RU2583442C2

RU2583442C2 - Sound absorbing structure

Info

Publication number: RU2583442C2
Application number: RU2014134898/03A
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: 2016-05-10
Also published as: RU2014134898A

Abstract

FIELD: acoustics.

SUBSTANCE: invention relates to industrial acoustics and can be used for machine drive noise reduction, lining manufacturing facilities. Sound absorbing structure is made in form of symmetrically arranged perforated walls, between which sound-absorbing element made up of three layers: central layer from sound reflecting material from complex profile composed of evenly distributed hollow tetrahedrons, which enable to reflect sound waves incident in all directions, and symmetrically adjacent thereto sound-absorbing layers from materials of different density. Each of perforated walls has following perforation parameters: hole diameter of 3÷7 mm, perforation percentage of 10÷15 %. As for the shape the holes can be circular, triangular, square, rectangular or diamond-shaped. In case of non-circular holes, it is necessary to consider as the nominal diameter the maximum diameter of the circle inscribed in the polygon. As sound-absorbing material used or sheet sound 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 weight parts of pearlite with grain diameter of 0.1÷8.0 mm, 80÷250 pts.wt of one of sintering materials selected from group comprising ash dust, slag , quartz, lava, stones or clay as main material, 5÷30 pts.wt inorganic binder. After sintering mixture of pearlite particles form communicating holes between contact surfaces so that inner pores are interconnected.

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

3 cl, 1 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к промышленной акустике.The invention relates to industrial acoustics.

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 звукопоглощающая конструкция, содержащая перфорированные поверхности, между которыми размещен многослойный звукопоглощающий элемент, выполнена в виде симметрично расположенных перфорированных стенок, между которыми расположен звукопоглощающий элемент, выполненный в виде трех слоев: центрального слоя из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, и симметрично прилегающих к нему звукопоглощающих слоев из материалов разной плотности, каждая из перфорированных стенок 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, 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».This is achieved by the fact that the sound-absorbing structure containing perforated surfaces, between which a multilayer sound-absorbing element is placed, is made in the form of symmetrically arranged perforated walls, between which there is a sound-absorbing element made in the form of three layers: a central layer of sound-reflecting material of a complex profile, consisting of uniformly distributed hollow tetrahedra, allowing to reflect sound waves incident in all directions, and symmetrically adjacent to n sound absorbing layers of materials of different densities, each of the perforated walls has the following perforation parameters: hole diameter 3 ÷ 7 mm, perforation percentage 10 ÷ 15%, and the shape of the hole can be made in the form of holes of round, triangular, square, rectangular or diamond-shaped profile, while in the case of non-circular holes, the maximum diameter of the circle inscribed in the polygon should be considered as the conditional diameter, and mineral plates are used as sound-absorbing material rockwool-type basalt wool, or URSA-type mineral wool, or P-75 basalt wool, or glass wool lined with glass wool, and the sound-absorbing element is lined with acoustically transparent material over its entire surface, such as fiberglass type EZ-100 or “poviden” polymer.

На чертеже изображена схема звукопоглощающей конструкции.The drawing shows a diagram of a sound-absorbing structure.

Звукопоглощающая конструкция выполнена в виде симметрично расположенных перфорированных 1 и 5 стенок, между которыми расположен звукопоглощающий элемент, выполненный в виде трех слоев: центрального слоя 3 из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, и симметрично прилегающих к нему звукопоглощающих слоев 2 и 4 из материалов разной плотности. Каждая из перфорированных стенок 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 structure is made in the form of symmetrically arranged perforated walls 1 and 5, between which there is a sound-absorbing element made in the form of three layers: the central layer 3 of sound-reflecting material of a complex profile, consisting of uniformly distributed hollow tetrahedrons, which allow reflecting sound waves incident in all directions, and sound-absorbing layers 2 and 4 symmetrically adjacent to it from materials of different densities. Each of the perforated walls has the following perforation parameters: hole diameter 3 ÷ 7 mm, perforation percentage 10 ÷ 15%, and the shape of the hole 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 the conditional diameter should be considered the maximum diameter of the circle inscribed in the polygon.

Каждая из перфорированных стенок 1 и 5 может быть выполнена из конструкционных материалов с нанесенным на их поверхности с одной или двух сторон слоем 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).Each of the perforated walls 1 and 5 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 on one or two sides of the surface, and the ratio between the thicknesses of the material and vibration-damping coating lies in the optimal range of values: 1 / (2.5 ... 3.5).

Каждая из перфорированных стенок 1 и 5 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.Each of the perforated walls 1 and 5 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 aluminum sheet 1.0 mm thick and a coating thickness of 25 microns. The perforation coefficient of perforated sheets is taken to be equal to or more than 0.25.

Каждая из перфорированных стенок 1 и 5 может быть 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».Each of the perforated walls 1 and 5 can be made of solid decorative vibration-damping materials, such as plastic compounds such as Agate, Anti-Vibrate, Shvim, and the inner surface of the perforated surface facing the sound-absorbing structure is faced with an acoustically transparent material, such as fiberglass type EZ-100 or a polymer of the “poviden” type, or nonwoven materials, for example, “lutrasil”.

В качестве материала звукоотражающего слоя 3 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, или 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 layer 3, 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, or soundproof boards based on glass staple fiber of the Shumostop type with a material density of 60 ÷ 80 kg / m ^{3 were used} .

В качестве звукопоглощающего материала слоев 2 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. Причем звукопоглощающий материал по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «повиден», или поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается специальными пористыми красками, пропускающими воздух (например, Acutex Τ), или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например Лутрасилом. Кроме того, в качестве звукопоглощающего материала слоев 2 и 4 может быть использован пористый шумопоглощающий материала, например пеноалюминий, или металлокерамика, или камень-ракушечник со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30÷45%, или металлопоролон, или материал в виде спрессованной крошки из твердых вибродемпфирующих материалов, например эластомера, полиуретана, или пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем размер фракций крошки лежит в оптимальном интервале величин: 0,3…2,5 мм, а также могут быть использованы пористые минеральные штучные материалы, например пемза, вермикулит, каолин, шлаки с цементом или другим вяжущим, или синтетические волокна, при этом поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается специальными пористыми красками, пропускающими воздух, например, типа Acutex Τ, или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например Лутрасилом.As sound-absorbing material of layers 2 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. Moreover, the sound-absorbing material is lined with an acoustically transparent material over its entire surface, for example, EZ-100 fiberglass or a “visible” polymer, or the surface of the fibrous sound 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 e.g. Lutrasil. In addition, as the sound-absorbing material of layers 2 and 4, a porous sound-absorbing material, for example, foam aluminum, or cermets, or a shell rock with a degree of porosity in the range of optimal values: 30–45%, or metal foam, or a material in the form of pressed crumbs from solid vibration-damping materials, for example elastomer, polyurethane, or plastic compound like “Agate”, “Anti-vibration”, “Shvim”, and the size of the crumbs fractions lies in the optimal range of values: 0.3 ... 2.5 mm, and they could also porous mineral piece materials were used, for example, pumice, vermiculite, kaolin, slag with cement or other binder, or synthetic fibers, while the surface of the fibrous absorbers is treated with special porous paints that allow air to pass through, such as Acutex Τ, or covered with breathable fabrics or non-woven materials, for example Lutrasil.

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 может быть использован листовой шумозащитный материал, который выполнен на основе магнезиального вяжущего с армирующей стеклотканью или стеклохолстом. 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 sound-absorbing material can be used sheet soundproofing material, which is made on the basis of magnesia binder with reinforcing fiberglass or fiberglass. 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.

Звукопоглощающая конструкция работает следующим образом.Sound-absorbing design works as follows.

Звуковая энергия от оборудования, находящегося в помещении, или другого излучающего интенсивный шум объекта, пройдя через перфорированные стенки 1 и 5, попадает на слои 2 и 4 мягкого звукопоглощающего материала разной плотности, расположенные в два слоя (например, выполненного из базальтового или стеклянного волокна), а затем на слой 3 звукоотражающего материала сложного профиля, состоящий из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющий отражать падающие во всех направлениях звуковые волны и который расположен между слоями 2 и 4 мягкого звукопоглощающего материала разной плотности. 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 "Гельмгольца", 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.Sound energy from equipment located in the room, or other object emitting intense noise, passing through the perforated walls 1 and 5, falls on layers 2 and 4 of soft sound-absorbing material of different density, located in two layers (for example, made of basalt or glass fiber) and then onto layer 3 of a sound-reflecting material of a complex profile, consisting of uniformly distributed hollow tetrahedrons, which allows reflecting sound waves incident in all directions and which is located between the layer 2 and 4 and the soft sound absorbing material of different density. 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 the Helmholtz resonator model, where energy losses occur due to friction of the mass of air in the resonator neck oscillating with the frequency of excitation on the neck wall, which has the form of a branched sound absorber pore network.

Claims

1. Sound-absorbing structure containing perforated surfaces, between which a multilayer sound-absorbing element is placed, characterized in that it is made in the form of symmetrically arranged perforated walls, between which there is a sound-absorbing element made in the form of three layers: a central layer of sound-reflecting material of a complex profile, consisting from uniformly distributed hollow tetrahedra, allowing to reflect sound waves incident in all directions, and symmetrically adjacent sound-absorbing layers of materials of different densities, each of the perforated walls has the following perforation parameters: hole diameter 3 ÷ 7 mm, perforation percentage 10 ÷ 15%, and the shape of the hole can be made in the form of holes of round, triangular, square, rectangular or diamond-shaped profile, while in the case of non-circular holes, the maximum diameter of the circle inscribed in the polygon should be considered as a conditional diameter, and sheet metal or mozaschitny material which is based on magnesia binder with reinforcing glass fleece or glass fabric, or polyester, or a porous sound-absorbing ceramic material having a bulk density of 500 ÷ 1000 kg / ^m3 and consisting of 100 parts by weight perlite with a grain diameter of 0.1 ÷ 8.0 mm, 80 ÷ 250 wt.h. one of the sintering materials selected from the group comprising fly ash, slag, quartz, lava, stones or clay as the main material, 5 ÷ 30 parts by weight 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. The sound-absorbing structure 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 structure according to claim 1, characterized in that each 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, applied to their surface on one or two sides. ", 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 type" Pural " 50 microns thick or “Polyester” 25 microns thick, or 1.0 mm thick aluminum sheet and 25 microns coating thickness, or from hard decorative vibration-damping materials, for example, Agate, Anti-Vibrate, Shvim plastic compounds, with the inner surface the perforated surface facing the sound-absorbing structure is lined with an acoustically transparent non-woven material, for example Lutrasil.