробок», характеризующихся резкими изменениями волновых акустических сопротивлений. В подавляющем большинстве случаев, применяются разнообразные комбинированные сочетания перечисленных выше типов шумозаглушающих (шумопонижающих) способов и технических устройств по их осуществлению, и их конкретный выбор предопределяется как техническими, так и экономическими факторами. Использование такого широкого разнообразного типа шумозаглушающих технических приемов (способов) и технических устройств позволяет в той или иной мере обеспечить акустически безопасную шумокомфортную среду обитания для людей и животных. В частности, широкое распространение находят различного типа гибридные шумопонижающие конструкции, использующие комбинированную реализацию физических процессов звукопоглощения и звукоизоляции, где суммарный шумопонижающий эффект используемого технического устройства может базироваться как на эффектах отражения звуковой энергии, так и на комбинированном сочетании эффектов звукопоглощения и звукоотражения. Такого типа технические шумозаглушающие устройства могут, в том числе, не содержать в своем составе пористых воздухопродуваемых звукопоглощающих структур, или воздухонепродуваемых звукоизоляционных структур, а возникающий эффект шумоглушения может реализовываться исключительно функционированием индивидуальных частотно настроенных акустических резонаторных элементов (четвертьволновых R', полуволновых R'', Гельмгольца R'''), включая применение перфорированных пластинчатых структур, располагаемых с заданным воздушным зазором относительно жестких звукоотражающих поверхностей, с образованием соответствующих полостных резонаторных устройств (акустических резонаторов Гельмгольца R'''). Такого типа полостные резонаторные устройства могут быть как пустотелыми, так и частично заполненными пористым звукопоглощающим веществом.
В качестве известных примеров использования технических устройств заглушения акустической энергии, функционирующих по отмеченным выше физическим принципам, могут быть указаны, в частности, различного типа панельно-полостные шумопонижающие конструкции:
- международная заявка на изобретение WO 2009/131855 А2 (опубликована 29.10.2009 г.);
- международная заявка на изобретение WO 2008/138840 А1 (опубликована 20.11.2008 г.);
- международная заявка на изобретение WO 2009/037765 А1 (опубликована 20.09.2007 г.);
- патент Германии на изобретение DE 4315759 (опубликован 11.05.1993 г.);
- международная заявка на изобретение WO 2006056351 (опубликована 06.01.2006 г.);
- патент РФ на изобретение RU 2206458 (опубликован 20.06.2003 г.);
- патент Франции на изобретение FR 2910685 (опубликован 27.06.2008 г.);
- заявка Японии на изобретение JP 2008-96826 А (опубликована 13.10.2006 г.);
- заявка Японии на изобретение JP 2007-186186 (опубликована 26.07.2007 г.);
- патент РФ на полезную модель RU 61353 (опубликован 27.02.2007 г.);
- патент РФ на полезную модель RU 67650 (опубликован 27.10.2007 г.).
К выраженным полезным преимуществам использования указанных выше технических устройств заглушения акустической энергии следует отнести возможность их применения в условиях воздействия агрессивных сред, высоких температур и интенсивных динамических нагрузок, вследствие исключения использования в их составе пористых воздухопродуваемых (газопродуваемых) волокнистых и/или вспененных открытоячеистых структур органического или синтетического происхождения характеризующихся, как правило, недостаточно высокими термо-влаго-биостойкими характеристиками. В их составе применяются исключительно плотные структуры перфорированных металлических или термостойких полимерных материалов, с возможным включением термостойких пористых волокнистых (базальтовых, стеклянных, металлических) и/или вспененных открытоячеистых металлических и/или керамических материалов. В то же время, к отрицательным техническим характеристикам такого типа шумозаглушающих устройств следует отнести их узкий рабочий частотный звуковой диапазон эффективного функционирования, высокую чувствительность к частотной расстройке при изменении физических параметров среды распространения звуковых волн при недостаточно высоком значении достижения эффекта шумозаглушения в широком частотном диапазоне, высокую стоимость, неудовлетворительные габаритные показатели и повышенную материалоемкость. На современном уровне развития техники указанные негативные факторы могут ограничивать их широкое распространение в эффективном решении актуальных практических задач подавления акустических излучений, производимых различными шумогенерирующими техническими объектами.
Соответственно, известны и широко распространены панельно-полостные шумопонижающие конструкции, образованные полости которых полностью или частично заполнены пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом волокнистого и/или открытоячеистого вспененного типа (органического, минерального, синтетического происхождения), характеризующимся более высокими звукопоглощающими (шумопонижающими) характеристиками, однако являющимися достаточно эффективными только в ограниченной области средних и высоких частотах звукового диапазона (свыше 500 Гц). В такого типа известных шумопонижающих конструкциях передняя (лицевая) стенка акустической панели, как правило, выполнена перфорированной и характеризуется достаточно высоким значением коэффициента перфорации. Это сообщает ей свойства приемлемой звукопрозрачности и обеспечивает, по-сути, беспрепятственное (с несущественным, не превышающим 10% эффект звукоотражения) прохождение звуковых волн в полость, заполненную пористым звукопоглощающим материалом. Сквозные, преимущественно круглые отверстия или узкие щелевые просечки с отгибами, - наиболее распространенный вид перфорации такого типа лицевой стенки акустической панели. В качестве примеров такого типа известных шумопонижающих технических устройств следует отметить:
- патент Франции на изобретение FR 2899919 (опубликован 19.10.2007);
- патент Франции на изобретение FR 2899992 (опубликован 19.10.2007);
- патент США на изобретение US 3991848 (опубликован 16.09.1974);
- патент США на изобретение US 5422466 (опубликован 11.03.1994);
- патент Японии на изобретение JP 11104898 (опубликован 20.04.1999);
- международная заявка на изобретение WO 2007/017317 (опубликована 15.02.2007);
- патент Японии на изобретение JP 62165043 (опубликован 21.07.1987);
- заявка Германии на изобретение DE 4332856 (опубликована 27.09.1993);
- Европейский патент на изобретение ЕР 1477302 А1 (опубликован 17.11.2004);
- заявка Японии на изобретение JP 2000034937 (опубликована 02.02.2000);
- заявка Германии на изобретение DE 202004018241 (опубликована 24.11.2004);
- патент Великобритании на изобретение GB 1579897 (опубликован 03.06.1976);
- патент Германии на изобретение DE 4332845 А1 (опубликован 27.09.1993);
- Европейский патент на изобретение ЕР 0697051 В1 (опубликован 20.04.1994);
- международная заявка на изобретение WO 2004/013427 А1 (опубликована 12.02.2004);
- патент РФ на изобретение RU 2042547 (опубликован 27.08.1995).
Приведенные выше известные шумопонижающие технические устройства, наряду с достигаемыми удовлетворительными акустическими характеристиками, реализующимися в области средних и высоких частот звукового диапазона, тем не менее характеризуются определенной потерей потенциальных шумозаглушающих свойств, вследствие образования скачкообразного изменения волнового акустического сопротивления на плоской границе размежевания (раздела) упругих слоистых сред распространения звуковых волн в рассматриваемой зоне воздушной среды, примыкающей к плосколистовой слоистой структуре, с отличающимися значениями волновых акустических сопротивлений, в составе примыкающей воздушной среды, твердотелой плоской стенки перфорированной лицевой панели и плосколистовой структуры пористого звукопоглощающего вещества. Это вызывает не только соответствующую потенциальную потерю звукопоглощающего эффекта, но и содержащиеся отверстия перфорации, распределенные по всей твердотелой поверхности плоской стенки, вызывают также и определенную потерю звукоизолирующих (в частности, звукоотражающих) свойств указанной многослойной структуры стеновой перегородки в целом. Также, имеет место относительная дороговизна применяемых в такого типа конструкциях полимерных пористых звукопоглощающих веществ производимых, преимущественно, из невозобновляемого дорогостоящего углеводородного сырья (нефти, газа). Также они характеризуются достаточно сложными, трудоемкими и «экологически грязными» проблемами как их производства, так и конечной утилизации разнородных конструкционных материалов, используемых в составе деталей и узлов указанного типа шумопонижающих технических устройств, после завершения ими своего жизненного цикла.
Для повышения шумопонижающих свойств подобного вида конструкций, путем обеспечения более плавного (не резкого скачкообразного) согласования волновых акустических сопротивлений, на путях распространения звуковых волн, в граничных зонах разделения упругой воздушной среды распространения звуковых волн, включающих граничные зоны контактирования внешней твердооболочковой поверхности панели технического устройства с внешней и с внутренней полостной зонами примыкания воздушной среды, контурам внешней оболочки (стенки) лицевой акустической панели придается неплоская гофровидная геометрическая форма (клинообразная, волнообразная, кулисообразная), как это, в частности, представлено в следующих известных технических устройствах:
- патенте РФ на изобретение RU 2249258 (опубликован 27.09.2004);
- патенте США на изобретение US 4097633 (опубликован 27.06.1978);
- заявке Германии на изобретение DE 4237513 (опубликована 07.11.1992);
- заявке США на изобретение US 2003207086 (опубликована 11.06.2003);
- Европейском патенте на изобретение ЕР 0253376 А2 (опубликован 20.01.1988);
- патенте РФ на изобретение RU 2161825 (опубликован 10.01.2001);
- заявке Австралии на изобретение AU 2007100636 (опубликована 16.08.2007).
Вышеприведенные шумопонижающие конструкции технических устройств характеризуются, в первую очередь, существенным усложнением их технологического исполнения и относительно высокой стоимостью, при реализуемой недостаточно высокой звукоизолирующей способности (наличии выделяющихся «звукоизолирующих провалов» в отдельных звуковых частотных диапазонах характеристики заглушения звуковой энергии, вследствие образования «паразитных» полостных воздушных акустических резонансов), а также вынужденным сопутствующим возникающим уменьшением («вытеснением») полезного рабочего объема технического помещения, усложнением процессов их эксплуатационного обслуживания (очистки, мойки).
Еще одним известным техническим направлением совершенствования конструкций технических устройств ослабления распространения негативной («паразитной») звуковой энергии, генерируемой виброшумоактивными техническими объектами, смонтированными в технических помещениях, связанным с увеличением доли поглощенной звуковой энергии, является выполнение в передней лицевой панели технического устройства, непосредственно воспринимающей падающие звуковые волны, отверстий перфорации с заданными узкими технологическими допусками геометрических форм и определенных габаритных размеров. Такого типа шумопонижающие технические устройства известны из следующих патентных документов:
- патента Германии на изобретение DE 4315759 СТ (опубликован 11.05.1993);
- патента США на изобретение US 6194052 В1 (опубликован 20.06.1998);
- Европейского патента на изобретение ЕР 1146178 А2 (опубликован 15.03.2001);
- Европейского патента на изобретение ЕР 1950357 А1 (опубликован 30.07.2000);
- заявки США на изобретение US 2007/0272472 А1 (опубликована 29.11.2007);
- международной заявки на изобретение WO 2006/101403 А1 (опубликована 28.09.2006);
- заявки США на изобретение US 2007/0151800 А1 (опубликована 05.06.2007).
Указанные шумопонижающие технические устройства могут характеризоваться улучшенными эксплуатационными и декоративными (улучшенным внешним дизайном) свойствами. Однако, их шумопонижающие свойства являются, тем не менее, недостаточно высокими ввиду используемого ограниченного потенциала улучшения эффективности конструктивной модификации технического устройства, базирующейся на рационализации геометрических форм отверстий перфорации. Также их производство связано с необходимостью применения более сложного высокотехнологического оборудования, обеспечивающего соблюдение узких технологических допусков на изготовление.
Известны шумопонижающие технические устройства, выполненные в виде составных узловых (модульных) звукоизолирующих ограждений, конструктивные элементы которых комбинировано сочетают в себе несколько технических приемов (реализуемых нескольких физических эффектов), позаимствованных из рассмотренных выше группировок известных технических устройств, позволяющие в той или иной степени (в том или ином частотном диапазоне) целенаправленно улучшать их акустические свойства. Такого типа комбинированные гибридные шумопонижающие технические устройства описаны в следующих патентных документах:
- патенте РФ на изобретение RU 2295089 (опубликован 10.03.2007);
- патенте Франции на изобретение FR 2929749 (опубликован 09.10.2009);
- патенте Великобритании на изобретение GB 822954 (опубликован 04.11.1959);
- патенте РФ на изобретение RU 2340478 (опубликован 10.12.2008);
- заявке Японии на изобретение JP 2002175083 (опубликована 21.06.2002).
Недостатками представленных выше шумопонижающих технических устройств является их более высокая конструктивная сложность и трудоемкость изготовления, при достигаемых недостаточно высоких (неудовлетворительных) экологических и стоимостных показателях. Также имеют место недостаточные потенциалы улучшения их шумозаглушающих характеристик в низкочастотном диапазоне звуковых частот, являющимся наиболее интенсивным и актуальным в решении проблем уменьшения шума машин и оборудования.
Известно техническое решение по патенту РФ на изобретение №2465390, опубликованном 20.01.2011, в котором описана конструкция звукоизолирующего ограждения, выполненного в виде автономного шумопонижающего экрана, содержащего в своем составе несущие элементы типа поперечных стоек и продольных профилей, соответствующего типа шумопоглощающий элемент, расположенный с заданным воздушным зазором в полости между тыльной звукоотражающей панелью и перфорированной сквозными отверстиями лицевой звукопрозрачной панелью, при этом указанный шумопоглощающий элемент содержит несущую основу листового перфорированного или сетчатого типа, закрепленную механическими крепежными элементами к горизонтальным профилям и/или основанию шумопонижающего экрана, футерованную, по крайней мере, с одной из ее сторон, обособленными звукопоглощающими панелями, представляющими совокупность дробленых фрагментов пористых волокнистых или вспененных открытоячеистых звукопоглощающих материалов, которые определенным образом распределены и неподвижно закреплены на поверхности несущей основы, с образованием соответствующих воздушных зазоров между ними. По крайней мере, со стороны размещения обособленных звукопоглощающих панелей, поверхность шумопонижающего элемента футерована слоем звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленки или ткани. Недостатком анализируемого технического решения является ограниченная возможность его эффективного использования, осуществляемого преимущественно не в замкнутых ограниченных объемов технических помещений, а на открытых пространствах окружающей среды для защиты селитебных территорий населенных пунктов от негативного акустического излучения, распространяющегося со стороны шумогенерирующих технических объектов - транспортных средств и промышленного оборудования, устанавливаемых вблизи автомобильных и железных дорог, аэродромов, открытых участков линий метрополитена, испытательных полигонов, шумоактивных строительных и производственных площадок, или каких-либо других пространственно направленных источников повышенного шумового излучения, производящих интенсивное акустическое загрязнение окружающей среды. Это обуславливает, в частности, необходимость использования в составе такого типа звукоизолирующего ограждения дополнительных несущих и опорных элементов (фундамента, опорного основания, поперечных стоек и продольных профилей), что существенно усложняет проблему использования указанной шумопонижающей конструкции, приводит к увеличению ее весо-габаритных параметров и стоимости. Одновременно с этим, применение несущей основы в виде плосколистовой геометрической формы, закрепляемой в вертикальном положении на горизонтальных профилях или основании, усложняет технологический процесс последующего размещения обособленных звукопоглощающих панелей, а также затрудняет выполнение звукоизолирующего ограждения сложной пространственной геометрической формы. Ограниченный выбор габаритных размеров и геометрических форм, физико-механических параметров, при необходимости соблюдения заданных величин воздушных зазоров между отдельными образцами дробленных фрагментов обособленных звукопоглощающих панелей, предопределяет недостаточно эффективное поглощение звуковой энергии, реализующееся в условиях диффузного звукового поля закрытых помещений и отмечается в зауженном рабочем частотном диапазоне, характерном только для пространственно выраженных локальных излучателей звуковой энергии в условиях свободного звукового поля типа движущихся автотранспортных средств (легковых и грузовых автомобилей, автобусов) или средств железнодорожного транспорта на открытых пространствах. Использование такого типа конструкции звукоизолирующего ограждения, выполняемого в виде автономного шумопонижающего экрана (нескольких конструкций, для последующего размещения внутри технического помещения, в зонах его ограждающих стеновых и потолочных конструкций), существенно уменьшит (загромоздит) его полезное рабочее пространство, ухудшит процесс технологического обслуживания смонтированного в нем производственно-технологического и инженерно-технического оборудования.
Известным и используемым в технике (архитектурной акустике) техническим приемом частичного исключения (частичного ослабления) развития физического процесса формирования выраженных полуволновых акустических резонансов упругих тел воздушных объемов, представленных внутренними трехмерными воздушными полостями помещений, является применение специализированного по конструктивному исполнению технического помещения 1, представленного в виде соответствующего измерительного акустического инструментария, выполненного в виде измерительной реверберационной камеры, как это описано, в частности в [1, 2, 3]:
[1] - ASTM с 423-02а. Standart Test Method for Sound Absorption and Sound Absorption Coefficients by the Reverberation Room Method. American Society for Testing and Materials International. - West Conshohocken. - 2002. - 11 р.;
[2] - ГОСТ 31274-2004 (ИСО 3741:199) «Шум машин. Определение уровней звуковой мощности по звуковому давлению. Точные методы для реверберационных камер».
[3] - ГОСТ 31704-2011 (ISO 354:2003) «Материалы звукопоглощающие. Метод измерения звукопоглощения в реверберационной камере».
Габаритные размеры и геометрические формы измерительной реверберационной камеры, соотношения ее составных габаритных размеров и физические характеристики ее стеновых конструкций позволяют в определенной степени исключать (частично ослаблять) развитие физического процесса формирования синфазного резонансного сложения полудлин звуковых волн (λ/2), возбуждаемых внутри воздушной полости измерительной реверберационной камеры исследуемым шумогенерирующим источником звука (или калиброванным звуковым излучателем), предотвращая тем самым образование выраженных резонирующих собственных акустических мод воздушного объема помещения измерительной реверберационной камеры. Таким образом, это позволяет из состава диффузного акустического поля внутренней воздушной полости такого типа технического помещения частично исключать (частично ослаблять) развитие физического процесса формирования выраженной неравномерной пространственной плотности распределения интенсивности звуковой энергии, локализирующейся в воздушной полости измерительной реверберационной камеры. Такого типа измерительные реверберационые камеры имеют ограниченное применение и используются в области акустических измерений образцов акустических материалов, а также исследований звукопоглощающих характеристик конструкций деталей, узлов и систем машин, выполняемых в условиях диффузного (реверберационного) звукового поля. В нормативных требованиях [11, 12, 13] даны, в том числе, указания по соответствующим принципам проектирования конструкций измерительных реверберационных камер, предъявляющие требования к объему (габаритным размерам) и геометрической форме ее воздушной полости, физическим характеристикам используемых стеновых конструкций, исключающих негативное развитие физических процессов формирования выраженных пространственных зон неравноплотного резонансного распределения интенсивности звуковой энергии, а также исключения процесса звукопоглощения, производимомго ограждающими поверхностями стеновых конструкций и дверным проемом измерительной реверберационной камеры. Однако, альтернативное использование такого типа оригинальных конструкций измерительных реверберационных камер, в качестве возможных типичных вариантных исполнений низкошумных технических помещений 1, с частично устраненными полуволновыми акустическими резонансами, существенно усложняет и удорожает конструкции типичных технических помещений 1, предназначенных для последующего монтажа в них ШГТО 14, при их проектировании, строительстве и последующей эксплуатации. Очевидным недостатком такого типа технических помещений 1, выполненных в виде измерительных реверберационных камер, является также неудовлетворительное (неполное и неудобное в эксплуатации) использование их полезного рабочего пространства, ввиду выполняемых в них непараллельных противолежащих поверхностей стеновых ограждений, пола, и потолочного перекрытия. Более того, в ряде случаев, для обеспечения требуемой диффузности звукового поля (равномерной пространственной плотности распределения звукового давления), использование свободного рабочего пространства помещения затруднено применяемыми в воздушной полости измерительной реверберационной камеры монтируемых в ней дополнительных рефлекторных экранных элементов, дополнительно выравнивающих пространственную плотность распределения интенсивности звуковой энергии в воздушной полости измерительной реверберационной камеры, что связано с нежелательным дополнительным загромождением ее полезного рабочего пространства.
Известно техническое решение по патенту РФ на изобретение №2579104, опубликованном 20.12.2015, принимаемое в качестве ПРОТОТИПА, в котором представлено зашумленное техническое помещение, оборудованное звукоизолирующей зашивкой, выполненной в виде звукоизолирующей лицевой плосколистовой и/или звукоизолирующей формованной неплоской панели, зазорно монтируемой относительно поверхности оппозитно расположенной несущей стеновой (потолочной) конструкции технического помещения, с образованием соответствующих замкнутых воздушных полостей. При этом, к указанным звукоизолирующим лицевым панелям и/или несущим стеновым (потолочным) конструкциям технического помещения соответствующим образом закреплены четвертьволновые акустические резонаторы R' и/или полуволновые акустические резонаторы R'', частотно настроенные и температурно адаптированные на подавление в образованных воздушных полостях возникающих воздушных акустических резонансов, формирующихся на их собственных поперечных, продольных и повысотных акустических модах. Аналогичную функцию подавления амплитудных значений собственных акустических резонансов, образуемых в воздушных полостях между оппозитно расположенными стенками звукоизолирующей лицевой панели звукоизолирующей зашивки и несущей стеновой (потолочной) конструкцией технического помещения, выполняют соответствующим образом размещаемые в заданных пространственных зонах воздушных полостей обособленные брикетированные звукопоглощающие модули, составленные из дробленных пористых звукопоглощающих веществ.
Недостатком известного технического решения, представленного в прототипе, является сложность его технологического исполнения, а также высокая стоимость, трудоемкость монтажа и технического обслуживания. Кроме этого, такого вида известные технические решения имеют ограниченность применения (узкую область распространения использования) для тех случаев, когда применение звукопоглощающих материалов в составе применяемых брикетированных звукопоглощающих модулей (полимерных, минеральных) недопустимо по причинам предъявляемых повышенных требований пожаробезопасности, долговечности, надежности, возможного ухудшения их функциональных свойств из-за негативного воздействия внешних факторов (окружающей среды, техногенных воздействий и т.п.). Применение известной по прототипу конструкции звукоизолирующей зашивки уменьшает также и объем полезного (рабочего) пространства технического помещения, вызванный его соответствующим частичным загромождающим «вытеснением», зазорно смонтированными элементами звукоизолирующей зашивки, относительно внутренних поверхностей стеновых (потолочных) конструкций технического помещения. Использование представленного в прототипе технического решения предназначено преимущественно на обеспечение дополнительного улучшения звукоизоляции стеновых конструкций технического помещения по заграждению ими передачи воздушным путем звуковой энергии из воздушного пространства технического помещения наружу (в сопредельные помещения и/или в открытое пространство), и/или же передаваемого из сопредельных (смежных) зашумленных помещений или из зашумленного открытого пространства вовнутрь полости технического помещения. Однако, реализация такого технического решения согласно прототипу не воздействует (не влияет) на развитие физических процессов, способствующих образованию полостных воздушных акустических резонансов, образующихся внутри рабочего пространства объемной (трехмерной) воздушной полости технического помещения, сформированной (ограниченной) соответствующими звукоизолирующими лицевыми панелями. Согласно прототипу, оно реализуется лишь в ограниченных локализованных пристеночных воздушных полостях (в воздушных зазорах), образующихся между противолежащими поверхностями звукоизолирующих лицевых плосколистовых панелей звукоизолирующей зашивки и звукоотражающих ограждающих панелей несущих элементов (стен, потолка, внутренних перегородок) технического помещения, за счет соответствующей монтажной установки в образованных воздушных зазорах (воздушных полостях) различного типа шумоподавляющих конструктивных элементов (четвертьволновых R' и/или полуволновых R'' акустических резонаторов, и/или обособленных брикетированных звукопоглощающих модулей).
Заявляемое в качестве изобретения техническое устройство «Низкошумное техническое помещение» направлено на устранение выявленных и проанализированных недостатков аналогов и прототипа в отношении простоты его реализации, технологичности, стоимости и эффективности функционирования.
Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного технического решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что заявляемое устройство низкошумного технического помещения имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический результат, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.
Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Особенности и преимущества заявляемого изобретения станут понятны из представленных чертежей и следующего детального описания устройства, где:
- на фиг. 1 приведены экспериментальные результаты измерений спектра звукового давления (FFT-спектра), излучаемого шумогенерирующим техническим объектом (ШГТО 14), представленным электротрансформаторной подстанцией закрытого типа (ЭТПЗТ), размещенной в техническом помещении 1 подвального этажа здания испытательного центра промышленного предприятия. Измерительный микрофон располагался вне технического помещения 1 на высоте 1,2 м от поверхности его пола, на расстоянии 1 м от перекрытого входной дверью 10 дверного проема 9 технического помещения 1 ЭТПЗТ;
- на фиг. 2 приведены экспериментальные результаты измерений спектра звукового давления (FFT-спектра), излучаемого ШГТО 14, представленным силовым электротрансформатором типа 3МК 260-1 фирмы PLATTHAUS (Германия), расположенным в техническом помещении 1 испытательного центра промышленного предприятия. Измерительный микрофон располагался внутри технического помещения 1 на расстоянии 0,5 м от корпуса электротрансформатора, на высоте 1,2 м от поверности пола технического помещения 1;
- на фиг. 3 приведены экспериментальные результаты измерений спектра звукового давления (FFT-спектра), излучаемого ШГТО 14, представленным промышленным вентилятором типа Аксипал FTDA-050-3 (Россия), смонтированном в техническом помещении 1, представленным помещением испытательной акустической лаборатории испытательного центра промышленного предприятия. Измерительный микрофон располагался внутри технического помещения 1 по оси вращения рабочего колеса вентилятора на расстоянии 0,25 м от поверхности его ступицы;
- на фиг. 4 приведены экспериментальные результаты измерений спектра звукового давления (FFT-спектра), излучаемого ШГТО 14, представленным поршневым компрессором фирмы STAL (Швеция), смонтированным внутри технического помещения 1, представленного компрессорно-холодильной станцией испытательного центра промышленного предприятия. Измерения проводились внутри технического помещения 1, на расстоянии 3 м от поверхности стенки передней части корпуса компрессора, на высоте 1,2 м от поверхности пола технического помещения 1;
- на фиг. 5 приведена представленная в информационном источнике [4], принципиальная схема проведения экспериментальных исследований собственных звуковых колебаний (собственных частот, собственных акустических мод) массо-упругого тела воздушного объема внутренней полости габаритными размерами L⋅B⋅H=3⋅4⋅5 м технического помещения 1;
mA
mL
mB
mH
- на фиг. 6 представлены результаты измерений, приведенные в информационном источнике [4], иллюстрирующие динамически возбужденное результирующее звуковое поле технического помещения 1, характеризуемое зарегистрированным семейством акустических резонансных откликов УЗД на низших собственных акустических модах f (f, f, f);
mL
mB
- на фиг. 7 представлено, приведенное в информационном источнике [4], трехмерное распределение УЗД продольных и поперечных собственных акустических мод, формирующихся на дискретных значениях собственных частот звуковых колебаний f и f, исследуемой объемной цилиндрической воздушной полости технического помещения 1;
- на фиг. 8 приведена принципиальная схема проведения экспериментальных исследований собственных звуковых колебаний (собственных частот, собственных акустических мод) массо-упругого тела воздушного объема внутренней полости габаритными размерами
L⋅B⋅H=10⋅10⋅4 м технического помещения 1;
- на фиг. 9 приведены результаты выполненных экспериментальных исследований частот собственных звуковых колебаний и собственных акустических мод, в виде определенных в пространственных направлениях L, В, Н дискретных значений частот собственных звуковых колебаний массо-упругого тела воздушного объема, заключенного во внутренней воздушной полости 13 габаритными размерами L, В, Н исследуемого технического помещения 1;
- на фиг. 10 схематично изображены направления и пути передачи воздушного и структурного шума, излучаемого ШГТО 14, смонтированном в замкнутого (закрытого) типа техническом помещении 1;
mL
1L
2L
3L
mB
1B
2B
3B
mH
1H
2H
3H
- на фиг. 11 представлены эпюры звуковых давлений 15, распределяющихся в воздушной полости 13 технического помещения 1, на возбуждаемых низших собственных (резонансных) акустических модах f (f, f, f), f (f, f, f) и f (f, f, f), формирующиеся в направлениях ее габаритной длины L, ширины В и высоты Н;
1s
- на фиг. 12.1 схематично изображено вариантное конструктивное исполнение габаритного размера А внутреннего пространства (воздушной полости) 13 по длине L технического помещения 1, иллюстрирующее пример полного резонансного габаритного волнового (полуволнового) совпадения половины длины звуковой волны низшей собственной акустической моды , помещающейся в ограничительных пределах (ограниченной соответствующим габаритом длины L) внутреннего пространства (воздушной полости) 13 технического помещения 1, с помещающейся (совпадающей с ней) половиной длины распространяемой звуковой волны  рабочей доминирующей функциональной частоты низшей гармонической составляющей спектра доминирующей дискретной частоты f, излучаемой ШГТО 14;
1s
- на фиг. 12.2 схематично изображено вариантное конструктивное исполнение габаритного размера А внутреннего пространства (воздушной полости) 13 по длине L технического помещения 1, иллюстрирующее пример габаритного волнового (полуволнового) несовпадения половины длины звуковой волны низшей собственной акустической моды  помещающейся в ограничительных пределах (ограниченной соответствующим габаритом длины L) внутреннего пространства (воздушной полости) 13 технического помещения 1, с половиной длины распространяемой звуковой волны  рабочей доминирующей функциональной частоты низшей гармонической составляющей спектра доминирующей дискретной частоты f, излучаемой ШГТО 14 ;
1s
- на фиг. 12.3 схематично изображено вариантное конструктивное исполнение габаритного размера А внутреннего пространства (воздушной полости) 13 по длине L технического помещения 1, иллюстрирующее пример габаритного волнового (полуволнового) несовпадения половины длины звуковой волны низшей собственной акустической моды , помещающейся в ограничительных пределах (ограниченной соответствующим габаритом длины L) внутреннего пространства (воздушной полости) 13 технического помещения 1, с половиной длины распространяемой звуковой волны  рабочей доминирующей функциональной частоты низшей гармонической составляющей спектра доминирующей дискретной частоты f, излучаемой ШГТО 14 ;
1s
- на фиг. 13.1 схематично изображено вариантное конструктивное исполнение габаритного размера А внутреннего пространства (воздушной полости) 13 по ширине В технического помещения 1, иллюстрирующее пример полного резонансного габаритного волнового (полуволнового) совпадения половины длины звуковой волны низшей собственной акустической моды , помещающейся в ограничительных пределах (ограниченной соответствующим габаритом ширины В) внутреннего пространства (воздушной полости) 13 технического помещения 1, с помещающейся (совпадающей с ней) половиной длины распространяемой звуковой волны  рабочей доминирующей функциональной частоты низшей гармонической составляющей спектра доминирующей дискретной частоты f, излучаемой ШГТО 14;
1s
- на фиг. 13.2 схематично изображено вариантное конструктивное исполнение габаритного размера А внутреннего пространства (воздушной полости) 13 по ширине В технического помещения 1, иллюстрирующее пример габаритного волнового (полуволнового) несовпадения половины длины звуковой волны низшей собственной акустической моды , помещающейся в ограничительных пределах (ограниченной соответствующим габаритом ширины В) внутреннего пространства (воздушной полости) 13 технического помещения 1, с половиной длины распространяемой звуковой волны  рабочей доминирующей функциональной частоты низшей гармонической составляющей спектра доминирующей дискретной частоты f, излучаемой ШГТО 14 ;
1s
- на фиг. 13.3 схематично изображено вариантное конструктивное исполнение габаритного размера А внутреннего пространства (воздушной полости) 13 по ширине В технического помещения 1, иллюстрирующее пример габаритного волнового (полуволнового) несовпадения половины длины звуковой волны низшей собственной акустической моды , помещающейся в ограничительных пределах (ограниченной соответствующим габаритом ширины В) внутреннего пространства (воздушной полости) 13 технического помещения 1, с половиной длины распространяемой звуковой волны  рабочей доминирующей функциональной частоты низшей гармонической составляющей спектра доминирующей дискретной частоты f, излучаемой ШГТО 14 ;
1s
- на фиг. 14.1 схематично изображено вариантное конструктивное исполнение габаритного размера А внутреннего пространства (воздушной полости) 13 по высоте Н технического помещения 1, иллюстрирующее пример полного резонансного габаритного волнового (полуволнового) совпадения половины длины звуковой волны низшей собственной акустической моды , помещающейся в ограничительных пределах (ограниченной соответствующим габаритом высоты Н) внутреннего пространства (воздушной полости) 13 технического помещения 1, с помещающейся (совпадающей с ней) половиной длины распространяемой звуковой волны  рабочей доминирующей функциональной частоты низшей гармонической составляющей спектра доминирующей дискретной частоты f, излучаемой ШГТО 14;
1s
- на фиг. 14.2 схематично изображено вариантное конструктивное исполнение габаритного размера А внутреннего пространства (воздушной полости) 13 по высоте Н технического помещения 1, иллюстрирующее пример габаритного волнового (полуволнового) несовпадения половины длины звуковой волны низшей собственной акустической моды , помещающейся в ограничительных пределах (ограниченной соответствующим габаритом высоты Н) внутреннего пространства (воздушной полости) 13 технического помещения 1, с половиной длины распространяемой звуковой волны  рабочей доминирующей функциональной частоты низшей гармонической составляющей спектра доминирующей дискретной частоты f, излучаемой ШГТО 14 ;
1s
- на фиг. 14.3 схематично изображено вариантное конструктивное исполнение габаритного размера А внутреннего пространства (воздушной полости) 13 по высоте Н технического помещения 1, иллюстрирующее пример габаритного волнового (полуволнового) несовпадения половины длины звуковой волны низшей собственной акустической моды , помещающейся в ограничительных пределах (ограниченной соответствующим габаритом высоты Н) внутреннего пространства (воздушной полости) 13 технического помещения 1, с половиной длины распространяемой звуковой волны  рабочей доминирующей функциональной частоты низшей гармонической составляющей спектра доминирующей дискретной частоты f, излучаемой ШГТО 14 ;
1s
2s
3s
- на фиг. 15 схематично представлен конкретизированный пример вариантного исполнения низкошумного технического помещения 1, представленного в виде ЭТПЗТ, с расположенным в нем ШГТО 14, представленным силовым электротрансформатором, характеризующимся выделяющимся доминирующим в спектре низкочастотным звуковым излучением, проявляющимся на кратных дискретных составляющих f=100 Гц, f=200 Гц, f=300 Гц (см. также фиг. 1 и 2);
1L
1L
- на фиг. 16.1 представлены результаты экспериментального определения изменения УЗД на выраженной энергоемкой первой собственной акустической моде (λ) с дискретным значением собственной частоты звуковых колебаний f=43 Гц массо-упругого тела воздушного объема, заключенного во внутренней трехмерной воздушной полости 13 исследуемого технического помещения 1, оборудованного жесткими звукоотражающими стенами (без поверхностных звукопоглощающих футеровок), в направлении габаритного размера длины L воздушной полости 13, равного 4 м;
1B
1B
- на фиг. 16.2 представлены результаты экспериментального определения изменения УЗД на выраженной энергоемкой первой собственной акустической моде (λ) с дискретным значением собственной частоты звуковых колебаний f=86 Гц массо-упругого тела воздушного объема, заключенного во внутренней трехмерной воздушной полости 13 исследуемого технического помещения 1, оборудованного жесткими звукоотражающими стенами (без поверхностных звукопоглощающих футеровок), в направлении габаритного размера ширины В воздушной полости 13, равного 2 м;
1L
1L
- на фиг. 16.3 представлены результаты экспериментального определения изменения УЗД на выраженной энергоемкой первой собственной акустической моде (λ) с дискретным значением собственной частоты звуковых колебаний f=36 Гц массо-упругого тела воздушного объема, заключенного во внутренней трехмерной воздушной полости 13 исследуемого технического помещения 1, оборудованного жесткими звукоотражающими стенами (без поверхностных звукопоглощающих футеровок), в направлении габаритного размера длины L воздушной полости 13, равного 5 м;
3B
3B
- на фиг. 16.4 представлены результаты экспериментального определения изменения УЗД на третьей собственной акустической моде (λ) с дискретным значением собственной частоты звуковых колебаний f=129 Гц массо-упругого тела воздушного объема, заключенного во внутренней трехмерной воздушной полости 13 исследуемого технического помещения 1, оборудованного жесткими звукоотражающими стенами (без поверхностных звукопоглощающих футеровок), в направлении габаритного размера ширины В воздушной полости 13, равного 4 м;
mA
mL
mB
mH
mA
mL
mB
mH
- на фиг. 17 представлены иллюстративные примеры формирования эпюр звуковых давлений 15, возбуждаемых низших собственных (резонансных) акустических мод  внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 на дискретных значениях собственных частот звуковых колебаний f (f, f, f), составленных по габаритному размеру А (длины L, ширины В, высоты Н) воздушной полости 13, при варианте нахождения (попадания) габаритного размера A (L, В, Н) воздушной полости 13 технического помещения 1 в области значений зоны критического диапазона (критических диапазонов) 4 недопустимых (нежелательных) волновых совпадений Δλ (Δλ, Δλ, Δλ), обеспечивающего эффективное рассогласование физического процесса кратных совпадений полудлин звуковых волн  излучаемых ШГТО 14, с габаритным размером A (L, В или Н) воздушной полости 13 технического помещения 1;
mA
mL
mB
mH
mA
mL
mB
mH
- на фиг. 18 представлены иллюстративные примеры формирования эпюр звуковых давлений 15, возбуждаемых низших собственных (резонансных) акустических мод  внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 на дискретных значениях собственных частот звуковых колебаний f (f, f, f), составленных по габаритному размеру А (длины L, ширины В, высоты Н) воздушной полости 13, при варианте нахождения габаритного размера A (L, В, Н) воздушной полости 13 технического помещения 1 вне областей значений зоны критического диапазона (критических диапазонов) 4 недопустимых (нежелательных) волновых совпадений Δλ (Δλ, Δλ, Δλ), обеспечивающего эффективное рассогласование физического процесса кратных совпадений полудлин звуковых волн  излучаемых ШГТО 14, с габаритным размером A (L, В или Н) воздушной полости 13 технического помещения 1;
mA
mL
mB
mH
mA
mL
mB
mH
- на фиг. 19 представлены иллюстративные примеры формирования эпюр звуковых давлений 15, возбуждаемых низших собственных (резонансных) акустических мод  внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 на дискретных значениях собственных частот звуковых колебаний f (f, f, f), составленных по габаритному размеру А (длины L, ширины В, высоты Н) воздушной полости 13, при варианте нахождения габаритного размера A (L, В, Н) воздушной полости 13 технического помещения 1 вне областей значений зоны критического диапазона (критических диапазонов) 4 недопустимых (нежелательных) волновых совпадений Δλ (Δλ, Δλ, Δλ), обеспечивающего эффективное рассогласование физического процесса кратных совпадений полудлин звуковых волн  излучаемых ШГТО 14, с габаритным размером A (L, В или Н) воздушной полости 13 технического помещения 1;
mL
mB
mA
mL
vs
- на фиг. 20 представлены иллюстративные примеры, изображающие возможные вариантные (по габаритному размеру А) конструктивные исполнения технического помещения 1 с различными габаритными размерами А внутренней трехмерной воздушной полости 13 (длины L и ширины В), в которой формируются низшие собственные акустические моды (λ, λ) воздушной полости 13 технического помещения 1, характеризуемые эпюрами звуковых давлений низших собственных акустических мод λ на дискретных значениях собственных частот звуковых колебаний f, с укладывающимся в воздушной полости 13 в направлении ее габаритной длины L различным целым числом n=1, 2, 3 полудлин звуковых волн . Заштрихованные области зон критических диапазонов (поз. 4) указывают на недопустимые (нежелательные) резонансные волновые совпадения полудлин звуковых волн  и ;
- на фиг. 21 представлена диаграмма энергетического сложения (вычитания) двух логарифмических величин УЗД в дБ.
Цифровыми позициями и буквенными обозначениями на представленных фигурах указаны:
1 - техническое помещение (строительное здание), далее - техническое помещение 1;
2 - динамик (электродинамический громкоговоритель), далее - динамик 2;
3 - измерительный микрофон, решетка измерительных микрофонов (далее - измерительный микрофон 3);
mA
mS
mA
mA
4 - области значений критических диапазонов Δλ недопустимых (нежелательных) волновых совпадений, обеспечивающие эффективное рассогласование физического процесса кратных резонансных совпадений длин λ (полудлин ), звуковых волн, излучаемых ШГТО 14, смонтированном в техническом помещении 1, с длинами λ (полудлинами ) собственных акустических мод, формирующихся в внутренней трехмерной воздушной полости 13, характеризуемой габаритными размерами A (L, B, H), (далее - области значений критических диапазонов Δλ);
5 - потолок (потолочное перекрытие) технического помещения 1 (далее - потолок 5);
6 - пол технического помещения 1 (далее - пол 6);
7 - боковые стены технического помещения 1 (далее - боковые стены 7);
8 - передняя стена технического помещения 1 (далее - передняя стена 8);
9 - дверной проем передней стены 8 (далее - дверной проем 9);
10 - входная дверь дверного проема 9 (далее - входная дверь 10);
11 - задняя стена технического помещения 1 (далее - задняя стена 11);
12 - приточный и вытяжной вентиляционные проемы технического помещения 1 (далее - вентиляционные проемы 12);
13 - внутренняя трехмерная воздушная полость технического помещения 1, ограниченная ограждающими поверхностями потолка 5, пола 6, боковых стен 7 и закрытой входной дверью 10 (далее - воздушная полость 13);
14 - шумогенерирующий технический объект (далее - ШГТО 14);
15 - эпюры звуковых давлений, формирующиеся на низших собственных (резонансных) акустических модах воздушной полости 13, возбужденных звуковым излучением ШГТО 14, составленные в направлениях габаритных размеров А (длины L, ширины В и высоты Н) воздушной полости 13 (далее - эпюры звуковых давлений на низших собственных (резонансных) акустических модах 15);
Принятые буквенные обозначения составных конструктивных элементов и используемых физических параметров виброакустических полей технического помещения 1:
А - один из базовых габаритных параметров (L, В, Н), характеризующих габаритные размеры внутреннего трехмерного пространства воздушной полости 13 технического помещения 1;
L - габаритная длина трехмерной внутренней воздушной полости 13 технического помещения 1;
В - габаритная ширина трехмерной внутренней воздушной полости 13 технического помещения 1;
Н - габаритная высота трехмерной внутренней воздушной полости 13 технического помещения 1;
2
Р - звуковое давление, Н/м (уровень звукового давления, дБ);
mA
mL
mB
mH
2
P (P, P, P) - звуковые давления на возбуждаемых собственных (резонансных) акустических модах внутренней трехмерной воздушной полости 13, формирующихся в пространственных направлениях ее габаритных параметров A (L, В, Н), Н/м (дБ);
1L
2L
3L
2
P, P, P - звуковые давления на возбуждаемых трех низших собственных (резонансных) акустических модах внутренней трехмерной воздушной полости 13, формирующихся в пространственных направлениях габаритных параметров ее длины L, Н/м (дБ);
1B
2B
3B
2
P, P, P - звуковые давления на возбуждаемых трех низших собственных (резонансных) акустических модах внутренней трехмерной воздушной полости 13, формирующихся в пространственных направлениях габаритных параметров ее ширины В, Н/м (дБ);
1H
2H
3H
2
P, P, P - звуковые давления на возбуждаемых трех низших собственных (резонансных) акустических модах внутренней трехмерной воздушной полости 13, формирующихся в пространственных направлениях габаритных параметров ее высоты Н, Н/м (дБ);
-1
f - частота звуковых колебаний, Гц (с);
c
f - промышленная частота сети переменного тока, Гц;
mA
mL
mB
mH
mA
mL
mB
mH
f (f, f, f) - дискретные значения собственных частот звуковых колебаний на собственных акустических модах массо-упругого тела воздушного объема, с длинами звуковых волн λ (λ, λ, λ), формирующиеся во внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, в направлении габаритных параметров A (L, В, Н), Гц;
1L
2L
3L
mL
1L
2L
3L
f, f, f - дискретные значения собственных частот звуковых колебаний на первых трех низших собственных акустических модах массо-упругого тела воздушного объема, с длинами звуковых волн λ (λ, λ, λ), формирующиеся во внутренней трехмерной воздушной полости 13, в направлении габаритной длины L, Гц;
1B
2B
3B
mB
1B
2B
3B
f, f, f - дискретные значения собственных частот звуковых колебаний на первых трех низших собственных акустических модах массо-упругого тела воздушного объема, с длинами звуковых волн λ (λ, λ, λ), формирующиеся во внутренней трехмерной воздушной полости 13, в направлении габаритной ширины В, Гц;
1H
2H
3H
mH
1H
2H
3H
f, f, f - дискретные значения собственных частот звуковых колебаний на первых трех низших собственных акустических модах массо-упругого тела воздушного объема, с длинами звуковых волн λ (λ, λ, λ), формирующиеся во внутренней трехмерной воздушной полости 13, в направлении габаритной высоты Н, Гц;
ms
f - рабочая доминирующая функциональная частота звукового излучения ШГТО 14, Гц;
1s
2s
3s
(f, f, f) - дискретные значения рабочих доминирующих функциональных частот звуковых колебаний, представленных тремя кратными низшими гармоническими составляющими спектра звукового излучения ШГТО 14, Гц;
a
mA
ms
mA
ms
f, fb - значения граничных частот резонансных звуковых колебаний массо-упругого тела воздушного объема внутренней трехмерной воздушной полости 13, на которых обеспечивается уменьшение амплитудных значений звукового давления (уровней звукового давления) при частотно-волновом рассогласовании взаимодействующих звуковых излучений с частотами f и f, и длинами волн λ и λ (полудлинами волн  и ), на величину 15 дБ, Гц;
Δf - ширина полосы частот, на границах которой максимальное значение амплитуды звукового давления в ней уменьшается на величину 15 дБ, Гц;
λ - длина звуковой волны, м;
ms
ms
s
λ - длина звуковой волны рабочей доминирующей функциональной частоты f звукового излучения ШГТО 14 на заданном установившемся эксплуатационном режиме работы n, м;
1s
2s
3s
1s
2s
3s
ms
s
(λ, λ, λ) - длины звуковых волн трех кратных доминирующих частотных гармоник (f, f, f) рабочей доминирующей функциональной частоты f звукового излучения ШГТО 14 на заданном установившемся эксплуатационном режиме работы n, м;
mA
mL
mB
mH
λ (λ, λ, λ) - длины звуковых волн на низших собственных акустических модах, представленных собственными акустическими колебаниями массо-упругого тела воздушного объема внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, м;
mA
mL
mB
mH
mS
mA
Δλ (Δλ, Δλ, Δλ) - области значений критических диапазонов недопустимых (нежелательных) волновых резонансных совпадений, обеспечивающие эффективное рассогласование (предотвращение развития) физического процесса кратных резонансных совпадений длин λ (полудлин ) звуковых волн, излучаемых ШГТО 14, смонтированном в техническом помещении 1, с длинами λ (полудлинами ) собственных акустических мод, формирующихся в внутренней трехмерной воздушной полости 13, характеризуемой габаритными размерами A (L, В, Н);
1А
2A
3А
mS
mA
Δλ, Δλ, Δλ - области значений критических диапазонов недопустимых (нежелательных) волновых резонансных совпадений, обеспечивающие эффективное рассогласование (предотвращение развития) физического процесса кратных резонансных совпадений длин λ (полудлин ) звуковых волн, излучаемых ШГТО 14, смонтированном в техническом помещении 1, с длинами λ (полудлинами ) первых трех низших собственных акустических мод, формирующихся в внутренней трехмерной воздушной полости 13, характеризуемой габаритными размерами A (L, В, Н);
mA20°C
λ - длины звуковых волн на низших собственных акустических модах, представленных собственными акустическими колебаниями массо-упругого тела воздушного объема, заключенного внутри внутренней трехмерной воздушной полости 13, при принятом базовом значении температуры воздуха в ней, равным +20°C, м;
mAt°C
λ - длины звуковых волн на низших собственных акустических модах, представленных собственными акустическими колебаниями массо-упругого тела воздушного объема, заключенного внутри внутренней трехмерной воздушной полости 13, при установившемся в ней эксплуатационном стабилизированном значении температуры воздуха t°C, м;
s
ms
-1
-1
n - заданный установившийся скоростной эксплуатационный режим работы ШГТО 14, характеризуемый звуковым излучением, содержащим в спектре выделяющиеся рабочие доминирующие функциональные частоты звуковых колебаний f, мин, c;
vs
ms
n - целое число (натурального ряда) полудлин звуковых волн  рабочей доминирующей функциональной частоты f звукового излучения ШГТО 14, укладывающихся в ограничительных пределах габаритного параметра А, характеризующего габаритные размеры внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 (L, В, Н);
mA
mA
ms
ms
m - порядковый номер кратной собственной акустической моды (f, λ) звуковых колебаний массо-упругого тела воздушного объема внутренней трехмерной воздушной полости 13, порядковый номер кратной гармоники рабочей доминирующей функциональной частоты f и длины звуковой волны λ звукового излучения ШГТО 14, выраженный целым числом натурального ряда;
L
m - порядковый номер собственной акустической моды звуковых колебаний массо-упругого тела воздушного объема внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, формирующейся в направлении ее габаритной длины L, выраженный целым числом натурального ряда (m=1, 2, 3…);
B
m - порядковый номер собственной акустической моды звуковых колебаний массо-упругого тела воздушного объема внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, формирующейся в направлении ее габаритной ширины В, выраженный целым числом натурального ряда (m=1, 2, 3…);
H
m - порядковый номер собственной акустической моды звуковых колебаний массо-упругого тела воздушного объема внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, формирующейся в направлении ее габаритной высоты Н, выраженный целым числом натурального ряда (m=1, 2, 3…);
с - скорость распространения звуковых волн в воздушной среде внутреннего пространства внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, м/с;
c(t) - скорость звуковых волн в м/с, распространяемых в воздушной среде внутреннего пространства внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, при ее установившемся эксплуатационном температурном режиме в t°C;
t°C - температура воздушной среды во внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, °C;
Δt°C - допустимый (рекомендуемый) рабочий эксплуатационный диапазон изменения температуры воздуха во внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, °C;
mA
mL
mB
mH
mL
mB
mH
ms
1s
2s
3s
ms
1s
2s
3s
K (K, K, K) - коэффициенты кратности установленных соотношений значений габаритных размеров А внутренней трехмерной воздушной полости 13 (ее длины L, ширины В и высоты Н), с укладывающимися в их ограниченных пространственных направлениях соответствующими численными значениями полудлин собственных звуковых волн на низших собственных акустических модах, представленных собственными акустическими колебаниями массо-упругого тела воздушного объема, заключенного внутри воздушной полости 13, - , характеризуемых соответствующими дискретными значениями собственных частот звуковых колебаний (f, f, f), удовлетворяющими условиям предотвращения (эффективного ослабления) развития физического процесса резонансного усиления излучения звуковых колебаний в воздушной полости 13, в которой смонтирован ШГТО 14, производящий звуковое излучение с заданными дискретными значениями рабочих доминирующих функциональных частот гармонических составляющих спектра звукового излучения f (f, f, f), характеризующихся длинами λ (λ, λ, λ) (полудлинами ) звуковых волн;
t
mA
ms
K - приведенный температурный коэффициент коррекции скорости звука c(t) и длин звуковых волн λ и λ, излучаемых ШГТО 14 и распространяющихся во внутренней трехмерной воздушной полости 13, в заданном установившемся рабочем эксплуатационном диапазоне Δt°C изменения температуры воздуха во внутреннем пространстве воздушной полости 13 технического помещения 1;
Т - период волновых (звуковых) колебаний, с;
ϕ - фаза гармонических волновых колебаний, радиан;
N
α - нормальный коэффициент звукопоглощения, усл. ед. (%);
rev
α - реверберационный коэффициент звукопоглощения, в усл. ед. (%);
eq
2
A - площадь эквивалентного звукопоглощения, м;
rev
t - время реверберации, с;
х - отношение удельных теплоемкостей газа при постоянном давлении и объеме (для воздуха, являющимся в основном двухатомным газом х=1,40);
2
р - статическое атмосферное (барометрическое) давление, Н/м;
2
Р - звуковое давление, Н/м (уровень звукового давления, дБ);
3
ρ - плотность воздуха, кг/м;
μ
3
V - молярный объем, м;
r
R - молярная газовая постоянная (усл. ед.);
к
Т - термодинамическая температура, К;
Q - добротность частотной характеристики резонансной колебательной системы (усл. ед.);
R
Q - добротность частотной характеристики акустического резонатора (усл. ед.);
a
Q - добротность собственного акустического резонанса внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 (усл. ед.).
ДВС - двигатель внутреннего сгорания;
ШГТО - шумогенерирующий технический объект 14;
ЭТПЗТ - электротрансформаторная подстанция закрытого типа;
УЗД - уровень звукового давления, дБ.
Терминологические определения, используемые в тексте описания заявки на изобретение
III
I
II
Акустические резонаторы - частотонастроенные шумозаглушающие устройства (резонаторы Гельмгольца R, четвертьволновые R и полуволновые R акустические резонаторы R), - технические устройства, предназначенные для диссипативного поглощения (рассеивания, демпфирования) звуковой (акустической) энергии, распространяемой в рассматриваемой газодинамической (аэродинамической) системе, к которой они подключены; наиболее эффективное использование акустических резонаторов R относится к поглощению резонансных звуковых колебаний, на выделяющихся частотных составляющих в спектрах шумового излучения газодинамической (аэродинамической) системы.
Интерференция волн - физический процесс сложения в неограниченном пространстве или в ограниченном волноводе двух или большего числа волн, имеющих одинаковые периоды колебаний Т, в результате которого в различных зонах неограниченного пространства или ограниченного пространства волновода, амплитудное значение результирующей волны увеличивается или уменьшается в зависимости от соотношений фаз колебаний ϕ складывающихся (взаимодействующих) волн, формируя таким образом неравномерные пространственные распределения амплитуды результирующей волны.
Когерентность - согласованное протекание во времени нескольких колебательных или волновых процессов с идентичными частотами, наблюдающееся при их сложении. Колебания называют когерентными, если разность их фаз остается постоянной во времени и сумма определяет амплитуду суммарного колебания.
Биения звуковых (акустических колебаний) - результат интерференционного сложения двух гармонических звуковых колебаний с близкими частотами, проявляющийся в виде чередующихся амплитудных максимумов и минимумов.
Диффузное (реверберационное) звуковое поле - звуковое поле, которое формируется в закрытых объемах (замкнутых помещениях), ограниченных жесткими звукоотражающими стенками, в каждой точке которого уровень звукового давления является одним и тем же.
Реверберация - физическое явление излучения, распространения, отражения и затухания звуковых волн в результате которого, после момента прекращения излучения звука источником, имеют место (продолжаются) процессы распространения, отражения и затухания звука, протекающие некоторое время, характеризуемое параметром «время реверберации».
Время реверберации - промежуток времени в секундах, замеренный в замкнутом ограниченном пространстве, после выключения источника звука, в течение которого уровень звукового давления данной частоты излучения ослабевает на 60 дБ (в 1000 раз).
Реверберационная акустическая камера - измерительное техническое помещение (измерительная лабораторно-стендовая установка), в котором не менее 98% излучаемой источником акустической энергии отражается в обратном направлении к источнику излучения звука, расположенному в этом помещении, от образующих его стен, пола и потолка, изготовленных из жесткого звукоотражающего материала.
пад
пр
Звукоизоляция - термин, который употребляется для обозначения трех технических характеристик и относится непосредственно к самой акустической конструкции, комплексному физическому процессу поглощения и отражения звуковых волн акустической конструкцией и к количественной оценке изменения (ослабления) передачи акустического излучения (численного изменения параметров физического процесса звукоизоляции), вносимого используемой акустической конструкцией; является мерой изоляции звука перегородкой, стеной или панелью, выраженной в дБ; звукоизоляция равна десятичному логарифму отношения интенсивности падающей (Р) и прошедшей (Р) через перегородку звуковых волн либо разности их уровней в дБ.
N
rev
eq
Звукопоглощение - физический процесс ослабления части энергии звуковых колебаний, распространяемых в пористой структуре звукопоглощающего материала, с возникающим при этом необратимым диссипативным преобразованием звуковой энергии в тепловую энергию, рассеиваемую исключительно средой пористой структуры, в которой распространяется звуковая волна; характеризуется коэффициентом звукопоглощения (нормальным α, реверберационным α) и/или площадью эквивалентного звукопоглощения A.
rev
rev
Коэффициент звукопоглощения реверберационный (α) - отношение энергии диффузного звукового поля, поглощенной поверхностью исследуемого образца материала (исследуемой полномасштабной деталью), к энергии диффузного звукового поля, падающей на нее; определяется по изменяемому регистрируемому времени реверберации t в рабочей полости измерительной реверберационной камеры по результатам помещения в ее полость исследуемого образца материала (исследуемой полномасштабной детали).
rev
Материал звукопоглощающий - конструкционный акустический материал, волокнистой и/или открытоячеистой пористой воздухопродуваемой природы, характеризуемый значением реверберационного коэффициента звукопоглощения α не менее 0,2.
rev
Материал звукоотражающий - конструкционный материал, представленный плотной твердой воздухонепродуваемой структурой вещества, характеризуемого реверберационным коэффициентом звукопоглощения α не превышающим величину 0,1.
Звукопрозрачность - физическое свойство конструкций (отдельных элементов конструкций - пластин, оболочек, пленок) пропускать звуковую волну без существенного ослабления ее энергии (без существенного отражения в направлении противоположном распространению от источника излучения). Количественно звукопрозрачность характеризуется коэффициентом прохождения звука. Конструкция считается звукопрозрачной если вносимое ею ослабление передачи звуковой энергии не превышает 10%.
m
m
Собственная (резонансная) частота f - частота колебаний, на которой имеет место явление резонанса (в данном случае, частота звуковых колебаний f, при которых наблюдается акустический резонанс, характеризуемый существенным усилением амплитуд звукового давления).
m
m
m
s
s
Собственные (резонансные) акустические моды - характеристика виброакустических свойств механической или газодинамической системы, напрямую связанная с собственной (резонансной) частотой ее колебаний f; собственная (резонансная) акустическая мода иллюстрирует тип (пространственную форму) акустических колебаний системы на ее собственных (резонансных) частотах колебаний f, реализующуюся при совпадении частот собственных колебаний системы f с частотами ее вынужденных колебаний f (частотами внешнего динамического возбуждения f).
m
Низшие собственные акустические моды - пространственные формы акустических колебаний на собственных (резонансных) частотах f при значениях m=1, 2, 3.
Добротность частотной характеристики резонаторной колебательной системы Q - количественная характеристика резонансных свойств колебательной системы, численно равная отношению собственной частоты резонансной системы к ширине полосы частот, на границах которой энергия системы при вынужденных колебаниях в 2 раза меньше энергии на резонансной частоте.
R
Добротность частотной характеристики акустического резонатора Q - параметрическая характеристика акустического резонатора R, указывающая на внутренние диссипативные потери, возникающие как в составных структурах (элементах) акустического резонатора R, так и обусловленными внешними энергетическими потерями, непосредственно связанными с процессом излучения звука в окружающую среду, на который также расходуется определенная часть колебательной энергии акустического резонатора R.
a
mA
Добротность собственного акустического резонанса внутренней трехмерной воздушной полости технического помещения Q - количественная характеристика резонансных свойств колебательной системы, представленной в виде массо-упругого тела воздушного объема внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, численно равная отношению собственной (резонансной) частоты звуковых колебаний f к ширине полосы частот Δf, на границах которой максимальное значение уровня звукового давления уменьшается на 15 дБ.
Звуковое (акустическое) поле технического помещения - результирующее установившееся распределение энергии падающих и отраженных звуковых волн, с реализуемыми сопутствующими физическими процессами ее распространения, усиления и поглощения в ограниченном жесткими стеновыми конструкциями трехмерном полостном воздушном объеме технического помещения. Одним из базовых составных элементов акустического поля технического помещения 1, рассматриваемого в технических решениях заявки на изобретение, является выражение (1):
где с - скорость распространения звуковых волн в воздушной среде внутреннего пространства внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, м/с (с=344,057 м/с при +20°C);
L - габаритная длина внутреннего пространства воздушной полости 13 технического помещения 1, м;
В - габаритная ширина внутреннего пространства воздушной полости 13 технического помещения 1, м;
Н - габаритная высота внутреннего пространства воздушной полости 13 технического помещения 1, м;
L
m - порядковый номер собственной акустической моды звуковых колебаний массо-упругого тела воздушного объема внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 в направлении ее габаритной длины L, выраженный целым числом натурального ряда (m=1, 2, 3…);
B
m - порядковый номер собственной акустической моды звуковых колебаний массо-упругого тела воздушного объема внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 в направлении ее габаритной ширины В, выраженный целым числом натурального ряда (m=1, 2, 3…);
H
m - порядковый номер собственной акустической моды звуковых колебаний массо-упругого тела воздушного объема внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 в направлении ее габаритной высоты Н, выраженный целым числом натурального ряда (m=1, 2, 3…).
Температурное поле технического помещения - совокупность значений температур в пространственной области внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 в данный момент времени.
Существенные признаки заявляемого технического решения иллюстрируются фигурами 1…21.
s
mA
mL
mB
mH
mA
mL
mB
mH
ms
mA
mA
mL
1L
2L
3L
mB
1B
2B
3B
mH
1H
2H
3H
mA
mL
1L
2L
3L
mB
1B
2B
3B
mH
1H
2Н
3H
ms
ms
1s
2s
3s
ms
mA
Схематично изображенное на фиг. 10 техническое помещение 1, содержит жесткие несущие ограждающие элементы, выполненные в виде боковых стен 7, передней стены 8, задней стены 11, потолка 5, пола 6, дверного проема 9 с закрытой входной дверью 10 и открытыми вентиляционными проемами 12. Внутренняя трехмерная воздушная полость 13 технического помещения 1 представлена полым прямоугольным цилиндром типа полого прямоугольного параллелепипеда габаритными размерами A (L, В, Н), в котором смонтирован ШГТО 14, производящий акустическое (шумовое) излучение, в виде распространяемых звуковых волн, квалифицируемых шумом, изображенное на указанной фигуре соответствующими стрелками. Одновременно с этим, при работе ШГТО 14 генерируется тепловая энергия, которая также распространяется во внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1. Таким образом, во внутренней трехмерной воздушной полости 13 формируются (пространственно распределяются) соответствующие звуковые и температурные поля. Жесткие несущие ограждающие звукоотражающие элементы технического помещения 1 могут быть представлены сборными крупнопанельными (железобетонными, каркасно-металлическими), крупноблочными монолитными или ручной кирпичной кладки конструктивно-технологическими исполнениями. ШГТО 14 (например, поршневой ДВС, механический редуктор, вентиляторная установка, электрогенератор, силовой электротрансформатор, тягодутьевая машина, дымосос осевого или центробежного типа, поршневой или центробежный насос, поршневой компрессор (или одновременно несколько функционирующих в техническом помещении 1 ШГТО 14), как правило, функционирует на заданном паспортом (техническими условиями эксплуатации) установившемся постоянном скоростном (нагрузочном) эксплуатационном режиме работы n. Конкретные величины габаритных размеров А внутренней трехмерной воздушной полости 13 (L, В, Н) технического помещения 1 предопределяют физические характеристики массо-упругого тела воздушного объема, характеризуемые определенными значениями низших собственных акустических мод, формирующихся на соответствующих дискретных значениях собственных (резонансных) частот звуковых колебаний f (f, f, f), с соответствующими им длинами звуковых волн λ (λ, λ, λ), возбуждаемых в результате реализации физического процесса динамического возбуждения и ответной динамической колебательной реакции упругой воздушной среды в результате распространения в ней звуковых волн, представленных в виде собственных акустических колебаний массо-упругого тела воздушного объема, заключенного внутри внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1. Отличительной особенностью заявляемого технического устройства, представленного в виде низкошумного технического помещения 1, является то, что габаритные размеры A (L, В, Н) внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 подобраны таким образом, чтобы предотвращалось (эффективно ослаблялось) развитие физического процесса резонансного усиления акустического излучения и исключался процесс возникновения биений взаимодействующих акустических сигналов (звуковых волн) с близкими значениями частот звуковых колебаний f и f за счет реализации достаточной величины области значений критических диапазонов недопустимых (нежелательных) резонансных волновых (частотно-модельных) совпадений 4, обеспечивающих достаточную степень эффективного рассогласования (предотвращения) кратных совпадений полудлин звуковых волн , излучаемых ШГТО 14, смонтированным во внутренней трехмерной воздушной полости 13 габаритным размером A (L, В, Н), с полудлинами звуковых волн  низших собственных акустических мод, представленных собственными акустическими колебаниями массо-упругого тела воздушного объема, заключенного внутри внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1. Таким образом, осуществляется исключение (эффективное ослабление) возникновения негативной ответной динамической колебательной реакции, в виде резонансного виброакустического отклика массо-упругого тела воздушного объема, на воздействующее на него (возбуждающее его) звуковое излучение от ШГТО 14, которое реализуется за счет соответствующей степени рассогласования резонансных совпадений их частотно-модальных характеристик. При таких физических условиях осуществляется заданное эффективное рассогласование (устранение) волновых акустических резонансных совпадений что, в свою очередь, вызывает полное исключение (эффективное ослабление) развития физического процесса резонансного динамического возбуждения низших собственных акустических мод, характеризуемых дискретными значениями собственных частот звуковых колебаний f-f (f, f, f), f (f, f, f) и f (f, f, f), характеризуемых соответствующими длинами собственных звуковых волн λ-λ (λ, λ, λ), λ (λ, λ, λ) и λ (λ, λ, λ) и соответствующими им полудлинами собственных звуковых волн  и  колеблющегося массо-упругого тела воздушного объема, заключенного во внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, с дискретными значениями рабочих доминирующих функциональных частот звуковых колебаний f, представленных, по крайней мере (в первую очередь), тремя низшими гармоническими составляющими спектра звукового излучения ШГТО 14, характеризуемых кратными длинами звуковых волн λ-λ, λ и λ. Таким образом, ввиду осуществляемого условия предотвращения (эффективного ослабления) развития физического процесса резонансного усиления звукового излучения, реализуются соответствующие эффекты уменьшения уровней звукового излучения (шума) как внутри технического помещения 1, так и вне его - в сопредельных помещениях, входящих в состав строительного здания, или в примыкающем к строительному зданию открытом окружающем пространстве, в виде воздушного и структурного шума, передающегося через недостаточно высокую (неудовлетворительную) звукоизолирующую способность стеновых прегородок (поз. 7 и 5), элементов дверного проема и входной двери (поз. 9 и 10), вентиляционных проемов (поз. 12), как это иллюстрируется, в частности, на схемах фиг. 10 и 11. Также имеет место предотвращение (исключение) процесса возникновения биений взаимодействующих акустических сигналов (звуковых волн) с близкими значениями частот звуковых колебаний f и f.
Звуковое излучение типичного ШГТО 14, представленного, в частности, различного типа поршневыми машинами - поршневыми ДВС, компрессорами, насосами, а также различного типа электрогенераторами, силовыми электротрансформаторами, механическими редукторами, сопровождается сопутствующим выделением в окружающую среду (во внутреннюю трехмерную воздушную полость 13 технического помещения 1) избыточной паразитной тепловой энергии. В результате происходит формирование в указанной внутренней трехмерной воздушной полости 13 соответствующего температурного поля, воздействующего на условия распространения звуковой энергии в указанной внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1. Имеет место также сопутствующее физическое влияние функционирующих систем вентиляции (климатического контроля), а также происходящих температурных воздействий внешней окружающей среды.
ms
1s
2s
3s
ms
Для определения значений полудлин звуковых волн  рабочей доминирующей функциональной частоты f (ее трех кратных доминирующих частотных гармоник - f, f, f) в составе спектра звукового излучения ШГТО 14, следует учитывать текущие физические параметры массо-упругого тела воздушного объема внутреннего пространства внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, которые влияют на изменение значения длин звуковых волн λ, распространяемых в воздушной среде технического помещения 1. Как известно (см. информационные источники [4]…[13]), длина звуковой волны λ определяется исходя из скорости распространения звука с и частоты звуковых колебаний f:
где λ - длина звуковой волны, м;
-1
f - частота звуковых колебаний, Гц (c);
с - скорость распространения звуковых волн (скорость звука), м/с;
[4] - Helmut V. Fuchs. Schallabsorber und , Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007;
[5] - Н.И. Иванов. Инженерная акустика. Теория и практика борьбы с шумом. - М.: Логос, 2010. - 424 с.;
[6] - В.Б. Тупов. Снижение шума от энергетического оборудования. - М.: Издательство МЭИ, 2005. - 232 с.;
[7] - Д.Ф. Лазароиу, Н.Л. Бикир. Шум электрических машин и трансформаторов. Перевод с рум., - М.: «Энергия», 1973. - 271 с.;
[8] - Борьба с шумом на производстве. Справочник. Под ред. Е.Я. Юдина, Машиностроение, М., 1985, 400 с.;
[9] - Справочник по контролю промышленных шумов. Перевод с англ. Л.Б. Скрябиной и Н.И. Шабановой, М., Машиностроение, 1979, 447 с.;
[10] - Справочник по технической акустике. Под ред. М. Хекла и Х.А. Мюллера. Л., Судостроение, 1980, 440 с.;
[11] - Г.Л. Осипов, Е.Я. Юдин, Г. Хюбнер и др. Снижение шума в зданиях и жилых районах. - М.: Стройиздат, 1987. - 558 с.;
[12] - О.Д. Шебалин. Физические основы механики и акустики: Учеб. пособие. - М.: Высш. школа, 1981. - 261 с.;
[13] - Шум на транспорте. / Перевод с англ. К.Г. Бомштейна. Под ред. Е.Я. Тольского, Г.В. Бутакова, Б.Н. Мельникова. - М: Транспорт, 1995. - 368 с.
Также в приведенных ссылках технического описания заявки на изобретение на указанные информационные источники [4]…[13], приводятся зависимости скорости распространения звука в воздушной среде от изменения ее некоторых физических параметров. Так, согласно формуле Лапласа скорость звука в воздухе определяется согласно следующему выражению:
где
х - отношение удельных теплоемкостей газа при постоянном давлении и объеме (для воздуха, являющимся в основном двухатомным газом х=1,40);
2
р - статическое атмосферное (барометрическое) давление, Н/м;
3
ρ - плотность воздуха, кг/м.
Согласно информационному источнику [12], стр. 224, величина р/ρ является постоянной. При возрастании атмосферного давления р увеличивается и плотность воздуха ρ, а при убывании давления - плотность ρ уменьшается. Также, как следует из страницы 14 текста информационного источника [13], скорость звука с не зависит от изменения атмосферного давления р. Ухо человека уравновешивает постоянное или медленно изменяющееся атмосферное давление р и его реакция на колебания давления начинается с частот f этих колебаний, равных 16…22 Гц. Поэтому, влиянием на скорость звука с изменения атмосферного давления р в воздушном объеме внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 можно пренебречь.
ms
ms
1s
2s
3s
Согласно стр. 25 информационного источника [12], влияние влажности воздуха на скорость звука с в области слышимых звуков пренебрежимо мало. Так, в частности, значения скорости звука с при его распространении в сухом воздухе и в воздухе с относительной влажностью 100% различаются только примерно на 1,5%. Следовательно, при определении влияния влажности воздуха на изменение длины звуковых волн λ рабочей доминирующей функциональной частоты f (трех кратных доминирующих частотных гармоник - f, f, f) звукового излучения, производимого ШГТО 14 в техническом помещении 1, также можно пренебречь.
В это же время известно, что скорость звука с в воздухе существенно зависит от его температуры (t°C). Эту зависимость легко установить, воспользовавшись формулой Менделеева-Клайперона:
μ
3
где V - молярный объем, м;
г
R - молярная газовая постоянная;
к
Т - термодинамическая температура, К.
Подставив значение р в формулу Лапласа (3), получим:
r
μ
Подставив в выражение (5), известные для воздуха значения х, R, V и ρ, а также переведя значения температуры по шкале Кельвина (К) в значения по шкале Цельсия (t°C), получим известную функциональную зависимость скорости распространения звука с в воздухе от температурного состояния воздушной среды:
где c(t) - скорость распространения звуковых волн в упругой воздушной среде при температуре воздуха t°C, м/с;
t°C - температура воздуха в °C.
Таким образом, с учетом несущественного влияния изменения атмосферного давления и влажности воздуха, и существенного влияния температуры воздуха на скорость распространения звуковых волн c(t), с учетом выражений (2) и (6), полудлина звуковой волны , определяющаяся на ее низших собственных акустических модах, представленных собственными акустическими колебаниями массо-упругого тела воздушного объема, заключенного во внутреннем пространстве внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, в направлении одного из габаритных размеров А внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 (длины L, ширины В или высоты Н), должна быть соответствующим образом «температурно» скорректирована и может быть определена согласно выражения (7):
ms
1s
2s
3s
ms
1s
2s
3s
Длины звуковых волн λ (λ, λ и λ), излучаемых ШГТО 14 на дискретных значениях рабочих доминирующих функциональных частот f (трех кратных доминирующих частотных гармоник f, f, f) также должны определяться с учетом преимущественного эксплуатационного температурного диапазона воздуха, заключенного во внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 (в установившемся стабилизированном температурном диапазоне эксплуатации рассматриваемого технического помещения 1, со смонтированном в нем ШГТО 14).
ms
mA
1s
ms
2s
3s
4s
Заявляемое в качестве изобретения техническое решение по конструктивному исполнению низкошумного технического помещения 1 направлено на исключение (предотвращение) реализации развития физических процессов резонансного усиления уровня звукового излучения и возникновения биений взаимодействующих акустических сигналов (звуковых волн) с близкими значениями частот звуковых колебаний f и f, производимых находящимся в нем ШГТО 14 (несколькими ШГТО 14) и осуществляемым им возможным динамическим возбуждением резонансных акустических колебаний массо-упругого тела воздушного объема, заключенного во внутреннем пространстве внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1. В такого типа заявляемом низкошумном исполнении технического помещения 1 предотвращается (эффективно ослабляется) развитие физического процесса динамического возбуждения резонансных акустических колебаний массо-упругого тела трехмерной внутренней воздушной полости 13 технического помещения 1, ограниченной ее боковыми стенами 7, передней стеной 8, задней стеной 11, потолком 5, полом 6, дверным проемом 9 с закрытой входной дверью 10. В конечном итоге, это способствует обеспечению акустической безопасности окружающей среды (уменьшению шума как непосредственно внутри технического помещения 1, так и вне его). В первую очередь, это относится к техническим помещениям 1, в которых размещен интенсивно излучающий звуковую энергию ШГТО 14 (несколько ШГТО 14), спектр звукового излучения которого характеризуется (идентифицируется) одним постоянным (неизменным) дискретным значением частоты звука f (или несколькими дискретными значениями частот звуковых волн f, при m>1: f, f, f, …), уровень звукового давления которых доминирующе выделяется над остальными частотными составляющими звукового спектра (см. фиг. 1…4). В этих случаях, в определяющей мере формируется негативное «акустическое качество» технического помещения 1 и возникает задача его существенного улучшения.
mA
mA
Воздействие на физический процесс уменьшения излучения звуковой энергии, находящимся в техническом помещении 1 ШГТО 14, осуществляется за счет исключения (эффективного ослабления) негативной ответной динамической реакции массо-упругого воздушного тела воздушного объема внутренней трехмерной воздушной полости 13 в виде отсутствующего резонансного виброакустического отклика на воздействующее на него звуковое излучение ШГТО 14, за счет устранения резонансного совпадения недопустимо близких значений их частотно-модальных характеристик. В данном случае подразумевается исключение (ослабление) негативной динамической реакции от воздействия процесса динамического возбуждения на низших собственных акустических модах массо-упругого тела воздушного объема, заключенного внутри внутренней трехмерной воздушной полости 13 указанного технического помещения 1, входящих в состав сформированного в нем акустического поля. Как известно [4, 8, 10], возбуждаемые полуволновые акустические резонансы (и кратные им частотные гармоники) замкнутых воздушных объемов, образующихся во внутренних трехмерных воздушных полостях 13 технических помещений 1, характеризуются выраженными собственными (резонансными) частотами акустических колебаний, с целыми числами (m) полудлин звуковых волн (λ/2), укладывающихся между оппозитными (противолежащими) жесткими стеновыми звукоотражающими поверхностями (в том числе и между поверхностями пола и потолка) технического помещения 1. Ввиду того, что типичные габаритные размеры технических помещений 1 (соответственно, и габариты образуемых внутренних трехмерных воздушных полостей 13), как правило, измеряются несколькими метрами (несколькими десятками метров), соизмеримыми с длинами λ (половинами длин λ/2) излучаемых низкочастотных (f≤300 Гц) звуковых волн, то и потенциально возможные возникающие резонансные усиления звуковых излучений на формирующихся низших собственных акустических модах также предопределяются указанным низкочастотным звуковым диапазоном. В это же время, как известно из [4, 5, 8, 9, 10], эффективность поглощения низкочастотного звукового излучения акустической энергии (20…300 Гц) используемыми типичными пористыми звукопоглощающими элементами (звукопоглощающими панелями, облицовками, футеровками, обивками), применяемыми в технике борьбы с шумом, в отличие от средне- и высокочастотного звукового излучения, является достаточно низкой (малоэффективной). Это, в свою очередь, вынуждает использовать достаточно массивные (крупногабаритные толстостенные) дорогостоящие звукопоглощающие элементы, в том числе монтировать их с дополнительным (промежуточным) воздушным зазором относительно жесткой звукоотражающей поверхности стенки, что, в конечном итоге, уменьшает полезное рабочее пространство технического помещения 1. По этой причине, более продуктивным техническим приемом уменьшения интенсивности резонансного излучения и ослабления передачи акустической энергии низкочастотными звуковыми волнами, является реализация физического процесса исключения собственного резонансного динамического возбуждения низкочастотной акустической системы, осуществляемого непосредственно в самих низкочастотных источниках возникновения (источнике генерирования - ШГТО 14), представленном источником возбуждения внутренней трехмерной воздушной полости 13, представленной, в данном случае, массо-упругим телом воздушного объема, сосредоточенного во внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, характеризуемом собственными частотами звуковых колебаний f и собственными акустическими модами с длинами звуковых волн λ. На решение указанной технической задачи и направлено предлагаемое (заявляемое) техническое решение.
ms
На актуальность и пути решения проблем уменьшения низкочастотных звуковых излучений на доминирующих значениях отдельных дискретных частотных составляющих f, выделяющихся в широкополосных спектрах звуковых давлений различного типа ШГТО 14, эксплуатируемых (смонтированных) в составе технических помещений 1, в частности, -поршневых ДВС, механических редукторов, роторов, вентиляторных установок, электрогенераторов, электротрансформаторов, тягодутьевых машин, дымососов (осевого, центробежного типа), насосов и компрессоров (поршневых, центробежных) - указывается в известных информационных источниках [4…10], а также подтверждается результатами экспериментальных исследований авторов, приведенными на фиг. 1…4.
ms
ms
1s
2s
3s
c
s
ms
ms
ms
s
С учетом функционирующих постоянных (установившихся) скоростных и нагрузочных режимов работы указанных выше эксплуатируемых ШГТО 14, доминирующие дискретные низкочастотные составляющие f, выделяющиеся в широкополосных спектрах звуковых давлений, также являются неизменными (с постоянными значениями частоты звука f), как это следует из приведенных фиг. 1, 2, 3, 4. Это относится, в частности, к ШГТО 14, представленным силовым электротрансформатором, с выделяющимися частотными гармониками f, f, f, равными 100, 200 и 300 Гц, кратными постоянному значению промышленной частоты сети переменного тока f=50 Гц (см. фиг. 1 и 2). Аналогичным образом, это может относиться к постоянным установившимся значениям номинальных частот вращения n (f) валов поршневых машин (ДВС, компрессоров, насосов), электрогенераторов, механических или электрических вентиляторов, механических редукторов, а также к периодическим возвратно-поступательно движущимся неуравновешенным массам неуравновешенных сил и моментов кривошипно-шатунных механизмов поршневых машин. Источниками (динамическими возбудителями) интенсивных звуковых излучений на указанных выделяющихся доминирующих дискретных составляющих f, с формированием соответствующих акустических полей, являются, в частности, пульсации газа (воздуха) в процессах всасывания воздуха в цилиндры поршневых машин, периодические динамические перемещения воздуха лопатками (лопастями) крыльчаток вентиляторов, динамические дисбалансы вращающихся валов, неуравновешенные силы и неуравновешенные моменты возвратно-поступательно движущихся масс поршневых машин (шатунно-поршневых масс кривошипно-шатунного механизма, коленчатого вала), знакопеременные динамические нагрузки рабочих процессов пересопряжения зубьев в зубчатых зацеплениях редукторных агрегатов, динамические знакопеременные электромагнитные и магнитострикционные силы электрических машин и установок. Числовые значения частот звуковых колебаний рассматриваемых доминирующих дискретных составляющих f определяются экспериментальным путем с помощью соответствующей регистрирующей и анализирующей виброакустической аппаратуры (как это в качестве иллюстративных примеров приведено на фиг. 1, 2, 3, 4), или определяются расчетным путем - с учетом известного заданного постоянного установившегося скоростного (нагрузочного) эксплуатационного режима работы n агрегата или системы и конструктивных характеристик составных элементов конкретного ШГТО 14 (скорости вращения коленчатого вала, числа цилиндров и тактности рабочего процесса поршневой машины, числа лопаток (лопастей) крыльчатки вентилятора, числа зубьев сопрягаемых зубчатых пар зубчатого зацепления, частоты сети переменного тока), как это, в том числе следует из известных информационных источников [4…10].
mA
mL
mB
mH
1L
1B
mA
mL
mB
mH
На стр. 5-14 информационного источника [4] приведены результаты исследований собственных звуковых колебаний (собственных акустических мод) массо-упругого тела воздушного объема, представленного внутренней полостью прямоугольного помещения, ограниченного жесткими звукоотражающими стенами (полого цилиндра с основанием прямоугольника). Согласно нему, исследовалось техническое помещение 1 с габаритными размерами внутренней трехмерной воздушной полости 13 L⋅B⋅H=3⋅4⋅5 м (см. фиг. 2.1 в [4], представленную на фиг. 5 заявки на изобретение). Возбуждение звуковых колебаний массо-упругого тела воздушного объема внутренней трехмерной воздушной полости 13 производилось динамиком 2, расположенным в одной из угловых пространственных зон технического помещения 1. Измерения уровней звукового давления регистрировались измерительным микрофоном 3, расположенным в противолежащей угловой зоне технического помещения 1. На фиг. 6 заявки на изобретение приведены результаты измерений физических параметров возбужденного результирующего звукового поля технического помещения 1, представленные в виде зарегистрированных резонансных откликов на собственных частотах звуковых колебаний f (f, f, f), реализующихся на собственных акустических модах исследованной воздушной полости 13 технического помещения 1. На фиг. 7 (см. также фиг. 2.2 в [4]) визуализировано трехмерное распределение звуковых давлений на первых низших продольных и поперечных собственных акустических модах (f, f) исследуемой объемной цилиндрической внутренней трехмерной воздушной полости 13. В [4] указано на хорошую корреляцию полученных результатов экспериментальных измерений, с проведенными расчетными результатами определения собственных частот звуковых колебаний f (f, f, f) собственных акустических мод упруго-колеблющегося тела воздушного объема, заключенного во внутреннем пространстве внутренней трехмерной воздушной полости 13 габаритными размерами длины L, ширины В и высоты Н, технического помещения 1, ограниченного жесткими звукоотражающими боковыми стенами 7, передней стеной 8, задней стеной 11, полом 6, потолком 5, закрытой входной дверью 10. В общем виде, их дискретные значения определяются согласно выражения (1), приведенному выше.
mA
На фиг. 8 приведена принципиальная схема выполненных экспериментальных исследований собственных звуковых колебаний (частот, акустических мод) массо-упругого воздушного объема внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, с отличающимися от рассмотренного выше технического помещения 1 своими габаритными размерами L⋅B⋅H=10⋅10⋅4 м. Экспериментальные исследования выполнялись в техническом помещении 1, представленным помещением испытательной акустической лаборатории, с использованием аппаратно-программного комплекса акустической голографии (Spatial Transformation of Sound Fields) типа STSF 7688 (ф. «Брюль и Къер», Дания). На фиг. 9 приведены результаты экспериментальных исследований собственных частот звуковых колебаний собственных акустических мод, представленных дискретными значениями частот собственных звуковых колебаний массо-упругого тела воздушного объема f, заключенного во внутренней трехмерной воздушной полости 13 исследуемого технического помещения 1 (помещения испытательной акустической лаборатории), в трехмерных пространственных направлениях габаритных размеров A (L, В, Н) технического помещения 1.
mA
mL
mB
mH
a
mL
mB
mH
mA
mL
mB
mH
ms
ms
mA
mL
mB
mH
ms
ms
mA
Анализ результатов исследований, приведенных на фиг. 6, 7, 9 указывает на низкочастотные резонансные усиления возбужденных собственных акустических колебаний массо-упругого тела воздушного объема внутренней трехмерной воздушной полости 13, представленной в виде прямоугольного параллелепипеда, технического помещения 1, ограниченного жесткими звукоотражающими боковыми стенами 7, передней стеной 8, задней стеной 11, полом 6, потолком 5, закрытой входной дверью 10. Наиболее интенсивно они проявляются на собственных частотах звуковых колебаний f (f, f, f) с соответствующим формированием собственных акустических мод внутренней трехмерной воздушной полости 13 (фиг. 7) и характеризуются малой добротностью собственного акустического резонанса внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 Q с узконастроенными частотными откликами динамического возбуждения (см. фиг. 6 и 9). Это указывает, в частности, на принципиальную возможность реализации эффективной частотной отстройки (частотного рассогласования) источника динамического возбуждения (звукового излучения ШГТО 14) от собственных акустических колебаний массо-упругого тела воздушного объема, заключенного во внутренней трехмерной воздушной полости 13 (собственных частот f, f, f звуковых колебаний, с формирующимися собственными акустическими модами). Она может осуществляться за счет некоторого заданного частотного смещения (рассогласования) значений собственных частот звуковых колебаний f (f, f, f), формирующихся на собственных акустических модах внутренней трехмерной воздушной полости 13, от значений рабочих доминирующих функциональных частот f звукового излучения ШГТО 14. Аналогичным образом, может быть реализовано некоторое заданное смещение значений рабочих доминирующих функциональных частот f звукового излучения ШГТО 14 (если это допустимо по техническим условиям его эксплуатации). Заданная величина частотного смещения (рассогласования) значений частот звуковых колебаний f (f, f, f) собственных акустических мод внутренней трехмерной воздушной полости 13 от значений рабочих доминирующих функциональных частот f звукового излучения ШГТО 14 должна быть достаточной для исключения возникновения физического процесса возникновения биений взаимодействующих акустических сигналов (звуковых волн) с близкими значениями частот звуковых колебаний f и f.
ms
ms
1s
2s
3s
1s
2s
3s
c
1s
2s
3s
На фиг. 1-4 приведены экспериментальные результаты измерений спектров звукового давления (FFT-спектров), излучаемых различного типа ШГТО 14 (силовым электротрансформатором, промышленным вентилятором, поршневым компрессором), размещенных в соответствующих технических помещениях 1. Результаты экспериментальных исследований, приведенные на фиг. 1-4, свидетельствуют о наличии идентифицируемых рабочих доминирующих функциональных частот f звукового излучения исследованных ШГТО 14, формирующих звуковое поле технического помещения 1. В частности, результаты измерения узкополосного звукового спектра, излучаемого ЭТПЗТ, размещенной в подвальном этаже строительного здания испытательного центра промышленного предприятия (см. фиг. 1), указывают на выделяющиеся в звуковом спектре рабочие доминирующие функциональные частоты f, представленные тремя низкочастотными гармоническими составляющими спектра звукового излучения (f, f, f) ШГТО 14, представленного в виде силового электротрансформатора, которые составляют значения f=100 Гц, f=200 Гц, f=300 Гц, кратные частоте сети переменного тока f=50 Гц. Следует при этом указать, что УЗД на зарегистрированных дискретных частотах (f, f, f) превышают более чем на 20 дБ (в 10 раз - в линейных единицах измерений) УЗД других частотных составляющих звукового излучения ЭТПЗТ и, таким образом, практически полностью доминируют в звуковом поле пространственной зоны закрытого дверного проема 9 технического помещения 1, представленного в виде ЭТПЗТ и на прилегающей к нему территории. Именно по этой причине указанное звуковое излучение по субъективному слуховому восприятию характеризуется «низкочастотным электротрансформаторным гулом».
ms
1s
2s
3s
1s
2s
3s
При измерении 1/3 октавного звукового спектра, излучаемого силовым электротрансформатором типа 3МК 260-1 фирмы PLATTHAUS (Германия), расположенным в техническом помещении 1 испытательного центра промышленного предприятия (см. фиг. 2), также зарегистрированы рабочие доминирующие функциональные частоты f звукового излучения ШГТО 14 в виде выраженного низкочастотного «электротрансформаторного гула» силового электротрансформатора: f=100 Гц, f=200 Гц, f=300 Гц (входит в состав ширины частотной полосы с центром 315 Гц). УЗД на зарегистрированных дискретных частотах (f, f, f) превышают более чем на 15 дБ (в 5,6 раза - в линейных единицах измерения) УЗД других частотных составляющих представленного спектра звукового излучения исследуемого электротрансформатора, что также свидетельствует об их доминирующем вкладе в процесс формирования окружающего звукового поля технического помещения 1.
1s
2s
1s
2s
1s
2s
Приведенный 1/3 октавный спектр звука, излучаемый промышленным вентилятором модели Аксипал FTDA-050-3 (Россия), смонтированным в техническом помещении 1, представленным помещением испытательной акустической лаборатории (см. фиг. 3), идентифицирует в качестве выраженных низкочастотных спектральных составляющих две рабочие доминирующие функциональные частоты звукового излучения ШГТО 14, в виде лопастной (лопаточной) частоты вращения крыльчатки f=50 Гц и кратной ей гармоники f=100 Гц. УЗД на отмеченных дискретных значениях частот (f, f) более чем на 25 дБ (в 17,8 раза - в линейных единицах измерения) превышают УЗД прилегающего к ним средне- и высокочастотного диапазона исследуемого спектра звукового излучения ШГТО 14. Это позволяет квалифицировать указанные частоты f и f в качестве доминантных низкочастотных излучателей звука, формирующих звуковое поле технического помещения 1.
1s
2s
1s
2s
Результаты измерений 1/3 октавного звукового спектра, излучаемого поршневым компрессором фирмы STAL (Швеция), смонтированным в техническом помещении 1 компрессорно-холодильной станции испытательного центра промышленного предприятия, представленные на фиг. 4, также идентифицируют две выраженные дискретные рабочие доминирующие функциональные частоты звукового излучения ШГТО - f=200 Гц и f=400 Гц. УЗД на зарегистрированных дискретных значениях звуковых частот (f, f) более чем на 10 дБ (в 3,16 раза - в линейных единицах измерения) превышают УЗД остальных частотных составляющих спектра звукового излучения, зарегистрированного в техническом помещении 1 компрессорно-холодильной станции.
ms
ms
mA
Таким образом, как следует из выполненных результатов исследований, приведенных на фиг. 1-4, рабочие доминирующие функциональные частоты звукового излучения f исследуемых ШГТО 14, смонтированных в соответствующих технических помещениях 1, различных габаритных размеров L, В, Н, сосредоточены в актуальной низкочастотной области звукового спектра (50…400 Гц), длины звуковых волн λ которых находятся в метровом диапазоне звуковых частот, что способствует их резонансному частотно-волновому совпадению с габаритными размерами массо-упругого воздушного объема внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, характеризуемого соответствующими собственными акустическими модами с длинами звуковых волн λ (полудлинами ), укладывающимися между противолежащими жесткими звукоотражающими поверхностями стеновых (пола и потолка) ограждений технического помещения 1.
Заявляемое в качестве изобретения низкошумное техническое помещение 1 содержит установленный в его внутреннем пространстве (внутренней трехмерной воздушной полости 13) ШГТО 14 (несколько ШГТО 14), доминирующее звуковое излучение которого предопределяется установившимися постоянными (неизменными) значениями низкочастотных дискретных спектральных составляющих, с выделяющимися УЗД в спектре звукового поля технического помещения 1 относительно остальных частотных составляющих звукового спектра. В качестве типичного ШГТО 14 рассматриваются, в частности, силовой электротрансформатор, поршневой ДВС и/или поршневой компрессор в составе дизель-генераторной, компрессорной станций, установленная в техническом помещении 1 автономная насосная, или вентиляторно-климатическая установки. Такого типа ШГТО 14, согласно их паспортных технических характеристик, квалифицируются постоянным (установившимся) скоростным (эксплуатационным) режимом работы. Соответственно, при их работе генерируется установившееся звуковое поле, содержащее в своем спектральном составе выраженные дискретные значения частотных составляющих спектра звукового излучения, связанные с реализующимися рабочими процессами при работе ШГТО 14. С другой стороны, в такого типа технических помещениях 1 формируется (в том числе и с использованием дополнительных технических средств) стабилизированный рабочий эксплуатационный температурный режим воздушной среды, с формированием постоянного установившегося температурного поля воздушного объема внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, в которой распространяются звуковые волны, генерируемые ШГТО 14.
Физические процессы генерирования и путей распространения звукового излучения от ШГТО 14 схематично указаны на фиг. 10.
mL
1L
2L
3L
mB
1B
2B
3B
mH
1H
2H
3H
mA
mL
1L
2L
3L
mB
1B
2B
3B
mH
1H
2H
3H
ms
1s
2s
3s
mA
mL
mB
mH
На фиг. 11 представлены эпюры звуковых давлений (поз. 15), распределяющиеся на собственных частотах звуковых колебаний трех низших собственных (резонансных) акустических мод f (f, f, f), f (f, f, f) и f (f, f, f). Неравномерные, с выраженными максимумами и минимумами пространственные распределения амплитудных значений (уровней звуковых давлений) P-P (P, P, P), P (P, P, P) и P (P, P, P), указывают на потенциальную возможность реализаций отдельных вариантных конструктивных исполнений, как это представлено в заявляемом техническом устройстве, когда выбранные габаритные размеры А (L, В, H) внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 исключают кратные совпадения половин длин звуковых волн низших собственных акустических мод  и  внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 с половинами длин звуковых волн рабочих доминирующих функциональных дискретных частотных гармоник спектра звукового излучения , производимого ШГТО 14 (см. фиг. 12.2, 12.3, 13.2, 13.3, 14.2, 14.3). В результате такого типа компоновочно-конструктивных исполнений, возможна реализация исключения (эффективного ослабления) развития физического процесса частотно-волнового совпадения и последующего динамического резонансного усиления уровней взаимодействующих звуковых давлений и возникновения биений взаимодействующих акустических сигналов (звуковых волн) с близкими значениями частот на указанных рабочих доминирующих функциональных гармониках f (f, f, f) спектра звукового излучения ШГТО 14 и низших собственных (резонансных) акустических мод f (f, f, f) внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, в отличие от вариантного исполнения, как это представлено на фиг. 12.1, 13.1 и 14.1, когда имеет место физический процесс их полного частотно-волнового совпадения.
ms
mA
ms
mA
mA
mL
mB
mH
mL
mB
mH
ms
ms
1s
2s
3s
Таким образом, фигуры 12, 13, 14 схематически иллюстрируют процессы реализации развития физического процесса как потенциально возможного негативного резонансного усиления звукового излучения и возникновения физического процесса биений взаимодействующих акустических сигналов (звуковых волн) с близкими значениями частот звуковых колебаний f и f (фиг. 12.1, 13.1, 14.1), так и исключения (эффективного ослабления) резонансного усиления звукового излучения и возникновения физического процесса биений взаимодействующих акустических сигналов (звуковых волн) с близкими значениями частот звуковых колебаний f и f (фиг. 12.2, 12.3, 13.2, 13.3, 14.2, 14.3), возникающих во внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, на дискретных значениях собственных частот звуковых колебаний f (f, f, f), формирующихся на собственных акустических модах внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1. Приведенные на указанных фигурах параметры f - определены в направлении габаритной длины L внутреннего пространства внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, f - в направлении габаритной ширины В внутреннего пространства внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, f - в направлении габаритной высоты Н внутреннего пространства внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, с учетом соответствующих им частотно-волновых (кратных) полных совпадений (фиг. 12.1, 13.1, 14.1) или несовпадений (фиг. 12.2, 12.3, 13.2, 13.3, 14.2, 14.3) с излучаемыми ШГТО 14 длинами звуковых волн λ (кратными им полудлинами звуковых волн  указанных рабочих доминирующих функциональных частот f, представленных тремя выделяющимися доминирующими гармоническими составляющими спектра звукового излучения f, f, f.
ms
1s
2s
3s
ms
s
Схематичные вариантные конструктивные исполнения отличающихся между собой габаритных размеров внутреннего пространства воздушной полости 13 A (L, В, Н) технического помещения 1, представленные на фиг. 12.1, 13.1, 14.1 иллюстрируют примеры негативного резонансного совпадения половин длин звуковых волн  на низших (m=1, 2, 3) собственных акустических модах, представленных собственными акустическими колебаниями массо-упругого тела воздушного объема, заключенного во внутренней трехмерной воздушной полости 13 (ограниченного соответствующими габаритами L, В, Н) технического помещения 1 , с половинами длин звуковых волн дискретных значений рабочих доминирующих функциональных частот f, в виде трех кратных низших гармонических составляющих спектра доминирующих дискретных частот f, f, f ( и ), излучаемого ШГТО 14. В это же время, представленные вариантные конструктивные исполнения соответствующих габаритных размеров внутреннего пространства внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, представленные на фиг. 12.2, 12.3, 13.2, 13.3, 14.2, 14.3, частотно-волновое резонансное совпадение исключают (эффективно ослабляют), что является позитивным фактом рассогласования резонансных звукоусиливающих совпадений. Представленный в описании заявки и формуле изобретения предложенный выбор заданных соотношений габаритных размеров внутренней трехмерной воздушной полости 13 A (L, В, Н) с акустическими характеристиками звукового излучения ШГТО 14 на установившемся скоростном эксплуатационном режиме работы (λ, n), в связи с этим может быть использован на стадии проектирования или модернизации для исполнения низкошумных технических помещений без дополнительного применения в их конструкциях дорогостоящих шумопонижающих материалов и технических устройств.
ms
ms
1s
2s
3s
c
mA
mL
mB
mH
ms
1s
2s
3s
ms
1s
2s
3s
Конкретизированным иллюстрационным примером вариантного исполнения низкошумного технического помещения 1 с расположенным в нем ШГТО 14, характеризующимся доминирующим в спектре звуковым излучением на отдельных низкочастотных дискретных составляющих, может быть представлена ЭТПЗТ (см. фиг. 15). Как известно, шумовое излучение силового электротрансформатора, представленного ШГТО 14, характеризуется выраженными в регистрируемом частотном спектре звукового излучения дискретными, доминирующими на отдельных частотах составляющими интенсивности излучения акустической энергии, передаваемой в окружающую среду (на прилегающие селитебные территории, в смежные помещения строительного сооружения здания), как это в качестве иллюстративных примеров представлено фиг. 1 и фиг. 2. Наибольший интерес представляет доминирующий характер низкочастотного шумового излучения силовых электротрансформаторов (f=100…300 Гц), обладающего, как известно, высокой проникающей способностью, с интенсивным распространением на большие расстояния без заметной доли диссипативного поглощения акустической энергии. Звукоизолирующая способность типичных ограждающих конструкций ЭТПЗТ в большинстве случаев является недостаточной (малоэффективной). Дополнительно к этому, конструкция технического устройства, включающего техническое помещение 1 ЭТПЗТ, может содержать ряд составных конструктивных элементов (поз. 5, 7, 8, 9, 10, 11, 12), характеризуемых не только слабыми звукоизолирующими свойствами, но и способствующими усиленной передаче акустической энергии из замкнутого пространства внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, как в открытое пространство, так и в смежные помещения строительного сооружения здания. Имеются ввиду легкие тонкостенные входные двери (поз. 10) и дверные проемы (поз. 9), различного типа звукопрозрачные функциональные коммуникационные и технологические отверстия (щели), содержащиеся в дверном проеме 9 и входной двери 10, а также открытые вентиляционные проемы (поз. 12). Особую актуальность указанные технические проблемы приобретают при развитии мощных низкочастотных виброакустических процессов, образующихся в замкнутых внутренних трехмерных воздушных полостях 13, ограниченных жесткими звукоотражающими стеновыми конструкциями технических помещений ЭТПЗТ, способствующие формированию мощных собственных полостных воздушных полуволновых акустических резонансов, в виде динамически возбужденных ответных колебательных реакций массо-упругих тел воздушных объемов, заключенных во внутреннем пространстве указанных внутренних трехмерных воздушных полостей 13. В этих случаях использование тонкостенных, с малым удельным поверхностным весом конструктивных элементов ограждений технических помещений 1 ЭТПЗТ способствует их преобразованию в интенсивные вторичные структурные излучатели звуковой энергии панельного типа, усиливающие шумовое излучение как внутри внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 ЭТПЗТ (см. фиг. 2), так и вне его - в открытое пространство или прилегающие помещения строительного здания (см. фиг. 1). В особенности, указанное резонансное усиление звукового излучения ЭТПЗТ проявляется тогда, когда габаритные размеры А внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 ЭТПЗТ по габаритной длине L, габаритной ширине В, габаритной высоте Н равны и/или кратны полудлинам звуковых волн , излучаемых активной частью силового электротрансформатора на его дискретных значениях рабочих доминирующих функциональных частотах f, представленных тремя гармоническими составляющими спектра звукового излучения f=100 Гц, f=200 Гц и f=300 Гц, кратных промышленной частоте сети переменного тока f=50 Гц, к которой подключен силовой электротрансформатор. Для предотвращения (эффективного подавления) развития физического процесса резонансного усиления звуковых колебаний массо-упругим телом воздушного объема, заключенного во внутреннем пространстве внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 ЭТПЗТ, согласно заявляемого технического решения предлагается на стадии ее проектирования (или модернизации) предусмотреть реализацию технических решений для введения заданного рассогласования частотно-модальных параметров массо-упругого тела воздушного объема, заключенного во внутреннем пространстве внутренней трехмерной воздушной полости 13, характеризуемых собственными акустическими модами, формирующимися в трехмерных направлениях габаритных параметров внутренней трехмерной воздушной полости 13 A (L, В, Н) на дискретных значениях собственных частот звуковых колебаний f-f, f, f., с частотно-модальными параметрами рабочих доминирующих функциональных частот f трех выделяющихся (наиболее интенсивных) гармонических составляющих УЗД звукового спектра, излучаемого силовым электротрансформатором - f=100 Гц, f=200 Гц и f=300 Гц. Выбранные при разработке (модернизации) конструкций технического помещения 1 габаритные размеры А внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 (L, В, Н) в этих случаях не должны быть равны или кратны половинам длин звуковых волн λ ( и ) рабочих функциональных частот трех гармонических составляющих спектра звукового излучения ШГТО 14 (f=100 Гц, f=200 Гц и f=300 Гц - для рассмотренного иллюстративного примера ШГТО 14, представленного в виде силового электротрансформатора, смонтированного в техническом помещении 1 ЭТПЗТ), отличаясь от их значений, по крайней мере, не менее чем в 1,06 раза, как это представлено в выражениях (8)…(13):
vs
где n - целое число (натурального ряда) полудлин звуковых волн  рабочей доминирующей функциональной частоты (трех кратных доминирующих частотных гармоник - ) звукового излучения ШГТО 14, укладывающихся в ограничительных пределах габаритного параметра A (L, В, Н), характеризующего размеры внутреннего пространства внутренней трехмерной воздушной полости 13.
ms
1s
2s
3s
mA
mA
ms
mA
1L
1L
1L
Обоснование выбора предельных соотношений габаритных параметров А (L, В, Н) внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 не менее чем в 1,06 раза, по отношению к значениям кратных произведений полудлин звуковых волн , излучаемых на дискретных значениях рабочих доминирующих функциональных частот гармонических составляющих спектра f (f, f, f) ШГТО 14, базируется на достижении величины приемлемого рассогласующего смещения частотно-волновых резонансных совпадений значений  относительно m⋅λ, укладывающихся в ограничительных пределах габаритного параметра А, при обеспечении ослабления резонансного значения акустического отклика на величину, равную 15 дБ. С другой стороны, величина приемлемого рассогласующего смещения частотно-волновых резонансных совпадений значений  относительно m⋅λ, укладывающихся в ограничительных пределах габаритного параметра А, предопределяется необходимостью исключения возникновения физического процесса биений взаимодействующих акустических сигналов (звуковых волн) с близкими значениями частот звуковых колебаний f и f. На фиг. 16.1 представлен пример экспериментально замеренного резонансного возрастания УЗД, представленного в виде «резонансного акустического отклика» на выраженной энергоемкой первой собственной акустической моде с дискретным значением частоты собственных звуковых колебаний f массо-упругого тела воздушного объема, заключенного во внутреннем пространстве (внутренней трехмерной воздушной полости 13) исследуемого технического помещения 1, оборудованного жесткими звукоотражающими стенами, в направлении габаритного размера L, равного 4 м. В частности, зарегистрирован измерительными средствами (измерительным микрофоном и измерительным усилителем-анализатором), вышеуказанный «резонансный акустический отклик» на частоте собственных звуковых колебаний f=43 Гц массо-упругого воздушного объема, с собственной акустической модой внутренней трехмерной воздушной полости 13 исследуемого технического помещения 1, характеризуется соответствующей длиной собственной звуковой волны λ, равной 8 м , при температуре воздуха t=20°C.
1L
a
1L
1L
1L
ms
ma
Выбор обоснованных областей значений критических диапазонов недопустимых (нежелательных) волновых совпадений Δλ базировался на учете определенной характеристики добротности Q собственных акустических резонансов внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1. С этой целью, определялась степень ослабления зарегистрированного «резонансного акустического отклика», проявляющегося в виде регистрируемого инструментальными измерительными средствами максимального значения УЗД собственной акустической моды, с его последующим ослаблением на величину равную 15 дБ (в 5,6 раза - в линейных единицах измерения). Расчетный критический диапазон недопустимых волновых совпадений Δλ, как следует из приведенной фиг. 16.1, в этом случае равен 0,85 м, что отличается от длины звуковой волны собственной акустической продольной моды λ (0,11λ). Как следует из приведенной в описании заявки в качестве справочной информации на фиг. 21 диаграммы энергетического сложения (вычитания) двух некогерентных источников УЗД в логарифмических единицах (дБ), представленной в источнике [9] на стр. 27, выбранное значение степени ослабления регистрируемого «резонансного акустического отклика» УЗД является достаточным ввиду того, что источник звука с более слабым излучаемым УЗД, меньшим на 15 дБ, в сравнении с более интенсивным УЗД, излучаемым источником звука, не оказывает какого-либо существенного влияния (менее 0,1 дБ) на суммарный уровень звукового давления в дБ и является, по сути, исключенным из результирующего суммарного звукового поля (см. также звуковые спектры, содержащие выделяющиеся дискретные доминирующие частоты f и f, приведенные на фиг. 1, 2, 3, 4, 6, 9).
1B
1L
1B
1L
1B
1B
1L
1L
На фиг. 16.2 и 16.3 представлены иллюстративные примеры замеренных «резонансных акустических откликов» УЗД на первых собственных акустических модах с дискретными значениями частот собственных звуковых колебаний f и f массо-упругого тела воздушного объема, заключенного во внутреннем пространстве (внутренней трехмерной воздушной полости 13) исследуемого технического помещения 1, оборудованного жесткими звукоотражающими стенами, в направлении его ширины (габаритного размера В), равной 2 м, и его длины (габаритного размера L), равной 5 м. Аналогичным образом, определенные области значений критических диапазонов недопустимых волновых совпадений Δλ и Δλ (поз. 4) соответствующих длин собственных звуковых волн λ (0,043λ) и λ (0,09λ), в этих случаях составили 0,043 и 0,09.
3B
3B
3B
3B
1L
На фиг. 16.4 представлен пример замеренного «резонансного акустического отклика» УЗД на третьей собственной акустической моде с дискретным значением частоты собственных звуковых колебаний f массо-упругого тела воздушного объема, заключенного во внутреннем пространстве (внутренней трехмерной воздушной полости 13) исследуемого технического помещения 1, оборудованного жесткими звукоотражающими стенами, в направлении его ширины (габаритного размера В), равной 4 м. Определенная область значений критического диапазона недопустимых волновых совпадений Δλ (поз. 4) соответствующей длины собственной звуковой волны λ (0,04λ) и λ, в этом случае составила 0,04.
rev
mA
mL
mB
mH
mA
mL
mB
mH
ms
1s
2s
3s
С учетом несущественной степени влияния на физические процессы излучения, поглощения и отражения звуковых волн (α<0,05), излучаемых ШГТО 14 в воздушном пространстве (внутренней трехмерной воздушной полости 13) технического помещения 1, из-за применения типичных конструктивных материалов ограждающих конструкций технического помещения 1, образующих жесткие звукоотражающие стеновые элементы, а также технологических допусков при их изготовлении, возможных допустимых температурных колебаний воздуха во внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 и для обеспечения эффективного функционирования заявляемого технического устройства - области значений критических диапазонов недопустимых (нежелательных) волновых совпадений Δλ (Δλ, Δλ, Δλ) - поз. 4, принимаются равными значению 0,12. Принятые значения Δλ (Δλ, Δλ, Δλ) - поз. 4, позволяют избежать возникновения физического явления «биений звуковых колебаний» с близкими значениями частот взаимодействующих звуковых колебаний, проявляющихся в виде периодических усилений и ослаблений УЗД с разностью частот взаимодействующих звуковых колебаний, усиливающих неприятное раздражающее воздействие на человеческое ухо по субъективному восприятию звука. Таким образом, граничные значения соотношений габаритных параметров A (L, В, Н) внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, к кратному произведению полудлин  звуковых волн, излучаемых ШГТО 14, на дискретных значениях рабочих доминирующих функциональных частот гармонических составляющих звукового спектра f (f, f, f), излучаемого ШГТО 14, составят величины, приведенные в выражениях (8)…(13).
mA
mL
mB
mH
В качестве иллюстративного примера, ниже представлены результаты определенных областей значений критических диапазонов недопустимых волновых совпадений Δλ (Δλ, Δλ и Δλ) - поз. 4, которые могут быть использованы для реализации эффективного рассогласования недопустимых (нежелательных) кратных совпадений полудлин  звуковых волн, излучаемых ШГТО 14, смонтированном в техническом помещении 1, с габаритными размерами А (длиной L, шириной В и высотой Н) внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, предотвращающие развитие физического процесса резонансного усиления звукового излучения в пространстве внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, в том числе и в широком эксплуатационном температурном диапазоне воздуха в техническом помещении 1 от -20 до +40°C.
ms
1s
2s
3s
В таблице 1, в частности, представлены расчетные значения полудлин  звуковых волн на дискретных значениях рабочих доминирующих функциональных частот f трех гармонических составляющих спектра звукового излучения (f, f, f), производимого ШГТО 14 (в данном конкретном случае, на примере силового электротрансформатора), проявляющегося в виде специфического низкочастотного «трансформаторного гула», при изменении значений эксплуатационных температур воздуха в пространстве внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 в диапазоне от -20°C до +40°C.
Анализ результатов таблицы 1 свидетельствует об увеличении значений полудлин  звуковых волн на 0,06…0,18 м (на 11%) при таком существенном изменении эксплуатационной температуры воздуха на 60°C (от -20°C до +40°C).
mA
1A
2A
3A
В таблице 2 представлены расчетные области значений критических диапазонов Δλ (Δλ, Δλ, Δλ) - поз. 4, которые согласно описанию и первому пункту формулы изобретения могут быть использованы для эффективного воздействия на физический процесс рассогласования кратных совпадений полудлин  звуковых волн, излучаемых ШГТО 14 с заданными габаритными размерами A (L, В, Н) внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 (представленного в данном случае ЭТПЗТ), в диапазоне изменения эксплуатационных температур воздуха в нем, при достижении дискретных значений -20°C, 0°C, +20°C и +40°C.
mA
Анализ результатов таблицы 2 указывает на конкретные величины значений параметра Δλ (поз. 4), которые должны быть учтены и исключены, как вызывающие дополнительные негативные резонансные акустические излучения, из принимаемых при проектировании (модернизации) габаритных размеров A (L, В, Н) внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1.
mA
1A
2A
3A
ms
mA
mA
1A
2A
3A
Таким образом, исходя из анализа расчетных областей значений критических диапазонов Δλ (Δλ, Δλ, Δλ) - поз. 4, приведенных в таблице 2, следует, что для исключения (эффективного подавления) негативного резонансного усиления звукового излучения и исключения возникновения физического процесса биений взаимодействующих акустических сигналов (звуковых волн) с близкими значениями частот звуковых колебаний f и f во внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, представленного, в частности ЭТПЗТ, необходимо чтобы критические диапазоны Δλ (Δλ, Δλ, Δλ) - поз. 4, при существенном изменении эксплуатационных температур воздуха в рабочей зоне (внутренней трехмерной воздушной полости 13) технического помещения 1 на 60°C (от -20 до +40°C) находились в заданных ограниченных пределах габаритных значений:
ms
mA
mA
1s
2s
3s
Для эффективного предотвращения развития физического процесса негативного резонансного усиления звуковых колебаний массо-упругого тела воздушного объема, сосредоточенного в пространстве внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, и исключения возникновения физического процесса биений взаимодействующих акустических сигналов (звуковых волн) с близкими значениями частот звуковых колебаний f и f, необходимо, чтобы габаритные размеры A (L, В, Н), характеризующие внутреннее трехмерное пространство воздушной полости 13 технического помещения 1, не попадали в определенную выше, согласно расчетным значениям выражения (14), конкретную размерную область значений критических диапазонов Δλ (поз. 4) недопустимых частотно-волновых совпадений, используемых для эффективного рассогласования кратных совпадений полудлин  (λ, λ, λ) звуковых волн, излучаемых ШГТО 14 во внутренней трехмерной воздушной полости 13 габаритными размерами A (L, В, Н) технического помещения 1 (в приведенном выше иллюстративном примере - ЭТПЗТ).
mA
mA
Следует указать о возможных дополнительных реализациях заявляемого технического устройства, включающего осуществление принудительной стабилизации температуры воздуха (стабилизированных параметров температурного поля) во внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, представленного ЭТПЗТ, в более узких эксплуатационных температурных диапазонах (например, вариантные исполнения с дополнительно смонтированными техническими устройствами автоматического термостатирования), при которых указанные области значений критических диапазонов Δλ (поз. 4) могут соответствующим образом сужаться (находиться в более узких областях значений). Это позволит, при необходимости, реализовать расширенный диапазон габаритных размеров А внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, гарантированно не попадающих в заявленную размерную область значений критических диапазонов Δλ (поз. 4).
a
Эффективным оценочным критерием достижения низкошумности (обеспечения более высокого «акустического качества») технического помещения 1, с точки зрения исключения (эффективного ослабления) динамического возбуждения резонансных акустических колебаний массо-упругого тела воздушного объема пространства внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 на величину ослабления «акустического резонансного отклика», равную 15 дБ, согласно оценочного физического параметра «добротность собственного акустического резонанса внутренней трехмерной воздушной полости технического помещения - Q», с учетом полученных экспериментальных результатов, приведенных на фиг. 16.1, 16.2, 16.3, 16.4, следует считать соблюдение требований согласно приведенных выражений (15) и (16):
mA
mL
mB
mH
mA
mL
mB
mH
ms
mA
ms
1s
2s
3s
где, K (K, K, K) - коэффициент кратности установленных соотношений значений габаритных размеров А внутренней трехмерной воздушной полости 13 (ее длины L, ширины В и высоты Н), с укладывающимися в их ограниченных пространственных направлениях соответствующими численными значениями полудлин собственных звуковых волн низших собственных акустических мод, представленных собственными акустическими колебаниями массо-упругого тела воздушного объема, заключенного во внутренней трехмерной воздушной полости 13 - , характеризуемых соответствующими дискретными значениями собственных частот звуковых колебаний f (f, f, f), удовлетворяющим условиям исключения (эффективного ослабления) развития физического процесса резонансного усиления излучения звуковых колебаний и возникновения физического процесса биений взаимодействующих акустических сигналов (звуковых волн) с близкими значениями частот звуковых колебаний f и f в пространстве внутренней трехмерной воздушной полости 13, в которой размещен ШГТО 14, производящий звуковое излучение с заданными дискретными значениями рабочих доминирующих функциональных частот звуковых колебаний, представленных гармоническими составляющими спектра звукового излучения f (f, f, f) ШГТО 14 и характеризуемых полудлинами звуковых волн , определяемый согласно выражению (17):
ms
1s
2s
3s
ms
1s
2s
3s
где, λ (λ, λ, λ) - длина звуковой волны (длины звуковых волн) рабочей доминирующей функциональной частоты f (трех кратных низших доминирующих частотных гармоник - f, f, f) звукового излучения ШГТО 14, м;
t
ms
K - приведенный температурный коэффициент коррекции скорости звука c(t) и длины звуковой волны λ, излучаемой ШГТО 14, в заданном допустимом (рекомендуемом) рабочем эксплуатационном диапазоне Δt°C изменения температуры воздуха в пространстве внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, определяемый согласно выражению (18):
mA20°C
где λ - длины звуковых волн низших собственных акустических мод, представленных собственными акустическими колебаниями массо-упругого тела воздушного объема, заключенного в пространстве внутренней трехмерной воздушной полости 13, при сопоставляемом базовом значении температуры воздушной среды t°C, равным +20°C;
mAt°C
λ - длины звуковых волн низших собственных акустических мод, представленных собственными акустическими колебаниями массо-упругого тела воздушного объема, заключенного в пространстве внутренней трехмерной воздушной полости 13, при эксплуатационном установившемся стабилизированном (термостатированном) значении температуры воздуха t°C;
ms
t
В таблице 3, в качестве справочной информации, приведены значения приведенного температурного коэффициента коррекции скорости звука c(t) и длины звуковой волны λ-K, в диапазоне изменения установившихся эксплуатационных температур воздуха во внутренней трехмерной воздушной полости 13 при достижении дискретных значений -20°C, 0°C, +20°C и +40°C.
mA
mL
mB
mH
mA
mL
mB
mH
На фиг. 17 представлены иллюстративные примеры эпюр звуковых давлений на возбуждаемых низших собственных (резонансных) акустических модах (поз. 15), формирующихся в пространстве внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, соответствующие дискретным значениям их собственных частот звуковых колебаний f (f, f, f), составленные в пространственных направлениях габаритных размеров А (длины L, ширины В и высоты Н) внутренней трехмерной воздушной полости 13, при вариантах нахождения заданных габаритных размеров внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 A (L, В, Н) в зоне областей значений критического диапазона (критических диапазонов) недопустимых (нежелательных) волновых совпадений Δλ (Δλ, Δλ, Δλ) - поз. 4, обеспечивающих негативное интенсивное развитие физического процесса, реализующееся из-за кратных совпадений полудлин звуковых волн , излучаемых ШГТО 14, находящегося в заданными габаритными размерами A (L, В или Н) внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1. Как следует из анализа представленных на фиг. 17 иллюстративных примеров, такой выбор величины габаритного размера A (L, В или Н) внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, приводящий к нежелательному негативному интенсивному динамическому возбуждению резонансных акустических колебаний массо-упругого тела, заключенного во внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, вызывает ухудшение безопасностных акустических (шумокомфортных) качеств воздушной среды внутри технического помещения 1 и обуславливает повышенную передачу «паразитного» шумового излучения в прилегающие (смежные) помещения строительного здания и/или в открытое окружающее внешнее пространство.
mA
mL
mB
mH
mA
mL
mL
mH
ms
mA
На фиг. 18-19 представлены иллюстративные примеры, изображающие эпюры звуковых давлений на низших собственных (резонансных) акустических модах 15, возбуждаемых в пространстве внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 на дискретных значениях собственных частот звуковых колебаний f (f, f, f), составленные в пространственных направлениях габаритных размеров А (длины L, ширины В и высоты Н) пространства внутренней трехмерной воздушной полости 13, при вариантах нахождения заданных габаритных размеров внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 A (L, В, Н) вне зоны областей значений критического диапазона (критических диапазонов) недопустимых (нежелательных) волновых совпадений Δλ (Δλ, Δλ, Δλ) - поз. 4, обеспечивающих позитивное исключение (эффективное рассогласование) развития физического процесса усиления звукового излучения и возникновения физического процесса биений взаимодействующих акустических сигналов (звуковых волн) с близкими значениями частот звуковых колебаний f и f из-за реализующихся кратных несовпадений полудлин  звуковых волн, излучаемых ШГТО 14, с габаритным размером A (L, В или Н) пространства внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1. Как следует из представленных на фиг. 18-19 иллюстративных примеров, такой выбор габаритного размера A (L, В или Н) пространства внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 указывает на эффективное исключение резонансного динамического возбуждения акустических колебаний массо-упругого тела воздушного объема внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, или же потенциальная возможность к указанному резонансному усилению звукового излучения собственных резонансных акустических мод массо-упругого тела воздушного объема, заключенного в пространстве внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, в этом случае, существенно ослабляется.
mL
mB
mL
mB
vs
mL
На фиг. 20 представлено иллюстративное двухмерное изображение вариантных конструктивных исполнений технического помещения 1, с выполненными габаритными размерами А внутренней трехмерной воздушной полости 13 в пространственных направлениях L и В, в которой формируются соответствующие низшие собственные акустические моды, характеризуемые длинами звуковых волн λ и λ во внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 на дискретных значениях собственных частот звуковых колебаний f и f, с укладывающимся в пространстве внутренней трехмерной воздушной полости 13 различным целым числом (натурального ряда) n полудлин  звуковых волн, излучаемых ШГТО 14, в направлении ее габаритных размеров L и В. Заштрихованные области иллюстрируют соответствующие зоны областей значений критического диапазона (критических диапазонов) Δλ (поз. 4). Как следует, в частности, из представленных на фиг. 20 вариантных конструктивных исполнений технических помещений 1, в зависимости от выбора конкретных габаритных размеров внутренней трехмерной воздушной полости 13 L, 2L и 3L, в этих случаях может развиваться (или исключаться) физический процесс негативного резонансного усиления звукового излучения на собственных резонансных акустических модах массо-упругого тела воздушного объема, заключенного в пространстве внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1.
mA
mA
s
ms
ms
s
Таким образом, сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в техническом помещении 1, содержащем несущие ограждающие жесткие звукоотражающие элементы в виде стен 7, 8, 11, потолка 5, пола 6, дверного проема 9 с закрытой входной дверью 10, приточный и вытяжной вентиляционные проемы 12, образующие внутреннюю трехмерную воздушную полость 13, представленную прямоугольным параллелепипедом габаритными размерами A (L⋅B⋅H), характеризующимся установившимися в нем физическими параметрами звукового и температурного поля f, λ, с, t°C, в котором смонтирован, по крайней мере, один эксплуатируемый ШГТО 14, функционирующий на заданном установившемся скоростном эксплуатационном режиме работы n, сопровождающимся физическими процессами излучения звуковой и тепловой энергии, в спектральном звуковом составе которого содержатся выделяющиеся дискретные значения рабочих доминирующих функциональных частот f, характеризуемые соответствующими длинами звуковых волн λ, при этом, по крайней мере, один из габаритных параметров А внутренней трехмерной воздушной полости 13, представленной прямоугольным параллелепипедом габаритными размерами L⋅B⋅H, удовлетворяет требованиям взаимосвязанного соотношения параметров установившегося скоростного эксплуатационного режима работы n ШГТО 14, сопровождающегося и характеризуемого его работу физическими характеристиками звукового и температурного поля внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, определяемого согласно выражения (19):
ms
1s
2s
3s
ms
ms
mA
mL
mB
mH
mA
mL
mB
mH
ms
mA
mL
mB
mH
mS
Таким образом, при разработке низкошумного технического помещения 1, со смонтированном в нем ШГТО 14, согласно заявляемого технического решения, необходим учет (выбор) заданного (паспортного) установившегося скоростного эксплуатационного режима работы ШГТО 14, с соответствующими ему дискретными значениями рабочих доминирующих функциональных частот f (f, f, f) звукового излучения ШГТО 14, определяемых расчетным или экспериментальным путем. В таких случаях возможна реализация физических условий, обеспечивающих исключение негативного развития физического процесса динамического возбуждения и резонансного усиления звукового излучения на дискретных значениях рабочих доминирующих функциональных частот f звукового излучения ШГТО 14, взаимодействующего с частотно-модальными характеристиками массо-упругого тела внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1. В зависимости от известных (определенных расчетным или экспериментальным путем) дискретных значений рабочих доминирующих функциональных частот f звукового излучения ШГТО 14, монтируемого в техническом помещении 1, производится соответствующий учет (выбор - на стадии разработки технической документации на техническое помещение 1), заданных габаритных размеров А внутренней трехмерной воздушной полости 13 (длины L, ширины В, высоты Н). Указанная техническая процедура может быть предусмотрена, по крайней мере, по отношению к одному из ее габаритных параметров A (L, В, Н). В отдельных случаях это может быть достаточным для того, чтобы получить приемлемый эффект улучшения акустического качества технического помещения 1 согласно технического задания на его проектирование или по техническим условиям эксплуатации. В таком случае, возможна реализация эффекта улучшения акустического качества технического помещения 1, по крайней мере в одном из пространственных направлений внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, когда ее низшие собственные акустические моды λ (λ, λ, λ), с дискретными значениями собственных частот звуковых колебаний f (f, f, f), определенные в указанном пространственном направлении A (L, В, Н), не вступают в резонансное акустическое взаимодействие с известными значениями рабочих доминирующих функциональных частот f звукового излучения ШГТО 14. При этом, следует учитывать физические параметры температурного поля, формирующегося в пространстве внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, оказывающие влияние на скорость распространения звуковых волн с и длины звуковых волн λ и, соответственно, на области значений критических диапазонов Δλ (Δλ, Δλ, Δλ) - поз. 4, с тем, чтобы гарантированно обеспечивать устранение (недопущение) развития физического процесса кратных совпадений полудлин λ звуковых волн, излучаемых ШГТО 14, смонтированным во внутренней трехмерной воздушной полости 13 габаритными размерами A (L, В, Н) технического помещения 1.
В конечном итоге, реализация заявляемого технического решения позволяет исключить (минимизировать) временные, материальные, трудовые и стоимостные затраты, связанные как с вынужденной степенью необходимого конструктивно-технологического воздействия на улучшение акустических характеристик ШГТО 14, так и на усовершенствование акустических характеристик стеновых конструкций и шумозаглушающих элементов, применяемых в составе типичной конструкции технического помещения 1, исключительно за счет предлагаемого соответствующего усовершенствованного исполнения (выбора) заданных габаритных размеров внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1.
mA
mL
mB
mH
mA
mL
mB
mH
a
В зависимости от конкретных целевых задач технического задания на проектирование и/или технических условий эксплуатации технического помещения 1, реализация заявляемого технического решения может предусматривать как устранение максимального числа проявляющихся воздушных акустических полостных резонансов, возбуждаемых во всех пространственных направлениях внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, так и может предусматривать ограниченное число устраняемых (эффективно подавляемых) воздушных акустических резонансов, проявляющихся в отдельных пространственных направлениях внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1. Такой выбор может предопределяться, например, для наиболее интенсивно проявляющихся воздушных акустических полостных резонансов, характеризующихся наиболее высокими значениями УЗД, требующими приоритетного решения рассмотренной технической проблемы. Некоторые из возбуждаемых в пространстве внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1 собственных акустических мод λ (λ, λ, λ) с частотами звуковых колебаний f (f, f, f), могут иметь слабо выраженные амплитудные резонансные акустические отклики (добротность Q собственных акустических резонансов внутренней трехмерной воздушной полости 13 которых является достаточно низкой) в регистрируемых спектрах звукового давления. В результате этого они, например, полностью или частично могут маскироваться «посторонними» звуковыми излучениями от других ШГТО 14. С учетом возникающих дополнительных технических и материальных затрат такие собственные акустические моды могут уже не учитываться в отдельных вариантных исполнениях низкошумного технического помещения 1, что и отражено в первом независимом пункте формулы изобретения. Также, предотвращение, с достижением полного устранения (эффективного ослабления) акустического резонансного возбуждения максимального числа резонансных акустических мод массо-упругого тела, заключенного во внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, может быть признано нецелесообразным ввиду чрезмерного (неоправданного) усложнения решения такого типа технической (эксплуатационной) и/или стоимостной задачи.
s
ms
ms
s
ms
ms
mA
mA
t
s
ms
vs
ms
mA
Реализация заявляемого технического решения может происходить на начальных стадиях проектирования низкошумного технического помещения 1, с выбором заданных габаритов A (L⋅B⋅H), учитывающих известные паспортные технические параметры монтируемого в нем ШГТО 14, функционирующего на заданном постоянном скоростном эксплуатационном (паспортном) режиме работы ШГТО (n), сопровождающимся соответствующим физическим процессом излучения звуковой энергии, в спектральном составе которого содержатся известные (определенные расчетным или экспериментальным путем) дискретные значения рабочих доминирующих функциональных частот f, с соответствующими длинами λ (полудлинами ) звуковых волн. В этих случаях возникают возможности предотвращения (эффективного подавления) воздушных полостных акустических резонансов во внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, с образующимися акустическими и температурными полями. Возможно также и решение поставленной технической задачи за счет обозначенного в первом пункте формулы изобретения, использования модернизированного ШГТО 14, с преднамеренно измененными паспортными техническими параметрами, для последующего монтажа такого ШГТО 14, с его измененным скоростным эксплуатационным режимом работы n, с соответствующим сопутствующим изменением дискретных значений рабочих доминирующих функциональных частот f и длин звуковых волн λ. В этом случае конструктивные параметры A (L, В, Н) технического помещения 1 остаются неизменными, что может быть предпочтительным при проведении процесса модернизации технического объекта. Также не исключен вариант решения поставленной технической задачи за счет одновременного совместного введения изменения технических и физических параметров как в составе конструкций технического помещения 1, так и ШГТО 14 (параметры A, f, λ, с, t°C, Δt°C, K, n, λ, n), позволяющего достигать результирующего эффекта предотвращения (устранения) развития физического процесса резонансного акустического излучения и исключения возникновения физического процесса биений взаимодействующих акустических сигналов (звуковых волн) с близкими значениями частот звуковых колебаний f и f за счет заданного преднамеренного рассогласования частотно-модальных характеристик звуковых излучений ШГТО 14 и частотно-модальных характеристик массо-упругого тела, заключенного во внутренней трехмерной воздушной полости 13 технического помещения 1, габаритных размеров A (L, В, Н).