Омаров С.С., Акмалаев К.А., Бегимов Т.Б., Турлыбекова Г.К.,

Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева

ОБЪЕМНЫЕ ЗВУКОПОГЛОТИТЕЛИ НА БАЗЕ ДЕКОРАТИВНО АКУСТИЧЕСКОЙ СМЕСИ ИЗ ОТХОДОВ ХЛОПКОБУМАЖНЫХ КОМБИНАТОВ

Современные принципы проектирования и строительства зданий во многих случаях не позволяют размещать на потолке и стенах помещений с источниками шума необходимое для ограничения уровней этого шума количество единиц звукопоглощения. Стремление же увеличить коэффициент использования производственных площадей часто приводит к чрезмерной концентрации оборудования с интенсивным шумоизлучением в какой-либо части помещения. Возникает локальная задача добиться максимального снижения уровня звукового давления средствами звукопоглощения, размещаемого вблизи интенсивных источников шума, сосредоточив их на относительно небольшой площади потолка. В этих случаях в пространстве над источниками шума могут быть размещены дополнительные звукопоглощающие устройства в виде щитов, конусов, призм, шаров и других объемных тел из различных звукопоглощающих материалов, как с перфорированным покрытием, так и без него, получивших название объемных звукопоглощающих элементов.

Эффективность звукопоглощающих материалов зависит не только от акустических свойств поверхности конструкции, определяемых в основном волновыми параметрами используемого пористо-волокнистого материала, но и от чисто внешних факторов, таких как геометрические размеры элемента, взаимное расстояние между отдельными элементами, их размещения по отношению к ограждающим конструкциям помещения и к акустическим центрам шумящего оборудования.[1,2].

Общее поглощение, вносимое объемным элементом, выражают в виде эквивалентной площади А (м²). Относя величину А к площади боковой поверхности элемента, получают некоторую величину среднего коэффициента звукопоглощения α_у, названную условной из-за того, что в отдельных октавных или третьоктавных полосах частот ее значения превышают единицу (α_у>1). Это возрастание КЗП связано с рассеянием звуковой волны на препятствии с конечной (или отличной от нуля) величиной входного импеданса поверхности элемента. Краевой эффект вызывает дополнительный поток вглубь элемента, что приводит к большему по сравнению с плоскими элементами, поглощению энергии звуковых волн.

Известны два типа объемных элементов- однослойные и многослойные. Первый тип представляет собой конструкцию, изготовленную из материалов жесткой, полужесткой, зернистой, ячеистой или волокнистой структуры. Выбор материала обеспечивает необходимую жесткость конструкции и определенную геометрическую форму (куб, призма) с воздушной полостью внутри. Многослойный объемный элемент состоит из легкого каркаса, имеющего форму куба, призмы, пирамиды и звукопоглощающего заполнителя из рыхлых, сыпучих волокнистых материалов (типа минеральной ваты, стеклянного или базальтового волокна) и защитного покрытия из ткани и перфорированного листа. При этом звукопоглощающий элемент может располагаться в виде поверхностного слоя конечной толщины или заполнять весь объем элемента [1,2].

Частотное положение максимума поглощения определяется размерами объемного элемента и величиной импеданса его поверхности. Эмпирическое соотношение между указанными параметрами позволяет определять частоту максимума звукопоглощения элемента [3]:

(1)

где b – коэффициент пропорциональности, зависящий только от структурных параметров материала объемного элемента; V – объем элемента, м³.

Для элементов одинаковой формы, но различного объема соотношение между частотами определяется формулой:

,

где f₀ – частота максимума поглощения элемента большого объема V₀.

Вычисление условного КЗП объемного элемента в диффузном поле

(2)

где к – волновое число; а – радиус сферы; Д_n и Д_n¹ , - амплитуды и фазовые углы сферических функций Бесселя и их производных.

Для практических расчетов при проектировании объемных элементов в данной работе была использована упрощенная методика и номограммы, предлагаемые в работах [4,5].

На рисунках 1,2 представлены объёмные штучные звукопоглотители, разработанные авторами данной работы. В качестве пористого материала для объёмного звукопоглотителя (площадь грани 300х300)мм² была использована декоративно-акустическая смесь из отходов хлопко-прядильного производства [2].

В таблице 1 приведены значения условного диффузного коэффициента звукопоглощения α_эо для объемных элементов в форме куба и клина, разработанных авторами данной работы (размер грани: /300х300/мм²/). Данные для куба и клина практически не отличались. Зависимость α_эо для объемных элементов в форме куба или клина с гранью размерами (300х300)мм², заполненных декоративно-акустической смесью из отходов хлопкопрядильного производства (разработанных авторами данной работы).

Рис.1. Объемный звукопоглотитель в форме клина их декоративно-

акустической смеси, разработанной в данной работе.

Таблица 1.

f, Гц	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
αэо	0,1	0,3	0,6	0,9	1,1	1,1	0,85	0,65

Рис. 2. Объемные штучные звукопоглотители различных форм, разработанные авторами данной статьи.

Разработанные авторами штучные объемные звукопоглотители имеют чрезвычайно дешевую стоимость (так как используются отходы хлопкопрядильного производства) и высокую эффективность в области высоких и средних частот (500-4000Гц).

Измеренное в реверберационной камере снижение уровня звукового давления на этих частотах в местах их размещения достигало величин 8-10 дБ. Для достижения повышения эффективного снижения уровня шума в диапазоне низких частот, например, 63-125 Гц, необходимо использование системы резонаторов, настраиваемых на ту или иную гармонику. Введение последних заметно повышает стоимость объемных звукопоглотителей и может быть использована в производственных помещениях.

Разработанные авторами статьи объемные звукопоглотители были использованы на производственных участках, а также помещениях культурно-развлекательного типа (рестораны, бары, студии звукозаписи и т.д.).

Литература.

1. Снижение шума в зданиях и жилых районах./Под ред.Г.Л. Осипова, Е.Я. Юдина.М.:Стройиздат, 1987.с. 227.

2.Омаров С.С. Производств, применение и исследование свойств акустических материалов и конструкций. КазГАСА. Алматы. 1999, с.242.

3.Звукопоглощающие материалы и конструкции. Справочник. М. Связь, 1970, с.124.

4.Борисов Л.А., Велижанина К.А. Исследование объемных поглотителей в поле плоской звуковой волны и в диффузном поле. //Вестник МГУ, серия физика, 1967,4.

5.Велижанина К.А., Оборотов В.А. Влияние глубины полости резонатора на его акустические свойства //Акустический журнал, 1979,25,5, с.661-665.