RU2651995C1

RU2651995C1 - Acoustic screen

Info

Publication number: RU2651995C1
Application number: RU2017108128A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2017-03-13
Publication date: 2018-04-24

Abstract

FIELD: acoustics.

SUBSTANCE: invention relates to industrial acoustics, particularly, to broadband acoustic suppression, and can be used in all sectors of national economy as means of noise protection, in particular an acoustic screen is designed for installation along the road and railways, construction sites and other sources of noise in order to protect residential development from sources of increased noise. This is achieved by the fact that in an acoustic screen consisting of a base rigidly fixed in the protected object, either in the ground, or in the foundation of the production department, as well as the main, extreme, vertical support racks, between which are located auxiliary vertical posts, and horizontal profiles – for fixing an acoustic web consisting of noise-reflecting translucent panels, and opaque noise-absorbing panels. Arrangement of them in the acoustic screen can be in any combination of vertical and horizontal rows. It is possible to arrange the screen when the upper horizontal rows of the acoustic blade are at an angle of 20…45°. Vertical support posts are executed respectively in the upper part with an inclination at an angle within 20…45°, or it is possible to arrange the screen surface on support racks of any configuration, for example, in the form of an arc of a circle of large radius. Each of the opaque sound-absorbing acoustic panels is made with resonant inserts and comprises a smooth and perforated surface, between which there is a layer of sound-absorbing material of complex shape. Layer of complex shape is an alternation of solid sections and hollow sections. Hollow sections are formed by prismatic surfaces, which have a cross section, parallel to the plane of the drawing, the form of a parallelogram whose internal surfaces have a dentate structure. Teeth tops face inside the prismatic surfaces. Ribs of the prismatic surfaces are secured on the smooth and perforated walls respectfully. Cavities of hollow sections, formed by prismatic surfaces, are filled with a sound absorber. Between a smooth surface and solid sections of the layer of sound-absorbing material of complex shape, as well as between the perforated surface and solid sections, there are resonant plates with resonant inserts performing the functions of the neck of Helmholtz resonators.

EFFECT: technical result is increased efficiency of noise suppression.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к промышленной акустике, в частности к широкополосному шумоглушению, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства в качестве средства защиты от шума, в частности акустический экран предназначен для установки вдоль автомобильных и железнодорожных магистралей, строительных площадок и других источников шума с целью защиты жилой застройки от источников повышенного шума.The invention relates to industrial acoustics, in particular to broadband sound attenuation, and can be used in all sectors of the economy as a means of protection against noise, in particular, an acoustic screen is designed to be installed along highways and railways, construction sites and other noise sources for the purpose of protection residential buildings from sources of increased noise.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является акустический экран по патенту РФ №2324795, кл. Е04В 1/84, [прототип], содержащий перфорированную стенку и звукопоглощающий слой.The closest technical solution to the technical nature and the achieved result is an acoustic screen according to the patent of the Russian Federation No. 2323795, class. EB04B 1/84, [prototype] comprising a perforated wall and a sound-absorbing layer.

Недостатком технического решения, принятого в качестве прототипа, является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения за счет сравнительно невысокого коэффициента звукопоглощения.The disadvantage of the technical solution adopted as a prototype is the relatively low efficiency of sound attenuation due to the relatively low coefficient of sound absorption.

Технический результат - повышение эффективности шумоглушения за счет повышения коэффициента звукопоглощения путем увеличения поверхностей звукопоглощения при сохранении габаритных размеров экрана.The technical result is an increase in the efficiency of sound attenuation by increasing the sound absorption coefficient by increasing the sound absorption surfaces while maintaining the overall dimensions of the screen.

Это достигается тем, что в акустическом экране, состоящим из основания, жестко фиксируемого в защищаемом объекте, либо в грунте, либо в фундаменте производственного цеха, а также основных, крайних, вертикальных опорных стоек, между которыми расположены вспомогательные вертикальные стойки, и горизонтальные профили - для фиксации акустического полотна, состоящего из шумоотражающих светопрозрачных панелей, и непрозрачных шумопоглощающих панелей, причем компоновка их в акустическом полотне экрана может быть в любом сочетании вертикальных и горизонтальных рядов, причем возможна компоновка экрана, когда верхние горизонтальные ряды акустического полотна расположены под углом в пределах 20…45°, что позволяет повысить его эффективность за счет возврата потока акустической энергии на источник шума, например движущийся поезд в зимнее время, когда снег является дополнительным звукопоглотителем, при этом вертикальные опорные стойки выполняются соответственно в верхней части с наклоном под углом в пределах 20…45°, или возможна компоновка поверхности экрана на опорных стойках любой конфигурации, например в виде дуги окружности большого радиуса, при этом каждая из непрозрачных шумопоглощающих акустических панелей выполнена с резонансными вставками, и содержит гладкую и перфорированную поверхности, между которыми расположен слой звукопоглощающего материала сложной формы, а слой сложной формы представляет собой чередование сплошных участков и пустотелых участков, причем пустотелые участки образованы призматическими поверхностями, имеющими в сечении, параллельном плоскости чертежа форму параллелограмма, внутренние поверхности которого имеют зубчатую структуру, при этом вершины зубьев обращены внутрь призматических поверхностей, а ребра призматических поверхностей закреплены соответственно на гладкой и перфорированной стенках, причем полости пустотелых участков, образованные призматическими поверхностями, заполнены звукопоглотителем, а между гладкой поверхностью и сплошными участками слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной поверхностью и сплошными участками, расположены резонансные пластины с резонансными вставками, выполняющими функции горловин резонаторов «Гельмгольца».This is achieved by the fact that in the acoustic screen, consisting of a base, rigidly fixed in the protected object, either in the ground or in the foundation of the production workshop, as well as the main, extreme, vertical support posts, between which there are auxiliary vertical posts, and horizontal profiles - for fixing the acoustic canvas, consisting of reflective translucent panels, and opaque noise-absorbing panels, and their layout in the acoustic canvas of the screen can be in any combination of vertical and horizontal rows, and it is possible to arrange the screen when the upper horizontal rows of the acoustic canvas are located at an angle within 20 ... 45 °, which improves its efficiency by returning the flow of acoustic energy to a noise source, for example, a moving train in winter when snow is additional sound absorber, while the vertical support racks are performed respectively in the upper part with an inclination at an angle within 20 ... 45 °, or it is possible to arrange the screen surface on the support racks any configuration, for example in the form of an arc of a circle of large radius, with each of the opaque sound-absorbing acoustic panels made with resonant inserts, and contains smooth and perforated surfaces, between which is a layer of sound-absorbing material of complex shape, and the layer of complex shape is an alternation of solid sections and hollow sections, and the hollow sections are formed by prismatic surfaces having a parallelogram in cross section parallel to the drawing plane, inside The front surfaces of which have a toothed structure, with the tops of the teeth facing the inside of the prismatic surfaces, and the edges of the prismatic surfaces mounted on the smooth and perforated walls, respectively, and the hollows of the hollow sections formed by the prismatic surfaces are filled with sound absorbers, and between the smooth surface and the solid sections of the layer of sound-absorbing material complex shapes, as well as between the perforated surface and solid sections, there are resonant plates with p resonant inserts that serve as the neck of the Helmholtz resonators.

На фиг. 1 изображен общий вид акустического экрана, на фиг. 2 - его вариант в плоскопараллельном исполнении, на фиг. 3 - схема непрозрачной шумопоглощающей акустической панели 7.In FIG. 1 shows a general view of an acoustic screen; FIG. 2 - a variant thereof in plane-parallel execution, in FIG. 3 is a diagram of an opaque sound-absorbing acoustic panel 7.

Акустический экран (фиг. 1, 2) является сборно-разборной конструкцией, состоящей из основания 1, жестко фиксируемого в защищаемом объекте (либо в грунте, либо в фундаменте производственного цеха); основных, крайних, вертикальных опорных стоек 8 и 10, между которыми расположены вспомогательные вертикальные стойки 3 и 9, а также горизонтальные профили 2 и 3 - для фиксации акустического полотна.The acoustic screen (Fig. 1, 2) is a collapsible design, consisting of a base 1, rigidly fixed in the protected object (either in the ground or in the foundation of the production workshop); main, extreme, vertical support posts 8 and 10, between which auxiliary vertical posts 3 and 9 are located, as well as horizontal profiles 2 and 3 - for fixing the acoustic canvas.

Акустическое полотно экрана состоит из шумоотражающих светопрозрачных панелей 4 и 5, и непрозрачных шумопоглощающих панелей 6 и 7, причем компоновка их в акустическом полотне экрана может быть в любом сочетании вертикальных и горизонтальных рядов (см. фиг. 2). Возможна компоновка экрана, когда верхние горизонтальные ряды акустического полотна расположены под углом в пределах 20…45°, что позволяет повысить его эффективность за счет возврата потока акустической энергии на источник шума, например движущийся поезд в зимнее время, когда снег является дополнительным звукопоглотителем. При этом вертикальные опорные стойки выполняются соответственно в верхней части с наклоном под углом в пределах 20…45°. Возможна компоновка поверхности экрана на опорных стойках любой конфигурации, например в виде дуги окружности большого радиуса, как это показано на фиг. 1.The acoustic screen fabric consists of noise-reflecting translucent panels 4 and 5, and opaque sound-absorbing panels 6 and 7, and their arrangement in the acoustic screen fabric can be in any combination of vertical and horizontal rows (see Fig. 2). It is possible to arrange the screen when the upper horizontal rows of the acoustic canvas are located at an angle within 20 ... 45 °, which improves its efficiency by returning the flow of acoustic energy to a noise source, for example, a moving train in winter, when snow is an additional sound absorber. In this case, the vertical support posts are performed in the upper part, respectively, with an inclination at an angle within 20 ... 45 °. It is possible to arrange the screen surface on support racks of any configuration, for example, in the form of an arc of a circle of large radius, as shown in FIG. one.

Каждая из шумоотражающих светопрозрачных панелей 4 и 5 содержит каркас (на чертеже не показано) в виде многоугольника, например прямоугольника, образованного П-образной формы ребрами, выполненными из вибродемпфирующего материала, а в качестве шумоотражающего светопрозрачного элемента используется панель из сплошного листа экструдированного поликарбонатного пластика, причем отношение длины прямоугольника к его высоте лежит в интервале от 2 до 3, а отношение толщины сплошного листа экструдированного поликарбонатного пластика к его высоте находится в оптимальном интервале величин: 0,006…0,008, причем в качестве шумоотражающего светопрозрачного элемента используется панель из ячеистого листа экструдированного поликарбонатного пластика с отношением длины прямоугольника к его высоте находящимся в оптимальном отношении величин: 2,0…3,0, а отношение толщины ячеистого листа экструдированного поликарбонатного пластика к его высоте находится в оптимальном интервале величин: 0,016…0,02.Each of the reflective translucent panels 4 and 5 contains a frame (not shown) in the form of a polygon, for example, a rectangle formed by a U-shaped ribs made of vibration-damping material, and as a reflective translucent element, a panel of a continuous sheet of extruded polycarbonate plastic is used, moreover, the ratio of the length of the rectangle to its height lies in the range from 2 to 3, and the ratio of the thickness of the continuous sheet of extruded polycarbonate plastic to its height those are in the optimal range of values: 0.006 ... 0.008, and as a noise-reflecting translucent element, a panel of a cellular sheet of extruded polycarbonate plastic is used with the ratio of the length of the rectangle to its height being in the optimal ratio of values: 2.0 ... 3.0, and the ratio of the thickness of the cellular sheet of extruded polycarbonate plastic to its height is in the optimal range of values: 0.016 ... 0.02.

Каждая из непрозрачных шумопоглощающих акустических панелей 6 и 7 (фиг. 3) выполнена с резонансными вставками и содержит гладкую 11 и перфорированную 12 поверхности, между которыми расположен слой звукопоглощающего материала сложной формы, представляющий собой чередование сплошных участков 13 и пустотелых участков 15, причем пустотелые участки 15 образованы призматическими поверхностями, имеющими в сечении, параллельном плоскости чертежа форму параллелограмма, внутренние поверхности которого имеют зубчатую структуру 16, или волнистую, или поверхность со сферическими поверхностями (на чертеже не показано). Полости 14, образованные гладкой 11 и перфорированной 12 поверхностями, между которыми расположен слой звукопоглощающего материала сложной формы, заполнены звукопоглотителем. При этом вершины зубьев обращены внутрь призматических поверхностей, а ребра призматических поверхностей закреплены соответственно на гладкой 11 и перфорированной 12 стенках. Полости 17 пустотелых участков 15, образованные призматическими поверхностями, заполнены строительно-монтажной пеной. Между гладкой 11 поверхностью и сплошными участками 13 слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной 12 поверхностью и сплошными участками 13, расположены резонансные пластины 18 и 19 с резонансными вставками 20, выполняющими функции горловин резонаторов «Гельмгольца».Each of the opaque sound-absorbing acoustic panels 6 and 7 (Fig. 3) is made with resonant inserts and contains a smooth 11 and perforated 12 surface, between which there is a layer of sound-absorbing material of complex shape, which is an alternation of solid sections 13 and hollow sections 15, and hollow sections 15 are formed by prismatic surfaces having a parallelogram in cross section parallel to the plane of the drawing, the inner surfaces of which have a toothed structure 16, or wavy, or a surface with spherical surfaces (not shown in the drawing). Cavities 14 formed by smooth 11 and perforated 12 surfaces, between which a layer of sound-absorbing material of complex shape is located, are filled with a sound absorber. In this case, the tops of the teeth are turned inward to the prismatic surfaces, and the ribs of the prismatic surfaces are fixed respectively on the smooth 11 and perforated 12 walls. The cavities 17 of the hollow sections 15 formed by prismatic surfaces are filled with construction foam. Between the smooth 11 surface and the continuous sections 13 of the layer of sound-absorbing material of complex shape, as well as between the perforated 12 surface and the continuous sections 13, there are resonant plates 18 and 19 with resonant inserts 20 that serve as the neck of the Helmholtz resonators.

В качестве звукопоглощающего материала первого, более жесткого, слоя 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 пеноалюминий.As a sound-absorbing material of the first, more rigid layer, a material based on aluminum-containing alloys was 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 звукопоглощающего материала второго, более мягкого, слоя применена минеральная вата на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральная вата типа «URSA», или базальтовая ваты типа П-75, или стекловата с облицовкой стекловойлоком, или вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена.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.

Материал перфорированной поверхности выполнен 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».The material of the perforated surface is made of solid, decorative vibration-damping materials, for example, agate, antivibrate, and shvim plastic compounds, and the inner surface of the perforated surface facing the sound-absorbing structure is lined with an acoustically transparent material, such as fiberglass type EZ-100 or "Poviden" type polymer.

Непрозрачная шумопоглощающая акустическая панель 7 (фиг. 3) работает следующим образом.Opaque sound-absorbing acoustic panel 7 (Fig. 3) works as follows.

Звуковая энергия, пройдя через слой перфорированной поверхности 12 и комбинированный звукопоглощающий слой сложной формы уменьшается, так как осуществляется переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии), т.е. в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов "Гельмгольца", имеют место потери энергии за счет трения колеблющейся с частотой возбуждения массы воздуха, находящегося в горловине резонатора о стенки самой горловины, имеющей вид разветвленной сети микропор звукопоглотителя. Между гладкой 11 поверхностью и сплошными участками 13 слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной 12 поверхностью и сплошными участками 13, расположены резонансные пластины 8 и 9 с резонансными вставками 10, выполняющими функции горловин резонаторов «Гельмгольца». Резонансные отверстия 20 (вставки), расположенные в резонансных пластинах 18 и 19 выполняют функции горловин резонаторов "Гельмгольца", частотная полоса гашения звуковой энергии которых определяется диаметром и количеством резонансных отверстий 20.Sound energy, passing through the layer of the perforated surface 12 and the combined sound-absorbing layer of complex shape is reduced, since the transition of sound energy into thermal energy (dissipation, energy dissipation), i.e. in the pores of the sound absorber, which are the Helmholtz resonator model, there are energy losses due to friction, which fluctuates with the excitation frequency of the mass of air in the resonator neck against the walls of the neck itself, which has the form of an extensive network of micropores of the sound absorber. Between a smooth 11 surface and solid sections 13 of a layer of sound-absorbing material of complex shape, as well as between a perforated 12 surface and solid sections 13, there are resonant plates 8 and 9 with resonant inserts 10, which serve as the neck of Helmholtz resonators. The resonant holes 20 (inserts) located in the resonant plates 18 and 19 serve as the neck of the Helmholtz resonators, the frequency band of the damping of sound energy of which is determined by the diameter and number of resonant holes 20.

Акустический экран работает следующим образом.The acoustic screen works as follows.

Звуковая энергия, пройдя через перфорированную стенку шумопоглощающей панели попадает на стенки звукопоглощающего слоя (который может быть как мягким, например из базальтового или стеклянного волокна, так и жестким, например типа "акмигран" и т.п.). 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. Коэффициент перфорации перфорированной стенки шумопоглощающей панели принимается равным или более 0,25. Для предотвращения высыпания мягкого звукопоглотителя предусмотрена стеклоткань, например типа ЭЗ-100, расположенная между звукопоглотителем и перфорированной стенкой (на чертеже не показано). Звуковая энергия, пройдя через сплошные или ячеистые листы шумоотражающей панели из экструдированного поликарбонатного пластика, существенно ослабевает, причем изоляция шума составляет порядка 20…40 дБ и зависит от толщины листа.Sound energy, passing through the perforated wall of the sound-absorbing panel, enters the walls of the sound-absorbing layer (which can be either soft, for example, from basalt or glass fiber, or hard, for example, like an acigranum, etc.). 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. The perforation coefficient of the perforated wall of the sound-absorbing panel is taken to be equal to or more than 0.25. To prevent the eruption of a soft sound absorber, a fiberglass fabric, for example, EZ-100 type, is located between the sound absorber and the perforated wall (not shown in the drawing). Sound energy, passing through solid or cellular sheets of a sound-reflecting panel made of extruded polycarbonate plastic, is significantly weakened, and the noise isolation is about 20 ... 40 dB and depends on the thickness of the sheet.

Claims

An acoustic screen consisting of a base rigidly fixed in the protected object, either in the ground or in the foundation of the production workshop, as well as the main, extreme, vertical support posts, between which auxiliary vertical stands are located, and horizontal profiles - for fixing the acoustic canvas, consisting from noise-reflecting translucent panels, and opaque noise-absorbing panels, and their arrangement in the acoustic canvas of the screen can be in any combination of vertical and horizontal rows, with what is the possible layout of the screen when the upper horizontal rows of the acoustic canvas are located at an angle within 20 ... 45 °, which improves its efficiency by returning the flow of acoustic energy to a noise source, for example, a moving train in winter, when snow is an additional sound absorber, when this vertical support racks are performed respectively in the upper part with an inclination at an angle within 20 ... 45 °, or the layout of the surface of the screen on the support racks of any configuration, for example in a circular arc of a large radius, each of the reflective translucent panels contains a frame in the form of a polygon, for example a rectangle formed by a U-shaped ribs made of vibration damping material, and as a reflective translucent element, a panel of a continuous sheet of extruded polycarbonate plastic is used, and the ratio of the length of the rectangle to its height lies in the range from 2 to 3, and the ratio of the thickness of the continuous sheet of extruded polycarbonate about plastic to its height is in the optimal range of values: 0.006 ... 0.008, and a panel of extruded polycarbonate plastic mesh is used as a noise-reflecting translucent element with the ratio of the length of the rectangle to its height being in the optimal ratio of values: 2.0 ... 3.0 and the ratio of the thickness of the cellular sheet of the extruded polycarbonate plastic to its height is in the optimal range of values: 0.016 ... 0.02, and each of the opaque sound-absorbing acoustic panels is made with resonant inserts and contains a smooth and perforated surface between which there is a layer of sound-absorbing material of complex shape, characterized in that the layer of complex shape is an alternation of solid sections and hollow sections, and the hollow sections are formed by prismatic surfaces having a section parallel to the plane of the drawing, the shape a parallelogram, the inner surfaces of which have a gear structure, with the tops of the teeth facing the inside of the prismatic surfaces, and sconces of prismatic surfaces are mounted respectively on smooth and perforated walls, the cavities of hollow sections formed by prismatic surfaces are filled with a sound absorber, and between the smooth surface and the continuous sections of the layer of sound-absorbing material of complex shape, as well as between the perforated surface and the continuous sections, there are resonance plates with resonance inserts that serve as the neck of the Helmholtz resonators.