АКУСТИЧЕСКИЙ ЭКРАН

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.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является акустический экран по патенту РФ №2341625, кл. E04B 1/84, прототип], содержащий перфорированную стенку и звукопоглощающий слой.

Недостатком технического решения, принятого в качестве прототипа, является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения за счет сравнительно невысокого коэффициента звукопоглощения и отсутствия звукоотражающих элементов.

Технический результат - повышение эффективности шумоглушения за счет введения слоев звукоотражающего, а также звукопоглощающего материалов разной плотности, расположенных в два слоя, при сохранении габаритов экрана

Это достигается тем, что в акустическом экране, содержащим каркас с откосами из металлических листов с расположенными в нем секциями акустических панелей, которые выполнены как шумоотражающими светопрозрачными, так и непрозрачными шумопоглощающими, причем компоновка их в акустическом экране может быть в любом сочетании вертикальных и горизонтальных рядов, при этом каждая из непрозрачных шумопоглощающих акустических панелей выполнена в виде жестких и перфорированных стенок, между которыми расположены слои звукоотражающего, а также 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 жесткой и перфорированной стенок, а слои звукоотражающего материала выполнены из теплоизоляционного материала, способного поддерживать заданный микроклимат в помещении, а 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, причем звукопоглощающий элемент по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «повиден», 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.

На фиг.1 изображен общий вид акустического экрана для безопасной деятельности человека-оператора, на фиг.2 - его профильная проекция; на фиг.3 - общий вид непрозрачной шумопоглощающей акустической панели, на фиг.4 - вариант непрозрачной шумопоглощающей акустической панели, на фиг.5 - вариант непрозрачной шумопоглощающей акустической панели с прерывистым звукопоглощающим слоем.

Акустический экран содержит общий каркас 2 (фиг.1, 2) с откосами 4 из металлических листов с расположенными в нем секциями 1, состоящими из акустических панелей. Секции 1 содержат акустические панели, которые могут быть выполнены как шумоотражающими светопрозрачными (на чертеже не показано), так и непрозрачными шумопоглощающими акустическими панелями 5 (фиг.3), причем компоновка их в акустическом экране может быть в любом сочетании вертикальных и горизонтальных рядов. Каркасные элементы 2 могут быть установлены на колеса (на чертеже не показано), а секции 1 соединены между собой посредством упругих элементов 3, что позволяет экранировать объекты практически любой формы, например станок прямоугольной формы и др.

Каждая из непрозрачных шумопоглощающих акустических панелей 5 (фиг.3) выполнена в виде жестких 6 и перфорированных 11 стенок, между которыми расположены слои звукоотражающего 7, 10, а также звукопоглощающего 8, 9 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 жесткой 6 и перфорированной 11 стенок, 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.

Непрозрачные шумопоглощающие акустические панели 5 могут быть выполнены с двухсторонней перфорацией (на фиг.4), т.е. стенка 6 может быть также, как и стенка 11 выполнена перфорированной.

Каждая из непрозрачных шумопоглощающих акустических панелей 5 (вариант на фиг.4) может быть выполнена в виде гладкой 12 и перфорированной 13 поверхностей, между которыми размещена звукопоглощающая конструкция, состоящая из трех слоев звукопоглощающего материала, при этом первый слой 14, более жесткий, выполнен сплошным и профилированным и закреплен на гладкой поверхности 12, второй слой 15, более мягкий чем первый, выполнен прерывистым и расположен в фокусе звукоотражающих поверхностей первого слоя 14.

Прерывистый звукопоглощающий слой 15, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя 14 выполнен в форме тел вращения, например в виде шаров, эллипсоидов вращения и крепится с помощью стержней 6 (на чертеже показано сечение с одним стержнем 17), параллельных гладкой 12 и перфорированной 13 поверхностям, которые жестко связанны с гладкой поверхностью 12 посредством вертикальных, перпендикулярных к ним, крепежных элементов, например в виде пластин 18, один конец которых жестко закреплен на гладкой поверхности 12, а второй выполнен в виде хомута, охватывающего стержень 17, и стягивающего его винтом (на чертеже не показано).

Сплошной профилированный слой 14 звукопоглощающего элемента выполнен из более жесткого звукопоглощающего материала, у которого коэффициент отражения звука больше, чем коэффициент звукопоглощения, причем профили 16 образованы сферическими поверхностями, соединенными между собой таким образом, что в целом каждый из профилей 16 образует цельный куполообразный профиль, фокусирующий отраженный звук на один и тот же мягкий прерывистый звукопоглощающий слой 15.

Третий слой 19 звукопоглощающего элемента выполнен из вспененного звукопоглощающего материала, например строительной герметизирующей пены, который повышает звукоизолирующие свойства конструкции в целом, за счет заполнения пустот, образованных слоями 12 и 13, а также увеличивает надежность конструкции в целом при установке ее на оборудовании, работающем в условиях с повышенными ударными и вибрационными нагрузками. Третий слой 19 расположен между первым, более жестким слоем 14, и перфорированной поверхностью 13 звукопоглощающего элемента.

В качестве звукопоглощающего материала первого, более жесткого, слоя 14 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 звукопоглощающего материала второго, более мягкого, слоя 15 может быть 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 13 может быть выполнен из твердых, декоративных вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем внутренняя поверхность перфорированной поверхности 13, обращенная в сторону звукопоглощающей конструкции, облицована акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден».

Непрозрачная шумопоглощающая акустическая панель работает следующим образом.

Звуковая энергия, пройдя через слой перфорированной поверхности 13 и третий слой 19 звукопоглощающего элемента, выполненного из вспененного звукопоглощающего материала, падает на прерывистый звукопоглощающий слой 15, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя 14, где происходит первичное рассеивание звуковой энергии. Затем звуковая энергия попадает на сплошной профилированный слой 14 из звукопоглощающего материала, образованного сферическими поверхностями, образующими цельный куполообразный профиль, и фокусирующий отраженный звук на мягкий звукопоглотитель 15. Здесь 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. Коэффициент перфорации перфорированной поверхности 13 принимается равным или более 0,25.

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, причем звукопоглощающий элемент по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «повиден».

В качестве звукопоглощающего материала звукопоглотителя также может быть использован пористый шумопоглощающий материала, например пеноалюминий или металлокерамика, или металлопоролон, или 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 (на чертеже не показано). В качестве звукопоглощающего материала может быть использован также жесткий пористый материал, например пеноалюминий или металлокерамика, или камень-ракушечник со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30÷45%. В качестве звукопоглощающего материала может быть использован материал в виде крошки из твердых вибродемпфирующих материалов, например эластомера, или полиуретана, или пластиката, причем размер фракций крошки лежит в оптимальном интервале величин: 0,3*2,5 мм (на чертеже не показано).

Возможны следующие варианты использования материалов: в качестве звукоотражающего материала применен материал на основе магнезиального вяжущего с армирующей стеклотканью или стеклохолстом; в качестве звукопоглощающего материала использован полиэстер; в качестве звукопоглощающего материала использован пористый волокнистый или пенистый звукопоглощающий материал, который выполнен на основе базальтовых или стеклянных волокон, или открытоячеистого пенополиуретана с защитной звукопрозрачной оболочки из тонкой стеклоткани или алюминизированной лавсановой пленки; в качестве звукопоглощающего материала использован пористый звукопоглощающий керамический материал, имеющий объемную плотность 500÷1000 кг/м³, и состоящий из 100 массовых частей перлита с диаметром частиц 0,5÷2,0 мм, 100÷200 массовых частей одного или нескольких спекающих материалов и 10÷20 массовых частей связующих материалов, а также в качестве звукоотражающего материала применен материал на основе фольги, или стеклопластика, или углепластика, или пластмассы, содержащей в качестве упрочняющего наполнителя углеродные волокна.

Акустический экран работает следующим образом.

Звуковая энергия от оборудования (на чертеже не показано), находящегося в помещении, пройдя через перфорированную стенку 11 попадает на слои 7 и 10 звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, и которые расположены соответственно у жесткой 6 и перфорированной 11 стенок, а затем звуковые волны падают на слои 8, 9 мягкого звукопоглощающего материала разной плотности, расположенные в два слоя (например выполненного из базальтового или стеклянного волокна). 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.

Непрозрачная шумопоглощающая акустическая панель (фиг.4) работает следующим образом.

Звуковая энергия, пройдя через слой перфорированной поверхности 13 и третий слой 19 звукопоглощающего элемента, выполненного из вспененного звукопоглощающего материала, падает на прерывистый звукопоглощающий слой 15, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя 14, где происходит первичное рассеивание звуковой энергии. Затем звуковая энергия попадает на сплошной профилированный слой 14 из звукопоглощающего материала, образованного сферическими поверхностями, образующими цельный куполообразный профиль, и фокусирующий отраженный звук на мягкий звукопоглотитель 15. Здесь 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. Коэффициент перфорации перфорированной поверхности 13 принимается равным или более 0,25.

Предложенный автором акустический экран является эффективным способом борьбы с производственными шумами.