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, в частности, акустический экран предназначен для установки вдоль автомобильных и железнодорожных магистралей, строительных площадок и других источников шума с целью защиты жилой застройки от источников повышенного шума.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является акустический экран по патенту РФ №2528357, кл. Е04В 1/84, [прототип], содержащий светопрозрачные и непрозрачные шумопоглощающие акустические панели, выполненные в виде жестких и перфорированных стенок, между которыми расположены слои звукоотражающего, а также звукопоглощающего материалов разной плотности.

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.

Это достигается тем, что в акустическом экране, состоящим из каркаса и акустического полотна, каркас выполнен в виде опорных стоек и горизонтальных профилей, на которых крепятся акустические панели, причем горизонтальные профили устанавливаются и фиксируются в регулируемом по ширине вертикальном пазе опорной стойки, а акустические панели могут быть 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, на фиг. 2 - схема непрозрачной шумопоглощающей акустической панели, на фиг. 3 - вариант непрозрачной шумопоглощающей акустической панели 5.

Акустический экран (фиг. 1) является сборно-разборной конструкцией, состоящей из опорных стоек 3 и акустического полотна 4, состоящего из горизонтальных профилей 1, 2, 6 и акустических панелей, которые при монтаже устанавливаются в горизонтальные профили 1, 2, 6, которые, в свою очередь, устанавливаются и фиксируются в регулируемом по ширине вертикальном пазе опорной стойки 3. Стойка 3 состоит из двутавровой балки и крепежных уголков, которые служат для фиксации акустического полотна экрана. Размер двутавра определяется в зависимости от высоты акустического экрана (до 6 метров) и действующих ветровых нагрузок. Стойка имеет опорный фланец для болтового крепления к фундаменту. В опорном фланце крепежные отверстия выполнены овальными, что позволяет компенсировать погрешность установки закладных элементов в фундаменте опор. Горизонтальный профиль служит для фиксации акустических панелей при монтаже акустического экрана и изготавливается из холоднокатанной стали толщиной 2 мм. Максимальная длина горизонтального профиля - до 4 метров с шагом 500 мм. Защита от коррозии - горячий цинк с толщиной покрытия - 80-120 мкм. Акустические панели могут быть как шумоотражающими светопрозрачными 7, так и непрозрачными шумопоглощающими 5, причем компоновка их в акустическом экране может быть в любом сочетании вертикальных и горизонтальных рядов (см. фиг. 1).

Возможна компоновка экрана акустическими панелями с чередованием рядов шумоотражающими светопрозрачными 7 и непрозрачными шумопоглощающими 5 акустическими панелями.

Возможна компоновка экрана, когда верхний горизонтальный ряд акустических панелей расположен под углом в пределах 20…45° (на чертеже не показано), что позволяет повысить его эффективность за счет возврата потока акустической энергии на источник шума, например движущийся поезд в зимнее время, когда снег является дополнительным звукопоглотителем. При этом опорные стойки 3 выполняются соответственно в верхней части с наклоном под углом в пределах 20…45°. Возможна компоновка поверхности экрана на опорных стойках 3 любой конфигурации, например в виде дуги окружности большого радиуса (на чертеже не показано).

Панель 7 светопрозрачная, шумоотражающая содержит каркас (на чертеже не показано) в виде многоугольника, например прямоугольника, образованного П-образной формы ребрами, выполненными из вибродемпфирующего материала, а в качестве шумоотражающего светопрозрачного элемента используется панель из сплошного листа экструдированного поликарбонатного пластика, причем отношение длины прямоугольника к его высоте лежит в интервале от 2 до 3, а отношение толщины сплошного листа экструдированного поликарбонатного пластика к его высоте находится в оптимальном интервале величин: 0,006…0,008, причем в качестве шумоотражающего светопрозрачного элемента используется панель из ячеистого листа экструдированного поликарбонатного пластика с отношением длины прямоугольника к его высоте, находящимся в оптимальном отношении величин: 2,0…3,0, а отношение толщины ячеистого листа экструдированного поликарбонатного пластика к его высоте находится в оптимальном интервале величин: 0.016…0,02.

Каждая из непрозрачных шумопоглощающих акустических панелей 5 (фиг. 2) выполнена в виде жестких 8 и перфорированных 13 стенок, между которыми расположены слои звукоотражающего 9, 12, а также звукопоглощающего 10, 11 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 8 и перфорированной 13 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. 2 не показано), т.е. стенка 8 может быть так же, как и стенка 13 выполнена перфорированной.

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 материал, 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).

Акустический экран работает следующим образом.

Звуковая энергия от стационарного оборудования или объекта (на чертеже не показано), находящегося в помещении или движущегося в окружающей среде, пройдя через перфорированную стенку 13, попадает на слои 9 и 12 звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, и которые расположены соответственно у жесткой 8 и перфорированной 13 стенок, а затем звуковые волны падают на слои 10, 11 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.

Предложенный акустический экран является эффективным способом борьбы с производственными шумами.

Возможен вариант (фиг. 3) выполнения непрозрачной шумопоглощающей акустической панели 5.

Каждая из непрозрачных шумопоглощающих акустических панелей 5 (фиг. 3) содержит гладкую 14 и перфорированную 15 поверхности, между которыми расположен слой звукопоглощающего материала сложной формы, представляющий собой чередование сплошных участков 16 и пустотелых участков 18, причем пустотелые участки 18 образованы призматическими поверхностями, имеющими в сечении, параллельном плоскости чертежа форму параллелограмма, внутренние поверхности которого имеют зубчатую структуру 19, или волнистую, или поверхность со сферическими поверхностями (на чертеже не показано). Полости 17, образованные гладкой 14 и перфорированной 15 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 14 и перфорированной 15 стенках. Полости 20 пустотелых участков 18, образованные призматическими поверхностями, заполнены строительно-монтажной пеной. Между гладкой 14 поверхностью и сплошными участками 16 слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной 15 поверхностью и сплошными участками 16 расположены резонансные пластины 21 и 22 с резонансными вставками 23, выполняющими функции горловин резонаторов «Гельмгольца».

Каждая из непрозрачных шумопоглощающих акустических панелей 5 (фиг. 3) работает следующим образом.

Звуковая энергия, пройдя через слой перфорированной поверхности 15 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 14 поверхностью и сплошными участками 16 слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной 15 поверхностью и сплошными участками 16, расположены резонансные пластины 21 и 22 с резонансными вставками 23, выполняющими функции горловин резонаторов «Гельмгольца».

Резонансные отверстия 23 (вставки), расположенные в резонансных пластинах 21 и 22, выполняют функции горловин резонаторов "Гельмгольца", частотная полоса гашения звуковой энергии которых определяется диаметром и количеством резонансных отверстий 23.

Непрозрачные шумопоглощающие акустические панели 5 могут быть выполнены с двухсторонней перфорацией (на фиг. 3 не показано), т.е. стенка 14 может быть так же, как и стенка 15 выполнена перфорированной.