книги из ГПНТБ / Борьба с шумом в черной металлургии

где 5 — площадь ограждающих поверхностей, ж2 ; a — коэф­ фициент поглощения поверхности, на которую падает звук; M — коэффициент затухания звука в воздухе, зави­ сящий от влажности воздуха и учитываемый для частот выше 2000 гц.

Полагая, что до значений a = 0,7—0,8 звуковое поле в помещении продолжает оставаться диффузным, сниже­ ние уровня звукового давления AL, достигаемое в поме­

где Ai, Ті — соответственно эквивалентная площадь звуко­ поглощения, лг2, и время реверберации, шс, для помещения без обработки; Л2> Т2 —то же для помещения, снабженного звукопоглощающими материалами (конструкциями).

Эквивалентная площадь звукопоглощения А акусти­ чески необработанных помещений цехов приближенно может быть определена по формуле:

Применяемые в практике борьбы с шумом звукопогло­ щающие материалы и конструкции классифицируются по трем признакам [91, 93]:

53

1)структурному — в зависимости от структуры мате­ риалы подразделяют иа зернистые (штукатурки, штучные плиты и блоки на основе легких заполнителей и изделия на основе пробковой крошки), волокнистые (на основе мине­ ральных и органических волокон, например минеральной ваты), ячеистые (поропласты, ячеистые бетоны с губчатой структурой);

2)сырьевому—в зависимости от используемого сырья материалы подразделяют на органические (например, дре­ весноволокнистые плиты), композиционные (минераловатные, - стекловолокнистые и другие изделия), неорганиче­ ские (полученные на основе керамики, стекла, легких за­ полнителей с минеральными вяжущими);

3)конструктивному — конструктивно-акустические осо­ бенности включают изготовление звукопоглощающих мате­ риалов и конструкций с жестким, полужестким или гибким скелетом, с резонирующим экраном или экраном в виде

защитного слоя, однорезонансных или многорезонансных, а также различные виды штучных объемных поглотителей и щитовые конструкции.

Поглощение звука материалами (конструкциями) обус­ ловлено явлением резонанса, потерями энергии звуковых волн из-за вязкого трения в порах, а чаще всего — этими двумя явлениями. Одновременно потери энергии проис­ ходят вследствие деформации скелета материала и его со­ противления вынужденным колебаниям, возникающим под действием звуковых волн.

При использовании пористых материалов для погло­ щения низкочастотного звука необходима большая толщина облицовки, в то время как для поглощения звука высоких частот можно эффективно применять сравнительно тонкие пористые материалы.

Достаточную толщину пд с ,ст пористого материала при условии, что средняя пористость составляет 0,8, а нижняя граничная частота— 100 гц, находят по формулам [1]:

где г — сопротивление продуванию на всю толщину мате­ риала, дин • сек/сла.

54

Увеличивать толщину материала сверх значения /гд о с т нерационально, так как коэффициент звукопоглощения с дальнейшим увеличением толщины возрастает незначи­ тельно. Коэффициент звукопоглощения материала значи­ тельно уменьшается на низких и возрастает.на высоких частотах. Это объясняется ' тем, что затухание звуковой

и в виде матов из прессованной ваты: плиты полужесткие — ПП-80, ПП-100, плиты полумягкие — ПМ-30, ПМ-40, ПМ50 (цифры указывают плотность в кг/м3), плиты «Стилит*, плиты акустические декоративные ПА/Д, стандартные ПА/С,

пористых звукопоглощающих материалов может быть до­ стигнуто установкой их с зазором от ограждающей кон­ струкции, равным длины волны X. При этом повышается

колебательная скорость частиц воздуха в материале и из-за воздушного зазора между поглотителем и стенкой начи­ нают играть роль резонансные явления.

Для эффективного поглощения звуков низких и сред­ них частот используют специальные резонансные конст­ рукции двух видов: резонаторы с колеблющейся ^перфо­ рированной пластиной (мембранные поглотители) и воз­ душные резонаторы. Резонансными поглотителями названы в связи с тем, что максимальное звукопоглощение про­ исходит вблизи резонансной частоты.

Теория и методы расчета резонансных звукопоглотителей с воздушными полостями, разработанные впервые С. Н. Ржевкиным, В. С. Нестеровым [74] и Г. Д. Малюжинцем [51], позволили создать высокоэффективные звукопогло­ щающие конструкции, которые обеспечивают большое по­ глощение с заранее заданными параметрами Б широкой области частот и особенно в области низких частот, где пористые материалы обычно малоэффективны.

Звукопоглощающий резонатор с колеблющейся ^ п е р ­ форированной пластиной состоит из упругого листа, закреп-

55

ленного по краям на некотором расстоянии от ограж­ дения. Возникающие под действием звуковой волны коле­ бания изгиба сопровождаются потерями на внутреннее тре­ ние в материале листа и в местах его крепления. Часть зву­ ковой энергии при этом затрачивается на поддержание колебаний пластины резонатора.

Неперфорированная пластина резонатора отличается частотнонзбирательным поглощением в области низких частот. Собственная частота системы /0 зависит от величины массы G„, приходящейся на единицу площади поверхности пластины, и толщины / воздушной прослойки, вы­ полняющей роль упругой колебатель­

ной системы:

нансной частоты от веса панели, толщины воздушной про­ слойки и шага обрешетки. При заполнении воздушной по­

Резонансные неперфорированные панели обычно слу­ жат для поглощения низкочастотных шумов и применяются в виде облицовок только в сочетании с высокочастотными звукопоглощающими конструкциями.

Промышленность выпускает неперфорированные звуко­ поглощающие панели из фанеры, древесностружечных плит, декоративного бумажнослоистого пластика, листов алюми-

66

\

ния, гипсовых обшивочных листов, пенопласта ПХВ, «Волнита», из плит «Ацэид».

Воздушный резонатор представляет собой замкнутую воздушную полость с жесткими стенками, соединяющуюся с окружающей средой узким каналом (горлом). Работа воз­ душного резонатора основана на акустических свойствах резонатора Гельмгольца. Упругим элементом в резонаторе Гельмгольца является воздух внутри полости, а массой — воздух, находящийся в соединительном канале (горле) ре­ зонатора. Поглощение звука в подобном резонаторе обус­ ловливается потерями на внутреннее трение в канале, уве­ личение которых может быть достигнуто введением в канал слоя звукопоглощающего материала. Для одиночного резо­ натора Гельмгольца с резонансной частотой /„ максималь­ ное поглощение

причем,

где с — скорость звука в воздухе, см/сек; V — объем внут­ ренней полости резонатора, см3; 1,г — соответственно длина и радиус канала (горла), см; А/— поправка к длине кана­ ла (горла), см. При цилиндрическом канале

Подобные резонаторы могут применяться в качестве от­ дельных поглотителей, когда расстояние между ними исключает их акустическое взаимодействие, или же в виде непрерывной резонирующей системы — панели.

Резонансные конструкции с перфорированным покров­ ным листом могут быть выполнены в виде одиночных резо-- наторов. В этом случае они обладают резко выраженной резонансной формой частотной характеристики звукопо­ глощения, что ограничивает их применение. Широко при­ меняются при акустической обработке резонаторы, сгруп­ пированные в виде непрерывных систем перфорированных панелей-, сглаживающих острую форму резонансной кривой

ирасширяющих область .поглощения.

Сцелью достижения высокого коэффициента звуко­ поглощения перфорированные панели должны обладать достаточно большим сопротивлением воздушному потоку,

57

что можно обеспечить следующими способами: 1) внесением в воздушную полость конструкции пористого заполнителя;- 2) натяжением поперек каналов резонатора матерчатой диафрагмы; 3) выбором минимального сечения канала резо­ наторов, в результате чего сопротивление потоку в доста­ точной степени обеспечивается трением воздуха в каналах резонаторов.

На практике получил распространение первый из упо­ мянутых выше способов. Конструкции, выполненные по вто­ рому способу, имеют несколько меньший коэффициент зву­ копоглощения, но очень удобны при сборке. Конструкции с малым сечением отверстий применяются редко в связи со сложностью их изготовления, и потерей акустических свойств в процессе эксплуатации (из-за пыли, повторной окраски).

Конструкция резонансной звукопоглощающей перфори­ рованной панели с тканью представляет собой сочетание воздухопроницаемых и воздухонепроницаемых (неперфорированные части панели) участков. Каждый из этих участ­ ков оказывает сопротивление падающей звуковой волне: сопротивление проникновению воздуха сквозь поры мате­ риала (сопротивление трения) либо инерционное сопротив­ ление проникновению воздуха через перфорированную панель.

В общем случае полное акустическое сопротивление Z конструкции содержит активную R и реактивную X состав­ ляющие. Причем, первая (сопротивление трения) оказы­ вает одинаковое действие на любой частоте звуковой волны, т. е. не зависит от частоты, а вторая составляющая явля­ ется функцией частоты:

и от коэффициента перфорации панели Кп, который пред­

ние между центрами рядом расположенных отверстий (шаг перфорации), см.

58

При тугой натяжке ткани или наклейке ее на внутрен­ нюю сторону поверхности.

Величина реактивной составляющей, связанная G вели­ чиной присоединенной массы m воздуха,

где/в—верхняя граничная частота, гц.

Величину присоединенной массы воздуха с достаточной для практики точностью можно определить по формуле

имеют коэффициент поглощения около 0,65—0,7для частот, превышающих нижнюю частоту /„, которая определяет

Максимальное звукопоглощение достигается в диапа­ зоне частот от /н до / в при X — 0,5 и R = 2 4.

Перфорированные' покровные листы могут быть изго­ товлены с различными параметрами перфорации из фанеры, слоистого пластика, слоистого пластика, подклеенного стеклотканью, марлей или бязью, из дюралюминия, алю­ миния (типа АПП—алюминиевые полосы определенного профиля, перфорированные).

Промышленностью выпускаются различные типы резо­ нансных конструкций: с перфорированным покроіным лис­ том из асбоцементных плит, акустические гипсовые штампо­ ванные плиты типов АГШ и АГШБ, литые гипсовые перфо­ рированные плиты типа Т-4,5 с ребрами жесткости, между которыми уложен слой пористого заполнителя типа ПП-80.

Значения коэффициентов звукопоглощения различных звукопоглощающих материалов и конструкций на частотах 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 6000 гц, а также ГОСТ, ТУ, предприятия-изготовители, размерные параметры и другие

59

системы, снабженной амортизаторами. Если не учитывать трение, то

На низких частотах, когда вибрирующую систему рас­ сматривают как систему с сосредоточенными параметрами, виброизоляция определяется в основном упругими свой­ ствами амортизаторов. Их деформация ô зависит от внеш­ ней возбуждающей силы F, высоты амортизатора Л, площади упругого элемента S и модуля упругости его материала Е:

Ъ=-^СМ: (38)

Следовательно, жесткость амортизатора

Вертикальный статический прогиб бс т любого аморти­ затора под действием системы, установленной на аморти­ зирующем креплении, определяют по формуле:

Учитывая формулу (38), собственную частоту можно также рассчитать по формуле:

61

Частоту собственных колебаний f0 виброизолирован­ ного механизма выбирают из условий обеспечения необ­ ходимой виброизоляции и исключения резонансов. Явление резонанса наблюдается, если частоты собственных и вы­ нужденных колебаний совпадают или отношение частот приближается к единице.

Если частота вынужденных колебаний / < /0 , то ве­ личина и незначительно отличается от единицы и примене­ ние амортизаторов практически бесполезно. При таком соотношении частот возмущающая сила действует на несу­ щую конструкцию как статическая нагрузка.

При / > /о величина коэффицента амортизации умень­ шается, возмущающая сила и колебательное смещение находятся, в противофазе, т. е. система оказывает возму­ щающей силе инерционное сопротивление и передача вибраций на несущую конструкцию резко снижается.

Значение f0 для материала виброизоляторов, имеющего динамический модуль упругости отличный от статического, определяют по формуле:

Из формулы (37) видно, что амортизирующее крепле­ ние будет тем эффективнее, чем меньше коэффициент }і. Изоляция колебаний амортизаторами достигает цели при условии, если отношение частот вынужденных и собствен­ ных колебаний ///о > 2. В практических условиях это от­ ношение принимается в пределах 2,5—5.

При колебании несущей конструкции, излучающей звук с амплитудой ах без применения виброизоляции и с ампли­ тудой а2 при ее наличии, звукоизолирующая способность

или, переходя к коэффициентам амортизации,

Основные типы амортизаторов различают по материалу и конструкции. При проектировании или выборе аморти­ заторов, помимо обеспечения достаточной вибронзоляции, необходимо" учитывать: стабильность характеристик амор­ тизаторов-в течение срока их службы; весовые и габарит-

62