2. Классификация звукоизолирующих конструкций

Звукоизолирующие ограждения на судах – это плотные преграды без щелей и отверстий, которые предназначены для снижения проникающего через них воздушного шума (палубы, переборки, корпусные конструкции). Существуют два типа таких конструкций: одностенные (простые, многослойные); двухстенные (простые, многослойные). Одностенные могут состоять как из одного цельного материала, так и из нескольких слоев различных материалов. Двухстенные конструкции же состоят из двух одностенных преград, между которыми расположена среда с меньшим акустическим сопротивлением (воздух или звукопоглощающий материал).

Типы звукоизолирующих конструкций приведены на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 — Типы звукоизолирующих ограждений. (1 – корпусная конструкция; 2 – демпфирующее покрытие; 3 – звукопоглощающий материал; 4 – зашивка; 5 – звуковой мостик; 6 – звукоизолирующий мостик). Одностенные конструкции – а) и б), двухстенные – г), д) и е).

В рамках данной работы будут рассматриваться только простые одностенные конструкции, характеризующиеся отсутствием воздушного промежутка между слоями, то есть при расчете и изучении будет использоваться макет среда-пластина (ограждение)-среда.

2. Физика звукоизоляции

В сплошной среде различают два типа звуковых волн: продольные волны, характеризующиеся колебанием частиц среды вдоль направления распространения волн, и поперечные волны, когда колебание частиц происходит в перпендикулярном направлении распространения волн.

Звуковые волны в газах и жидкостях – продольные. В твердых же телах существуют волны обоих типов. Поперечная волна в твердом теле возможна благодаря его жесткости (сопротивлению к изменению формы).

Ниже приведены основные определения и расчетные формулы, которые необходимы для расчета акустической эффективности звукоизолирующих ограждений.

1. Критическая частота

Для характеристики распространения звуковых волн используется понятие акустического сопротивления среды

(2.1)

где – звуковое давление, Па; – колебательная скорость распространения волны, м/с; – плотность материала или среды, кг/м³; – скорость продольных волн, м/с.

Очевидно, что в звукоизолирующей конструкции пластина (ограждение) не будет оказывать сопротивление внешнему звуковому давлению, когда акустическое сопротивление пластины равно 0.

Согласно [3] частота при котором (когда пластина полностью пропускает через себя звуковую волну) равна

(2.2)

где – скорость звука в воздухе, м/с; – угол падения звуковой волны на пластину, ° (отсчитывается от нормали); – поверхностная масса пластины, кг/м²; – изгибная жесткость пластины, Н∙м².

Явление, при котором , называется волновым совпадением, а – частотой волнового совпадения. Наименьшее же значение получается при касательном падении звуковой волны ( ), и называется критической частотой

(2.3)

где – толщина пластины, м.

Расчет критической частоты можно производить по характеристике на рисунке 2.1, в котором приведены прямые зависимости критической частоты пластины от её толщины и материала

Рисунок 2.3 — График для расчета