Резонансний звукопоглинач

Винахід відноситься до будівництва, а іменно, до конструкцій для боротьби з шумом в приміщеннях промислових і цивільних будівель. Для зменшення шуму в приміщенні застосовують різні звукопоглинаючі матеріали і конструкції - волокнисто-пористі, мембранні, резонансні і комбіновані поглиначі [1]. Резонансні звукопоглиначі або резонатори Гельмгольца, характеризуються сильними звукопоглинаючими властивостями у вузькому діапазоні частот, які лежать навколо їх власної часто ти, а тому застосовуються для глушіння тональних шумів "По характеру спектра шуми потрібно розділяти на: широкополосні з безперервним спектром шириною більше однієї октави; тотальні, в спектрі яких існують чутні дискретні тони" [2]. Оскільки резонансні звукопоіглиначі ефективні тільки поблизу резонансної частоти, то остання повинна співпадати з частотою найбільш інтенсивних шумів. Резонансна частота змінюється з допомогою зміни перерізу і довжини горловини, а також об'єму порожнини. Адже відомо [3], що резонансна частота звукопоглинача Гельмгольца дорівнює де c - шкидкість звуку в повітрі; F2 - площа перерізу горловини; Vр - об'єм порожнини резонатора; l2 - приведена довжина шийки горловини резонатора з врахуванням впливу приєднаної маси. Конструктивно найбільш сприйнятливим способом пониження резонансної частоти звукопоглинача являється збільшення довжини його горловини. Відомий резонансний звукопоглинач [4], горловина якого, з метою збільшення довжини якої без збільшення габаритів звукопоглинача, розміщена всередині його порожнини. Недоліком відомої конструкції являється обмеження довжини горловини висотою порожнини звукопоглинача. Найбільш близьким по технічній суті і досягнутому результату прототипом являється резонансний звукопоглинач [5], що включає корпус, горловину з вхідним отвором і продовжувач горловини у вигляді концентричних циліндрів, які закріплені поперемінне на передній та задній стінках корпусу і які телескопічно входять один в другий з утворенням лабіринтного повітропроводу. Це дозволяє при обмеженій висоті і звукопоглинача одержувати горловину підвищеної довжини, яка в кілька раз більше висоти, що приводить до пониження резонансної частоти звукопоглинача. Недоліком відомої конструкції являється зменшення її ефективності з пониженням резонансної частоти в зв'язку із зменшенням пружності маси повітря порожнини із-за зменшення об'єму останньої. В основу винаходу поставлене завдання створити такий звукопоглинач, в якому би забезпечувалося пониження резонансної частоти без зменшення його акустичної ефективності. Поставлене завдання досягається тим, що у відомому резонансному звукопоглиначі продовжувач горловини виконаний у вигляді спіральної трубки з герметичним з'єднанням витків і утворює корпусні елементи звукопоглинача передню, бокові та задню стінки. При любій довжині горловини, яка збільшується із збільшенням долі використаних корпусних елементів, об'єм порожнини резонатора даних габаритів не зменшується. Технічним результатом винаходу являється пониження резонансної частоти без зменшення його акустичної ефективності, що досягається виконанням продовжувача горловини у вигляді спіральної трубки з герметичним з'єднанням витків, яка утворює корпусні елементи звукопоглинача: передню, бокові та задню стінки останнього. На фіг.1 зображено запропонований звукопоглинач з продовжувачем горловини у вигляді спіральної трубки з герметичним з'єднанням витків, яка утворює передню стінку; на фіг.2 - те ж, спіральна трубка додатково утворює бокові стінки корпусу звукопоглинача; на фіг.3 - те ж, спіральна трубка додатково утворює задню стінку корпусу звукопоглинача. Резонансний звукопоглинач складається з передньої 1, бокової (бокових) 2 і задньої 3 стінок корпусу (фі г.1). Продовжувач горловини може бути виконаний у вигляді диску 4 із спіральної трубки з герметичним з'єднанням витків, яка утворює передню стінку корпусу звукопоглинача (фіг.1), де горловиною являється внутрішній об'єм 5 трубки. При продовженні трубки з неї може бути виконана бокова 6 (фіг.2 і 3), а також і задня стінка корпусу 7 (фіг.3). Горловина в кожному прикладі виконання має вхідний 8 і вихідний 9 отвори. Між стінками 1(4), 2(6) і 3(7) знаходиться порожнина 10 резонатору. Звукопоглинач працює наступним чином. Звукова хвиля попадає у вхідний отвір 8 спіральної горловини 5 і виходить через отвір 9 в порожнину 10 резонатора, стискуючи її об'єм. Завдяки значній довжині горловини резонатора частота звукопоглинача теж виявляється значно низькою. Додатково резонансна частота понижується за рахунок входу звукової хвилі в порожнину по дотичній до її поверхні (фіг.1 та 2). Адже відомо [6], що "резонансна частота резонаторів з порожнинами у вигляді логарифмічної спіралі (рис.1,б), де горловина входить в порожнину по дотичній до її вн утрішньої стінки, істотно нижча від резонансної частоти резонатора з рівними об'ємом порожнини, діаметром і довжиною горловини, але в якого горловина перпендикулярна поверхні порожнини в місці їх перетину (рис.1,а) (див. також графік 2 і 1 на рис.2)". Крім того, оскільки горловина являється багатовитковою спіраллю, затухання звукової хвилі в ній має підвищене значення, оскільки відомо [7], що "кожну нормальну хвилю можна уявити собі у вигляді суперпозиції двох плоских хвиль, що біжать, з певними кутами нахилу їх фронтів, а звукове поле у будь-якому хвилеводі являє собою суперпозицію однорідних та неоднорідних хвиль різних типів номерів). Неоднорідні нормальні хвилі експоненційно затухають по мірі розповсюдження у хвилеводі, тому при достатньому віддаленні від джерела вони дають незначний вклад у повне звукове поле. Однорідні нормальні хвилі розповсюджуються в прямому хвилеводі не затухаючи. Найбільш простою з них являється нульова хвиля. Ця хвиля аналогічна плоскій хвилі у вільному просторі; швидкості часток в ній паралельні напряму розповсюдження, тобто стінкам прямого хвилевода. Будь-яку іншу однорідну нормальну хвилю можна наглядно уявити у вигляді суперпозиції двох плоских хвиль, що біжать, з певними кутами нахилу до осі хвилеводу. При збільшенні номера нормальної хвилі кути нахилу цих плоских хвиль збільшуються". Перевага запропонованої конструкції якраз і заключається в тому, що завдяки кривизні спіральної горловини в ній не може бути не тільки нульових номерів хвиль, які розповсюджуються паралельно осі хвилевода, але і хвиль малих номерів. При будь-якому напрямку звукової хвилі вона зразу ж попадає на стінку горловини, від якої багатократно відбивається на шляху до порожнини звукопоглинача, а потім - назад. Це і забезпечує підвищену акустичн у ефективність запропонованого резонансного звукопоглинача.