Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ДЛЯ АКУСТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ЗВУКОПОГЛОТИТЕЛЕЙ С РЕЗОНАНСНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

Изобретение относится к испытательному оборудованию.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является стенд по патенту РФ №91540, В06В 1/00 от 07.12.2009 г., содержащий основания, защищаемый объект, измерительную аппаратуру и генераторы вибрационных и акустических воздействий (прототип).

Недостатком прототипа является сравнительно невысокие возможности испытаний многомассовых систем и сравнительно невысокая точность для исследования систем, имеющих несколько упругих связей с корпусными деталями объекта.

Технически достижимый результат - расширение технологических возможностей испытаний звукопоглотителей путем стендовых исследований с последующей обработкой на компьютере.

Это достигается тем, что в способе для акустических испытаний звукопоглотителей с резонансными элементами, заключающемся в том, что в металлическом корпусе со съемной передней крышкой, стенки которого облицованы исследуемым звукопоглотителем, на днище корпуса через упругодемпфирующую прокладку устанавливают регулируемый источник шума, причем регулировку осуществляют по громкости звука и частоте сигнала с помощью усилителя мощности сигнала и осциллографа, а на расстоянии 1 м от крышки корпуса закрепляют микрофон, сигналы уровней звукового давления от которого направляют на анализатор спектра частот, а затем на компьютер для обработки полученной информации, а уровень звуковой мощности L_p определяют по результатам измерений среднего уровня звукового давления L_cp на измерительной поверхности S, м², за которую принята площадь полусферы:

где S=2πr²; r - расстояние от центра источника до точек измерений; S₀=1 м², а корректированный уровень звуковой мощности L_pA: где L_Aср - средний уровень звука на измерительной поверхности.

На фиг. 1 представлена схема стенда для реализации способа, на фиг. 2 - схема исследуемой шумопоглощающей облицовки; на фиг. 3 - характеристики звукопоглощающих облицовок, на фиг. 4 - схема исследуемой шумопоглощающей облицовки с резонансными вставками, на фиг. 5 - схема варианта исследуемой шумопоглощающей облицовки.

Стенд для осуществления способа акустических испытаний звукопоглотителей с резонансными элементами (фиг. 1) содержит металлический корпус 1 (толщиной 3 мм) со съемной передней крышкой (на фото крышка снята) стенки которого облицованы исследуемым звукопоглотителем 2. На днище корпуса 1 через упругодемпфирующую прокладку 8 установлен регулируемый источник шума 3. Причем регулировка осуществляется по громкости звука (интенсивности) и частоте сигнала с помощью усилителя 5 мощности сигнала и осциллографа 6. Металлический корпус 1 установлен на жестком основании 7. Возможен вариант проведения исследований с установкой корпуса 1 на основании 7 через упругодемпфирующие прокладки (на чертеже не показано).

На расстоянии 1 м от крышки корпуса 1 закреплен микрофон 4, сигналы уровней звукового давления от которого поступают на анализатор спектра частот 9, затем на компьютер 10 для обработки полученной информации.

Исследуемая шумопоглощающая облицовка состоит из жесткого каркаса 11, который через воздушный промежуток 12 связан со звукопоглощающим материалом 13, который защищен перфорированным листом 14 с акустически прозрачной пленкой.

В качестве исследуемых звукопоглощающих материалов были использованы: акмигран, пенополиуретан, маты супертонкого базальтового волокна, и другие звукопоглотители.

На фиг. 3 представлены исследуемые характеристики звукопоглощающих облицовок: 15 - плита «Акмигран»; 16 - то же, с воздушным промежутком 200 мм; 17 - маты супертонкого базальтового волокна толщиной 50 мм;

Стенд для осуществления способа акустических испытаний звукопоглотителей с резонансными элементами работает следующим образом.

Сначала устанавливают в корпусе 1 исследуемый звукопоглотитель 2, затем через упругодемпфирующую прокладку 8 - регулируемый источник шума 3 и закрывают его съемной передней крышкой, также облицованной исследуемым звукопоглотителем 2. Возможен вариант испытаний с крышкой не облицованной звукопоглотителем, а также испытания с корпусом 1 и крышкой разной толщины и из различных акустических материалов.

Затем устанавливают и настраивают микрофон 4, настраивают с помощью источника шума 3 требуемый уровень звукового давления и производят запись уровней звукового давления с помощью анализатора спектра частот 9, а затем сигнал поступает на компьютер 10 для обработки полученной информации. Затем на основании полученных спектров уровней звукового давления подсчитывают характеристики звукопоглотителя и определяют уровни звуковой мощности L_p

Уровень звуковой мощности L_p определяют по результатам измерений среднего уровня звукового давления L_cp на измерительной поверхности S, м², за которую обычно принимают площадь полусферы (фиг. 4), т.е.:

где S=2πr²; r - расстояние от центра источника до точек измерений; S₀=l м².

Таким же образом определяется корректированный уровень звуковой мощности L_рA:

где L_Aср - средний уровень звука на измерительной поверхности.

Величины снижения уровней звукового давления могут быть определены только в зоне отраженного звукового поля (когда r_min≥r_пр)

где В - постоянная каюты судна до его акустической обработки, м²; B₁ - постоянная помещения после его акустической обработки, м², которая определяется по формуле:

где A₁=α(S_общ-S_обл) - эквивалентная площадь звукопоглощения поверхностями, не занятыми звукопоглощающей облицовкой; α=B/(B+S_общ) - средний коэффициент звукопоглощения в помещении до его акустической обработки; α₁ - средний коэффициент звукопоглощения акустически обработанного помещения, определяемый соотношением

ΔА - величина суммарного добавочного поглощения, вносимого конструкцией звукопоглощающей облицовки или штучными звукопоглотителями, определяемого по формуле:

,

где α_обл - реверберационный коэффициент звукопоглощения конструкции облицовки;

S_обл - площадь этой конструкции, м²; А_шт - эквивалентная площадь звукопоглощения одного штучного поглотителя, м²; n - количество штучных звукопоглотителей в помещении.

2. Величина снижения уровня звукового давления ΔL зависит от соотношения между прямым звуком, приходящим непосредственно от источника шума, и звуком отраженным и рассчитывается по формуле:

где L - уровень звукового давления в расчетной точке до акустической обработки помещения, дБ; L_обл - уровень звукового давления в расчетной точке после акустической обработки помещения, дБ.

На фиг. 4 изображена схема шумопоглощающей облицовки с резонансными вставками. Шумопоглощающая облицовка с резонансными вставками содержит гладкую 18 и перфорированную 19 поверхности, между которыми расположен слой звукопоглощающего материала сложной формы, представляющий собой чередование сплошных участков 20 и пустотелых участков 22, причем пустотелые участки 22 образованы призматическими поверхностями, имеющими в сечении, параллельном плоскости чертежа форму параллелограмма, внутренние поверхности которого имеют зубчатую структуру 23, или волнистую, или поверхность со сферическими поверхностями (на чертеже не показано). Полости 21, образованные гладкой 18 и перфорированной 19 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 18 и перфорированной 19 стенках. Полости 24 пустотелых участков 22, образованные призматическими поверхностями, заполнены строительно-монтажной пеной. Между гладкой 18 поверхностью и сплошными участками 20 слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной 19 поверхностью и сплошными участками 20, расположены резонансные пластины 25 и 26 с резонансными вставками 27, выполняющими функции горловин резонаторов «Гельмгольца».

В качестве звукопоглощающего материала первого, более жесткого, слоя применен материал на основе алюминийсодержащих 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 пеноалюминий.

В качестве звукопоглощающего материала второго, более мягкого, слоя применена минеральная вата на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральная вата типа «URSA», или базальтовая ваты типа П-75, или стекловата с облицовкой стекловойлоком, или вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена.

Материал перфорированной поверхности выполнен 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».

Шумопоглощающая облицовка с резонансными вставками работает следующим образом. Звуковая энергия, пройдя через слой перфорированной поверхности 19 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 18 поверхностью и сплошными участками 20 слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной 19 поверхностью и сплошными участками 20 расположены резонансные пластины 25 и 26 с резонансными вставками 27, выполняющими функции горловин резонаторов «Гельмгольца».

Резонансные отверстия 27 (вставки), расположенные в резонансных пластинах 25 и 26 выполняют функции горловин резонаторов "Гельмгольца", частотная полоса гашения звуковой энергии которых определяется диаметром и количеством резонансных отверстий 27.

Способ для акустических испытаний звукопоглотителей с резонансными элементами осуществляют следующим образом.

В металлическом корпусе (фиг. 1) со съемной передней крышкой, стенки которого облицованы исследуемым звукопоглотителем, на днище корпуса через упругодемпфирующую прокладку устанавливают регулируемый источник шума, причем регулировку осуществляют по громкости звука и частоте сигнала с помощью усилителя мощности сигнала и осциллографа, а на расстоянии 1 м от крышки корпуса закрепляют микрофон, сигналы уровней звукового давления от которого направляют на анализатор спектра частот, а затем на компьютер для обработки полученной информации, а уровень звуковой мощности L_p определяют по результатам измерений среднего уровня звукового давления L_cp на измерительной поверхности S, м², за которую принята площадь полусферы: где S=2πr²; r - расстояние от центра источника до точек измерений; S₀=l м², а корректированный уровень звуковой мощности L_pA: где L_Аср - средний уровень звука на измерительной поверхности, а величину снижения уровня звукового давления ΔL в отраженном звуковом поле образца рассчитывают по формуле:

где L - уровень звукового давления в расчетной точке до акустической обработки помещения, дБ; L_обл - уровень звукового давления в расчетной точке после акустической обработки помещения, дБ, В - постоянная каюты судна до его акустической обработки, м²; B₁ - постоянная помещения после его акустической обработки, м², которая определяется по формуле:

где A₁=α(S_общ-S_обл) - эквивалентная площадь звукопоглощения поверхностями, не занятыми звукопоглощающей облицовкой; α=B/(B+S_общ) - средний коэффициент звукопоглощения в помещении до его акустической обработки; α₁ - средний коэффициент звукопоглощения акустически обработанного помещения, определяемый соотношением

ΔА - величина суммарного добавочного поглощения, вносимого конструкцией звукопоглощающей облицовки или штучными звукопоглотителями, определяемого по формуле

ΔА=α_облS_обл+А_штn,

где α_обл -реверберационный коэффициент звукопоглощения конструкции облицовки; S_обл - площадь этой конструкции, м²; А_шт -эквивалентная площадь звукопоглощения одного штучного поглотителя, м²; n - количество штучных звукопоглотителей в помещении.

На фиг. 5 изображена схема варианта шумопоглощающей облицовки. Шумопоглощающая облицовка выполнена в виде жесткой стенки 28 и перфорированной стенки 29, между которыми расположен двухслойный комбинированный звукопоглощающий элемент, причем слой 30, прилегающий к жесткой стенке 28, выполнен звукопоглощающим, а прилегающий к перфорированной стенке 29, слой 31, выполнен с перфорацией 32 из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны.

В качестве звукопоглощающего материала слоя 30 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. При этом поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается пористыми красками, пропускающими воздух, например, типа Acutex Т или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например Лутрасилом,

В качестве материала звукоотражающего слоя 31 применен материал на основе алюминийсодержащих 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, или применены звукоизоляционные плиты на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м³, или материал на основе магнезиального вяжущего с армирующей стеклотканью или стеклохолетом.

Шумопоглощающая облицовка работает следующим образом.

Звуковая энергия от оборудования, находящегося в помещении, или другого излучающего интенсивный шум объекта, пройдя через перфорированную стенку 29 попадает на слой 31 из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, а часть звуковой энергии проходит через слой 31 из звукоотражающего материала и взаимодействует со слоем 30 из звукопоглощающего материала, где происходит окончательное рассеивание звуковой энергии. Коэффициент звукопоглощения волокнистых материалов находится в пределах 0,4…1,0. Выполнение перфорации на звукоотражающем слое способствует более эффективному шумоглушению на средних частотах, так как часть звуковых волн будет проходить через перфорацию 32 и рассеиваться на слое 30 из звукопоглощающего материала.