FI75942C - Anordning foer daempning av ljud och akustiskt stoj. - Google Patents

Description

75942

LAITE ÄÄNEN JA AKUSTISEN MELUN VAIMENTAMISEKSI - ANORDNING FÖR DÄMPNING AV LJUD OCH AKUSTISKT STOJ

Keksinnön kohteena on laite äänen ja akustisen melun vaimentamiseksi, joka laite käsittää akustisista absorbaattoreista koostuvan konfiguraation, jotka absorbaattorit estävät ei-toivottua ääntä menemästä konfiguraation läpi.

Akustinen melu ja korkea äänitaso on huomattava ympäristöllinen ongelma, joka on kasvavan mielenkiinnon kohteena. Erilaisia toimenpiteitä on käytetty ongelman vähentämiseksi. Eräs tavallinen toimenpide on ollut käyttää esteitä, joilla on erilaisia konfiguraatioita, estämään äänen leviäminen. Tällaisia esteitä ovat esimerkiksi heijastavat ja/tai vaimentavat äänisuojat, 2- ja 3-kerroksiset eristyslasit ikkunoissa, ääntä absorboivat päällysteet ja välieristeet rakennuksissa, koneissa ja liikennevälineissä.

Edellä mainittuihin toimenpiteisiin liittyy erilaisia epäkohtia: ne aiheuttavat pysyvän installaatio- ja/tai rakennemuutoksen, ne vaikuttavat myös ihmisten, eläinten, organismien, lämmön, sähkön ja ilman kuljettamiseen ääntä estävän rajan läpi.

ne sopivat huonosti tilapäiseen asennukseen/poistoon.

On myös tunnettua käyttää nk. vastaäänijärjestelmiä äänen leviämisen estämiseksi. Vastaäänijärjestelmille on tunnusomaista se, että sähköenergiaa syötetään sähköakustisiin muuttajiin niin, että syntyy äänikenttä, joka interferoi tulevan äänikentän kanssa ja vaimentaa tai vastaavasti vahvistaa tämän kentän eri paikoissa.

Lisäksi tunnetaan ennestään erilaisia akustisia absorbaattoreita äänen vaimentamiseksi tai hävittämiseksi. Tällaisia absorbaattoreita tai ääntä hävittäviä järjestelyjä tunnetaan esimerkiksi US-patenteista 2,502,017 ja 2,502,019. Nämä tunnetut laitteet on erityisesti tarkoitettu sisäkäyttöön, äänen absorbointlin olohuoneissa tai muissa tiloissa. Näiden patenttien mukaiset yksittäiset absorbaattorit ovat onttoja runkoja, joiden luonnolliset taajuudet määräytyvät absorbaat-toreiden mekaanisten dimensioiden perusteella.

2 75942

Optiikassa, sähkömagneettisten aaltojen etenemisessä, aaltojen etenemisessä elastisessa materiaalissa ja gravitaatioaalloissa, on lisäksi tunnettua, että on mahdollista havaita tai muodostaa nk. pisteabsorbaattoreita (valon resonanssiabsorptio atomeissa, antennit, tärinänvaimentimet, aaltovoimalaitokset), joiden nk. absorptio-poikkileikkaus/tilavuus tai nk. absorptiopituus on suurempi kuin pisteabsorbaattorin oma geometrinen ulottuvuus. Tämä pätee vain silloin, kun tulevan aallon taajuus aikaansaa absorbaattorin toiminnan resonanssimoodissa.

Edellä mainittu periaate pätee erityisesti, kun on kysymys tavalli-sistä antenneista sähkömagneettisia aaltoja varten, ja lisäksi viimeaikaisessa aaltovoimalaitoksen kehityksessä. Akustiikassa näitä periaatteita on, sikäli kuin hakijan tiedossa on, käytetty vain nk. akustisissa suodattimissa.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada laite, joka tekee mahdolliseksi estää äänen ja melun leviämisen ilman, että siinä on edellä mainittuja tunnetun tekniikan epäkohtia, jotka liittyvät äänen hävittämiseen.

Tarkoituksen toteuttamiseksi on aikaansaatu johdannossa määritellyn kaltainen laite, joka käsittää akustisista absorbaattoreista koostuvan konfiguraation, jotka absorbaattorit estävät ei-toivottua ääntä menemästä konfiguraation läpi. Sille on tunnusomaista se, että absorbaattorit muodostuvat sähköakustisista, pisteabsorbaattori-tyyppisistä muuntimista, joiden siirtofunktiot on laskettu vaimennettavan äänikentän mittausten perusteella, ja kehittyneiden, mainittujen siirtofunktioiden laskemiseen tarkoitettujen, tietokoneohjelmien avulla.

3 75942

Ilmaisulla "sähköakustinen, pisteabsorbaattorityyppinen muunnin" tarkoitetaan sitä, että muuntimien karakteriset dimensiot ovat huomattavasti pienemmät kuin aallonpituus, eli ne eivät ole diffraktiotyyppisiä absorbaattoreitä.

Ilmaisulla "siirtofunktiot" tarkoitetaan tulevan äänisignaalin ja muuntimen sähköenergiaa kuluttavaan elementtiin syöttämän sähkösignaalin välistä suhdetta.

Sähköakustiset muuntimet voivat olla mitä tahansa tunnettua tyyppiä, mutta ovat esimerkiksi sähködynaamisia, sähkömagneettisia, kapasitiivisia, pietsosähköisiä tai pietsoresistiivisiä.

Mitä tulee edellä mainittuun vastaäänijärjestelmään, on pantava merkille, että keksinnön mukainen laite on olennaisesti erilainen kuin vastaäänijärjestelmä, koska keksinnön mukaisessa laitteessa periaatteessa yhtään energiaa ei syötetä tai lisätä äänikenttään.

Keksintö hyödyntää sähköakustisia, pisteabsorbaattorityyppisiä muuntimia, jotka on järjestetty yksi-, kaksi- tai kolmidimenslo-naalisiln konflguraatioihin tai järjestelmiin. Sähköakustiset muuntimet voivat olla pienen ja halvan konstruktion omaavia mikrofoneja. Tärkeimmistä mikrofoni- 4 75942 tyypeistä voidaan mainita sähködynaamiset mikrofonit, kapa-sitiiviset mikrofonit, hiilipölymikrofonit, pietsosähköiset tai pietsoresistiiviset mikrofonit jne. Mikrofonit on viritetty yhdelle tai useammalle halutulle resonanssitaa-juudelle ja siirtofunktiolle. Yksittäisen mikrofonin viritys tehdään sen mekaanisen mitoituksen avulla ja/tai sähkölaitteella, joka on liitetty mikrofonin ulostuloon. Sähkölaitteet voivat olla esimerkiksi tunnettuja passiivisia tai sähköisiä suodattimia.

Useiden mikrofonien konfiguraatioille voidaan myös antaa luonnolliset taajuudet yksittäisten mikrofonien luonnollisten taajuuksien lisäksi. Nämä luonnolliset taajuudet valitaan konfiguraatiossa olevien mikrofonien sijoittamiskaavan mukaan. Tällaiset konfiguraatiot estävät äänen ja melun leviämisen ilman, että niihin liittyy merkittävässä määrin aiemmin esitettyjä, tunnetussa tekniikassa olevia epäkohtia. Lisäksi niillä on se etu, että sähköisten menetelmien avulla, niille voidaan antaa karakteristinen tai siirtofunktio, joka voi vaihdella haluttaessa.

Keksinnön mukainen laite voi koostua lähes rajoittamattomasta määrästä erilaisia konfiguraatioita. Erilaisissa konfiguraatioissa pisteabsorbaattorit, jotka muodostavat osan niistä, voidaan järjestää kaavaan tai muotoon, joka on sopiva kuhunkin tarkoitukseen ja joka voidaan laskea kehittyneillä, matemaattisilla laskuilla.

Seuraavassa keksintöä selitetään edelleen viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa : Kuv. IA ja IB esittävät pituusleikkauksen ja poikkileikkauk sen putkesta, jossa on rivi sähköakustisiä muuntimia.

Kuv. 2 esittää kuv.l vastaavan rivin, jossa kuitenkin muun timet on liitetty passiivisiin sähköelementteihin.

5 75942

Kuv. 3 esittää kuv.l vastaavan rivin, jossa kuitenkin muuntimet on liitetty aktiivisiin sähköelementteihin.

Kuv. 4 esittää putken, jossa on kaksi sähköakustista muun-ninta, joihin on kytketty laite signaalin laskemiseksi ja synnyttämiseksi muuntimille.

Piirustuksissa, joissa samat viitenumerot tarkoittavat eri kuvioissa samoja elementtejä, on lähdetty keksinnön mukaisen laitteen yksinkertaisesta, mutta havainnollisesta sovellu-tusmuodosta. Tämä on esitetty yksinkertaisimmassa muodossaan kuvioissa IA ja IB, jotka esittävät osaa putkesta 1, johon on järjestetty kolme sähköakustista, pisteabsorbaattori-tyyppistä muunninta 2. Muuntimet on järjestetty suoraan riviin peräkkäin ja sijaitsevat putken pituusakselilla ja, kuten kaaviomaisesti on esitetty, niitä kannattavat tuet 3. Muuntimet muodostuvat mikrofoneista, ja kuten on esitetty, niissä ei ole ulkopuolisia kytkentöjä. Ääni tai melu tulee nuolen A suunnassa, ja mikrofonien siirtofunktiot (resonans-sitaajuudet) on sovitettu siten, että kyseessä oleva ääni vaimenee tehokkaasti kulkiessaan mikrofonien ohi. Ääni vaimenee asteittain ohittaessaan mikrofonit ja eliminoituu olennaisesti kokonaan merkityksellisellä taajuusalueella käytettäessä esimerkiksi 5-7 mikrofonia. Esitetty sovellu-tusmuoto voidaan sovittaa monia tarkoituksia varten, esimerkiksi tuuletuskanavien vennttiliäänien vähentämiseksi/elimi-noimiseksi.

Kuv.2 mukaisessa sovellutusmuodossa on esitetty kolme mikrofonia 4, jotka on järjestetty samalla tavalla kuin kuviossa 1, mutta tässä kukin mikrofoni on yhdistetty passiiviseen sähköelementtiin 5, esimerkiksi passiivisen sähkösuodattimen '·.! muodossa, joka vaikuttaa mikrofonien siirtofunktioihin halutulla tavalla.

Kuviossa 3 on myös esitetty konfiguraatio, joka vastaa kuviota 1, mutta tässä kolme mikrofonia 6 on kytketty aktii- 6 75942 visiin sähköelementteihin 7 sopivan vaikutuksen kohdistamiseksi mikrofonien siirtofunktioihin.

Kuviossa 4 on esitetty kaksi mikrofonia 8, jotka on sijoitettu kuvioiden 1-3 mikrofoneja vastaavasti. Kuitenkin tässä sovellutusmuodossa mikrofonien ulostulot on kytketty laitteen 9 sisäänmenoon, joka laite syötetystä signaalista, eli muuntimien 8 absorboimasta energiasta, laskee ja synnyttää sähkösignaalin, joka syötetään muuntimiin niiden siirto-funktioihin vaikuttamiseksi siten, että aikaansaadaan mahdollisimman tehokas vaimennus, esimerkiksi vaihtelevan ääni-kentän yhteydessä. Laite 9 voi muodostua olennaisesti mikroprosessorista mainitun signaalin laskemiseksi, ja vahvistus-piiristä signaalin syöttämiseksi sopivalla tasolla muuntimiin.

Kuten ymmärretään, keksinnön mukaiset laitteet voidaan sovittaa moniin eri tarkoituksiin. Joitain lisäesimerkkejä mainitaan seuraavassa, jossa pisteabsorbaattorityyppisiä sähkö-akustisia muuntimia, joihin on mahdollisesti yhdistetty sähkökytkentöjä, kutsutaan niiden lyhentämiseksi vain pisteabsorbaattoreiksi.

1) Avoimen ikkunan kautta tulevan äänen vaimennus: yksi tai useampi pisteabsorbaattori on suspendoitu ikkuna-aukkoon sopivassa (lasketussa) konfiguraatiossa.

2) Äänen vaimennus sijoittamalla pisteabsorbaattori ikkunakehykseen tai -puitteeseen: tämä mahdollistaa äänen vaimennuksen niin avoimissa kuin suljetuissa ikkunoissa.

3) Konerakenteista, rakennuksista ym. tulevien äänten vaimennus: tukirakenteet (kiinteät tai liikkuvat) on varustettu pisteabsorbaattoreilla tukilankojen risteyskohdissa. Tuki-langan tulee olla sähköä johtava (teräs, alumiini tai synteettiset kuidut, joissa on johtavat langat, esim. ruostumattomasta teräksestä, raudasta, kuparista, hiilestä, jne.).

7 75942 4) Ääntä vaimentavat verhot: Johtavasta langasta tehdyt verkot on muotoiltu verhoiksi, jotka on varustettu pisteab-sorbaattorikonfiguraatiolla äänen/melun vaimentamiseksi olohuoneissa, pysyvien tai tilapäisten äänilähteiden ympärillä olohuoneissa, asunnoissa, ulkotiloissa, jne.

5) Tieliikenteen aiheuttaman melun vaimennus: osittain maisemaa pilaavat äänivallit, joita nykyisin on sijoitettu varsinkin pitkin erityisen vilkkaasti liikennöityjä teitä, voidaan korvata pisteabsorbaattorikonfiguraatioita omaavilla aidoilla tai kevyillä pylväsriveillä. On mahdollista tehdä nämä laitteet itseilmaiseviksi, eli ne on esimerkiksi varustettu valosignaaleilla, jotka koko ajan ilmoittavat sen hetkisen äänitason.

Claims (5)

8 75942

1. Laite äänen ja akustisen melun valmentamiseksi» joka laite käsittää akustisista absorbaattorelsta koostuvan konfiguraation, jotka absorbaattorlt estävät el-toivottua ääntä menemästä konfiguraation läpi, tunnettu siltä, että absorbaattorlt muodostuvat sähköakustisista, plsteabsorbaattorltyypplslstä muuntlmlsta (2), joiden siirtofunktiot on laskettu valmennettavan äänlkentän mittausten perusteella, ja kehittyneiden, mainittujen siirtofunktioiden laskemiseen tarkoitettujen, tietokoneohjelmien avulla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että ainakin yhden muuntimen (2) siirtofunktion määrittelee vain sen sähköinen ja mekaaninen mitoitus.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että ainakin yksi muunnin (4) on kytketty passiivisiin sähköelementteihin (5), jotka vaikuttavat sen siirtofunktioon.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että ainakin yksi muunnin (6) on kytketty aktiivisiin sähköelementteihin (7), jotka vaikuttavat sen siirtofunktioon.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen laite, tunnettu siitä, että ainakin yhteen muuntimista (8) on kytketty laite (9), joka muuntimen absorboimasta energiasta laskee ja synnyttää sähköisen signaalin, joka syötetään muuntimeen (8) ja vaikuttaa sen siirto-fuktioon.