Результат интеллектуальной деятельности: МНОГОСЛОЙНАЯ АКУСТИЧЕСКАЯ ПАНЕЛЬ

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для звукопоглощения в закрытых помещениях как составляющая часть конструкции подвесного потолка, так и в качестве свободно подвешиваемых звукопоглощающих кулис.

Известна многослойная акустическая панель по патенту РФ №2360080, E04B 1/74, (прототип), включающая звукопоглощающие плиты с отверстиями, расположенными под углом к их поверхности, причем плиты расположены с совмещением осей отверстий, образующих непрерывную ломаную линию.

Недостатком данного технического решения является сравнительно низкие звукопоглощающие свойства.

Технический результат - повышение звукопоглощающих и эксплуатационных свойств панели.

Это достигается это тем, что в многослойной акустической панели, содержащей каркас и расположенную в его внутренней полости шумопоглощающую вставку, каркас выполнен в виде параллелепипеда, образованного передней и задней стенками панели, каждая из которых имеет П-образную форму, причем на передней стенке имеется щелевая перфорация, коэффициент перфорации которой принимается равным или более 0,25, стенки панели фиксируются между собой вибродемпфирующими крышками, а шумопоглощающая вставка выполнена цельной или состоящей из по крайней мере двух слоев звукопоглощающих плит, в каждой из которых под углом α=50÷80° к их поверхности выполнены перфорационные отверстия, причем оси перфорационных отверстий смежных плит расположены под углом 1,5α относительно друг друга, а передняя и задняя стенки каркаса шумопоглощающих элементов выполнены 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 из алюминиевого листа толщиной 1,0 мм и с покрытием толщиной 25 мкм, причем отношение высоты h каркаса к его ширине b находится в оптимальном отношении величин: h/b=1,0÷2,0; отношение толщины s' каркаса в сборе к его ширине b находится в оптимальном отношении величин: s'/b=0,1÷0,15; а отношение толщины s звукопоглощающего материала к толщине s' каркаса в сборе находится в оптимальном отношении величин: s/s'=0,4÷1,0.

На фиг. 1 схематически показана предлагаемая многослойная акустическая панель, в разобранном виде, на фиг. 2 - сечение шумопоглощающей вставки, на фиг. 3 - вариант шумопоглощающей вставки.

Многослойная акустическая панель состоит из каркаса, который выполнен в виде параллелепипеда, образованного передней 1 и задней 2 стенками каркаса панели, каждая из которых имеет П-образную форму, с боковыми ребрами 6, причем на передней стенке имеется щелевая перфорация 7 и 8, выполненная в виде прямоугольников и расположенная рядами с шириной рядов b₁ и b₂ и расстоянием между ними h₁ и h₂, причем смежные ряды расположены со смещением, а количество щелей в одном ряду четное, а в другом - нечетное. Коэффициент перфорации принимается равным или более 0,25. Стенки панели 1 и 2 фиксируются между собой вибродемпфирующими крышками 4 и 5, которые могут быть выполнены с ячейками 9 и иметь П-образную форму.

Между передней 1 и задней 2 стенками каркаса панели расположена шумопоглощающая вставка 3 толщиной «s», которая может быть выполнена цельной из звукопоглощающего материала (на чертеже не показано) или состоящей из соединенных в пакет звукопоглощающих плит 10, т.е. многослойной (фиг. 2).

Шумопоглощающая вставка 3 состоит по крайней мере из двух слоев звукопоглощающих плит 10. В каждой из плит под углом α=50÷80° к их поверхности выполнены перфорационные отверстия 11. Оси перфорационных отверстий смежных плит 10 расположены под углом 1,5α относительно друг друга.

В качестве звукопоглощающего материала звукопоглощающих плит 10 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 вспененный полимер, например полиэтилен или полипропилен, причем звукопоглощающий элемент по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом (на чертеже не показано), например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден».

В качестве звукопоглощающего материала используются плиты 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.

Передняя 1 и задняя 2 стенки каркаса многослойной акустической панели выполнены 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 из алюминиевого листа толщиной 1,0 мм и с покрытием толщиной 25 мкм, причем отношение высоты h каркаса к его ширине b находится в оптимальном отношении величин: h/b=1,0÷2,0; отношение толщины s' каркаса в сборе к его ширине b находится в оптимальном отношении величин: s'/b=0,1÷0,15; а отношение толщины s звукопоглощающего материала к толщине s' каркаса в сборе находится в оптимальном отношении величин: s/s'=0,4÷1,0.

Передняя и задняя стенки каркаса многослойной акустической панели могут быть выполнены из конструкционных материалов, с нанесенной на их поверхностях с одной или двух сторон облицовкой в виде слоя мягкого вибродемпфирующего материала, например мастики, при этом соотношение между толщиной облицовки и вибродемпфирующим покрытием лежит в оптимальном интервале величин - 1:(2,5÷3,5).

В качестве звукопоглощающего материала шумопоглощающей вставки 3 могут быть использованы плиты из минеральной ваты на базальтовой основе, причем звукопоглощающие плиты 10 по всей своей поверхности облицованы акустически прозрачным материалом, например стеклотканью.

В качестве звукопоглощающего материала шумопоглощающей вставки 3 может быть использован жесткий пористый материал, например пеноалюминий или металлокерамика, или камень-ракушечник со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30÷45%.

В качестве звукопоглощающего материала шумопоглощающей вставки 3 может быть использован материал в виде элементов с послойной и перекрестной намоткой из пористых нитей, намотанных на акустически прозрачный каркас, например проволочный каркас. В качестве звукопоглощающего материала шумопоглощающей вставки 3 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).

Многослойная акустическая панель работает следующим образом.

Звуковая энергия, пройдя через перфорированную стенку 1 и шумопоглощающую вставку 3, падает на стенку 2. Частично отраженные звуковые волны от стенки 2 попадают снова на шумопоглощающую вставку 3. Переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии) происходит в порах звукопоглощающего материала, 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 шумопоглощающего материала. Для предотвращения высыпания мягкого звукопоглотителя предусмотрена стеклоткань, например, типа ЭЗ-100, расположенная между шумопоглощающей вставкой 3 и стенками 1 и 2.

Звуковые волны, распространяясь по перфорационным каналам 11 по направлению ломаной линии, многократно изменяют свое направление, увеличивая активную поверхность звукопоглощающего материала звукопоглощающих плит 10 и эффективность работы акустической панели в целом.

Возможен вариант шумопоглощающей вставки (фиг. 3) со звукопоглощающим элементом, выполненным в виде жесткой 12 и перфорированной 15 стенок, между которыми расположены два слоя: звукоотражающий слой 13, прилегающий к жесткой стенке 12, и звукопоглощающий слой 14, 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 14 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 вспененный полимер, например полиэтилен или полипропилен. 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 15 может быть выполнена из конструкционных материалов, с нанесенным на их поверхности с одной или двух сторон слоем 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 15 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 15 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 13 может быть 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.

В качестве материала звукоотражающего слоя 13 могут быть применены звукоизоляционные плиты на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м³.

Звукопоглощающий элемент (фиг. 3) работает следующим образом.

Звуковая энергия от оборудования, находящегося в помещении, или другого излучающего интенсивный шум объекта, пройдя через перфорированную стенку 15, попадает на слой 14 из мягкого звукопоглощающего материала, где происходит ее поглощение, а затем на слой 13 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.