RU1768726C

RU1768726C - Sound-proof fence permeable to air

Info

Publication number: RU1768726C
Application number: SU894705808A
Authority: RU
Inventors: Вилен Александрович Терк
Original assignee: Ленинградский Государственный Проектный Институт Электротехнической Промышленности
Priority date: 1989-06-14
Filing date: 1989-06-14
Publication date: 1992-10-15

Abstract

Изобретение относитс к строительной акустике и может быть использовано дл защиты от шумов с рко выраженным спектром низких, и средних частот, а также в качестве специальных звукоизолирующих устройств, например, звукоизол ционных ворот дл заглушенных камер высшего класса , т.е. с очень низкой граничной частотой (frp 20-31,5 Гц) и жесткими требовани ми на уровень фонового шума внутри камеры The invention relates to building acoustics and can be used for protection against noises with a pronounced spectrum of low and medium frequencies, as well as special soundproofing devices, for example, soundproofing doors for high-end damped cameras, i.e. with a very low cutoff frequency (frp 20-31.5 Hz) and strict requirements for the background noise level inside the camera

Description

Изобретение относитс к строительной акустике и может быть использовано в промышленных здани х дл защиты от шумов с рко выраженным спектром низких и средних частот, а также в качестве специальных звукоизолирующих устройств, например, звукоизол ционных ворот дл заглушенныхThe invention relates to building acoustics and can be used in industrial buildings for protection against noise with a pronounced spectrum of low and medium frequencies, as well as special soundproofing devices, for example, soundproofing doors for damped

камер высшего класса, т.е. с очень низкой граничной частотой (frp 20-31,5 Гц) и жесткими требовани ми на уровень фонового шума внутри камеры (ф 20 дБ).cameras of the highest class, i.e. with a very low cutoff frequency (frp 20-31.5 Hz) and stringent requirements for the background noise level inside the camera (f 20 dB).

Известны звукоизол ционные воздухопроницаемые строительные ограждени , состо щие из двух расположенных другSoundproof breathable building fences consisting of two spaced apart are known.

против друга слоев, имеющих отверсти , соединенные каналами, причем каналы одного сло смещены относительно каналов другого сло , а против каналов одного сло размещены куполообразные углублени внутренней поверхности другого сло . При движении воздуха через данные каналы звукова энерги в области высоких частот претерпевает отражение и затухание,against the other layers having openings connected by channels, the channels of one layer being offset relative to the channels of the other layer, and against the channels of one layer, domed recesses of the inner surface of the other layer are placed. When air moves through these channels, the sound energy in the high-frequency region undergoes reflection and attenuation,

Недостатком данного ограждени вл етс невысока звукоизол ци в области низких частот и мала воздухопроницаемость .The disadvantage of this enclosure is its low sound insulation at low frequencies and low air permeability.

Наиболее близким по технической сущности вл етс звукоизол ционна воздухопроницаема перегородка, включающа наружные плиты с изол ционным промежуточным слоем и имеюща пр моугольные сквозные каналы с цилиндрическими углублени ми , соосно размещенными в боковых стенках каналов, объединенными в группы одинаковой глубины с противоположными конгруэнтными углублени ми, причем глубины смежных групп относ тс друг к другу как взаимно простые числа.The closest in technical essence is a soundproof breathable partition, including external plates with an insulating intermediate layer and having rectangular through channels with cylindrical recesses coaxially placed in the side walls of the channels, combined in groups of equal depth with opposite congruent recesses, moreover the depths of adjacent groups relate to each other as coprime numbers.

Недостатками указанного ограждени вл ютс необходимость дл звукоизол ции очень низких частот (20-31,5 Гц) выпол- нени соответствующих соосных конгруэнтных углублений очень большой глубины (пор дка 2-4 м в зависимости от нижней граничной частоты рабочего диапазона частоты), что трудно выполнимо; ограниченность воздухопроницаемости каналов верхним пределом отношени ширины канала к его высоте 1:16; при необходимости осуществлени воздухообмена больших объемов в случае звукоизол ции очень низких частот число соосно расположенных каналов значительно уменьшаетс (практически можно выполнить по высоте 1:2 канала), а увеличение ширины каналов .дл большей воздухопроницаемости влечет за собой резкое снижение звукоизолирующей способности ограждени .The disadvantages of this fence are the need for sound insulation of very low frequencies (20-31.5 Hz) to perform the corresponding coaxial congruent recesses of a very large depth (of the order of 2-4 m depending on the lower cutoff frequency of the operating frequency range), which is difficult doable; the limited air permeability of the channels with the upper limit of the ratio of the width of the channel to its height 1:16; if it is necessary to carry out large-volume air exchange in the case of sound insulation of very low frequencies, the number of coaxially arranged channels is significantly reduced (it can practically be done in a 1: 2 channel height), and an increase in the channel width .for greater breathability entails a sharp decrease in the soundproofing ability of the enclosure.

Цель изобретени - увеличение звукоизолирующей способности и воздухопроницаемости при сохранении габаритных размеров.The purpose of the invention is to increase sound insulating ability and breathability while maintaining overall dimensions.

Поставленна цель достигаетс тем, что в звукоизол ционном воздухопроницаемом ограждении пр моугольные сквозные; соос- ные каналы в плитах с промежуточным слоем выполнены с соотношением сторон сечени от 1:50 до 1:17, а на их стенках большей площади с цилиндрическими соос- ными углублени ми, объединенными конг-- руэнтно в группы одинаковой глубины так, что глубины в смежных группах относ тс друг к другу как взаимно простые числа,The goal is achieved in that in a soundproof breathable enclosure, rectangular through; the coaxial channels in the plates with an intermediate layer are made with a ratio of the sides of the cross section from 1:50 to 1:17, and on their walls of a larger area with cylindrical coaxial recesses combined congruently into groups of the same depth so that the depths in adjacent groups relate to each other as coprime numbers,

установлены рамы с прикрепленными к ним упругими перфорированными пластинами и толщиной, меньшей 0,16 длины волны на наибольшей частоте из диапазона частотFrames are installed with elastic perforated plates attached to them and a thickness of less than 0.16 wavelength at the highest frequency from the frequency range

подлежащих заглушению звуковых волн. Диаметр перфорационных отверстий в пластинах не превышает диаметр углублений, а число отверстий не меньше числа углублений ,sound waves to be drowned out. The diameter of the perforations in the plates does not exceed the diameter of the recesses, and the number of holes is not less than the number of recesses,

0 На фиг. 1 приведен общий вид ограждени ; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез (фрагмент); на фиг. 3 - план рамы или креплени пластины к стенке канала.0 in FIG. 1 shows a general view of the fence; in FIG. 2 - the same, transverse section (fragment); in FIG. 3 is a plan of a frame or fixing a plate to a channel wall.

Звукоизол ционное воздухопроницае5 мое ограждение состоит из плит 1 и 2, между которыми расположен промежуточный слой 3 (в случае одной плиты промежуточный слой отсутствует) в виде воздушного промежутка или из упругов зкого материала, на0 пример, базальтового волокна, пенопласта и т.п. Плиты 1 и 2 содержат пр моугольные сквозные соосные каналы 4 сечением 0,02x1 м, В широких стенках каналов выполнены конгруэнтные цилиндрические углублени Soundproof breathable5 enclosure consists of plates 1 and 2, between which an intermediate layer 3 is located (in the case of one plate, an intermediate layer is absent) in the form of an air gap or of elastic viscous material, for example, basalt fiber, foam, etc. Plates 1 and 2 contain rectangular through coaxial channels 4 with a cross section of 0.02 x 1 m. Congruent cylindrical recesses are made in the wide walls of the channels

5 5, объединенные в группы одинаковой глубины и одного диаметра, причем отношение глубин в смежных группах углублений равно отношению взаимно простых чисел. Последовательность расположени групп углуб0 лений не оказывает вли ни на эффективность звукоизол ции ограждени . По периметру стенок канала 4 жестко крепитс при помощи кле , винтов и т.д. прокладка в виде рамы 6 толщиной h, много5 5, combined into groups of the same depth and one diameter, and the ratio of depths in adjacent groups of recesses is equal to the ratio of mutually prime numbers. The sequence of arrangement of the recess groups does not affect the sound insulation efficiency of the enclosure. Along the perimeter of the walls of the channel 4, it is rigidly fixed with glue, screws, etc. gasket in the form of a frame 6 of thickness h, a lot

5 меньшей длины волны на верхней граничной частоте рабочего диапазона частот, создающа относ перфорированной пластины 7 от стенок канала 4 с углублени ми 5. Диа- летр отверстий 8 в пластине 7 равен либо5 of a shorter wavelength at the upper cut-off frequency of the operating frequency range, which creates a relative perforated plate 7 from the walls of the channel 4 with recesses 5. The diameter of the holes 8 in the plate 7 is either

0 меньше наименьшего диаметра углублений 5 каждой группы, а коэффициент перфорации пластины 1 равен, либо больше коэффициента перфорации стенок с углублени ми 50 is less than the smallest diameter of the recesses 5 of each group, and the perforation coefficient of the plate 1 is equal to or greater than the perforation coefficient of the walls with recesses 5

5 Рама 6 может быть выполнена при необходимости с одной или несколькими перегородками 9, образующими две или больше одинаковых либо разных полостей 10 между стенками канала 4 большей площади и пла0 стинами 7. Плиты 1 и 2 фиксируютс соединительными элементами, например, в виде скоб 11, снабженных зажимными болтами 12.5 The frame 6 can be made, if necessary, with one or more partitions 9, forming two or more identical or different cavities 10 between the walls of the channel 4 of a larger area and the plates 7. The plates 1 and 2 are fixed by connecting elements, for example, in the form of brackets 11, equipped with clamp bolts 12.

Расширение частотной полосы эффек5 т лвной звукоизол ции ограждением в сторону низких частот и увеличение звукоизолирующей способности ограждени основано на следующих физических представлени х. Под действием проход щей звуковой волны в канале 4, представл ющем пр моугольный волновод, упругие пластины 7 начинают колебатьс , подобно мембранам, на нулевой моде с собственной частотой, много ниже желаемой частоты запирани волновода, и на последующих модах колебаний, завис щих от размеров пластины 7 и жесткости ее креплени по контуру.The widening of the frequency band of effective sound insulation of the fence towards low frequencies and the increase of the soundproofing ability of the fence are based on the following physical concepts. Under the action of a transmitted sound wave in the channel 4, which represents a rectangular waveguide, the elastic plates 7 begin to oscillate, like membranes, in the zero mode with an eigenfrequency much lower than the desired blocking frequency of the waveguide, and in subsequent modes of vibration, depending on the size of the plate 7 and the rigidity of its fastening along the contour.

В результате происходит интерференци пр мых волн и волн, излучаемых пластиной . Величина звукоизол ции в этом случае зависит от отношени внутреннего активного сопротивлени пластины г к ее сопротивлению излучени R, При уменьшении r/R эффект звукоизол ции увеличиваетс . Однако, эта звукоизол ци имеет место только в сравнительно узких полосах - на основной частоте колебаний и ее гармониках . Это важно при наличии в спектре шума резко выраженной тональной составл ющей . При наличии двух или больше тональных составл ющих можно, разделив раму 6 перегородками 9 на неравные части, расширить таким образом полосу запирани (при достаточной длине упругой пластины 7), закрепив пластины 7 к этим перегородкам. Если требуетс усилить величину звукоизол ции на одной определенной составл ющей , раму 4 дел т перегородками 9 на одинаковые части и закрепл ют на перегородках упругую пластину 7, либо отдельные пластины одинакового размера.As a result, interference of direct waves and waves emitted by the plate occurs. The value of sound insulation in this case depends on the ratio of the internal active resistance of the plate r to its radiation resistance R. With decreasing r / R, the sound insulation effect increases. However, this sound insulation occurs only in relatively narrow bands - at the fundamental frequency of oscillations and its harmonics. This is important when there is a pronounced tonal component in the noise spectrum. In the presence of two or more tonal components, it is possible to divide the frame 6 by partitions 9 into unequal parts, thereby expanding the locking strip (with a sufficient length of the elastic plate 7), fixing the plates 7 to these partitions. If it is required to increase the sound insulation value on one particular component, the frame 4 is divided by partitions 9 into equal parts and an elastic plate 7 or separate plates of the same size are fixed on the partitions.

Однако, основной дополнительный эффект запирани на низких частотах получаетс за счет относа упругой перфорированной пластины 7 от стенки с углублени ми 5 на рассто ние h А/2 .1бА , где А-длина звуковой волны. В этом случае между взаимно присоединенными массами воздуха в углублени 5 стенки и взаимно присоединенными массами упругой перфорированной пластины 7 возникает сильное взаимодействие, в результате чего эффективна величина углублений значительно увеличиваетс , что равносильно увеличению глубины углублений при увеличении габаритов прототипа.However, the main additional effect of locking at low frequencies is obtained due to the relative elastic perforated plate 7 from the wall with recesses 5 to the distance h A / 2 .1 bA, where A is the sound wavelength. In this case, a strong interaction occurs between the mutually connected masses of air in the wall recess 5 and the mutually connected masses of the elastic perforated plate 7, as a result of which the effective size of the recesses increases significantly, which is equivalent to an increase in the depth of the recesses with an increase in the dimensions of the prototype.

При большом h ,1 см) это взаимодействие слабое и практически оказывает малое вли ние на расширение полосы звукоизол ции в сторону низких частот (как в прототипе), впрочем как и в сторону высоких . В известной перегородке частотна полоса звукоизол ции определ етс в основном глубиной конгруэнтных углублений и взаимодействием их присоединенных масс воздуха одной стенки. При уменьшении рассто ни между перфорированной пластиной и стенкой с углублени ми (h - 0)For large h, 1 cm), this interaction is weak and practically has little effect on the expansion of the sound insulation band towards low frequencies (as in the prototype), but also towards high frequencies. In a known partition, the frequency band of sound insulation is determined mainly by the depth of the congruent recesses and the interaction of their attached air masses of one wall. With a decrease in the distance between the perforated plate and the wall with recesses (h - 0)

их взаимно присоединенна масса воздуха в отверсти х пластины в предложении, что активные потери отсутствуют, стремитс к бесконечности. В результате этого возникает взаимодействие между присоединенными массами противолежащих упругих пластин, что преп тствует возникновению поперечных волн при увеличении длины волновода в поперечном сечении, т.е. ееtheir interconnected mass of air in the holes of the plate in the proposal that there are no active losses, tends to infinity. As a result of this, an interaction arises between the attached masses of opposite elastic plates, which prevents the appearance of transverse waves with an increase in the length of the waveguide in the cross section, i.e. her

практически можно брать любой длины, что невозможно делать в прототипе, т.к. взаимодействие между присоединенными массами отверстий противолежащих углублений слабое.almost any length can be taken, which is impossible to do in the prototype, because the interaction between the attached masses of the openings of the opposing recesses is weak.

Звукоизол ционное ограждение работает следующим образом.Sound insulation fence works as follows.

Звук, проход по каналу 4 ограждени , возбуждает колебани гибких перфорированных пластин 7, подобно мембранам, вызыва поглощение звука на частотах, определ емых собственной частотой колебани пластины и ее составл ющих. При этом нормальные моды низких номеров, которые хорошо поглощаютс в канале волновода , достига значительного эффекта звукоизол ции на фиксированных низких и определенной области средних частот. Колебани пластины 7 передаютс воздуху, наход щемус за этой пластиной в полост хSound passing through the channel 4 of the fence excites vibrations of flexible perforated plates 7, like membranes, causing sound absorption at frequencies determined by the natural frequency of oscillation of the plate and its components. In this case, the normal low-number modes, which are well absorbed in the waveguide channel, achieve a significant sound insulation effect at fixed low and a certain range of mid frequencies. The vibrations of the plate 7 are transmitted to the air located behind the plate in the cavities

10, колебани которого дают значительный эффект звукоизол ции на средних частотах и возбуждают колебани воздуха в углублени х 5 стенок каналов 4. Колебани воздуха в углублени х 5, наход щиес в противофазе с колебани ми воздуха в канале 4, в результате интерференции ослабл ют последние в основных и последующих полосах частот, на которые рассчитаны группы конгруэнтных углублений, начина с определенной фиксированной частоты дл каждой группы углублений. Наибольший эффект звукоизол ции при этом приходитс на область средних и высоких частот. Колебани воздуха в отверсти х 8 упругой пластины 7 взаимодействуют с колебани ми воздуха в углублени х 5, образу взаимно присоединенную массу отверстий и углублений , благодар чему поглощаютс низкие частоты, начина с частоты, завис щей главным образом от рассто ни между гибкой стенкой и углублени ми в следующей зависимости: чем меньше h, тем больше низка частота поглощаетс .10, the oscillations of which give a significant effect of sound insulation at medium frequencies and excite air vibrations in the recesses 5 of the channel walls 4. Oscillations of the air in the recesses 5, which are in antiphase with the air vibrations in the channel 4, as a result of interference, weaken the latter in main and subsequent frequency bands for which groups of congruent grooves are designed, starting with a specific fixed frequency for each group of grooves. The greatest effect of sound insulation in this case falls on the medium and high frequencies. The air vibrations in the holes 8 of the elastic plate 7 interact with the air vibrations in the recesses 5, forming a mutually connected mass of holes and recesses, whereby low frequencies are absorbed, starting from a frequency that mainly depends on the distance between the flexible wall and the recesses in the following relation: the smaller h, the more low the frequency is absorbed.

Таким образом, можно достигнуть значительной звукоизол ции практически во всем спектре частот слышимого диапазона 20-16000 Гц. Предпочтительной формой канала при этом вл етс щелевидна , с соотношением ширины к длине 1:4-1:50.Thus, significant sound insulation can be achieved in almost the entire frequency spectrum of the audible range of 20-16000 Hz. The preferred channel shape is slit-like, with a ratio of width to length 1: 4-1: 50.

Натурные испытани звукоизолирующей части ограждени с длиной канала 80 см и сечением 2x100 см дало эффект звукоизол ции во всем нормируемом спектре частот свыше 30 дБ (до уровн фонового шума).Field tests of the soundproof part of the fence with a channel length of 80 cm and a cross section of 2x100 cm gave a sound insulation effect in the entire normalized frequency spectrum over 30 dB (to the level of background noise).

Использование описанного ограждени позвол ет расширить частотный диапазон звукоизол ции на область низких частот, увеличить величину звукоизол ции в области низких и средних частот, повысить его воздухопроницаемость, а также уменьшить габаритные размеры звукоизолирующей части ограждени более чем в 10 раз.Using the described fence makes it possible to expand the frequency range of sound insulation to the low frequency region, increase the sound insulation value in the low and medium frequencies, increase its breathability, and also reduce the overall dimensions of the soundproof part of the fence by more than 10 times.

Claims

1. Soundproof breathable enclosure, including plates with an intermediate layer between them and rectangular through coaxial channels in cylindrical recesses, placed coaxially in opposite walls of a larger area and combined into groups of the same depth with opposite congruent recesses, the depths of which in adjacent groups relate to each other as mutually prime numbers, characterized in that, in order to increase the soundproofing ability and breathability while maintaining the gab itnyh sizes channels are sectional side ratio

1: 50-17, and on their walls with a larger area there are frames with elastic perforated plates attached to them, and the frames are made with a thickness of less than 0.16 wavelength at the largest

frequency from the range of frequencies to be muffled by sound waves.

2. Fencing pop. 1, characterized in that the holes in the plates are made with a diameter not exceeding the diameter of the recesses, and a number not less than the number of recesses.

(pc / g /

(rig. 2