Результат интеллектуальной деятельности: АКУСТИЧЕСКАЯ ПАНЕЛЬ

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

Наиболее близкой к изобретению является акустическая панель по а.с. СССР №881234 (прототип), состоящая из звукопоглощающих элементов, каждый из которых содержит стенки из гофрированного материала, между которыми проложен звукопоглотитель, а звукопоглощающие элементы подвешены, например, на тросах за крючья.

Недостатком известных акустических панелей является то, что они обеспечивают шумоглушение преимущественно на высоких частотах, что не позволяет использовать их в помещениях, где необходимо широкополосное шумоглушение, включающее низкие и инфразвуковые частоты.

Технический результат - улучшение акустических характеристик в области низких, средних и высоких частот.

Это достигается тем, что в акустической панели, состоящей из, по крайней мере, двух звукопоглощающих секций, каждая из которых содержит стенки из гофрированного перфорированного материала, между которыми расположены звукопоглощающие элементы, при этом стенки гофрированного материала выполнены с щелевой перфорацией 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, а звукопоглощающие секции подвешены на тросах за крючья, каждый из звукопоглощающих элементов выполнен в виде перфорированных пластин, между которыми симметрично расположены слои звукоотражающего материала, а в центре между слоями звукоотражающего материала находятся слои звукопоглощающего материалов разной плотности, расположенные в два слоя, причем слои звукоотражающего материала выполнены сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, и которые расположены соответственно у перфорированных пластин, причем перфорированная пластина может быть выполнена из пластмассовой, например капроновой, или металлической сетки с мелкой ячейкой.

На фиг. 1 изображены акустические панели и их расположение в помещении, общий вид, на фиг. 2, 3 - варианты схем звукопоглощающего элемента.

Акустическая панель (фиг. 1) состоит, по крайней мере, из двух звукопоглощающих секций 1, каждая из которых содержит стенки из гофрированного перфорированного материала 2, между которыми расположены звукопоглощающие элементы 3. Стенки гофрированного материала 2 выполнены с щелевой перфорацией 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. Звукопоглощающие секции 1 подвешены, например, на тросах 4 за крючья 5.

Каждый из звукопоглощающих элементов 3 (фиг. 2) выполнен в виде перфорированных 6 пластин, между которыми симметрично расположены слои 7 и 10 звукоотражающего материала, а в центре между слоями 7 и 10 звукоотражающего материала находятся слои 8 и 9 звукопоглощающего материала разной плотности, расположенные в два слоя, причем слои звукоотражающего материала выполнены сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, и которые расположены соответственно у перфорированных 6 пластин, причем перфорированная пластина может быть выполнена из пластмассовой, например капроновой, или металлической сетки с мелкой ячейкой.

В качестве материала звукоотражающих слоев 7, 10 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 звукоотражающих слоев 7, 10 могут быть применены звукоизоляционные плиты на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м³.

В качестве звукопоглощающего материала слоев 8 и 9 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, причем звукопоглощающий элемент по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «повиден», или жесткий пористый шумопоглощающий материал, например металлокерамика, или камень-ракушечник со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин 30…45%, или крошка 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.

Возможны следующие варианты звукопоглощающего материала:

- в качестве звукопоглощающего материала использован листовой шумозащитный материал, который выполнен на основе магнезиального вяжущего с армирующей стеклотканью или стеклохолстом,

- в качестве звукопоглощающего материала использован полиэстер,

- в качестве звукопоглощающего материала использован пористый звукопоглощающий керамический материал, имеющий объемную плотность 500÷1000 кг/м³, и состоящий из 100 мас.ч. перлита с диаметром зерна 0,1÷8,0 мм, 80÷250 мас.ч. одного из спекающих материалов, выбранных из группы, включающей зольную пыль, шлак, кварц, лаву, камни или глину в качестве основного материала, 5÷30 мас.ч. неорганического связующего, причем после спекания смеси частицы перлита образуют сообщающиеся отверстия между своими контактирующими поверхностями так, что внутренние поры являются сообщающимися между собой.

Акустическая панель работает следующим образом.

Звуковая энергия от оборудования, находящегося в помещении, или другого, излучающего интенсивный шум, объекта, пройдя через стенки из гофрированного перфорированного материала 2 и перфорированные пластины 6 звукопоглощающих элементов 3 попадает на слои 7 и 10 звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, которые падают затем на слои 8 и 9 мягкого звукопоглощающего материала разной плотности, расположенные в два слоя (например выполненного из базальтового или стеклянного волокна). 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.

Возможен вариант выполнения звукопоглощающего элемента с резонансными вставками (фиг. 3).

Звукопоглощающий элемент с резонансными вставками содержит гладкую 11 и перфорированную 12 поверхности, между которыми расположен слой звукопоглощающего материала сложной формы, представляющий собой чередование сплошных участков 13 и пустотелых участков 15, причем пустотелые участки 15 образованы призматическими поверхностями, имеющими в сечении, параллельном плоскости чертежа, форму параллелограмма, внутренние поверхности которого имеют зубчатую структуру 16, или волнистую, или поверхность со сферическими поверхностями (не показано). Полости 14, образованные гладкой 11 и перфорированной 12 поверхностями, между которыми расположен слой звукопоглощающего материала сложной формы, заполнены звукопоглотителем. При этом вершины зубьев обращены внутрь призматических поверхностей, а ребра призматических поверхностей закреплены соответственно на гладкой 11 и перфорированной 12 стенках. Полости 17 пустотелых участков 15, образованные призматическими поверхностями, заполнены строительно-монтажной пеной. Между гладкой 11 поверхностью и сплошными участками 13 слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной 12 поверхностью и сплошными участками 13, расположены резонансные пластины 18 и 19 с резонансными вставками 10, выполняющими функции горловин резонаторов Гельмгольца.

Звукопоглощающий элемент с резонансными вставками работает следующим образом.

Звуковая энергия, пройдя через слой перфорированной поверхности 12 и комбинированный звукопоглощающий слой сложной формы, уменьшается, так как осуществляется переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии), т.е. в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов Гельмгольца, имеют место потери энергии за счет трения колеблющейся с частотой возбуждения массы воздуха, находящегося в горловине, резонатора о стенки самой горловины, имеющей вид разветвленной сети микропор звукопоглотителя. Между гладкой 11 поверхностью и сплошными участками 13 слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной 12 поверхностью и сплошными участками 13расположены резонансные пластины 18 и 19 с резонансными вставками 20, выполняющими функции горловин резонаторов Гельмгольца.

Резонансные отверстия 20 (вставки), расположенные в резонансных пластинах 18 и 19, выполняют функции горловин резонаторов Гельмгольца, частотная полоса гашения звуковой энергии которых определяется диаметром и количеством резонансных отверстий 20.

Возможен вариант, когда внутри пустотелых участков 15, внутренние поверхности которых имеют зубчатую структуру 16, расположены дополнительные резонансные элементы 21, выполненные по форме в виде сферических оболочек, внутренняя поверхность которых соединена резонансными вставками 22 с полостями, расположенными между перфорированной 12 поверхностью и сплошными участками 13 звукопоглощающего элемента.