Результат интеллектуальной деятельности: ОБЪЕМНЫЙ ШТУЧНЫЙ ЗВУКОПОГЛОТИТЕЛЬ

Изобретение относится к промышленной акустике, в частности к широкополосному шумоглушению, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства при шумоглушении производственного оборудования методом звукопоглощения.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является штучный звукопоглотитель (Патент РФ №2354786, кл. E04B 1/84, прототип), включающий подвешенный на несущей конструкции каркас с жестко закрепленными на нем звукопоглощающими элементами в виде чередующихся между собой активных, со звукопоглощающим материалом, и реактивных полостей, разделенных перегородками, закрепленными на днище каркаса с его внутренней стороны.

Недостатком известного технического решения, принятого в качестве прототипа, является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения за счет необходимости постоянной настройки шага расположения звукопоглощающих элементов и выбора их угла наклона к отражающей поверхности, что ограничивает спектральные возможности шумоглушения из-за отсутствия резонансных объемов, настроенных на определенную полосу частот.

Технический результат изобретения - повышение эффективности шумоглушения за счет расширения частотного диапазона и улучшение эксплуатационных свойств.

Это достигается тем, что в объемном штучном звукопоглотителе, состоящем из жесткого каркаса, подвешиваемого на крепежном элементе к потолку производственного здания, каркас выполнен по форме в виде двух концентричных объемных поверхностей правильных многогранников платоновых тел, например куба, тетраэдра, октаэдра, додекаэдра, икосаэдра, одна из которых - внешняя - выполнена перфорированной, а другая - внутренняя - сплошной, причем звукопоглощающий материал, обернутый акустически прозрачным материалом, расположен в промежутке между поверхностями, которые соединены между собой посредством, по крайней мере, двух резонансных вставок, имеющих отверстия разного диаметра, причем внутренняя полость, образованная сплошной внутренней объемной поверхностью, разделена, по крайней мере, одной перегородкой на, по крайней мере, две резонансные полости, причем, по крайней мере, одна из них может быть заполнена звукопоглощающим материалом, а в резонансных вставках размещены светильники с электропитанием.

На фиг. 1 представлен фронтальный разрез объемного штучного звукопоглотителя, на фиг. 2 - схема звукопоглощающего элемента стенок жесткого каркаса.

Объемный штучный звукопоглотитель состоит из жесткого каркаса 1, подвешиваемого на крепежном элементе 2 к потолку 3 производственного здания. Каркас выполнен по форме в виде двух концентричных объемных поверхностей правильных многогранников платоновых тел, например куба, тетраэдра, октаэдра, додекаэдра, икосаэдра, (на чертеже не показано) одна из которых - внешняя 1 - выполнена перфорированной, а другая - внутренняя 5 - сплошной, причем звукопоглощающий материал, обернутый акустически прозрачным материалом, расположен в промежутке между поверхностями 1 и 5, которые соединены между собой посредством, по крайней мере, двух резонансных вставок 9 и 11, имеющих отверстия 10 и 12 разного диаметра, причем внутренняя полость, образованная сплошной внутренней объемной поверхностью 5, разделена, по крайней мере, одной перегородкой 6 на, по крайней мере, две резонансные полости 7 и 8, причем, по крайней мере, одна из них может быть заполнена звукопоглощающим материалом 8, а в резонансных вставках 9 и 11 размещены светильники 13 с электропитанием 14.

Перфорация может быть выполнена щелевой, причем коэффициент перфорации выполнен равным или более 0,3, при этом каркас выполнен из нержавеющей стали или оцинкованного листа толщиной 0,7 мм с полимерным защитно-декоративным покрытием типа «Пурал» толщиной 50 мкм или «Полиэстер» толщиной 25 мкм, или алюминиевого листа толщиной 1,0 мм и толщиной покрытия 25 мкм. В качестве звукопоглощающего материала используются плиты 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, а в качестве акустически прозрачного материала, например стеклоткань типа ЭЗ-100 или полимер типа «Повиден».

В качестве звукопоглощающего материала используются плиты 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.

В качестве звукопоглощающего материала используются элементы из жесткого пористого шумопоглощающего материала, например пеноалюминия или металлокерамики, или металлопоролона, или камня-ракушечника со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 40…50%. В качестве звукопоглощающего материала используются элементы с послойной и перекрестной намоткой из пористых нитей, намотанных на акустически прозрачный каркас, например проволочный каркас. В качестве звукопоглощающего материала используется крошка из твердых вибродемпфирующих материалов, например эластомера, полиуретана, или пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем размер фракций крошки лежит в оптимальном интервале величин: 0,5…2,0 мм.

Объемный звукопоглотитель работает следующим образом.

Звуковые волны, распространяясь в производственном помещении, взаимодействуют с заполненными звукопоглощающим материалом 4 полостями. Звукопоглощение на низких и средних частотах происходит за счет акустического эффекта, построенного по принципу резонаторов Гельмгольца, образованных полостями 7 и 8. Различные объемы резонансных полостей служат для подавления звуковых колебаний в требуемом звуковом диапазоне частот, как правило большие объемы для подавления шума в низкочастотном диапазоне, а малые - в области средних и высоких частот.

Возможен вариант выполнения звукопоглощающего элемента (фиг. 2) стенок жесткого каркаса 1 в виде жесткой 15 и перфорированной 18 стенок, между которыми расположены два слоя: звукоотражающий слой 16, прилегающий к жесткой стенке 15, и звукопоглощающий слой 17, прилегающий к перфорированной стенке 15. При этом слой звукоотражающего материала выполнен сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, а перфорированная стенка имеет следующие параметры перфорации: диаметр отверстий - 3÷7 мм, процент перфорации 10÷15%, причем по форме отверстия могут быть выполнены в виде отверстий круглого, треугольного, квадратного, прямоугольного или ромбовидного профиля, при этом в случае некруглых отверстий в качестве условного диаметра следует считать максимальный диаметр вписываемой в многоугольник окружности. В качестве звукопоглощающего материала слоя 17 может быть применена минеральная вата на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральная вата типа «URSA», или базальтовая вата типа П-75, или стекловата с облицовкой стекловойлоком, или вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена. Поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается специальными пористыми красками, пропускающими воздух (например, «Acutex T»), или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например «Лутрасилом».

В качестве звукопоглощающего материала может быть использован пористый шумопоглощающий материал, например пеноалюминий, или металлокерамика, или камень-ракушечник со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30÷45%, или металлопоролон, или материал в виде спрессованной крошки из твердых вибродемпфирующих материалов, например эластомера, полиуретана, или пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем размер фракций крошки лежит в оптимальном интервале величин: 0,3…2,5 мм, а также могут быть использованы пористые минеральные штучные материалы, например пемза, вермикулит, каолин, шлаки с цементом или другим вяжущим, или синтетические волокна, при этом поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается специальными пористыми красками, пропускающими воздух, например, типа Acutex T, или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например Лутрасилом.

Перфорированная стенка 17 может быть выполнена из конструкционных материалов, с нанесенным на их поверхности с одной или двух сторон слоя мягкого вибродемпфирующего материала, например мастики ВД-17, или материала типа «Герлен-Д», при этом соотношение между толщинами материала и вибродемпфирующего покрытия лежит в оптимальном интервале величин: 1/(2,5…3,5).

Перфорированная стенка 17 может быть выполнена из твердых, декоративных вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем внутренняя поверхность перфорированной поверхности, обращенная в сторону звукопоглощающей конструкция, облицована акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «повиден», или неткаными материалами, например «лутрасилом».

Перфорированная стенка 17 может быть выполнена из нержавеющей стали, или оцинкованного листа толщиной 0,7 мм с полимерным защитно-декоративным покрытием типа «Пурал» толщиной 50 мкм или «Полиэстер» толщиной 25 мкм, или алюминиевого листа толщиной 1,0 мм и толщиной покрытия 25 мкм. Коэффициент перфорации перфорированных листов принимается равным или более 0,25.

В качестве материала звукоотражающего слоя 16 может быть применен материал 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.

В качестве материала звукоотражающего слоя 16 могут быть применены звукоизоляционные плиты на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м³.

Звукопоглощающий элемент (фиг. 2) работает следующим образом.

Звуковая энергия от оборудования, находящегося в помещении, или другого, излучающего интенсивный шум объекта, пройдя через перфорированную стенку 18, попадает на слой 17 из мягкого звукопоглощающего материала, где происходит ее поглощение, а затем на слой 16 из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, снова направляя их на звукопоглощающий материал для вторичного поглощения и рассеяния звуковой энергии. В волокнистых поглотителях рассеяние энергии колебания воздуха и превращение ее в тепло происходит на нескольких физических уровнях. Во-первых, вследствие вязкости воздуха, а его очень много в межволоконном пространстве, колебание частиц воздуха внутри поглотителя приводит к трению. Переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии) происходит в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов "Гельмгольца", где потери энергии происходят за счет трения колеблющейся с частотой возбуждения массы воздуха, находящегося в горловине резонатора о стенки самой горловины, имеющей вид разветвленной сети пор звукопоглотителя. Кроме того, происходит трение воздуха о волокна, поверхность которых также велика. В-третьих, волокна трутся друг о друга и, наконец, происходит рассеяние энергии из-за трения кристаллов самих волокон. Этим объясняется, что на средних и высоких частотах коэффициент звукопоглощения волокнистых материалов находится в пределах 0,4…1,0.