Дифрактор для дифракции звука
Изобретение относится к дифрактору для дифрагирования звука дорожного движения по поверхности движения. Дифрактор содержит по меньшей мере одну дифракционную плиту, устанавливаемую сбоку рядом с поверхностью для движения и содержащую структуру углублений, выполненных в ее верхней поверхности, для дифрагирования звука дорожного движения в направлении, отличающемся от бокового направления. Каждое углубление разделено на индивидуальные резонаторы промежуточными стенками, выполненными в углублениях. Углубления имеют по существу акустически непоглощающие стенки и свободны от акустически поглощающего материала. Промежуточные стенки между соседними резонаторами имеют по меньшей мере одно проточное отверстие, по которому дождевая вода может протекать из одного резонатора в другой. В результате повышается эффективность работы резонатора за счет того, что нет необходимости делать на дне резонаторов дренажные каналы, оказывающие негативный эффект на работу резонаторов. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение относится к дифрактору для дифракции звука дорожного движения по поверхности движения, содержащему по меньшей мере один дифрагирующий элемент, устанавливаемый сбоку рядом с поверхностью движения, в котором дифрагирующие элементы снабжены структурой углублений, в из верхней поверхности для дифракции шума дорожного движения в направлении, которое отличается от бокового направления. Изобретение также относится к сборке поверхности для движения с одним или более из таких дифракторов.
Поверхностью движения может быть железная или автомобильная дорога, хотя настоящее изобретение в равной степени применимо и к другим поверхностям для движения, таким как взлетно-посадочные полосы аэропорта, на которых воздушное движение приводит к боковой эмиссии шума летательных аппаратов. Известны разные варианты ограничения, по меньшей мере для определенных частотных диапазонов, боковой эмиссии звука, происходящего от источников звука, движущихся по железной дороге, транспортным проездам, или взлетно-посадочной полосе (моторизованные транспортные средства, такие как легковые и грузовые автомобили, мотоциклы, поезда и т.п.) Первым вариантом является установка шумопонижающего экрана или шумового барьера вдоль поверхности для движения. Звук, приходящий от источника звука (т.е., от источников, являющихся участниками дорожного движения или поездом), отражается и/или поглощается шумопонижающим экраном, благодаря чему за шумопонижающим экраном создается зона с пониженным шумом. Уровень шума на уровне поверхности земли или над ним, таким образом, за шумопонижающим экраном (если смотреть с поверхности для движения) по существу ниже, чем перед шумопонижающим экраном.
Такие шумопонижающие экраны или шумовые барьеры, однако, дороги, могут восприниматься как непривлекательные, и часто требуют сложных конструкций, особенно в отношении фундамента, в результате высоких ветровых нагрузок, испытываемых шумопонижающими экранами. Кроме того, шумопонижающие экраны или шумовые барьеры препятствуют обзору окружающего пространства участниками дорожного движения, что может восприниматься как неприятное обстоятельство.
Шум дорожного движения определяется множеством разных источников звука. В случае движения по автомобильной дороге имеются такие источники, как двигатель, шины (шум качения шин по дороге, доминирующий при скорости выше 30 км/ч) и шум, создаваемый потоком воздуха вокруг транспортного средства. Подобные источники звука можно определить и в случае железнодорожного движения. Такие источники звука расположены относительно близко к земле (т.е., к поверхности для движения), обычно на расстоянии менее метра от нее. Это обстоятельство используется в альтернативе таким шумопонижающим экранам или шумовым барьерам. В документе WO 2011 049454 А2, содержание которого следует считать включенным в настоящее описание, боковой эмиссии звука препятствует множество резонаторов, расположенных параллельно вдоль поверхности для движения. Эти резонаторы создают эффект дифракции, который зависит от соответствующей резонансной частоты воздуха в резонаторе. Эта резонансная частота зависит, помимо прочих факторов, от формы и размеров (т.е., габаритов) соответствующего резонатора. Кроме того, резонансная частота резонатора зависит от размеров расположенных рядом резонаторов.
Звук в определенном частотном диапазоне можно отклонить вверх, когда применяются резонаторы с разными резонансными частотами. Такая дифракция, разумеется, зависит от частоты. Поскольку наиболее доминирующие тоны в шуме дорожного движения лежат в ограниченном частотном диапазоне, например, от 800 до 1200 Гц, подходящую дифракцию можно реализовать в соответствующем частотном диапазоне правильным подбором размеров и положений резонаторов.
Снижение шума происходит под определенным углом к горизонтали, до прибл. 30°-40°, в котором звук эффективно отклоняется вверх, т.е., над этим определенным углом. Этот эффект возникает в боковом направлении (относительно поверхности для движения, т.е., перпендикулярно продольному направлению поверхности для движения). Чем ближе расположены резонаторы к источникам, тем больший будет реализован угол, в котором можно добиться существенного снижения шума.
Поскольку резонаторы можно поместить относительно близко к источникам звука, эффект "экранирования", создаваемый резонаторами, можно считать существенным. Окружающая область, т.е., местность, например, с домами, расположенными за дифракторами, если смотреть с поверхности для движения, для которой угол к горизонтали на практике составит не более нескольких градусов (в зависимости от расстояния между поверхностью для движения и домами), по существу будет открыта для сильно уменьшенного уровня дорожного шума. Резонаторы дополнительно размещают в земле вдоль поверхности для движения или ее части. Поскольку они расположены очень близко к земле, они составляют меньшую проблему с точки зрения обзора и на них действуют существенно меньшие ветровые нагрузки.
Однако известные резонаторы имеют некоторые недостатки.
Первый недостаток заключается в том, что в резонаторы может попадать дождевая вода и другие жидкости. Если это происходит, отклоняющее действие резонаторов, а значит эффективность затухания звука, немедленно снижается. Дождевая вода может попасть в резонаторы непосредственно в форме дождя, но может быть и результатом разбрызгивания воды по дорожному покрытию. Промежуточные стенки между резонаторами закрыты, в результате чего дождевая вода, попавшая в резонаторы, в них и остается. Для дренажа дождевой в воды в вышеупомянутой публикации WO 2011 049454 А2 предлагается располагать на дне резонаторов дренажные камеры, через которые вода может стекать. Как более конкретно показано на фиг. 7 этой публикации, с отверстиями в дне резонаторов соединены дренажные трубы. Неожиданно, однако, было обнаружено, что эти дренажные каналы в некоторых случаях могут оказывать негативный эффект на работу резонаторов, снижая эффективность ослабления звука.
Другим недостатком известных резонаторов является то, что они имеют такую длину, что участники дорожного движения, движущиеся над резонаторами, особенно двухколесные транспортные средства, такие как велосипеды и мотоциклы, могут плохо на них влиять. Переднее или заднее колесо таких транспортных средств могут попасть в резонаторы, что приведет к опасной ситуации.
Целью настоящего изобретения является устранение по меньшей мере одного из указанных недостатков и/или других недостатков прототипа. Другой целью настоящего изобретения является создание дифрактора и системы, относящейся к типу, описанному во введении, в которой можно реализовать (по существу) хороший дренаж без вредного влияния на соответствующие акустические свойства дифракторов.
Другой целью настоящего изобретения является создание дифрактора, который еще больше ослабляет звук, чем известные резонаторы в соответствующем частотном диапазоне и в соответствующей области за дифрактором.
Согласно первому аспекту изобретения по меньшей мере одна из этих целей по меньшей мере частично достигается с помощью дифрактора описанного во введении типа, в котором каждое из углублений разделено на индивидуальные резонаторы промежуточными стенками, расположенными в углублениях, в котором углубления имеют по существу акустически не поглощающие стенки и не содержат акустически поглощающего материала, и в котором промежуточные стенки между соседними резонаторами содержат по меньшей одно проточное отверстие, вдоль которого дождевая вода может перетекать из одного резонатора в другой.
Благодаря созданию проточных отверстий в промежуточных стенках, а не в дне и/или продольных стенках и за счет взаимного соединения примыкающих резонаторов этими проточными отверстиями, неожиданно было обнаружено, что можно легко сливать воду, которая может попадать в резонаторы, без снижения дифракционного действия резонаторов в какой-либо существенной степени. Это обеспечивает правильную работу дифракторов в любое время, даже после ливня, который заполнит резонаторы водой.
Бетонная опорная плита известна из немецкого документа DE 197 06 708 А1. К этой бетонной плите могут крепиться железнодорожные рельсы. Между рельсами и на бетонной плите расположены акустически поглощающие пластины, в которых выполнены отверстия в форме усеченного конуса. Каждое из этих отверстия заканчивается на небольшом расстоянии над бетонной плитой. Однако, ввиду применения акустически поглощающего материала, в этой известной конструкции не используется дифракция и, следовательно, эта известная конструкция не является дифрактором.
Термин "по существу не поглощающие стенки" следует понимать как означающий стенки с очень низким коэффициентом поглощения, например, с коэффициентом поглощения в соответствующих диапазонах частот ниже 0,2, в частности, ниже 0,1.
В определенном варианте изобретения промежуточная стенка содержит проточное отверстие в положении рядом с одной из (продольных) стенок углубления. Для того чтобы как можно меньше прерывать падающее звуковое поле рекомендуется создавать отверстие, в частности отверстие в форме стоячей щели, на стороне углубления, ближайшей к поверхности для движения. В варианте настоящего изобретения проточное отверстие, таким образом, выполнено между стенкой углубления, которая должна располагаться ближе к источнику звука, и свободным внутренним концом промежуточной стенки.
В других вариантах изобретения проточное отверстие расположено между нижней стороной промежуточной стенки и дном углубления. Проточное отверстие, например, может быть (хотя изобретение этим не ограничено) лежачим щелевым отверстием между дном углубления и нижней стороной промежуточной стенки. В том варианте воду можно надлежащим образом сливать без необходимых отверстий, для предотвращения какой-либо существенной потери дифракции падающего звукового пол.
Щелевое отверстие может быть выполнено, придав дну углубления утопленной формы на по меньшей мере его части и/или за счет некоторого укорачивания промежуточной стенки снизу.
Дно углубления предпочтительно проходит с уклоном для создания потока воды. В определенных вариантах наклон выполнен и в продольном направлении углубления (параллельно продольной оси поверхности для движения), и в поперечном направлении для обеспечения хорошего дренажа дождевой воды, попавшей в углубления. В определенных вариантах далее выполнен так, чтобы вода сливалась через проточные отверстия в одном направлении вдоль дна, например, к одной из сторон дифрактора, в которой предусмотрены дополнительные меры, чтобы вода могла стечь на дно. в определенных вариантах дополнительно имеется инфильтрационный пакет, расположенный под дифракторами для обеспечения хорошего дренажа.
В определенных вариантах дифракционный элемент содержит нижнюю плиту и верхнюю плиту, устанавливаемую на нижнюю плиту. Здесь дно углубления образовано верхней стороной нижней плиты, а углубления выполнены только в верхней плите. Вышеописанный вариант с проточным отверстием под промежуточной стенкой может, например, быть реализован таким способом. Однако в других вариантах дифракционный элемент может быть выполнен интегрально. В этом случае дифракционный элемент может иметь форму монолита, что является практическим преимуществом в отношении долговечности и технологичности.
Когда дифракционный элемент имеет извлекаемую форму, понимается, что он может быть изготовлен в форме. Бетонный дифракционный элемент можно, например, изготовить, заполняя форму бетонным раствором, давая бетонному раствору отвердеть и извлекая полученное изделие из формы. Это значит, что дифракционные элементы можно изготавливать эффективно.
Вместо бетона или в дополнение к бетону, дифракционный элемент также можно изготовить из другого акустически твердого материала, например, пластика. Примером подходящего пластика является армированный стекловолокном сложный полиэфир, вторичный полиэтилен, или пластик со стальной арматурой. В других вариантах дифракционный элемент изготовлен из металла, например, стали или чугуна. В других вариантах дифракционный элемент изготовлен частично из первого материала (например, из одного из вышеперечисленных материалов), и частично из второго материала, отличающегося от первого материала (например, из одного из вышеперечисленных материалов).
Примером монолитного дифракционного элемента, который, кроме того, имеет извлекаемую форму, является вышеописанный вариант, в котором проточное отверстие является стоячим щелевидным отверстием, расположенным рядом с промежуточной стенкой.
Согласно второму аспекту изобретения по меньшей мере одна из целей по меньшей мере частично достигается с помощью дифрактора, описанного во введении, в котором углубления имеют акустически по существу не поглощающие стенки, не содержащие акустически поглощающего материала, и в котором, в ситуации, когда дифракторы уложены вдоль поверхности для движения, углубления расположены, если смотреть с поверхности для движения, множеством последовательных параллельных рядов резонаторов, в котором глубина углублений уменьшается с каждым рядом в направлении от поверхности для движения.
Было обнаружено, что результат ослабления звука повышается, когда ряды углублений, расположенных ближе к поверхности для движения имеют большую глубину, чем более удаленные углубления. Далее, было обнаружено, что результат можно считать хорошим, когда глубина углублений равномерно уменьшается от ряда к ряду по мере увеличения расстояния до поверхности для движения.
Глубина углублений в ряду предпочтительно является постоянной, чтобы получить по существу дифракцию вдоль поверхности для движения, которая не зависит от положения источника звука. Из практических соображений глубина внутри ряда углублений все же может меняться в некоторой степени. Эти изменения, однако, так малы, что они не влияют, или почти не влияют на результат дифракции. Как описано выше, может быть целесообразным дренировать возможную дождевую воду, поместив углубления с уклоном так, чтобы вода текла в нужном направлении.
Кроме того, не всегда необходимо придавать всем рядам уменьшающуюся глубину. Было обнаружено, что достаточно хорошие результаты можно получить, когда глубина по меньшей мере четырех примыкающих друг к другу рядов, предпочтительно десяти примыкающих друг к другу рядов, уменьшается.
Выше объяснялось, что выбирать размеры и расположение резонаторов можно так, чтобы наибольшее снижение шума происходило в определенном требуемом угловом диапазоне относительно горизонтали в направлении от поверхности для движения и за резонаторами. Однако было обнаружено, что правильные размеры и расположение резонаторов также могут привести к наибольшему снижению шума в других угловых диапазонах, например, от 20° до 50° (в зависимости от предпочтительного направления, в котором должен проходить дифракционный максимум). Другими словами, вместо того, чтобы стремиться больше понизить шум на уровне земли или около него, понижающий эффект резонатором можно довести до максимума на расстоянии, например, 7,5 м от поверхности для движения, за дифракторами, для более высоких положений, например, 1,5 м или 3 м над уровнем земли, в зависимости от того, где ожидается наибольшее раздражающее действие шума транспорта. Далее, было обнаружено, что существует корреляция между уровнем звука на высоте 3 м и уровнем звука в дальней зоне. Поэтому сильное снижение на высоте 3 м может быть благоприятным для снижения шума в дальней зоне.
В еще одном варианте углубление имеет форму в которой ширина (b) углубления меньше у горловины, чем у дна. Это позволяет реализовать дифракцию на более низких частотах, тогда как толщина остается той же, что желательно, например, для удобства дорожного движения.
Для обеспечения подходящей дифракции падающего звукового поля, целесообразно увеличить до возможного максимума площадь поверхности резонирующих элементов, т.е. общую площадь поверхности отверстий в углублениях в дифракционных элементах. Это, более конкретно, относится к ко всем резонаторам в ряду. В вариантах изобретения это может достигаться за счет того, что просветность (отношение общей площади отверстий к общей площади верхней поверхности дифракционной плиты) составляет по меньшей мере 10%, предпочтительно, более 50% или даже более 60%, разумеется в пределах конструктивных возможностей. Промежуточные стенки или перегородки, в свою очередь, имеют как можно меньший размер, чтобы получить относительно большую просветность.
Чтобы исключить риск попадания колес двухколесного транспорта в углубления, рекомендуется оставлять промежуточное расстояние между промежуточными стенками менее 20 см, предпочтительно, менее 10 см. Расстояние между промежуточной стенкой и продольной стенкой (т.е., ширина проточного отверстия) также не должна быть слишком большой, поскольку в ином случае двухколесный транспорт будет встречаться с проблемами. Ширина проточного отверстия типично составляет 5 мм.
Резонаторы имеют такие размеры, чтобы их резонансные частоты находились в диапазоне, релевантном для соответствующих источников звука. Резонансные частоты для автомобильного движения предпочтительно лежат в диапазоне от 700 Гц до 1200 Гц. В случае грузового движения могу появляться более низкие частоты, например, от 500 Гц до 1200 Гц. В случае воздушного движения могут даже встречаться частоты порядка 100 Гц и имеются резонаторы, резонансные частоты которых лежат в этих частотных диапазонах.
Согласно третьему аспекту изобретения по меньшей мере одна из целей по меньшей мере частично достигается за счет сборки поверхности для движения, в частности дорог для моторизованных транспортных средств и железных дорог, и по меньшей мере одного ряда дифракторов описываемого здесь типа. Дифракторы расположены для ограничения, по меньшей мере в определенных частотных диапазонах, боковой эмиссии звука от источников звука, движущихся по поверхности для движения. Дифракторы предпочтительно помещают как можно ближе к источникам звука, чтобы отклоняющий эффект дифракторов был как можно более выражен. Это значит, что ряд дифракторов предпочтительно расположен непосредственно примыкая к поверхности для движения. Дифрактор можно поместить на одной стороне поверхности для движения, или на обеих сторонах поверхности для движения. Сюда также входит вариант расположения дифрактора в положении центральной резервной полосы. Таким образом, звук, исходящий от разных полос дороги будет отклоняться с обеих сторон.
Далее, преимущественно верхняя сторона дифракционного элемента дифрактора проходит по меньшей мере приблизительно на той же высоте, что и поверхность для движения. Это особенно важно для первой пары рядов резонаторов, которые лежат ближе всего к поверхности для движения. Также хорошо, а в некоторых случаях, лучше, когда ряды резонаторов, удаленные от поверхности для движения, лежат несколько выше первых рядов. На стороне поверхности для движения могут быть выполнены углубления для сбора и отвода воды и/или грязи, которые в противном случае будут течь через дифракционную плиту или в ее углубления.
Хотя во многих вариантах изобретения дифракторы создают достаточное ослабление шума, и никаких дополнительных акустических мер не требуется, в определенных вариантах сборка может содержать шумопонижающий экран, расположенный за этим по меньшей мере одним рядом дифракторов для отражения и/или поглощения звука, дифрагированного дифракторами. Поскольку звук дифрагирован вверх, а шумопонижающий экран по существу устанавливают на большем расстоянии от поверхности для движения, чем дифракторы, экрану приходится оказывать свое экранирующее действие с определенной минимальной высоты. Экран начинается, например, непосредственно под дифракционным максимумом. Это дает возможность оставить область от земли до шумопонижающего экрана полностью или частично визуально и/или акустически открытой, чтобы участники дорожного движения получали лучший вид окружающего их пространства. В определенных вариантах сборка содержит опору для поддержки шумопонижающего экрана на некотором расстоянии над землей.
Сам шумопонижающий экран может быть дополнительно выполнен на стороне, на которую падает шум (на передней стороне и, факультативно, на верхней стороне) для акустического поглощения в релевантном частотном диапазоне. Также можно установить дополнительные дифракторы на верхней стороне шумопонижающего экрана, так, чтобы звук, смещающийся вдоль верхней стороны шумопонижающего экрана, можно было дифрагировать еще больше.
В других вариантах изобретения сборка содержит один или более дополнительный ряд дифракторов, каждый из которых расположен в соответствующем положении на большем расстоянии от поверхности для движения и на большей высоте, чем предшествующий ряд дифракторов. Звук можно дифрагировать дополнительно вверх, поместив дополнительный ряд дифракторов за первым рядом дифракторов, в более высоком положении, чем первый ряд дифракторов, тогда как высота третьего ряда дифракторов больше, чем высота второго ряда (более конкретно, на высоте непосредственно под дифракционным максимумом второго ряда дифракторов). Это можно повторять для следующих рядов, создавая каскад рядов дифракционных элементов, которые дифрагируют звук все больше вверх.
Другие преимущества, признаки и детали настоящего изобретения будут очевидными из нижеследующего описание некоторых вариантов со ссылками на приложенные чертежи, где:
Фиг. 1 - вид в перспективе с частичным вырезом дорожной полосы с множеством дифракторов в форме дифракционных элементов, уложенных в ряд вдоль поверхности для движения.
Фиг. 2А - вид в перспективе сверху первого варианта дифракционной плиты по изобретению.
Фиг. 2В - разнесенный вид в перспективе дифракционного элемента по фиг. 2А, на котором показаны верхняя и нижняя плиты.
Фиг. 2С - вид в перспективе верхней стороны нижней плиты и нижней стороны верхней плиты варианта изобретения, показанного на фиг. 2А и 2В.
Фиг. 3А - вид в перспективе второго варианта дифракционной плиты по изобретению.
Фиг. 4 - сечение части варианта сборки дорожной полосы и дифрактора по второму варианту, в котором рядом с дифрактором установлен шумопонижающий экран; и
Фиг. 5А - диаграмма, иллюстрирующая снижение шума (в дБ) для звука частотой 1000 Гц, полученное благодаря наличию дифрактора.
Фиг. 5В - диаграмма снижения шума (R) в 7,5 м от источника звука за дифракторами на разной высоте, как функция частоты (f) для ситуации по фиг. 5А.
На фиг. 1 показана поверхность 1 движения, более конкретно, проезжая часть, вдоль края которой уложен ряд дифракционных элементов 3. На чертеже показаны четыре дифракционных элемента, хотя очевидно, что это количество может быть увеличено. Каждый из дифракционных элементов 3 заглублен в землю 4 так, чтобы по меньшей мере рядом с краем или обрезом поверхности 2 движения верхняя поверхность 5 плиты лежала приблизительно на той же высоте, что и проезжая часть.
Дифракционный элемент имеет периодическую структуру щелевидных углублений (включая утопленные участки, полости, каналы, канавы, канавки и т.п.) 6, которые проходят в продольном направлении и, факультативно, взаимно параллельными зонами, при этом такие щелевидные углубления ограничены двумя стоячими стенками, которые факультативно соединены друг с другом локально поперечными перегородками или промежуточными стенками. Углубления 6 расположены на разных расстояниях (a1, a2) от края 2 поверхности 1 для движения (в боковом направлении 45 от поверхности для движения, т.е., перпендикулярно продольной оси поверхности для движения).
Верхняя сторона дифракционного элемента 3 может быть расположена под небольшим уклоном относительно поверхности для движения так, чтобы высота увеличивалась с увеличением расстояния a. В других вариантах верхняя сторона дифракционного элемента, однако, лежит в одной плоскости с поверхностью 1 для движения.
На фиг. 2А-2С более подробно показан определенный вариант такого дифракционного элемента. Дифракционный элемент по этому варианту имеет форму плиты. В показанном варианте дифракционный элемент 12 содержит верхнюю плиту 10 и отдельную нижнюю плиту 11. Верхняя плита 10 имеет по существу плоскую верхнюю сторону 24. В плите выполнено большое количество углублений 6. Каждое Углубление образует ряд 13, и ряды углублений проходят по существу параллельно друг другу. Каждое углубление 6 разделено на разные отсеки стоячими промежуточными стенками 15. Каждый отсек образует резонатор 16.
В показанном варианте количество рядов 13 равно шестнадцати. В других вариантах количество рядов, разумеется, может быть больше или меньше.
Все резонаторы в определенном ряду 13 предпочтительно имеют одинаковую глубину. Глубины резонаторов 16 по существу различны в разных ряда 13. В показанном варианте глубина последовательных рядов (если смотреть от поверхности для движения в боковом направлении 45), например, иногда уменьшается, а иногда увеличивается. В других вариантах показанный вариант можно изменить так, чтобы глубина каждого последовательного ряда уменьшалась.
Каждый резонатор 16 образован множеством стоячих стенок (обычно вертикальных, хотя возможны и наклонные стенки), более конкретно, передней стенкой 26, задней стенкой 27 и двумя промежуточными стенками 15. Каждая стенка изготовлена из акустически твердого (т.е., по существу не поглощающего) материала и резонаторы 16, кроме того, пусты. Это значит, что в резонаторах нет поглощающего материала или материала другого типа.
На фиг. 2А-2С также показана нижняя плита 11. Эта нижняя плита 11 предпочтительно является плоской снизу, а на верхней стороне имеет множество канавок 29. Канавки 29 проходят параллельно друг другу и имеют такие размеры и расположение, чтобы каждая канавка находилась непосредственно под соответствующим рядом углублений. На двух продольных боковых сторонах каждой канавки имеются вертикальные кромки 30, не которые может опираться нижняя сторона верхней плиты 10.
Нижняя сторона каждой промежуточной стенки 15 выполнена так, чтобы образовать щель между нижней стороной этой промежуточной стенки и соответствующей канавкой 29. Канавка образует дно углубления. Промежуточное пространство между нижней стороной промежуточной стенки и дном работает как проточное отверстие 20 для воды, которая попадает в резонаторы.
Поскольку проточное отверстие 20 имеется между каждой промежуточной стенкой 15 и дном соответствующих канавок 29, вода может перетекать из одного резонатора в другой. Для того, чтобы инициировать поток воды, канавки 29 расположены с уклоном, что означает, что они в некоторой степени наклонены. Под действием силы тяжести поток воды приходит в движение сере последовательно расположенные проточные отверстия в направлении 31 (фиг. 2В). В показанном варианте уклон выполнен так, чтобы поток воды через проточные отверстия тек одновременно в одном направлении 31. В других вариантах, однако, можно направить часть потока воды в одном направлении, а другую часть - в другом, например, в чередующихся рядах.
Такое проточное отверстие 20 можно создать, заглубив в некоторой степени дно канавки 29 относительно верхней стороны кромок 30. В других вариантах дно является плоским, а кромки отсутствуют. Проточные отверстия в этом варианте сформированы за счет укорочения промежуточных стенок 15 снизу. Таким образом, возникает отверстие между нижней стороной промежуточной стенки и дном. В еще одном варианте проточное отверстие образовано некоторым укорочением промежуточной стенки и, одновременно, приданием дну заглубленной формы.
Поскольку проточные отверстия предназначены для дренажа дождевой воды, то когда вода попадает в резонаторы, работа резонаторов не ухудшается или, по меньшей мере, ухудшается в меньшей степени. Поскольку дренаж через проточные отверстия далее осуществляется через боковые поверхности резонаторов и поскольку отверстия 20 расположены в промежуточных стенках 15 или под ними, эти проточные отверстия не оказывают или почти не оказывают влияния на акустические свойства резонаторов. Это вызвано тем, что поскольку звуковые волны падают на ряды по большей части перпендикулярно, не возникает разницы в звуковом давлении в продольном направлении резонаторов. Поэтому не возникает распространения волн в продольном направлении и звук не выходит из одного резонатора в другой. За счет этого работа резонатора остается по существу не нарушенной, несмотря на присутствие проточных отверстий.
Вышеописанный первый вариант дифракционного элемента имеет форму плиты и, поэтому, также именуется дифракционной плитой. В других вариантах дифракционные элементы выполнены как каменная брусчатка или плитка (например, формованный клинкер), где одна плитка или множество плиток совместно образуют вышеописанные резонаторы.
На фиг. 3А и 3В и на левой части фиг. 4 показан второй вариант дифракционного элемента 33 по изобретению. В этом варианте элемент имеет интегральную конструкцию. Элемент, в частности, имеет полностью извлекаемую конфигурацию, что позволяет легко изготавливать плиту в соответствующей форме. Дифракционный элемент 33 на стороне 34, обращенной к поверхности 1 для движения, имеет множество углублений 35. Кромки 36, примыкающие к этим углублениям предпочтительно обращены к обрезу дорожного полотна 1. Углубления 35 позволяют дренировать вниз дождевую воду и грязь, попадающие на соединительную кромку 37 плиты 33. Таким способом можно предотвратить попадание грязи с поверхности для движения в резонаторы, расположенные за этой кромкой.
На верхней стороне 38 дифракционной плиты также расположено множество удлиненных углублений 39. Каждое углубление образует ряд 40, и углубления расположены по существу параллельно друг другу, и в каждом случае расстояние от поверхности для движения (если смотреть от поверхности 1 для движения в направлении 45 от поверхности для движения, перпендикулярно продольной оси поверхности 1 для движения) увеличивается. Каждое углубления 39 ряда 40 разделено на отдельные резонаторы поперечными стенками 50.
Как показано на фиг. 3В, глубина d1 первого ряда 46 больше, чем глубина d2 второго ряда 47. Глубина d2 второго ряда 47, в свою очередь, больше глубины d3 третьего ряда 48, и так далее. В показанном варианте глубина резонаторов уменьшается равномерно, в каждом случае в последовательных рядах 40 резонаторов, хотя этот признак может присутствовать не во всех вариантах.
Как указано выше, каждое углубление 39 разделено на отдельные резонаторы промежуточными стенками 50. В отличие от промежуточных стенок первого варианта, которые взаимно соединяют стоячие стенки 26, 27 и образуют перегородки между этими двумя стенками, промежуточные стенки 50 сформированы так, чтобы между [ней и] по меньшей мере одной стоячей стенкой 51, 52 имелось стоячее щелевидное проточное отверстие 55. В показанном варианте проточное отверстие 55 расположено на стороне резонатора 49, обращенной к поверхности для движения, т.е., на стороне стенки 52, расположенной ближе к поверхности 1 для движения. Проточное отверстие 55 образовано за счет наличия свободного внешнего конца 57 у каждой перегородки 50, отнесенного (типично на прибл. 5 мм) от противоположной стенки 52 резонатора 49. Проточное отверстие 55 проходит по существу по всей высоте резонатора и до его дна. Это позволяет воде, которая могла попасть в резонаторы, быстро вытечь из одного резонатора через проточное отверстие 55 в соседний резонатор. Оснастив все резонаторы такими отверстиями, можно отводить дождевую воду из одного резонатора в другой и далее, в направлении другого дренажа для воды.
В предпочтительном варианте дно 59 углублений 39 несколько наклонены относительно поверхности для движения так, чтобы вода текла в одном определенном направлении под действием силы тяжести, предпочтительно в направлении дополнительного дренажа для воды (не показан).
В этом варианте также из-за расположения проточных отверстий, т.е., на боковой стороне резонатора и, следовательно, не в одной из стенок и не на дне, релевантные акустические свойства резонатора не затрагиваются или почти не затрагиваются, но вода, тем не менее, может отводиться так, чтобы в резонаторах не было воды.
Как уже было описано, глубина углублений в дифракционном элементе предпочтительно уменьшается от ряда к ряду (по мере увеличения расстояния от поверхности для движения). Сечение второго варианта дифракционного элемента, приведенное на фиг. 4, например, показывает, что в нем имеется шестнадцать рядов резонаторов, и первый ряд резонаторов является самым глубоким (типично 8 см. глубиной, а в случае движения легковых автомобилей, 15 см глубиной), а последующие ряды углублений последовательно становятся все менее глубокими. Было обнаружено, что при использовании такой последовательности глубин можно получить неожиданно высокое шумопонижение в релевантном частотном диапазоне. Далее, было обнаружено, что по меньшей мере три, предпочтительно четыре, но наиболее предпочтительно по меньшей мере десять последовательно расположенных рядов углублений в каждом случае с уменьшающейся глубиной позволяют реализовать сильное ослабление шума. Даже если глубина возрастает после последовательности рядов с уменьшающейся глубиной, результаты остаются достаточно хорошими. Таким образом, хорошие результаты дают варианты, в которых три последовательных ряда имеют увеличивающуюся глубину, и когда эти три углубления расположены относительно близко к источнику (например, в первых 6 рядах) также получаются хорошие результаты. Однако рекомендуется располагать ряды так, чтобы глубина уменьшалась равномерно.
На фиг. 5А показаны результаты моделирования звукового поля, дифрагированного дифрактором по варианту настоящего изобретения. Источник расположен в 3 см (h=0,03 м) над землей на a=0,3 м. Дифрактор состоит из щелей прибл. 3 см шириной, разнесенных друг от друга на 2 см. Ширина проточных отверстий (дренажных щелей) равна 5 мм, и промежуточное расстояние между промежуточными стенками равно 10 см. Первый резонатор расположен на расстоянии 75 см от источника, и глубины соответственно составляют 79, 65, 54, 47, 42, 40, 36, 28, 17, 4, 1, 1, 1, 1, 1 мм (размеры плиты равны прибл. 80 × 80 см). Снижение шума показано на частоте 1000 Гц. Таким образом, снижение шума прибл. в 7,5 м от источника изменяется между 4 и 7 дБ. Подобные результаты вероятны и на других частотах, связанных с шумом дорожного движения (напр., от 500 Гц до 1200 Гц).
На фиг. 5В приведена диаграмма, на которой снижение в результате применения дифрактора показано как функция частоты и на разных высотах в 7,5 м от источника. Самое большое снижение низкой частоты наблюдается на высотах до 3 м.
На фиг. 4 показан еще один вариант изобретения. В ситуации, приведенной на фиг. 4, множество дифракционных плит, показанных на фиг. 3А-В, уложены вдоль поверхности 1 для движения. Дифракционная плита создана вышеописанным способом со множеством резонаторов. Стрелки 60, 61, 62 показывают, что звуковые волны, приходящие от поверхности 1 для движения, сначала падают со сдвигом (в направлении 60) на дифракционную плиту и резонаторами дифрагируются вверх (в направлениях 61, 62). Звук формируется, как если бы имелся дифракционный максимум, в котором звук уносится наклонно вверх. Это значит, что возникает область (обозначенная позицией 63), находящаяся под дифракционным максимумом, в котором имеется некоторое ослабление звука в требуемом заранее определенном частотном диапазоне. Для того, чтобы звук не проходил над областью 63 и вызвал беспокойство, в этом варианте на большем расстоянии от поверхности для движения, хотя, предпочтительно, поблизости от нее, установлен шумопонижающий экран. Шумопонижающий экран 65 расположен на опоре 66. Эта опора может быть относительно легкой и, предпочтительно, выполнена так, чтобы участники дорожного движения по поверхности 1 для движения могли смотреть сквозь него. Шумопонижающий экран 65 установлен известным способом на некоторой высоте над землей. Шумопонижающий экран может отражать падающий на него звук. Поверхность шумопонижающего экрана 65, обращенная к поверхности 1 для движения, предпочтительно принимает поглощающую форму. Для этого на этой поверхности может быть установлен слой 70 поглощающего материала. Кроме того, можно разместить дополнительные дифракторы 69 на верхней стороне 68 шумопонижающего экрана для дополнительного дифрагирования звуковых волн, перемещающихся вдоль нее.
Шумопонижающий экран 65 имеет преимущество по сравнению с традиционными шумопонижающими экранами в том, что снизу (т.е. в положении опоры 66) он может иметь открытую форму, чтобы участники дорожного движения могли видеть окружающее пространство и/или чтобы ветер оказывал меньшее воздействие на конструкцию. Конструкция опоры и шумопонижающего экрана может быть облегчена и от тяжелого фундамента можно отказаться.
В других вариантах изобретения (не показаны) резонаторы сформированы более глубокими, чем в вариантах по фиг. 3 и 4. Когда дифракционный элемент, укладывается вдоль поверхности тихой дороги, например, дороги со звукопоглощающим покрытием, пик шума дорожного движения приходится на низкие частоты, характерно, около 700 Гц. Было обнаружено, что в таких ситуациях предпочтительно лучше применять несколько более глубокие углубления. Далее, было обнаружено, что эффект дифракции более выражен при более глубоких резонаторах. Эффект становится заметным на низких частотах, но сохраняется в достаточной степени и на более высоких частотах.
В особенно преимущественном варианте применяются углубления с соответствующими глубинами 142, 131, 121, 114, 109, 107, 107, 107, 107, 105, 102, 97, 90, 82, 75, 72 мм (±3 мм), расположенные последовательно, если смотреть от поверхности для движения. Промежуточное расстояние между промежуточными стенками равно прибл. 16 см. Ширина углублений равна, например, 35 мм (±5 мм).
В определенных вариантах стенки углублений принимают наклонную форму. Ширина углубления, более практично, больше в верхней части, чем ширина в нижней части углубления. Это облегчает получение извлекаемой формы, что упрощает изготовление дифракционных элементов. Такие дифракционные элементы также легче держать в чистоте.
Настоящее изобретение не ограничено вышеописанными вариантами. Испрашиваемые права определены приложенной формулой изобретения, в объем которой входят многочисленные модификации.
1. Дифрактор для дифракции звука дорожного движения по поверхности для движения, содержащий по меньшей мере один дифракционный элемент, устанавливаемый сбоку рядом с поверхностью, имеющий структуру углублений на его верхней поверхности для дифрагирования шума дорожного движения в направлении, которое отличается от бокового направления, причем каждое из углублений разделено на индивидуальные резонаторы промежуточными стенками, выполненными в углублениях, и углубления имеют по существу акустически непоглощающие стенки и свободны от акустически поглощающего материала, отличающийся тем, что промежуточные стенки между соседними резонаторами имеют по меньшей мере одно проточное отверстие, по которому дождевая вода может протекать их одного резонатора в другой.
2. Дифрактор по п.1, в котором углубления имеют удлиненную форму и каждое из углублений разделено на ряд удлиненных углублений, расположенных последовательно и отделенных друг от друга одной или более промежуточной стенкой.
3. Дифрактор по п.1 или 2, в котором промежуточная стенка содержит проточное отверстие в положении одной из стенок углубления.
4. Дифрактор по п.3, в котором проточное отверстие расположено между стенкой углубления, расположенной ближе к источнику звука, и свободным концом соответствующей промежуточной стенки.
5. Дифрактор по любому из пп.1, 2 или 4, в котором проточное отверстие расположено между нижней стороной промежуточной стенки и дном углубления.
6. Дифрактор по п.5, в котором дно углублено на по меньшей мере его части.
7. Дифрактор по п.1 или 2, в котором дно углубления наклонено.
8. Дифрактор по п.1 или 2, в котором дифракционный элемент содержит нижнюю плиту и помещаемую на нее верхнюю плиту, причем дно углубления образовано верхней стороной нижней плиты, а углубления выполнены только в верхней плите.
9. Дифрактор по п.1 или 2, в котором дифракционный элемент сформирован интегрально и/или извлекается.
10. Дифрактор по п.1, в котором по меньшей мере один дифракционный элемент является дифракционной пластиной, при этом в ситуации, когда углубления расположены вдоль поверхности движения, они расположены, если смотреть от поверхности движения, последовательными параллельными рядами резонаторов, характеризующихся тем, что глубина углублений уменьшается с каждым рядом в направлении от поверхности движения.
11. Дифрактор по п.1, в котором глубина углублений равномерно уменьшается от ряда к ряду с увеличением расстояния от поверхности движения.
12. Дифрактор по п.10 или 11, в котором глубины по меньшей мере четырех соседних рядов, предпочтительно по меньшей мере десяти соседних рядов и еще более предпочтительно всех соседних углублений, уменьшаются.
13. Дифрактор по п.1 или 2, в котором углубления имеют форму, в которой ширина (b) углублений меньше у горловины, чем у дна, и углубления предпочтительно расширяются по меньшей мере частично от горловины к дну.
14. Дифрактор по п.1 или 2, в котором углубления имеют форму, в которой ширина (b) углублений больше у горловины, чем у дна, в котором углубления предпочтительно сужаются по меньшей мере частично от горловины к дну.
15. Дифрактор по п.1 или 2, в котором просветность, определенная как отношение общей площади поверхности горловин к общей площади верхней поверхности дифракционной плиты, составляет по меньшей мере 10%, предпочтительно, более 50%, еще более предпочтительно, более 70-80%.
16. Дифрактор по п.1 или 2, в котором углубления выполнены щелевидными и/или ширина резонатора составляет приблизительно 3 см, ширина стенок между соседними рядами углубления составляет приблизительно 2 см, ширина проточного отверстия составляет приблизительно 0,5 см и/или промежуточное расстояние межу промежуточными стенками резонатора составляет менее 20 см, предпочтительно, приблизительно 10 см.
17. Дифрактор по п.1 или 2, в котором дифракционный элемент изготовлен из бетона и/или пластика, например сложного полиэфира, армированного стекловолокном, вторичного полиэтилена или пластика, армированного сталью и/или металлом, например чугуном или сталью.
18. Дифрактор по п.1 или 2, в котором резонансные частоты резонаторов лежат в диапазоне от 500 Гц до 1500 Гц или от 700 Гц до 1200 Гц.
19. Дифрактор по п.1 или 2, в котором глубины резонаторов изменяются от 15 см до 1 см.
20. Комбинация поверхности дорожного движения, в частности дорожного покрытия для моторизованных транспортных средств и/или рельсов для движения поездов, и по меньшей мере одного ряда дифракторов по любому из пп. 1-19, установленных для ограничения по меньшей мере в определенных частотных диапазонах, боковой эмиссии звука от источников звука, движущихся по поверхности движения.
21. Комбинация по п.20, в которой ряд дифракторов расположен в непосредственном примыкании к поверхности движения.
22. Комбинация по п.20, в которой верхняя сторона дифракционного элемента проходит по меньшей мере приблизительно на той же высоте, что и поверхность для движения.
23. Комбинация по любому из пп. 20-22, дополнительно содержащая шумопонижающий экран, расположенный за по меньшей мере одним рядом дифракторов для отражения и/или поглощения звука, дифрагированного дифракторами.
24. Комбинация по п.23, содержащая опору для поддержки шумопонижающего экрана на расстоянии над землей.
25. Комбинация по любому из пп.20-22 или 24, дополнительно содержащая один или более дополнительных рядов дифракторов, каждый из которых расположен в соответствующем положении на большем расстоянии относительно поверхности движения и на большей высоте, чем предыдущий ряд дифракторов.
26. Комбинация по любому из пп. 20-22 или 24, в которой углубления имеют такой размер и положение, чтобы максимально понижать звук в соответствующем частотном диапазоне на 6-10 м от поверхности движения на высоте около 3 м.
