PL248646B1 - Dwupanelowa półaktywna bariera akustyczna - Google Patents

Abstract

Dwupanelowa półaktywna bariera akustyczna, charakteryzuje się tym, że pomiędzy panelami (2) umieszczone są w wybranych punktach, sprzęgające, dwustanowe elementy wykonawcze (3) przymocowane od strony ruchomego sworznia do pierwszego panelu (2), od strony obudowy do drugiego panelu, przy czym w obudowie zamontowany jest sterowany hamulec sworznia. Bariera wyposażona jest w czujnik referencyjny (6) umieszczony na lub przy źródle hałasu (1). Bariera wyposażona jest w czujnik błędu (7) umieszczony na lub przy barierze.

Description

Przedmiotem wynalazku jest dwupanelowa półaktywna bariera akustyczna, przeznaczona do zastosowania jako ściany obudów urządzeń generujących znaczący hałas, przegrody akustyczne w budynkach lub innego rodzaju bariery dźwiękoizolacyjne, w szczególności w zastosowaniach gdzie dostępność źródeł energii jest ograniczona.

Struktury dwupanelowe znajdują wiele zastosowań, w których pożądaną cechą jest wysoka izolacyjność akustyczna. Struktury dwupanelowe wykorzystywane są w nowoczesnym budownictwie energooszczędnym. Znanymi firmami oferującymi wspomniane rozwiązania są między innymi Ytong oraz Weckenmann. Przykładem zgłoszenia patentowego poświęconego ścianom dwupanelowym w budownictwie jest zgłoszenie o numerze KR20180094673. Struktury dwupanelowe są również wykorzystywane w produkcji okien dwuszybowych, zapewniających wysoki poziom izolacji cieplnej i akustycznej. Produkcją okien dwuszybowych zajmują się między innymi polskie firmy Dako i Vetrex oraz zagraniczna firma SupaGIazing. Modyfikacje okien dwuszybowych są przedmiotem zgłoszeń patentowych, na przykład WO2018230896.

Wskazane dotychczas struktury dwupanelowe stanowią klasyczne rozwiązania pasywne - ich izolacyjność akustyczna determinowana jest wprost zaprojektowaną strukturą mechaniczną. Zaletą struktur dwupanelowych jest zapewnienie stosunkowo wysokiej izolacyjności akustycznej w szerokim paśmie częstotliwości przy względnie niewielkiej masie struktury. Wyjątkiem są jednak częstotliwości rezonansowe struktury, dla których charakterystyka częstotliwościowa izolacyjności akustycznej znacząco się pogarsza i okazuje się być często gorsza nawet od ekwiwalentnych barier jednopanelowych. Rezonanse te są niezwykle trudne do wyeliminowania przy użyciu wyłącznie mechanicznych środków. Alternatywą jest wykorzystanie struktur dwupanelowych wyposażonych w elementy wykonawcze, które umożliwiają sterowanie własnościami wibroakustycznymi bariery dwupanelowej (np. pozwalają wpływać na drgania struktury). Podejście to jest przedmiotem badań naukowych (Q. Mao, S. Pietrzko, Control of Noise and Structural Vibration, Springer, 2013). Dotychczasowe prace obejmują jednak wykorzystanie elementów wykonawczych przeznaczonych oryginalnie dla pojedynczych paneli, takich jak wzbudniki elektrodynamiczne lub plastry piezoelektryczne. Nie są znane prace, które rozpatrywałyby wykorzystanie półaktywnego sprzężenia struktur dwupanelowych, pełniej wykorzystujących specyfikę takiej struktury - np. rozpiętych pomiędzy panelami i umożliwiającymi efektywny transfer energii mechanicznej pomiędzy panelami w pożądany sposób.

Sprzężenie półaktywne charakteryzuje się tym, że w odróżnieniu od rozwiązania aktywnego nie pobudza paneli do drgań, lecz sprzęga lub rozprzęga punktowo panele w wybranych miejscach zależnie od binarnego sygnału sterującego.

Celem wynalazku jest izolacja akustyczna źródła hałasu od narażonych na niego ludzi za pomocą dwupanelowej półaktywnej bariery akustycznej, przy jednoczesnym niewielkim zapotrzebowaniu na energię dostarczaną z zewnętrznego źródła.

Istotą wynalazku jest dwupanelowa półaktywna bariera akustyczna, która charakteryzuje się tym, że pomiędzy panelami umieszczone są w punktach, zlokalizowanych w środkowej części panelu sprzęgające, dwustanowe elementy wykonawcze, zbudowane z obudowy, sworznia i sterowanego hamulca a przymocowane od strony ruchomego sworznia do pierwszego panelu a od strony obudowy do drugiego panelu. W obudowie zamontowany jest sterowany hamulec sworznia. Korzystnie hamulec jest sterowany poprzez sterownik. Bariera wyposażona jest w czujnik referencyjny i czujnik błędu.

Korzystnie czujnik referencyjny umieszczony na lub przy źródle hałasu. Czujnik referencyjny stanowi korzystnie czujnik drgań lub mikrofon. Korzystnie czujnik błędu umieszczony na lub przy barierze.

Korzystnie czujnik błędu stanowi mikrofon umieszczony, w polu akustycznym po dowolnej stronie bariery lub w przestrzeni międzypanelowej. Korzystnie czujnik błędu stanowi czujnik drgań umieszczony na powierzchni bariery.

Elementy wykonawcze mają charakter sztywnego łącznika, którego końce przymocowane są odpowiednio do powierzchni pierwszego i drugiego panelu bariery. Poprzez mechaniczne sprzęgnięcie lub rozprzęgnięcie obu paneli w wybranych punktach modyfikowana jest w zamierzony sposób charakterystyka częstotliwościowa izolacyjności akustycznej bariery - rezonanse dwupanelowej struktury bariery, które są odpowiedzialne za słabą izolacyjność akustyczną bariery dla odpowiadających im częstotliwości, przenoszone są w inny zakres częstotliwości, który w danej chwili nie jest pobudzany przez hałas (co jest szczególnie skuteczne dla hałasu, wąskopasmowego typowego dla większości urządzeń).

W efekcie, poprzez przełączanie elementów wykonawczych, charakterystyka częstotliwościowa izolacyjności akustycznej bariery może być dostosowywana do widma hałasu, tak aby pobudzane przez hałas pasma częstotliwości zawsze przypadały na pasma najefektywniejszej izolacyjności akustycznej bariery. Elementy wykonawcze mogą wymagać napięcia podtrzymującego stan włączony lub stan wyłączony. Alternatywnie, elementy wykonawcze mogą charakteryzować się bistabilnością i nie wymagać napięcia podtrzymującego. Elementy wykonawcze mogą również wprowadzać regulowaną sztywność połączenia o dowolnej wartości.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest osiągnięcie wyższej izolacyjności akustycznej bariery względem oryginalnej struktury dwupanelowej, przy jednoczesnym niewielkim zapotrzebowaniu na energię dostarczaną z zewnętrznego źródła. Poprawa ta jest szczególnie widoczna w zakresie niskich częstotliwości, które zazwyczaj są niewystarczająco tłumione przez klasyczne pasywne bariery, co czyni rozwiązanie według wynalazku skutecznym ich dopełnieniem. Ponadto, ze względu na półaktywny charakter rozwiązania według wynalazku, proponowany układ zawsze zachowuje stabilność. Dzięki temu, w razie usterki, układ w najgorszym razie nie będzie oferował poprawy względem klasycznej struktury dwupanelowej, ale nie istnieje ryzyko wzmocnienia hałasu.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania został przedstawiony na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia, dwupanelową półaktywną barierę akustyczną. Fig. 2 i 3 przedstawiają powiększenie elementu wykonawczego odpowiednio w stanie wyłączonym, (nie sprzęgającego paneli; Fig. 2) i w stanie włączonym (sprzęgającego panele: Fig. 3).

Bariera 1 pomiędzy panelami 2 ma umieszczone w punktach, zlokalizowanych w środkowej części panelu 2 sprzęgające, dwustanowe elementy wykonawcze 3, zbudowane z obudowy 8, sworznia 9 i sterowanego hamulca 10. Elementy wykonawcze 3 przymocowane są od strony ruchomego sworznia 9 do pierwszego panelu 2 a od strony obudowy 8 do drugiego panelu 2. W obudowie 8 zamontowany jest sterowany hamulec 10 sworznia 9: Bariera I wyposażona jest w czujnik referencyjny 6 i czujnik błędu 7.

W przykładzie wykonania dwupanelowej półaktywnej bariery akustycznej, źródło hałasu 1 oddzielone jest dwoma panelami 2 bariery I z elementami wykonawczymi 3 od odbiorcy 4 narażonego na źródło hałasu I. W przykładzie wykonania w elementach wykonawczych 3 rozpiętych pomiędzy panelami 2 zastosowano mechaniczny hamulec 10, który w stanie włączonym dzięki sile tarcia wymusza zachowanie stałej długości elementu wykonawczego 3 (odległości pomiędzy punktami mocowań na obu panelach 2) sprzęgając w ten sposób obydwa panele 2 w wybranym punkcie. W stanie wyłączonym hamulec 10 elementu wykonawczego 3 jest zwalniany i element wykonawczy 3 może swobodnie się wydłużać i skracać, w efekcie jedynie w niewielkim stopniu obciążając obydwa panele 2. Poprzez mechaniczne sprzęgnięcie lub rozprzęgnięcie obu paneli 2 w wybranych punktach modyfikowana jest w zamierzony sposób charakterystyka częstotliwościowa izolacyjności akustycznej bariery I, tak aby możliwie najkorzystniej dostosować ją do tłumionego źródła hałasu 1. W efekcie znacząco poprawiana jest izolacyjność akustyczna bariery I i redukowane jest przenikanie źródła hałasu 1 do przestrzeni, w której przebywa odbiorca 4. Elementy wykonawcze 3 przełączane są automatycznie za pomocą sterownika 5. Sterownik 5 decyduje o przełączeniu wybranych elementów wykonawczych 3 w oparciu o pomiary realizowane czujnikiem, referencyjnym 6 oraz czujnikiem błędu 7. W przykładzie wykonania jako czujnik referencyjny 6 zastosowano akcelerometr umieszczony na powierzchni źródła hałasu 1, natomiast jako czujnik błędu 7 zastosowano mikrofon umieszczony w polu akustycznym pomiędzy panelami 2 bariery I. Podczas pracy źródła hałasu 1 np. silnika elektrycznego z określoną prędkością obrotową, włączone są hamulce 10 w dwóch z trzech elementów wykonawczych 3. Kiedy źródło hałasu 1 - silnik przyśpiesza i zwiększana jest częstotliwość źródła hałasu 1, sterownik 5 zwalnia hamulec 10 jednego z elementów wykonawczych 3, przenosząc rezonans paneli 2 o częstotliwości, do której zbliża się częstotliwość źródła hałasu 1 przez niego generowana. Unikając pobudzenia rezonansu, zachowywana jest wysoka izolacyjność akustyczna bariery I.

Claims (8)

1. Dwupanelowa półaktywna bariera akustyczna, znamienna tym, że pomiędzy panelami (2) umieszczone są w punktach, zlokalizowanych w środkowej części panelu (2) sprzęgające, dwustanowe elementy wykonawcze (3), zbudowane z obudowy (8), sworznia (9) i sterowa

PL 248646 Β1 nego hamulca (10) a przymocowane od strony ruchomego sworznia (9) do pierwszego panelu (2) a od strony obudowy (8) do drugiego panelu (2), natomiast w obudowie (8) zamontowany jest sterowany hamulce (10) sworznia (9), przy czym bariera (I) wyposażona jest w czujnik referencyjny (6) i czujnik błędu (7).

2. Bariera według zastrz. 1 znamienna tym, że hamulec (10) jest sterowany poprzez sterownik (5).

3. Bariera według zastrz. 1 znamienna tym, że wyposażona jest w czujnik referencyjny (6) umieszczony na lub przy źródle hałasu (1).

4. Bariera według zastrz. 3 znamienna tym, że czujnik referencyjny (6) stanowi czujnik drgań.

5. Bariera według zastrz. 3 znamienna tym, że czujnik referencyjny (6) stanowi mikrofon.

6. Bariera według zastrz. 1 znamienna tym, że wyposażona jest w czujnik błędu (7) umieszczony na lub przy barierze (I).

7. Bariera według zastrz. 6 znamienna tym, że czujnik błędu (7) stanowi mikrofon umieszczony w polu akustycznym po dowolnej stronie bariery (I) lub w przestrzeni międzypanelowej.

8. Bariera według zastrz. 6 znamienna tym, że czujnik błędu (7) stanowi czujnik drgań umieszczony na powierzchni bariery (I).