Резонансний звукопоглинач

1. Резонансний звукопоглинач, що містить горловину у вигляді оберненого до джерела звуку розтруба, наприклад, у вигляді піраміди або кону 3 89420 Метою даного винаходу є збільшення акустичної ефективності звукопоглинача як у смузі резонансних частот, так і в повному діапазоні звукових частот. Поставлена мета досягається тим, що додатковий звукопоглинаючий елемент виконаний у вигляді розміщеного на задній стінці напроти вихідного отвору розтруба горловини покриття, яке розсіює звукові хвилі; покриття може бути виконане у вигляді шару битого скла, нанесеного на задню стінку резонансного звукопоглинача або на пластину, постійно або зйомно закріплену на задній стінці. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 зображений запропонований резонансний звукопоглинач; на фіг. 2 - варіант виконання розсіювача звуку. Резонансний звукопоглинач містить корпус 1, задню стінку 2 і горловину у вигляді оберненого до джерела шуму розтруба 3, виконаного, наприклад, у вигляді піраміди або конуса. Внутрішня поверхня звукопоглинача покрита шаром або суцільними листами звукопоглинаючого матеріалу, наприклад скла: корпус 1 - шаром (листом) 4, задня стінка 2 шаром (листом) 5, внутрішня стінка горловини 3 шаром (листом) 6. Розтруб може бути покритий звукопоглинаючим матеріалом також з-зовні, на вході звукових хвиль у горловину(не показано). Напроти вхідного отвору розтруба наноситься шар звукопоглинаючого матеріалу 7, наприклад у вигляді подрібленого скла. Звукопоглинаючий шар 7 може бути нанесений на покриття задньої стінки 5 4 безпосередньо, або на постійно або зйомно закріплену на стінці 5 пластину 8. Резонансний звукопоглинач працює наступним чином. Звукові хвилі вузької смуги, частота яких збігається з власною частотою резонансного звукопоглинача, поглинаються згідно відомого ефекта, що детально описаний в [3]. Інші звукові хвилі, які без покриття внутрішньої поверхні склом глушилися б тільки завдяки інтерференції, тепер будуть додатково поглинатися склом. Скло має досить високі звукополинаючі властивості. Звукопоглинаючі властивості оцінюються через коефіцієнт звукопоглинання (КЗП). Коефіцієнт звукопоглинання a - це відношення енергії звуку, яка поглинулась перешкодою, Епогд до повної енергії звукової хвилі, яка падає, Епад . Тобто у «формульному» вигляді: E a = погл . E пад Згідно [4], скло має КЗП в залежності від частоти, Гц, представлені в табл. 1. Більш того, для порівняння в таблиці представлені КЗП такого широко вживаного матеріалу як бетон. Очевидно, що за КЗП бетон принципово уступає склу. У випадку додаткового покриття склом вхідної поверхні розтруба деяка частина звукової енергії поглинеться цим склом, що підвищить ефективність резонансного звукопоглинача. Таблиця 1 КЗП в залежності від частоти, Гц Поглинач Скло одинарне Бетонна поверхня 125 0,30 0,04 250 500 1000 2000 4000 6000 0,42 0,04 0,50 0,04 0,50 0,06 0,50 0,06 0,51 0,03 0,52 0,07 Розглянемо акустичні хвилі, які падають на резонатор, і мають такий спектральний склад, що не поглинаються резонатором напряму. Такі хвилі як би ковзають по поверхні горловини і «заманюються» нею всередину через отвір розтруба в порожнину резонатора. Як було вже сказано, спектр цих хвиль лежить поза зоною спектральної активності резонатора, і у випадку якби його стінки не мали високий КЗП ці хвилі вийшли б у зворотному напрямку майже не втративши своєї енергії. Але завдяки скляному покриттю назад хвилі практично не повертаються, оскільки декілька раз відбившись від внутрішніх скляних стінок резонатора, вони практично втрачають всю свою енергію. Справді, навіть, якщо допустити, що в середньому кожна хвиля перед тим як повернутись до отвору горловини відбивається лише тричі, то це означає, що її енергія з умовної одиниці впаде до 0,5 * 0,5 х 0,5 = 0,125, або зменшилась у 8 раз (якщо був звуковий тиск р1, а після поглинання став р2, то р1 = 8 р2). Тоді рівень звукового тиску (враховуючи формулу для рівня звукового тиску [3]) впаде на: DL = L1 - L 2 = 20 lg p1 / p 0 p 8p = 20 lg 1 = 20 lg 2 = 20 lg 8 = 18 дБ. p2 / p0 p2 p2 В даному випадку 0,5 — це осереднене значення КЗП (табл. 1). В даному випадку можлива одна проблема: хвилі, «пірнувши» в порожнину резонатора через отвір розтруба, можуть тут же відбитись від скляної стінки 5 та повернутись назад у довкілля через отвір розтруба. При цьому їх енергія з умовної одиниці впаде лише до 0,5, що є не достатнім. Очевидно, що звукові хвилі, які увійшли в порожнину резонатора необхідно розсіяти. Відомо [5], що якщо найменша сторона відбивача не менше, ніж в 1,5 рази перевищує довжину хвилі, відбиття звукових хвиль буденаправленим (що в даному випадку є не бажаним). При рівності довжини хвилі і розмірів відбивача та подальшому збільшенню довжини хвиль звукова енергія при відбиванні розсіюється. За попередніми підрахінками в нашому випадку довжина відбивача становить 0,25 м. Тобто будуть розсіюватись звукові хвилі довжиною 0,25 м і більше. Іншими словами, назад в отвір 5 горловини резонатора не повернуться після першого ж відбиття хвилі з частотою с 340 fгр = = = 1360Гц l 0,25 і нижче. Хвилі з частотами вище fгр будуть відбиватись і зразу ж повертатись у довкілля. Як уникнути цього не бажаного явища fгр? Іншими словами, як підвищити J ? Треба зменшити розмір відбиваючої поверхні. Це досягається розміщенням навпроти отвору горловини (з невеликим запасом) скупчення скріплених (наприклад, склеєних) шматочків відбивачів (наприклад, скляних), лінійні розміри яких значно менші задньої стінки резонатора 5. Конкретніше, застосовується, наприклад, склеєні шматочки скла, середній розмір сторони яких становить 0,01 м. Тоді 340 fгр = = 3400 = 34кГц 0,01 , що є більш ніж достатнім, оскільки по-перше, як правило, немає джерел шуму, діапазон частот яких лежав би за межами 34 кГц, по-друге, основна частина людей не чує вище 15 кГц. Тепер розглянемо ще одну дію резонатора: поглинання енергії хвиль, які не увійшли в резонатор. Частина звукових хвиль, які падають на резонатор не потрапляють у отвір, а двічі - тричі відбившись від горловини, повертаються назад у довкілля. Перш за все це стосується високочастотних хвиль, розповсюдження яких підпорядковується законам променевої акустики. Розповсюдження хвиль розглядається як вектори, кути 89420 6 падіння яких на відбиваючу поверхню дорівнюють кутам відбиття. Оскільки горловина резонатора ззовні також покрита склом, то енергія звукової хвилі навіть після дворазового відбиття падає з умовної одиниці до 0,5 х 0,5 = 0,25 або зменшилась у 4 рази. Тоді рівень звукового тиску впаде на: DL = L1 - L 2 = 20 lg p1 / p 0 p 8p = 20 lg 1 = 20 lg 2 = 20 lg 4 = 12дБ. p2 / p0 p2 p2 Тобто маємо: навіть ті звукові хвилі, які не увійшли в резонатор, були ослаблені на 12 дБ. Це говорить про високу акустичну ефективність резонатора. Джерела інформації 1. Оборотов В.А., Велижанина К.А. Резонансный поглотитель. Авт. свид. СССР № 838029 от 26.09.1979 г., МКИ Е 04В 1/84. 2. Гаспарян Ю.А., Чудинов Ю.М., Арутюнян А.Р., Мирзоян Г.М. Маргарян С.А., Воронов К.Г., Бардугимеосян А.Р., Григорян Г.П. Резонансный звукопоглотитель. Авт. свид. СССР № 1617111 от 24.05.1988 г., МКИ Е 04В 1/84. 3. Алексеев СП., Казаков A.M., Колотилов Н.Н. Борьба с шумом и вибрацией в машиностроении // «Машиностроение».- М.: 1970. - 208 с. 4. Иофе В.К. и др. Справочник по акустике / Иофе В.К., Корольков В.Г., Сапожков М.А./ Под ред. М.А. Сапожникова. - М.: Связь, 1979. - 312с. 5. Ковригин С.Д. Архитектурно-строительная акустика: Учеб. Пособие для вузов. - М.: Высш. школа, 1980. 184 с, ил. 7 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 89420 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601