RU2570693C1

RU2570693C1 - Multi-layer sound-insulating structure

Info

Publication number: RU2570693C1
Application number: RU2014145446/03A
Authority: RU
Inventors: Алексей Викторович Гладилин; Игорь Мильевич Маргулис; Владимир Юрьевич Мачнев; Всеволод Борисович Степанов; Юрий Исаакович Белоусов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева"
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2015-12-10

Abstract

FIELD: construction.SUBSTANCE: multi-layer sound-insulating structure comprises several alternating plates from serially connected layers of sound-absorbing and sound-insulating material fixed on a vibrating solid surface, an outer decorative panel. In sound-absorbing and sound-insulating layers there are holes, where vibration insulators are placed, fixed between the oscillating solid surface and outer decorative panel with provision of the gap between the oscillating solid surface and the first sound-insulating layer. Sound-insulating layers are made of a material with density and coefficient of losses of acoustic oscillations energy, exceeding density and coefficient of losses of acoustic oscillations energy of layers from sound-absorbing material. The outer decorative panel is made of two layers identical in thickness, and in the interval between which there is a vibration absorbing material, for instance, sand filling, which is stiffly glued to decorative panel layers. Decorative panel layers are joined to each other by threaded elements.EFFECT: invention makes it possible to increase efficiency of sound insulation of a multi-layer sound-insulating structure.1 dwg

Description

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для снижения уровня шума в судовых помещениях, а также в жилых и производственных помещениях, за счет повышения уровня звукоизоляции звукоизолирующих панелей, препятствующих проникновению шума в помещения, вызываемого вибрацией ограждающих конструкций.The invention relates to construction and can be used to reduce noise in ship's premises, as well as in residential and industrial premises, by increasing the level of sound insulation of soundproof panels, preventing the penetration of noise into the premises caused by vibration of building envelopes.

Известна многослойная звукоизолирующая конструкция, содержащая двухслойную пластину, имеющую N отверстий для крепления ее к поверхности, N - натуральное число, при этом двухслойная пластина состоит из первого слоя с коэффициентом потерь энергии акустических колебаний K1 и второго слоя с коэффициентом потерь энергии акустических колебаний K2>K1, обращенного к твердой поверхности, а стенки одного или более отверстий покрыты материалом с коэффициентом потерь энергии акустических колебаний K3>K1 (Патент РФ №2140498. МПК E04B 1/82, 1999 г.).A multilayer soundproofing structure is known, comprising a two-layer plate having N holes for attaching it to the surface, N is a natural number, and the two-layer plate consists of a first layer with an acoustic energy loss coefficient K1 and a second layer with an acoustic vibration energy loss coefficient K2> K1 facing a hard surface, and the walls of one or more holes are covered with a material with an acoustic energy loss coefficient of K3> K1 (RF Patent No. 2140498. IPC E04B 1/82, 1999).

Недостатком данной конструкции является низкий уровень звукоизоляции за счет использования звукоизолирующего материала с более низким по сравнению со звукопоглощающим материалом коэффициентом потерь.The disadvantage of this design is the low level of sound insulation due to the use of soundproofing material with a lower loss coefficient compared to sound-absorbing material.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является многослойная звукоизолирующая конструкция, содержащая несколько чередующихся пластин из последовательно соединенных слоев звукопоглощающего и звукоизолирующего материала, закрепленных на колеблющейся твердой поверхности, и внешний декоративный слой, при этом каждый слой из первого или второго слоя имеет, по крайней мере, один подслой с коэффициентом потерь энергии акустических колебаний большим, чем у второго слоя, а крепление подслоев и слоев осуществляется посредством мягких вибродемпфирующих мастик или с помощью крепежных элементов, входящих в отверстия, заполненные вибродемпфирующей мастикой, и перфорацию передней стенки шумопоглощающего пакета (Патент РФ №2347041, МПК E04B 1/82 от 22.06.2007 г.).The closest in technical essence and the achieved result (prototype) is a multilayer sound-insulating structure containing several alternating plates of successively connected layers of sound-absorbing and sound-insulating material fixed to an oscillating solid surface, and an external decorative layer, with each layer of the first or second layer having at least one sublayer with a coefficient of energy loss of acoustic vibrations greater than that of the second layer, and the fastening of sublayers and layers suschestvlyaetsya by soft vibration-damping mastic or by means of fixing elements included in the hole-filled vibration-damping mastic and perforated front wall noise absorbing package (RF Patent №2347041, IPC E04B 1/82 of 22.06.2007).

Недостатком данной многослойной звукоизолирующей конструкции является недостаточная звукоизолирующая способность указанной конструкции, связанная с тем, что первый слой имеет большую плотность и коэффициент акустических потерь, чем следующий за ним второй слой. Кроме того, первый слой вплотную прилегает к колеблющейся ограждающей конструкции.The disadvantage of this multilayer soundproofing structure is the insufficient soundproofing ability of this design, due to the fact that the first layer has a higher density and acoustic loss coefficient than the second layer following it. In addition, the first layer is adjacent to the oscillating enclosing structure.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности звукоизоляции многослойной звукоизолирующей конструкция.The technical result of the invention is to increase the efficiency of sound insulation of a multilayer soundproofing structure.

Технический результат достигается за счет того, что в многослойной звукоизолирующей конструкции, содержащей несколько чередующихся пластин из последовательно соединенных слоев звукопоглощающего и звукоизолирующего материала, закрепленных на колеблющейся твердой поверхности, и внешнюю декоративную панель, причем в звукопоглощающих и звукоизолирующих слоях выполнены отверстия, в которых размещены виброизоляторы, закрепленные между колеблющейся твердой поверхностью и внешней декоративной панелью с обеспечением зазора между колеблющейся твердой поверхностью и первым звукоизолирующим слоем, при этом звукоизолирующие слои выполнены из материала с плотностью и коэффициентом потерь энергии акустических колебаний, превышающими плотность и коэффициент потерь энергии акустических колебаний слоев из звукопоглощающего материала, внешняя декоративная панель выполнена из двух одинаковых по толщине слоев, в промежутке между которыми размещен вибропоглощающий материал, например песчаная засыпка, которая жестко приклеена к слоям декоративной панели, причем слои декоративной панели соединены между собой резьбовыми элементами.The technical result is achieved due to the fact that in a multilayer sound-insulating structure containing several alternating plates of successively connected layers of sound-absorbing and sound-insulating material, mounted on an oscillating solid surface, and an external decorative panel, with holes in the sound-absorbing and sound-insulating layers, in which vibration isolators are placed fixed between an oscillating solid surface and an external decorative panel with a gap between the oscillations a solid surface and the first sound insulating layer, while the sound insulating layers are made of a material with a density and coefficient of energy loss of acoustic vibrations exceeding the density and coefficient of energy loss of acoustic vibrations of layers of sound-absorbing material, the external decorative panel is made of two layers of the same thickness, in the gap between which vibration-absorbing material is placed, for example, sand backfill, which is rigidly glued to the layers of the decorative panel, and the layers are decorative Live panels are interconnected by threaded elements.

На рисунке приведена схема предложенной многослойной звукоизолирующей конструкции.The figure shows a diagram of the proposed multilayer soundproofing structure.

Многослойная звукоизолирующая конструкция содержит чередующиеся звукопоглощающие слои 3, 5, 7 и звукоизолирующие слои 4 и 6, причем первый звукопоглощающий слой 3 закреплен на колеблющейся твердой поверхности 1 с обеспечением зазора 2, при этом звукопоглощающие слои 3, 5, 7 и звукоизолирующие слои 4 и 6 соединены между собой, а последний звукопоглощающий слой 7 соединен с декоративной панелью 8, причем в звукопоглощающих 3, 5, 7 и звукоизолирующих слоях 4 и 6 выполнены отверстия, в которых размещены виброизоляторы 9, закрепленные между колеблющейся твердой поверхностью 1 и внешним декоративным слоем 8 с обеспечением зазора 2 между колеблющейся твердой поверхностью 1 и звукоизолирующим слоем 3. Внешняя декоративная панель 8 выполнена из двух одинаковых по толщине слоев, в промежутке между которыми размещен вибропоглощающий материал 10, например песчаная засыпка 11, которая жестко приклеена к слоям декоративной панели 8, причем слои декоративной панели 8 соединены между собой резьбовыми элементами 12.The multilayer soundproofing structure comprises alternating sound absorbing layers 3, 5, 7 and soundproofing layers 4 and 6, the first soundproofing layer 3 being fixed to the oscillating solid surface 1 to provide a clearance 2, while soundproofing layers 3, 5, 7 and soundproofing layers 4 and 6 interconnected, and the last sound-absorbing layer 7 is connected to the decorative panel 8, and in the sound-absorbing 3, 5, 7 and sound-insulating layers 4 and 6 holes are made in which the vibration isolators 9 are placed, fixed between the oscillating by the verdant surface 1 and the outer decorative layer 8, providing a gap 2 between the oscillating solid surface 1 and the sound insulating layer 3. The outer decorative panel 8 is made of two layers of the same thickness, between which there is a vibration-absorbing material 10, for example, sand filling 11, which is rigid glued to the layers of the decorative panel 8, and the layers of the decorative panel 8 are interconnected by threaded elements 12.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Принцип действия звуко- и виброизолирующего устройства основан на отражении энергии звуковой (вибрационной) волны от скачка волнового импеданса, создаваемого данным устройством, а также на интенсивном поглощении этой энергии внутри самого устройства. Например, виброизолятор 9 с упругим элементом из резины либо полимера с высокими внутренними потерями является устройством с малым волновым импедансом по сравнению с импедансами колеблющейся твердой поверхностью 1 и многослойной звукоизолирующей панели, между которыми он установлен. Одновременно, виброизолятор 9 является поглотителем энергии, отраженной от мест примыкания колеблющейся твердой поверхности 1 и многослойной звукоизолирующей панели.The principle of operation of a sound and vibration isolating device is based on the reflection of the sound (vibrational) wave energy from the wave impedance jump created by this device, as well as on the intensive absorption of this energy inside the device itself. For example, a vibration isolator 9 with an elastic element made of rubber or polymer with high internal losses is a device with a low wave impedance compared to the impedances of an oscillating solid surface 1 and a multilayer soundproof panel between which it is installed. At the same time, the vibration isolator 9 is an absorber of energy reflected from the junction of the oscillating solid surface 1 and the multilayer soundproof panel.

Слои звукопоглощающего материала 3, 5 и 7 при большой толщине могут являться хорошим звуко- и виброизолятором благодаря сильному затуханию волн в толще поглотителя. Практически полное затухание энергии волны в слое звукопоглощающего материала толщиной h происходит при условии k″h≥2, где k″ - мнимая часть волнового числа в поглощающем материале. Однако в области низких и средних частот, представляющих с точки зрения изоляции наибольший интерес, толщина звукопоглощающего материала, удовлетворяющая указанному условию, является неприемлемо большой для конструкций дополнительной изоляции.The layers of sound-absorbing material 3, 5 and 7 with a large thickness can be a good sound and vibration isolator due to the strong attenuation of the waves in the thickness of the absorber. Almost complete attenuation of wave energy in a layer of sound-absorbing material with a thickness h occurs under the condition k ″ h≥2, where k ″ is the imaginary part of the wave number in the absorbing material. However, in the field of low and medium frequencies, which are of greatest interest from the point of view of insulation, the thickness of the sound-absorbing material satisfying this condition is unacceptably large for additional insulation structures.

Так, для материала типа БЗМ (минераловатные плиты) даже на частоте f = 100 Гц величина k″ = 3.3 рад/м, что дает: h=2/k″ = 0.6 м.So, for a material like BZM (mineral wool boards) even at a frequency f = 100 Hz, the value of k ″ = 3.3 rad / m, which gives: h = 2 / k ″ = 0.6 m.

Недостаточное поглощение в слое звукопоглощающего материала приемлемой толщины может частично скомпенсировать введение в структуру изолирующей конструкции тонких звукоизолирующих слоев 4 и 6 с высокой поверхностной массой m = ρh. Такие плотные слои, обладая высоким инерционным сопротивлением (импедансом) jωm, являются эффективной преградой на пути распространения звуковой волны. Их наличие приводит к многократному отражению волн в толще ЗПМ и, следовательно, к интенсивному поглощению.Insufficient absorption in the layer of sound-absorbing material of acceptable thickness can partially compensate for the introduction of thin soundproof layers 4 and 6 with high surface weight m = ρh into the structure of the insulating structure. Such dense layers, having a high inertial resistance (impedance) jωm, are an effective barrier to the propagation of a sound wave. Their presence leads to multiple reflection of waves in the bulk of the SCM and, consequently, to intense absorption.

Таким образом, рациональная структура звуко- и виброизолирующей конструкции должна включать в себя чередующиеся звукопоглощающие 3, 5 и 7 и звукоизолирующие 4 и 6 массовые слои. Их количество зависит от ограничений, наложенных на массово-габаритные параметры конструкции, при этом звукоизолирующие слои 4 и 6 выполнены из материала с плотностью и коэффициентом потерь энергии акустических колебаний, превышающими плотность и коэффициент потерь энергии акустических колебаний слоев из звукопоглощающего материала 3, 5 и 7.Thus, the rational structure of the sound and vibration isolating structure should include alternating sound absorbing 3, 5 and 7 and sound insulation 4 and 6 mass layers. Their number depends on the restrictions imposed on the mass-dimensional parameters of the structure, while the sound-insulating layers 4 and 6 are made of material with a density and energy loss coefficient of acoustic vibrations exceeding the density and energy loss coefficient of acoustic vibrations of layers of sound-absorbing material 3, 5 and 7 .

При возникновении резонанса изгибных колебаний звукоизолирующих пластин звукоизолирующая способность в значительной степени снижается. Для устранения резонансных явлений необходимо увеличить вибропоглощение конструкции. Увеличение вибропоглощения конструкции осуществляется за счет того, что внешняя декоративная панель 8 выполнена из двух одинаковых по толщине слоев, в промежутке между которыми размещен вибропоглощающий материал 10, например, песчаная засыпка 11, которая жестко приклеена к слоям декоративной панели 8, причем слои декоративной панели 8 соединены между собой резьбовыми элементами 12.When a resonance of bending vibrations of the soundproofing plates occurs, the soundproofing ability is significantly reduced. To eliminate resonance phenomena, it is necessary to increase the vibration absorption of the structure. The vibration absorption of the structure is increased due to the fact that the external decorative panel 8 is made of two layers of the same thickness, between which the vibration-absorbing material 10 is placed, for example, sand filling 11, which is rigidly glued to the layers of decorative panel 8, and the layers of decorative panel 8 interconnected by threaded elements 12.

При совместных изгибных колебаниях скрепленных слоев декоративной панели 8 возникает относительное смещение слоев песчаной засыпки 11, сопровождающееся трением и, как следствие этого, вибропоглощением изгибных (особенно резонансных) колебаний конструкции. Это, в свою очередь, приводит к увеличению ее звукоизолирующей способности. Эффективная работа конструкции начинается с частот порядка $f \geq \frac{C_{L} h}{D^{2}}$

, где C_L - скорость продольной волны в пластинах панели, h - толщина пластин, D - наибольший размер панели.With joint bending vibrations of the bonded layers of the decorative panel 8, a relative displacement of the sand filling layers 11 occurs, accompanied by friction and, as a result, vibration absorption of bending (especially resonant) vibrations of the structure. This, in turn, leads to an increase in its soundproofing ability. Effective construction begins with frequencies of the order of

f \geq \frac{C_{L} h}{D^{2}}

where C _L is the longitudinal wave velocity in the panel plates, h is the plate thickness, D is the largest panel size.

Claims

A multilayer sound-insulating structure containing several alternating plates of successively connected layers of sound-absorbing and sound-insulating material fixed to an oscillating solid surface, and an external decorative panel, characterized in that holes are made in the sound-absorbing and sound-insulating layers, in which vibration isolators are placed, fixed between the oscillating solid surface and an external decorative panel with a gap between the oscillating solid surface and the first a soundproofing layer, while the soundproofing layers are made of a material with a density and coefficient of energy loss of acoustic vibrations exceeding the density and coefficient of energy loss of acoustic vibrations of layers of sound-absorbing material, the external decorative panel is made of two layers of the same thickness, in the interval between which is vibration-absorbing material for example, a sand backfill that is firmly glued to the layers of the decorative panel, the layers of the decorative panel being interconnected by a cut bovymi elements.