RU2582137C2

RU2582137C2 - Sound absorbing element

Info

Publication number: RU2582137C2
Application number: RU2014134889/03A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов; Мария Олеговна Стареева; Мария Михайловна Стареева; Анна Михайловна Стареева; Татьяна Дмитриевна Ходакова
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2014-08-27
Filing date: 2014-08-27
Publication date: 2016-04-20
Also published as: RU2014134889A

Abstract

FIELD: acoustics.

SUBSTANCE: invention can be used for machine drive noise reduction, lining of manufacturing facilities and in other sound-absorbing structures. Sound absorbing element comprises a smooth and perforated surface between which a multilayer sound absorbing structure is made as rigid and perforated walls, between which there are layers of sound reflecting and sound-absorbing materials of different density arranged in two layers. Layers of sound reflecting material have a complex profile consisting of evenly distributed hollow tetrahedrons, which allow to reflect sound waves coming in all directions, and which are located near rigid and perforated walls, respectively. Layers of sound reflecting material are made from heat-insulating material able to maintain preset microclimate in room. Sound-absorbing material used is soundproof sheet material, which is based on magnesite binder with reinforcing glass or glass, or polyester, or porous sound-absorbing ceramic material with volume density 500÷1,000 kg/m³, and consisting of 100 pts.wt pearlite with grain diameter of 0.1÷8.0 mm, 80÷250 pts.wt of one of sintering materials selected from a group comprising ash dust, slag, quartz, lava, stones or clay as main material, 5÷30 pts.wt inorganic binder, wherein after sintering mixture of pearlite particles form communicating holes between contact surfaces so that inner pores are interconnected. Uses as sound reflecting material there is a material based on aluminium-containing alloys with subsequent filling of them with titanium hydride or air with density of 0.5…0.9 kg/m³ having the following strength properties: compression strength within 5…10 MPa, bending strength within 10…20 MPa, for example, foam aluminium, or sound insulating plates on the basis of glass staple fibre of “Shumostop” type with density of material equal to 60÷80 kg/m³. Perforated wall can be made of structural materials with, applied on their surface on one or two sides, layer of soft vibration dampening material, for example of VD-17, or paste material of “Gerlen-D” type. Ratio between thickness of material and vibration damping coating is within optimal range of values: 1/(2.5…3.5), or of stainless steel, or a galvanised steel sheet with thickness of 0.7 mm with a polymer protective-decorative coating such as “Pural” with thickness of 50 mcm or “polyester” with thickness of 25 mcm, or aluminum sheet with thickness of 1.0 mm and thickness of coating of 25 mcm, or from solid, decorative damping materials, for example, elastrons “Agat”, “Antivibrit”, “Schwim”. Inner surface of perforated surface facing sound-absorbing structure is lined with acoustically transparent non-woven material, for example Lutrasil.

EFFECT: invention allows to improve efficiency of sound absorption and reliability of the structure on the whole.

3 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к промышленной акустике и может быть использовано для снижения шума привода машин, облицовки производственных помещений и других звукопоглощающих конструкциях.The invention relates to industrial acoustics and can be used to reduce the noise of the drive machines, facing industrial premises and other sound-absorbing structures.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является звукопоглощающий элемент, применяемый в качестве облицовки производственных помещений, известный из патента РФ №2463412 (прототип).The closest technical solution to the technical nature and the achieved result is a sound-absorbing element used as a facing of industrial premises, known from the RF patent No. 2463412 (prototype).

Недостатком технического решения, принятого в качестве прототипа, является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения за счет наличия пустот между слоями, где отсутствует поглощение звука между слоями звукопоглотителя.The disadvantage of the technical solution adopted as a prototype is the relatively low noise reduction due to the presence of voids between the layers, where there is no sound absorption between the layers of the sound absorber.

Технический результат - повышение эффективности шумоглушения и надежности конструкции в целом.The technical result is an increase in the efficiency of sound attenuation and the reliability of the structure as a whole.

Это достигается тем, что звукопоглощающий элемент, содержащий гладкую и перфорированную поверхности, между которыми размещена многослойная звукопоглощающая конструкция, выполнен в виде жестких и перфорированных стенок, между которыми расположены слои звукоотражающего, а также звукопоглощающего материалов разной плотности, расположенные в два слоя, причем слои звукоотражающего материала выполнены сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, и которые расположены соответственно у жесткой и перфорированной стенок, а слои звукоотражающего материала выполнены из теплоизоляционного материала, способного поддерживать заданный микроклимат в помещении, а в качестве звукопоглощающего материала используются плиты из минеральной ваты на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральной ваты типа «URSA», или базальтовой ваты типа П-75, или стекловаты с облицовкой стекловойлоком, причем звукопоглощающий элемент по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «повиден», а перфорированная стенка имеет следующие параметры перфорации: диаметр отверстий - 3÷7 мм, процент перфорации 10%÷15%, причем по форме отверстия могут быть выполнены в виде отверстий круглого, треугольного, квадратного, прямоугольного или ромбовидного профиля, при этом в случае некруглых отверстий в качестве условного диаметра следует считать максимальный диаметр вписываемой в многоугольник окружности.This is achieved by the fact that a sound-absorbing element containing a smooth and perforated surface, between which a multilayer sound-absorbing structure is placed, is made in the form of rigid and perforated walls, between which are layers of sound-reflecting, as well as sound-absorbing materials of different density, located in two layers, and the layers of sound-reflecting the material is made of a complex profile, consisting of uniformly distributed hollow tetrahedra, allowing reflecting the sound falling in all directions waves, which are located respectively on the rigid and perforated walls, and the layers of sound-reflecting material are made of heat-insulating material that can maintain a given microclimate in the room, and rockwool or rockwool basalt based mineral wool slabs are used as sound-absorbing material. type “URSA”, or basalt wool type P-75, or glass wool with glass fiber lining, and the sound-absorbing element is lined with an acoustically transparent mat over its entire surface series, for example, fiberglass type EZ-100 or polymer type "poviden", and the perforated wall has the following perforation parameters: hole diameter - 3 ÷ 7 mm, perforation percentage 10% ÷ 15%, and the shape of the holes can be made in the form of round holes , triangular, square, rectangular or rhomboid profile, while in the case of non-circular holes, the maximum diameter of a circle inscribed in a polygon should be considered as a conditional diameter.

На чертеже изображена схема звукопоглощающего элемента.The drawing shows a diagram of a sound-absorbing element.

Звукопоглощающий элемент выполнен в виде жестких 1 и перфорированных 6 стенок, между которыми расположены слои звукоотражающего 2 и 5 материала, а также звукопоглощающего 3 и 4 материалов разной плотности, расположенные в два слоя, причем слои звукоотражающего материала выполнены сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, и которые расположены соответственно у жесткой 1 и перфорированной 6 стенок, а перфорированная стенка имеет следующие параметры перфорации: диаметр отверстий - 3÷7 мм, процент перфорации 10%÷15%, причем по форме отверстия могут быть выполнены в виде отверстий круглого, треугольного, квадратного, прямоугольного или ромбовидного профиля, при этом в случае некруглых отверстий в качестве условного диаметра следует считать максимальный диаметр вписываемой в многоугольник окружности.The sound-absorbing element is made in the form of rigid 1 and perforated 6 walls, between which are layers of sound-reflecting 2 and 5 materials, as well as sound-absorbing 3 and 4 materials of different densities, located in two layers, the layers of sound-reflecting material made of a complex profile consisting of uniformly distributed hollow tetrahedra, allowing to reflect sound waves incident in all directions, and which are located respectively at the rigid 1 and perforated 6 walls, and the perforated wall has the following the perforation parameters: the diameter of the holes is 3–7 mm, the percentage of perforation is 10% ÷ 15%, and the shape of the holes can be made in the form of holes of a round, triangular, square, rectangular or rhomboid profile, while in the case of non-circular holes as a conditional diameter should be considered the maximum diameter of the circle inscribed in the polygon.

Перфорированная стенка 6 может быть выполнена из конструкционных материалов с нанесенным на их поверхности с одной или двух сторон слоя мягкого вибродемпфирующего материала, например мастики ВД-17, или материала типа «Герлен-Д», при этом соотношение между толщинами материала и вибродемпфирующего покрытия лежит в оптимальном интервале величин: 1/(2,5…3,5).The perforated wall 6 can be made of structural materials with a layer of soft vibration-damping material, for example, VD-17 mastic or “Gerlen-D” type material applied to one or two sides of the surface, and the ratio between the thicknesses of the material and the vibration-damping coating lies in optimal range of values: 1 / (2.5 ... 3.5).

Перфорированная стенка 6 может быть выполнена из нержавеющей стали или оцинкованного листа толщиной 0,7 мм с полимерным защитно-декоративным покрытием типа «Пурал» толщиной 50 мкм или «Полиэстер» толщиной 25 мкм, или алюминиевого листа толщиной 1,0 мм и толщиной покрытия 25 мкм. Коэффициент перфорации перфорированных листов принимается равным или более 0,25.The perforated wall 6 can be made of stainless steel or a galvanized sheet with a thickness of 0.7 mm with a protective and decorative polymer coating of 50 μm thick or Polyester 25 μm thick, or an aluminum sheet with a thickness of 1.0 mm and a coating thickness of 25 microns. The perforation coefficient of perforated sheets is taken to be equal to or more than 0.25.

В качестве материала звукоотражающих слоев 2, 5 может быть применен материал на основе алюминесодержащих сплавов с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом с плотностью в пределах 0,5…0,9 кг/м³ со следующими прочностными свойствами: прочность на сжатие в пределах 5…10 МПа, прочность на изгиб в пределах 10…20 МПа, например пеноалюминия.As the material of the sound-reflecting layers 2, 5, a material based on aluminum-containing alloys can be used, followed by filling them with titanium hydride or air with a density in the range of 0.5 ... 0.9 kg / m ³ with the following strength properties: compressive strength in the range of 5 ... 10 MPa, bending strength in the range of 10 ... 20 MPa, for example foam aluminum.

В качестве материала звукоотражающих слоев 2, 5 могут быть применены звукоизоляционные плиты на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м³.As the material of the sound-reflecting layers 2, 5, sound-proofing plates based on glass staple fiber of the “Shumostop” type with a material density of 60 ÷ 80 kg / m ³ can be used.

Для снижения или коррекции времени реверберации помещений в его отделке применяют звукопоглощающие материалы и конструкции (звукопоглотители).To reduce or correct the reverberation time of premises, sound-absorbing materials and structures (sound absorbers) are used in its decoration.

Пористые звукопоглотители изготавливают в виде плит, которые крепятся к ограждающим поверхностям непосредственно или на относе, из легких и пористых минеральных штучных материалов - пемзы, вермикулита, каолина, шлаков и т.п. с цементом или другим вяжущим. Такие материалы достаточно прочны и могут быть использованы для снижения шума в коридорах, фойе, лестничных маршах общественных и промышленных зданий.Porous sound absorbers are made in the form of plates that are attached to the enclosing surfaces directly or on the basis of light and porous mineral piece materials - pumice, vermiculite, kaolin, slag, etc. with cement or other binder. Such materials are strong enough and can be used to reduce noise in corridors, foyers, staircases of public and industrial buildings.

Сырьем для их производства служат древесные волокна, минеральная вата, стеклянная вата, синтетические волокна. Поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается специальными пористыми красками, пропускающими воздух (например, Acutex Τ), или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например Лутрасилом.The raw materials for their production are wood fibers, mineral wool, glass wool, synthetic fibers. The surface of the fibrous absorbers is treated with special porous air-permeable paints (e.g. Acutex Τ), or coated with breathable fabrics or non-woven materials, such as Lutrasil.

В настоящее время волокнистые звукопоглотители являются наиболее употребительными в строительной практике. Они не только оказались наиболее эффективными с акустической точки зрения в широком частотном диапазоне, но и отвечают возросшим требованиям, предъявляемые к дизайну помещений.Currently, fibrous sound absorbers are the most common in construction practice. They not only proved to be the most effective from an acoustic point of view in a wide frequency range, but also meet the increased requirements for room design.

В волокнистых поглотителях рассеяние энергии колебания воздуха и превращение ее в тепло происходит на нескольких физических уровнях. Во-первых, вследствие вязкости воздуха, а его очень много в межволоконном пространстве, колебание частиц воздуха внутри поглотителя приводит к трению. Кроме этого, происходит трение воздуха о волокна, поверхность которых также велика. В-третьих, волокна трутся друг о друга и, наконец, происходит рассеяние энергии из-за трения кристаллов самих волокон. Этим объясняется, что на средних и высоких частотах коэффициент звукопоглощения волокнистых материалов находится в пределах 0,4…1,0. Коэффициент звукопоглощения α равен отношению не отразившейся (поглощенной внутри и прошедшей сквозь) от поверхности энергии колебания воздуха к полной энергии, воздействующей на поверхность. Коэффициенты звукопоглощения большинства строительных материалов см. в таблице 1.In fibrous absorbers, the dissipation of the energy of air vibrations and its transformation into heat occurs at several physical levels. Firstly, due to the viscosity of the air, and there is a lot of it in the interfiber space, the oscillation of air particles inside the absorber leads to friction. In addition, there is air friction on the fibers, the surface of which is also large. Thirdly, the fibers rub against each other and, finally, energy dissipation occurs due to the friction of the crystals of the fibers themselves. This explains that at medium and high frequencies the sound absorption coefficient of fibrous materials is in the range of 0.4 ... 1.0. The sound absorption coefficient α is equal to the ratio of the energy of the air vibration not reflected (absorbed inside and passed through) from the surface to the total energy acting on the surface. Sound absorption coefficients for most building materials are shown in table 1.

В качестве звукопоглощающего материала слоев 3 и 4 может быть применена минеральная вата на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральная вата типа «URSA», или базальтовая вата типа П-75, или стекловата с облицовкой стекловойлоком, или вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена. Поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается специальными пористыми красками, пропускающими воздух (например, Acutex Τ) или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например Лутрасилом.As sound-absorbing material of layers 3 and 4, rockwool-type mineral wool or URSA-type mineral wool, or P-75-type basalt wool or glass wool lined with glass wool, or foamed polymer, such as polyethylene or polypropylene. The surface of the fibrous absorbers is treated with special porous paints that allow air to pass through (for example, Acutex Τ) or coated with breathable fabrics or non-woven materials, such as Lutrasil.

Перфорированная стенка 6 выполнена из твердых, декоративных вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем внутренняя поверхность перфорированной поверхности, обращенная в сторону звукопоглощающей конструкция, облицована акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100, или полимером типа «повиден», или неткаными материалами, например «лутрасилом».The perforated wall 6 is made of solid, decorative vibration damping materials, for example, agate, antivibrate, and shvim plastic compounds, the inner surface of the perforated surface facing the sound-absorbing structure, lined with an acoustically transparent material, such as fiberglass type EZ-100, or a “see-through” polymer, or non-woven materials, for example, “lutrasil”.

В качестве звукопоглощающего материала может быть использован листовой шумозащитный материал, который выполнен на основе магнезиального вяжущего с армирующей стеклотканью или стеклохолетом. В качестве звукопоглощающего материала может быть использован полиэстер. В качестве звукопоглощающего материала может быть использован пористый звукопоглощающий керамический материал, имеющий объемную плотность 500÷1000 кг/м³ и состоящий из 100 мас. частей перлита с диаметром зерна 0,1÷8,0 мм, 80÷250 мас. частей одного из спекающих материалов, выбранных из группы, включающей зольную пыль, шлак, кварц, лаву, камни или глину в качестве основного материала, 5÷30 мас. частей неорганического связующего, причем после спекания смеси частицы перлита образуют сообщающиеся отверстия между своими контактирующими поверхностями так, что внутренние поры являются сообщающимися между собой.As a sound-absorbing material can be used sheet soundproofing material, which is made on the basis of magnesia binder with reinforcing fiberglass or glass fiber. As sound-absorbing material, polyester can be used. As a sound-absorbing material may be used a porous sound-absorbing ceramic material having a bulk density of 500 ÷ 1000 kg / ^m3 and consisting of 100 wt. parts of perlite with a grain diameter of 0.1 ÷ 8.0 mm, 80 ÷ 250 wt. parts of one of the sintering materials selected from the group including fly ash, slag, quartz, lava, stones or clay as the main material, 5 ÷ 30 wt. parts of the inorganic binder, and after sintering the mixture, the perlite particles form interconnected holes between their contacting surfaces so that the inner pores are interconnected.

Звукопоглощающий элемент работает следующим образом.Sound-absorbing element operates as follows.

Звуковая энергия от оборудования, находящегося в помещении, или другого излучающего интенсивный шум объекта, пройдя через перфорированную стенку 6, попадает на слои 2 и 5 звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, и которые расположены соответственно у жесткой 1 и перфорированной 6 стенок, а затем на слои 3 и 4 мягкого звукопоглощающего материала разной плотности, расположенные в два слоя (например, выполненного из базальтового или стеклянного волокна). В волокнистых поглотителях рассеяние энергии колебания воздуха и превращение ее в тепло происходит на нескольких физических уровнях. Во-первых, вследствие вязкости воздуха, а его очень много в межволоконном пространстве, колебание частиц воздуха внутри поглотителя приводит к трению. Переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии) происходит в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов Тельмгольца, где потери энергии происходят за счет трения колеблющейся с частотой возбуждения массы воздуха, находящегося в горловине резонатора, о стенки самой горловины, имеющей вид разветвленной сети пор звукопоглотителя. Кроме того, происходит трение воздуха о волокна, поверхность которых также велика. В-третьих, волокна трутся друг о друга и, наконец, происходит рассеяние энергии из-за трения кристаллов самих волокон. Этим объясняется, что на средних и высоких частотах коэффициент звукопоглощения волокнистых материалов находится в пределах 0,4…1,0.Sound energy from equipment located in the room or another object emitting intense noise from the object, passing through the perforated wall 6, falls on layers 2 and 5 of sound-reflecting material of a complex profile, consisting of uniformly distributed hollow tetrahedrons, which allow sound waves incident in all directions to be reflected, and which are located respectively at the rigid 1 and perforated 6 walls, and then on layers 3 and 4 of soft sound-absorbing material of different densities located in two layers (for example, made made of basalt or glass fiber). In fibrous absorbers, the dissipation of the energy of air vibrations and its transformation into heat occurs at several physical levels. Firstly, due to the viscosity of the air, and there is a lot of it in the interfiber space, the oscillation of air particles inside the absorber leads to friction. The transition of sound energy into thermal energy (dissipation, energy dissipation) occurs in the pores of a sound absorber, which are a model of Telmholtz resonators, where energy losses occur due to friction of the mass of air in the cavity of the resonator, which vibrates with the excitation frequency, against the wall of the neck itself, which has the form of a branched network pore absorber. In addition, there is air friction on the fibers, the surface of which is also large. Thirdly, the fibers rub against each other and, finally, energy dissipation occurs due to the friction of the crystals of the fibers themselves. This explains that at medium and high frequencies the sound absorption coefficient of fibrous materials is in the range of 0.4 ... 1.0.

Claims

1. Sound-absorbing element containing a smooth and perforated surface, between which is placed a multilayer sound-absorbing structure, characterized in that it is made in the form of rigid and perforated walls, between which are layers of sound-reflecting, as well as sound-absorbing materials of different densities, located in two layers, and The layers of sound-reflecting material are made of a complex profile, consisting of uniformly distributed hollow tetrahedrons, which allow reflecting falling in all directions uk waves, which are located respectively on rigid and perforated walls, and the layers of sound-reflecting material are made of heat-insulating material that can maintain a given microclimate in the room, as a sound-absorbing material, sheet soundproofing material is used, which is made on the basis of magnesia binder with reinforcing fiberglass or fiberglass, or polyester, or porous sound-absorbing ceramic material having a bulk density of 500 ÷ 1000 kg / m ³ and consisting of 100 wt. parts of perlite with a grain diameter of 0.1 ÷ 8.0 mm, 80 ÷ 250 wt. parts of one of the sintering materials selected from the group including fly ash, slag, quartz, lava, stones or clay as the main material, 5 ÷ 30 wt. parts of the inorganic binder, and after sintering the mixture, the perlite particles form interconnected holes between their contacting surfaces so that the inner pores are interconnected.

2. A sound-absorbing element according to claim 1, characterized in that a material based on aluminum-containing alloys is used as a sound-reflecting material, followed by filling them with titanium hydride or air with a density in the range of 0.5 ... 0.9 kg / m ³ with the following strength properties : compressive strength in the range of 5 ... 10 MPa, bending strength in the range of 10 ... 20 MPa, for example foamed aluminum, or soundproofing boards based on glass staple fiber of the “Shumostop” type with a material density of 60 ÷ 80 kg / m ³ .

3. The sound-absorbing element according to claim 1, characterized in that the perforated wall can be made of structural materials with a layer of soft vibration-damping material, for example, VD-17 mastic or “Gerlen-D” type, deposited on their surface. the ratio between the thicknesses of the material and the vibration damping coating lies in the optimal range of values: 1 / (2.5 ... 3.5), or stainless steel, or a galvanized sheet 0.7 mm thick with a polymer protective and decorative coating of the “Pural” type 50 m thick km, or "Polyester" with a thickness of 25 microns, or an aluminum sheet with a thickness of 1.0 mm and a coating thickness of 25 microns, or from solid, decorative vibration damping materials, such as plastic compounds such as "Agate", "Anti-Vibrate", "Shvim", and the inner surface the perforated surface facing the sound-absorbing structure is lined with an acoustically transparent non-woven material, for example Lutrasil.