Звукоизоляционное воздухопроницаемое ограждение Советский патент 1992 года по МПК E04B1/82 

Изобретение относится к строительной акустике и может быть использовано в промышленных зданиях для защиты от шумов с ярко выраженным спектром низких и средних частот, а также в качестве специальных звукоизолирующих устройств, например, звукоизоляционных ворот для заглушенных

камер высшего класса, т.е. с очень низкой граничной частотой (frp 20-31,5 Гц) и жесткими требованиями на уровень фонового шума внутри камеры (ф 20 дБ).

Известны звукоизоляционные воздухопроницаемые строительные ограждения, состоящие из двух расположенных друг

против друга слоев, имеющих отверстия, соединенные каналами, причем каналы одного слоя смещены относительно каналов другого слоя, а против каналов одного слоя размещены куполообразные углубления внутренней поверхности другого слоя. При движении воздуха через данные каналы звуковая энергия в области высоких частот претерпевает отражение и затухание,

Недостатком данного ограждения является невысокая звукоизоляция в области низких частот и малая воздухопроницаемость.

Наиболее близким по технической сущности является звукоизоляционная воздухопроницаемая перегородка, включающая наружные плиты с изоляционным промежуточным слоем и имеющая прямоугольные сквозные каналы с цилиндрическими углублениями, соосно размещенными в боковых стенках каналов, объединенными в группы одинаковой глубины с противоположными конгруэнтными углублениями, причем глубины смежных групп относятся друг к другу как взаимно простые числа.

Недостатками указанного ограждения являются необходимость для звукоизоляции очень низких частот (20-31,5 Гц) выпол- нения соответствующих соосных конгруэнтных углублений очень большой глубины (порядка 2-4 м в зависимости от нижней граничной частоты рабочего диапазона частоты), что трудно выполнимо; ограниченность воздухопроницаемости каналов верхним пределом отношения ширины канала к его высоте 1:16; при необходимости осуществления воздухообмена больших объемов в случае звукоизоляции очень низких частот число соосно расположенных каналов значительно уменьшается (практически можно выполнить по высоте 1:2 канала), а увеличение ширины каналов .для большей воздухопроницаемости влечет за собой резкое снижение звукоизолирующей способности ограждения.

Цель изобретения - увеличение звукоизолирующей способности и воздухопроницаемости при сохранении габаритных размеров.

Поставленная цель достигается тем, что в звукоизоляционном воздухопроницаемом ограждении прямоугольные сквозные; соос- ные каналы в плитах с промежуточным слоем выполнены с соотношением сторон сечения от 1:50 до 1:17, а на их стенках большей площади с цилиндрическими соос- ными углублениями, объединенными конг-- руэнтно в группы одинаковой глубины так, что глубины в смежных группах относятся друг к другу как взаимно простые числа,

установлены рамы с прикрепленными к ним упругими перфорированными пластинами и толщиной, меньшей 0,16 длины волны на наибольшей частоте из диапазона частот

подлежащих заглушению звуковых волн. Диаметр перфорационных отверстий в пластинах не превышает диаметр углублений, а число отверстий не меньше числа углублений,

0 На фиг. 1 приведен общий вид ограждения; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез (фрагмент); на фиг. 3 - план рамы или крепления пластины к стенке канала.

Звукоизоляционное воздухопроницае5 мое ограждение состоит из плит 1 и 2, между которыми расположен промежуточный слой 3 (в случае одной плиты промежуточный слой отсутствует) в виде воздушного промежутка или из упруговязкого материала, на0 пример, базальтового волокна, пенопласта и т.п. Плиты 1 и 2 содержат прямоугольные сквозные соосные каналы 4 сечением 0,02x1 м, В широких стенках каналов выполнены конгруэнтные цилиндрические углубления

5 5, объединенные в группы одинаковой глубины и одного диаметра, причем отношение глубин в смежных группах углублений равно отношению взаимно простых чисел. Последовательность расположения групп углуб0 лений не оказывает влияния на эффективность звукоизоляции ограждения. По периметру стенок канала 4 жестко крепится при помощи клея, винтов и т.д. прокладка в виде рамы 6 толщиной h, много

5 меньшей длины волны на верхней граничной частоте рабочего диапазона частот, создающая относ перфорированной пластины 7 от стенок канала 4 с углублениями 5. Диа- летр отверстий 8 в пластине 7 равен либо

0 меньше наименьшего диаметра углублений 5 каждой группы, а коэффициент перфорации пластины 1 равен, либо больше коэффициента перфорации стенок с углублениями 5

5 Рама 6 может быть выполнена при необходимости с одной или несколькими перегородками 9, образующими две или больше одинаковых либо разных полостей 10 между стенками канала 4 большей площади и пла0 стинами 7. Плиты 1 и 2 фиксируются соединительными элементами, например, в виде скоб 11, снабженных зажимными болтами 12.

Расширение частотной полосы эффек5 т лвной звукоизоляции ограждением в сторону низких частот и увеличение звукоизолирующей способности ограждения основано на следующих физических представлениях. Под действием проходящей звуковой волны в канале 4, представляющем прямоугольный волновод, упругие пластины 7 начинают колебаться, подобно мембранам, на нулевой моде с собственной частотой, много ниже желаемой частоты запирания волновода, и на последующих модах колебаний, зависящих от размеров пластины 7 и жесткости ее крепления по контуру.

В результате происходит интерференция прямых волн и волн, излучаемых пластиной. Величина звукоизоляции в этом случае зависит от отношения внутреннего активного сопротивления пластины г к ее сопротивлению излучения R, При уменьшении r/R эффект звукоизоляции увеличивается. Однако, эта звукоизоляция имеет место только в сравнительно узких полосах - на основной частоте колебаний и ее гармониках. Это важно при наличии в спектре шума резко выраженной тональной составляющей. При наличии двух или больше тональных составляющих можно, разделив раму 6 перегородками 9 на неравные части, расширить таким образом полосу запирания (при достаточной длине упругой пластины 7), закрепив пластины 7 к этим перегородкам. Если требуется усилить величину звукоизоляции на одной определенной составляющей, раму 4 делят перегородками 9 на одинаковые части и закрепляют на перегородках упругую пластину 7, либо отдельные пластины одинакового размера.

Однако, основной дополнительный эффект запирания на низких частотах получается за счет относа упругой перфорированной пластины 7 от стенки с углублениями 5 на расстояние h А/2 .1бА , где А-длина звуковой волны. В этом случае между взаимно присоединенными массами воздуха в углубления 5 стенки и взаимно присоединенными массами упругой перфорированной пластины 7 возникает сильное взаимодействие, в результате чего эффективная величина углублений значительно увеличивается, что равносильно увеличению глубины углублений при увеличении габаритов прототипа.

При большом h ,1 см) это взаимодействие слабое и практически оказывает малое влияние на расширение полосы звукоизоляции в сторону низких частот (как в прототипе), впрочем как и в сторону высоких. В известной перегородке частотная полоса звукоизоляции определяется в основном глубиной конгруэнтных углублений и взаимодействием их присоединенных масс воздуха одной стенки. При уменьшении расстояния между перфорированной пластиной и стенкой с углублениями (h - 0)

их взаимно присоединенная масса воздуха в отверстиях пластины в предложении, что активные потери отсутствуют, стремится к бесконечности. В результате этого возникает взаимодействие между присоединенными массами противолежащих упругих пластин, что препятствует возникновению поперечных волн при увеличении длины волновода в поперечном сечении, т.е. ее

практически можно брать любой длины, что невозможно делать в прототипе, т.к. взаимодействие между присоединенными массами отверстий противолежащих углублений слабое.

Звукоизоляционное ограждение работает следующим образом.

Звук, проходя по каналу 4 ограждения, возбуждает колебания гибких перфорированных пластин 7, подобно мембранам, вызывая поглощение звука на частотах, определяемых собственной частотой колебания пластины и ее составляющих. При этом нормальные моды низких номеров, которые хорошо поглощаются в канале волновода, достигая значительного эффекта звукоизоляции на фиксированных низких и определенной области средних частот. Колебания пластины 7 передаются воздуху, находящемуся за этой пластиной в полостях

10, колебания которого дают значительный эффект звукоизоляции на средних частотах и возбуждают колебания воздуха в углублениях 5 стенок каналов 4. Колебания воздуха в углублениях 5, находящиеся в противофазе с колебаниями воздуха в канале 4, в результате интерференции ослабляют последние в основных и последующих полосах частот, на которые рассчитаны группы конгруэнтных углублений, начиная с определенной фиксированной частоты для каждой группы углублений. Наибольший эффект звукоизоляции при этом приходится на область средних и высоких частот. Колебания воздуха в отверстиях 8 упругой пластины 7 взаимодействуют с колебаниями воздуха в углублениях 5, образуя взаимно присоединенную массу отверстий и углублений, благодаря чему поглощаются низкие частоты, начиная с частоты, зависящей главным образом от расстояния между гибкой стенкой и углублениями в следующей зависимости: чем меньше h, тем больше низкая частота поглощается.

Таким образом, можно достигнуть значительной звукоизоляции практически во всем спектре частот слышимого диапазона 20-16000 Гц. Предпочтительной формой канала при этом является щелевидная, с соотношением ширины к длине 1:4-1:50.

Натурные испытания звукоизолирующей части ограждения с длиной канала 80 см и сечением 2x100 см дало эффект звукоизоляции во всем нормируемом спектре частот свыше 30 дБ (до уровня фонового шума).

Использование описанного ограждения позволяет расширить частотный диапазон звукоизоляции на область низких частот, увеличить величину звукоизоляции в области низких и средних частот, повысить его воздухопроницаемость, а также уменьшить габаритные размеры звукоизолирующей части ограждения более чем в 10 раз.

Формула изобретения

1. Звукоизоляционное воздухопроницаемое ограждение, включающее плиты с про- межуточным слоем между ними и прямоугольными сквозными соос.чыми каналами в цилиндрическими углублениями, размещенными соосно в противоположных стенках большей площади и объединенными в группы одинаковой глубины с противоположными конгруэнтными углублениями, глубины которых в смежных группах относятся друг к другу как взаимно простые числа, отличающееся тем, что, с целью увеличения звукоизолирующей способности и воздухопроницаемости при сохранении габаритных размеров, каналы выполнены с соотношением сторон сечения

1:50-17, а на их стенках с большей площадью установлены рамы с прикрепленным к ним упругими перфорированными пластинами, причем рамы выполнены толщиной, меньшей 0,16 длины волны на наибольшей

частоте из диапазона частот, подлежащих заглушению звуковых волн.

2. Ограждение поп.1,отличающее- с я тем, что отверстия в пластинах выпол- нены диаметром, не превышающим диаметра углублений, и числом, не меньшим числа углублений.

Изобретение относится к строительной акустике и может быть использовано для защиты от шумов с ярко выраженным спектром низких, и средних частот, а также в качестве специальных звукоизолирующих устройств, например, звукоизоляционных ворот для заглушенных камер высшего класса, т.е. с очень низкой граничной частотой (frp 20-31,5 Гц) и жесткими требованиями на уровень фонового шума внутри камеры

(рс/г /

(риг. 2