Шумоснижающая конструкция Советский патент 1993 года по МПК E04B1/84 

Изобретение относится к защите от шума, в частности к средствам снижения воздушного и структурного шума, и может быть использовано в звукоизолирующих преградах, эвукоизлучающих кожухах машин, механизмов, конструкций.

Наиболее близким решением к заявляемому является шумоснижающая конструкция, содержащая панель и упругую пластину, жестко соединенные перпендикулярно установленными прямыми жесткими стержнями.

Недостатками данной конструкции являются:

неравномерность снижения воздушного шума в пространстве вследствие невозможности обеспечения смещения фаз излучаемого панелью и диском шума на 180 в каждой точке пространства, в результате чего в пространстве образуются зоны с пониженным и повышенным уровнем шума; при малой длине волны в воздухе (на частотах выше 1000 Гц длины волн менее 34 см) естественное движение головы работника или его перемещение в рабочей зоне обуславливает периодическое попадание органа

слуха в указанные зоны, что фактически является снижением эффективности защиты от шума;

невозможность снижения шума по дли не стержня 1 (2п+1) Дл /2, где .1,2.... а .также при 1(2п+1) An /2, но при других значениях числа n вследствие колебаний панели и диски не в противофазе а, следовательно, отсутствия интерференции звуковых волн, излучаемых панелью и диском;

невозможность снижения воздушного шума со стороны панели, противоположной упругой пластине (диску) со стержнем (вследствие интерференционного снижения шума);

невозможность снижения структурного шума в панели за пределами расположения стержней (стержень с диском действует подобно антивибратору, в случае которого колебательная энергия как бы отражается за пределы места его расположения на панели, следовательно, не уменьшается на пути : распространения):

невозможносгь расширения частотного диапазона снижаемого шума;

ел

С

vi ю

or

ю

со

невозможность уменьшения веса конструкции, т.к. пластина (диск) изготовлена из сплошного металла, имеет определенные размеры, а длина стержня не может быть уменьшена, так как будет нарушено условие колебания панели и пластины в противофа- зе;

невозможность уменьшения габаритного размера конструкции в направлении продольной оси стержня, т.к. длина стержня не может быть уменьшена.

Целью изобретения является снижение уровня шума и уменьшение массо-габарит- ных параметров конструкции.

На фиг,1 изображена конструкция с непрерывными граничными условиями в ее плоскости; на фиг. 2 - то же с разрывом граничных условий.

Конструкция содержит звукоизлучаю- щую или звукоизолирующую панель 1, в которой могут возбуждаться изгибные колебания, перфорированную упругую пластину 2, предназначенную0для формирования ближнего поля звукоизлучения и выполненную, например, из металла, жесткий стержень 3, предназначенный для передачи колебаний с панели на пластину и выполненный, например, из металла.

Шумоснижающая конструкция работает следующим образом.

Изгибные колебания, возбужденные в панели, являются причиной излучаемого ею воздушного шума и распространяемого по панели структурного шума, который через жесткие механические связи с другими конструкциями вызывает излучение воздушного шума последними. Передаваясь на стержень шумоснижающей конструкции, изгибные колебания панели через поперечные силы преобразуются в нем в продольные, а через изгибные моменты в изгибные колебания (далее изгибные колебания стер- . жня не рассматриваются, т.к. они преобразуются в перфорированной пластине в ее продольные, практически не излучающие шум колебания). Продольные колебания стержня, переходя в перфорированную пластину, преобразуются в ней.в изгибные, которые и являются источником излучения в воздух. При этом параметры пластины таковы (то л щи HajinsicraHbi h Ао /4, шаг отверстий b V d2/4Ј Ао/2 , что она формирует только ближнее поле излучения, т.е. образуется акустическое короткое замыкание колеблющегося воздуха, реализуемое посредством указанной перфорации, а дальнее поле излучения, т.е. шум, отсутствует. Ограничение толщины пластины h Ао /4 обусловлено тем, что при

нарушении указанного условия в отверстии, или в непосредственной близости от него могут возникать явления, которые нарушат свободный обмен энергии между сжатыми и

разреженными участками среды с обеих сторон каждого отверстия, а следовательно, ослабится или исчезнет эффект акустического короткого замыкания. Ограничение шага отверстий b Ao /2 обусловлено тем,

0 что размер любого участка поверхности пластины между отверстиями был меньше длины излучаемой в воздух волны. При этом энергия сжатых и разреженных участков среды, находящихся около отверстий, пере5 ходит с одной стороны пластины на другую и обратно (реверсирует) через эти отверстия. Размер участков пластины около отверстий, охваченных реверсом энергии, составляет приблизительно До /4. Тогда

0 участки, расположенные посередине между отверстиями, не превышают АО /4. В момент, когда отверстие не находится на этих участках, т.е. энергия не реверсирует через отверстия, она вследствие малости размера указанных участков по сравнению с длиной волны в воздухе АО , реверсирует из зон сжатия в зоны разрежения среды на каждой из сторон пластины, т.е. акустическое короткое замыкание реализуется и для указанных участков.

Таким образом энергия изгибных колебаний панели, попадающая в стержень и перфорированную пластину, уменьшается, затрачиваясь на акустическое замыкание, при этом уменьшается излучаемый панелью воздушный шум (с обеих сторон панели) и распространяемый в ней структурный шум. При этом уменьшается и внешний воздушный шум, попадающий на панель как на звукоизолирующую преграду. Акустическое короткое замыкание обусловлено параметрами перфорированной пластины, поэтому оно реализуется при любой длине стержня. Однако при длине стержня 1 n -An /2, где ,2.3..., входной импеданс стержня теоретически равен нулю (), следовательно, вся колебательная энергия панели, приходящаяся на сечение стержня, беспрепятст- венно проходит по нему, преобразуется в пластине в акустическое короткое замыкание, т;е. реализуется дополнительное снижение шума. В случае, когда перфорированная пластина имеет толщину, указанную в п.З формулы, возникает явле5

0.

5

0

5

5

ние волнового резонанса, улучшается согласование колебаний лласУйны и воздуха, следовательно, увеличивается обтираемая из панели колебательная энергия и соответственно реализуется дополнительное снижение шума. Возможность использования стержней одной длины при различном частотном возбуждении панели, использования перфорированной пластины без ограничения размеров в ее плоскости в сто- рону увеличения, а также расположения стержней на расстоянии h Л:/2 друг от друга и 2 Аи/4 - от места разрыва граничных условий на панели, обусловливает расширение частотного диапазона снижав- мого шума, т.е. заявляемая конструкция позволяет снижать шум во всем нормируемом звуковом диапазоне частот.

Наличие перфорированной пластины и стержней любой длины, например, гень- шей по сравнению с прототипом, позволяет снизить массогабаритные параметры конструкции.

Пример конкретного выполнения. Перфорированная пластина обеспечи- вает акустическое короткое замыкание при ее колебаниях на наибольшей среднегеометрической частоте 1/3 октавной полосы нормируемого звукового диапазона .частот и наиболее употребительной частоте ульт- развукового диапазона частот, т.е. на 4acjo- те f 10000 Гц и f 22000 Гц. Длина акустической волны в воздухе на-частоте 10000Гц До 34 мм, До/2 17 мм, на частоте 22000 Гц & 15,6 мм, /Ц ,8 мм. Вы- берем шаг перфорации таким, чтобы он удовлетворял наибольшему значению условия акустического короткого замыкания b До/2 , а диаметр отверстий - наиболее часто реализуемый на практике мм и мм, Коэффициент перфорации для шага мм и b 7,8 мм и диаметра отверстий мм и мм определим по формуле

d %2

4 Б) Результаты определения значенийс приведены в таблице

е -5-Г- л v

Рассчитанные коэффициенты перфорации практически реализуемы, их значения, равные указанным и превышающие их, позволяют при выбранных диаметрах отверстий обеспечить выполнение условия акустического короткого замыкания b rSAo/2 для требуемой частоты излучаемого шума. Коэффициент Ј 0,323 позволяет обеспечить акустическое короткое замыкание при перфорации пластины с диаметрами отверстий d 5 мм, излучающей шум на частотах f 22000 Гц.

Применение данной шумоснижаюицей, конструкции позволит: снизить воздушный шум с обеих сторон панели при одновременном равномерном снижении воздушного шума в пространстве и структурного шума, распространяющего по панели;

расширить частотный диапазон снижаемого шума;

снизить массогабаритные параметры конструкции.

Использование: в шумоснижающей конструкции упругая пластина имеет толщину h Ао/4 и выполнена перфориро- ванной с шагом перфорации b V t62/4 к Ао/2 . Стержни установлены на расстоянии , /2 друг от друга и на расстоянии г S AI /4 от места разрыва граничных условий панели. При этом каждый стержень имеет длину l n Ли /2. где Ал -длина продольной волны в стержне, а ,2,3...2 з.п.ф-лы, 2 ил,1 табл.

Формула изобретения 1.. Шумоснижэющая конструкция, содержащая панель и упругую пластину, жестко соединенные перпендикулярно установленными прямыми жесткими стержнями, отличающаяся тем, что, с целью снижения уровня шума и уменьшения мас- согабаритных параметров конструкции, упругая пластина имеет толщину и выполнена перфорированной с шагом перфорации Ь Уло/4Ј До/2 ., а стержни установлены на расстоянии Н Ди/2 друг от друга и на расстоянии la Ди/4 от места разрыва граничных условий панели, где До - длина звуковой волны в воздухе, Дц длина изгибной волны в панели, d - диаметр отверстий перфорации, е.- коэффициент перфорации,

л (До f )2V12/9(1 -с)

гдер- плотность материала пластины;

fKp - критическая частота, при которой АО AU ;

а - коэффициент Пуассона материала пластины,

Е -модуль Юнга материала пластины.

Значения коэффициента перфорации е в зависимости от диаметра отверстий d и шага отверстий

V,

Фиг 1

.

и :