Звукопоглощающая панель



Звукопоглощающая панель
Звукопоглощающая панель
Звукопоглощающая панель
Звукопоглощающая панель
Звукопоглощающая панель
Звукопоглощающая панель
Звукопоглощающая панель

 


Владельцы патента RU 2593401:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный архитектурно-строительный университет" (RU)

Изобретение относится к области строительства, а именно к строительным конструкциям, стенам и перегородкам, поглощающим вредное для человека звуковое излучение. Звукопоглощающая панель пористого строения имеет на лицевой стороне объемные элементы, размещенные по квадратной решетке или в шахматном порядке. Объемные элементы выполняют в виде полости, имеющей на лицевой стороне панели входное отверстие для звуковой волны. В сечении объемного элемента плоскостью, перпендикулярной лицевой поверхности панели, стенки полости изготовлены в форме двух равноотстоящих друг от друга логарифмических спиралей. У входного отверстия первая спираль касается стенки полости, перпендикулярной лицевой стороне панели, а вторая спираль касается стенки полости, наклоненной под углом 45 градусов к лицевой стороне панели. Длина L полости, сделанной по контуру логарифмической спирали, принята равной четверти длины волны звука на низшей частоте в воздушной среде при стандартных атмосферных условиях. Коэффициент а, отвечающий за расстояние между витками спирали, определяется по формуле: L = ( 1 + l n 2 a ) ( a ϕ 2 a ϕ 1 ) / l n a , где φ1 и φ2 - соответственно начальное и конечное значения полярного угла. Изобретение позволяет повысить эффективность звукопоглощения при широком интервале частот акустического поля. 5 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области строительства, а именно к строительным конструкциям, стенам и перегородкам, поглощающим вредное звуковое излучение для защиты человека от шума внутри помещений, например, при работе машин.

Известны плоские звукопоглощающие панели [1, с. 234] пористого строения, имеющие большое число открытых, сообщающихся между собой пор. Звуковая волна, заходя в поры материала, вызывает колебание находящихся там молекул воздуха. За счет трения, возникающего между этими молекулами, а также между молекулами воздуха и материалом вокруг поры, звуковая волна угасает, переходя в тепло. Недостатком этих панелей является недостаточная эффективность звукопоглощения при широком интервале частот акустического поля.

Наиболее близким аналогом является объемная звукопоглощающая панель [1, с. 234] пористого строения, имеющая на лицевой стороне объемные элементы в виде сферы, куба, конуса, клина и размещенные по квадратной решетке или в шахматном порядке [1, с. 239-240], [2, с. 384-385].

Дополнительное звукопоглощение происходит за счет отражения звуковой волны поверхностями объемных элементов панели. Недостатком такой панели также является недостаточная эффективность звукопоглощения при широком интервале частот акустического поля.

Задача изобретения - повышение эффективности звукопоглощения при широком интервале частот акустического поля.

Поставленная задача достигается тем, что объемные элементы выполняют в виде полости, имеющей на лицевой стороне панели входное отверстие для звуковой волны, а в сечении объемного элемента плоскостью, перпендикулярной лицевой поверхности панели, стенки полости выполнены в форме двух равноотстоящих друг от друга логарифмических спиралей, у входного отверстия первая спираль касается стенки полости, перпендикулярной лицевой стороне панели, а вторая спираль касается стенки полости, наклоненной под углом 45 градусов к лицевой стороне панели, длина полости, сделанной по контуру логарифмической спирали, принята равной четверти длины волны звука на низшей частоте в воздушной среде при стандартных атмосферных условиях, коэффициент «a», отвечающий за расстояние между витками первой спирали, определяется по формуле:

L = ( 1 + l n 2 a ) ( a ϕ 2 a ϕ 1 ) / l n a ,

где φ1 и φ2 - соответственно начальное и конечное значения полярного угла.

На фиг. 1 показан вид на объемные элементы, выполненные в виде полости, имеющей на лицевой стороне панели отверстие прямоугольной формы.

На фиг. 2 и 3 показаны сечения объемных элементов плоскостью, перпендикулярной лицевой поверхности панели.

На фиг. 4 показана схема улитки во внутреннем ухе человека.

На фиг. 5 показаны два интерферометра, изготовленные в соответствии с ГОСТ 16297-80 и использованные для проведения испытаний звукопоглощающей панели.

Объемная звукопоглощающая панель имеет на лицевой стороне размещенные по квадратной решетке или в шахматном порядке объемные элементы, вид которых показан на фиг. 1. Объемные элементы выполнены в виде полости в теле панели, имеющей на лицевой стороне 1 панели (фиг. 1) входное отверстие для звуковой волны. На фиг. 1 входное отверстие имеет прямоугольную форму.

В сечении объемного элемента плоскостью, перпендикулярной лицевой поверхности 1 панели (фиг. 2, фиг. 3), стенки полости изготовлены в виде двух равноотстоящих логарифмических спиралей 2 и 3.

Выполнение объемных элементов в виде полости, имеющей на лицевой стороне панели входное отверстие для звуковой волны и выполнение стенок полости в сечении объемного элемента плоскостью, перпендикулярной лицевой поверхности панели в виде двух равноотстоящих логарифмических спиралей, повышает эффективность звукопоглощения при широком интервале частот акустического поля. Аналогичную форму полости имеет улитка внутреннего уха человека. Венгерский ученый Д. Бекеши (1899-1972), получивший в 1961 г. Нобелевскую премию за исследования природы слуха, в 1928 г. построил механическую модель улитки, находящейся во внутреннем ухе человека. Подавая на вход улитки механические звуковые колебания, он установил, что вибрации разной частоты вынуждают колебаться разные участки мембраны. Высокие тона деформируют ее часть, примыкающую к среднему уху, а низкие тона вызывают деформации в дальнем конце [3]. На схеме улитки внутреннего уха человека (фиг. 4) указаны области базальной (основной) мембраны, возбуждаемые колебаниями различных частот. За счет отражения звуковой волны разной частоты различными участками стенок полости звукопоглощающей панели, выполненными в виде двух равноотстоящих логарифмических спиралей, эффективность звукопоглощения повышается.

У входного отверстия первая спираль 2 касается стенки 4 полости, перпендикулярной лицевой стороне 1 панели, а вторая спираль 3 касается стенки 5 полости, наклоненной под углом 45 градусов к лицевой стороне 1 панели (фиг. 3).

Выполнение спирали 2 по касательной к стенке 4 полости, перпендикулярной лицевой стороне 1 панели у входного отверстия, а спирали 3 - по касательной к стенке 5 полости, наклоненной к лицевой стороне 1 панели под углом 45 градусов (фиг. 3), увеличивает размеры входного отверстия для звуковой волны и обеспечивает прохождение звуковой волны в полость звукопоглощающей панели.

Длина L полости, сделанной по контуру логарифмической спирали, принята равной четверти длины λ волны звука на низшей частоте f звуковых колебаний в воздушной среде при стандартных атмосферных условиях (при температуре t=20°С и атмосферном давлении Р=101325 Па):

L = 0 , 2 5 λ = 0 , 2 5 C / f ( 1 )

где С - скорость звука в воздушной среде при стандартных атмосферных условиях (С=330 м/с).

Построение логарифмической спирали выполняется в векторной системе координат с помощью формулы [4]:

ρ = a ϕ , ( 2 )

где ρ - радиус-вектор точки логарифмической спирали;

а - коэффициент, отвечающий за расстояние между витками спирали;

φ - полярный угол;

Длина L логарифмической спирали между ее двумя точками М111) и М222) определяется формулой [4]:

L = ( 1 + l n 2 a ) ( a ϕ 2 a ϕ 1 ) / l n a , ( 3 )

где φ1 и φ2 - соответственно начальное и конечное значения полярного угла точек спирали.

Из этой формулы при заданной длине L логарифмической спирали нельзя в явном виде выразить «а». Поэтому по длине полости L, вычисленной по формуле (1), и принятым начальным и конечным значениям полярных углов φ1 и φ2 по формуле (3) определяется значение коэффициента «а». Затем с использованием формулы (2) выполняется построение логарифмической спирали.

Например, по формуле (1) при принятом значении низшей частоты звуковых колебаний f=100 Гц:

L=0,25C/f=0,25·330/100=0,825 м.

Начальные и конечные значения полярных углов φ1 и φ2 логарифмической спирали ограничиваются толщиной панели и значением коэффициента «а» спирали. Принятые значения φ1 и φ2: φ1=-0,5π; φ2=4π.

По формуле (3) на компьютере получено значение коэффициента «а» спирали: a=1,2679.

Для определения нормальных коэффициентов звукопоглощения звукопоглощающей панели проведены испытания методами, соответствующими ГОСТ 16297-80 [5]. Для испытаний использовались два интерферометра, показанные на фиг. 5. В соответствии с ГОСТ 16297-80 при частотном диапазоне измерений 50…500 Гц сторона квадрата в поперечном сечении трубы интерферометра 1 (фиг. 5) принята равной 0,25 м, а длина трубы - 1 м; при частотном диапазоне измерений 125…2000 Гц сторона квадрата в поперечном сечении интерферометра 2 (фиг. 5) принята равной 0,1 м, а длина трубы - 1 м. Для испытаний были подготовлены образцы кубической формы с одной полостью на лицевой стороне (фиг. 1) и длиной грани 0,25 м и 0,1 м. Материал образцов - пеноплекс.

Звукопоглощающая панель пористого строения устанавливается в помещении так, чтобы она своей лицевой стороной 1 (фиг. 1), имеющей входные отверстия для звуковой волны, была обращена внутрь помещения, в котором необходимо выполнить защиту людей от шума.

Материал панели имеет большое число открытых, сообщающихся между собой пор. Звуковая волна, заходя в поры материала, вызывает колебание находящихся там молекул воздуха. За счет трения, возникающего между этими молекулами, а также между молекулами воздуха и материалом вокруг поры, звуковая волна угасает, переходя в тепло.

Через отверстия на лицевой стороне панели звуковая волна заходит в полости, выполненные по контуру логарифмической спирали, и в основном эффективное звукопоглощение происходит за счет отражения звуковой волны различными участками полостей в широком интервале частот акустического поля.

Высокая эффективность звукопоглощения панели подтверждена экспериментально. Значения коэффициентов звукопоглощения α, полученные по результатам испытаний образцов панели на интерферометрах при различных значениях частоты звуковой волны, приведены в таблице 1.

Источники информации

1. Борьба с шумом на производстве. Справочник / Е.Я. Юдин, Л.А. Борисов, И.В. Горенштейн и др. Под общ. ред. Е.Я. Юдина. - М.: Машиностроение, 1985. - 399 с.

2. Снижение шума в зданиях и жилых районах. Г.П. Осипов, Е.Я. Юдин, Г. Хюбнер и др.; под общ. ред. Е.Я. Юдина. - М.: Стройиздат, 1987.

3. Д. Меркулов. Заглянем в улитку. Слух с точки зрения инженера. Журнал «Наука и жизнь», 2006, №10.

4. Савелов А.А. Плоские кривые, М., 1960.

5. Материалы звукоизоляционные и звукопоглощающие. Методы испытаний. ГОСТ 16297-80. Издание официальное. Государственный строительный комитет СССР. М. Издательство стандартов, 1988.

Звукопоглощающая панель пористого строения, имеющая на лицевой стороне объемные элементы, размещенные по квадратной решетке или в шахматном порядке, отличающаяся тем, что объемные элементы выполняют в виде полости, имеющей на лицевой стороне панели входное отверстие для звуковой волны, а в сечении объемного элемента плоскостью, перпендикулярной лицевой поверхности панели, стенки полости изготовлены в форме двух равноотстоящих друг от друга логарифмических спиралей, у входного отверстия первая спираль касается стенки полости, перпендикулярной лицевой стороне панели, а вторая спираль касается стенки полости, наклоненной под углом 45 градусов к лицевой стороне панели, длина L полости, сделанной по контуру логарифмической спирали, принята равной четверти длины волны звука на низшей частоте в воздушной среде при стандартных атмосферных условиях, коэффициент a, отвечающий за расстояние между витками спирали, определяется по формуле:
L = ( 1 + l n 2 a ) ( a ϕ 2 a ϕ 1 ) / l n a ,
где φ1 и φ2 - соответственно начальное и конечное значения полярного угла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к промышленной акустике. Звукопоглощающее устройство для облицовки производственных помещений, выполнено в виде жесткой и перфорированной стенок, между которыми расположен многослойный звукопоглощающий элемент.

Изобретение относится к средствам снижения шума на промышленных и транспортных объектах. Штучный звукопоглотитель содержит звукопоглотители активного и реактивного типов, размещенные на жестком каркасе.

Акустическая панель для строительства монолитного потолка или стены, закрывающая прямоугольное пространство и имеющая сердцевину, состоящую, в основном, из гипса, которая, по существу, равна площади панели и имеет две противоположные стороны, каждая из которых равна площади панели, где указанная сердцевина имеет множество перфораций, проходящих, в основном, между ее сторонами, распределенных, по существу, равномерно по всей площади сердцевины и открытых с обеих сторон сердцевины, где лицевая поверхность сердцевины покрыта пористым слоем, а перфорации необязательно ограничены у задней стороны сердцевины, и пористый слой с передней стороны сердцевины подходит для нанесения сухого шовного герметика и неблокирующей краски на водной основе.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для снижения уровня шума в жилых, общественных и производственных помещениях, преимущественно для повышения звукоизоляции ограждающих конструкций.

Изобретение относится к промышленной акустике, а именно к звукопоглощающей комбинированной конструкции. Содержит верхнюю и нижнюю перфорированные поверхности, между которыми размещен звукопоглощающий элемент.

Изобретение относится к промышленной акустике, в частности к широкополосному шумоглушению. Акустический экран для привода веретен содержит жесткую стенку, на которую нанесен слой звукопоглощающего материала.

Изобретение относится к промышленной акустике, в частности к широкополосному шумоглушению, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства в качестве средства защиты от шума.

Изобретение относится к промышленной акустике, в частности к широкополосному шумоглушению. Штучный звукопоглотитель акустической конструкция цеха включает каркас, заполненный звукопоглощающим материалом.

Изобретение относится к области строительства, а именно к реконструкции, восстановлению или возведению сейсмостойких зданий и сооружений. Технический результат - усиление конструкций зданий или сооружений, снижение их уязвимости при воздействии ветровых нагрузок и землетрясений, повышение их сейсмической безопасности, долговечности и остаточного ресурса.

Изобретение относится к средствам снижения шума на промышленных и транспортных объектах. Сферический звукопоглотитель содержит звукопоглотители активного и реактивного типов, размещенные на жестком каркасе.

Изобретение относится к средствам снижения шума на промышленных и транспортных объектах. Штучный звукопоглотитель комбинированного типа содержит звукопоглотители активного и реактивного типов, размещенные на жестком каркасе. Каркас выполнен из двух частей. Нижняя, реактивная, часть выполнена в виде жесткой полой конструкции цилиндроконической формы. Верхняя, активная, часть выполнена в виде жесткой перфорированной цилиндрической обечайки с перфорированной крышкой и сплошным основанием. Полость цилиндрической обечайки заполнена звукопоглощающим материалом. Соединение верхней и нижней частей выполнено посредством упругодемпфирующего элемента, позволяющего демпфировать высокочастотные колебания. К перфорированной крышке перфорированной цилиндрической обечайки шарнирно закреплен элемент, при помощи которого каркас крепится к требуемому объекту, например потолку производственного помещения. Вокруг перфорированной цилиндрической обечайки расположен, по крайней мере один, винтовой звукопоглощающий элемент, выполненный в виде цилиндрической винтовой пружины, охватывающей обечайку. В нижней, реактивной, части каркаса цилиндрическая часть выполнена полой в виде резонансного глушителя Гельмгольца с горловинами резонатора разного диаметра, расположенными в крышке и основании полого цилиндра, а также на его боковой поверхности. Полость конической части представляет собой резонатор Гельмгольца с горловиной, расположенной в основании цилиндра. Винтовой звукопоглощающий элемент выполнен в виде полого винтового звукопоглощающего элемента, образованного внешней и внутренней винтовыми поверхностями, образующими полость. Пространство, образованное внешней и внутренней винтовыми поверхностями, заполнено звукопоглощающим материалом с плотностью, меньшей, чем у винтового звукопоглощающего элемента. Полость винтового звукопоглощающего элемента, образованная его внешней и внутренней винтовыми поверхностями, заполнена звукопоглощающим материалом из минеральной ваты на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральной ваты типа «URSA», или базальтовой ваты типа П-75, или стекловаты с облицовкой стекловойлоком. Звукопоглощающий материал по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «повиден». Внешняя и внутренняя винтовые поверхности винтового звукопоглощающего элемента выполнены из материала на основе алюминесодержащих сплавов с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом с плотностью в пределах 0,5…0,9 кг/м3 со следующими прочностными свойствами: прочность на сжатие в пределах 5…10 МПа, прочность на изгиб в пределах 10…20 МПа, например пеноалюминия. Изобретение позволяет повысить эффективность шумоглушения на высоких частотах. 1 ил.

Изобретение относится к технике глушения шума. Технический результат - повышение эффективности шумоглушения. Это достигается тем, что в трубчатом глушителе шума, содержащем корпус прямоугольного сечения, жестко соединенный с торцевым впускным и выпускным патрубками, звукопоглотитель, расположенный между корпусом и перфорированным элементом, и акустически прозрачный материал, расположенный между перфорированным элементом и звукопоглотителем, отношение стороны С внешнего сечения корпуса глушителя к его длине L лежит в оптимальном интервале величин: C/L=0,44…1,11; отношение стороны А внутреннего сечения корпуса глушителя к его длине L лежит в оптимальном интервале величин: A/L=0,25…0,9; отношение разности длин сторон внешнего и внутреннего сечений корпуса глушителя к его длине лежит в оптимальном интервале величин: (C-A)/L=0,192…0,21; отношение длин а патрубков к длине L глушителя лежит в оптимальном интервале величин: a/L=0,05…0,07; а звукопоглотитель выполнен из минеральной ваты на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральной ваты типа «URSA», или базальтовой ваты типа П-75, или стекловаты с облицовкой стекловойлоком, или вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена, причем звукопоглощающий элемент по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден». 3 ил.
Наверх