RU2671265C1

RU2671265C1 - Symmetrical sound-absorbing element

Info

Publication number: RU2671265C1
Application number: RU2018104484A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2018-02-06
Filing date: 2018-02-06
Publication date: 2018-10-30

Abstract

FIELD: acoustics.

SUBSTANCE: invention relates to the industrial acoustics. Technical result is achieved by the fact that the symmetrical sound-absorbing element is made in the form of two identical structures of sound-absorbing elements located symmetrically with respect to the vibration-damping layer placed between the rigid walls, each of the identical structures of sound-absorbing elements contains a smooth and perforated surface, between which there is a multi-layer sound-absorbing structure in the form of a rigid and perforated walls, between which there are two layers: sound-reflecting layer adjacent to a rigid wall, and adjacent to the perforated wall sound-absorbing layer, wherein the sound-reflecting material layer is made with a complex shape consisting of uniformly distributed hollow tetrahedra, allowing to reflect the incident in all directions sound waves, as a sound-absorbing material, mineral wool is used on a basalt basis of the Rockwool type, or mineral wool of the URSA type, or basalt wool of the P-75 type, or glass wool with a fiberglass cladding or foamed polymer, the surface of fibrous sound absorbers is treated with special porous paints that let in air, or is covered with breathable fabrics or non-woven materials, 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 of 0.5…0.9 kg/m³ with the following strength properties: compressive strength within 5…10 MPa, flexural strength within 10…20 MPa, or sound-proof plates on the basis of glass staple fiber of Shumostop type with a material density equal to 60÷80 kg/m³, herewith the sound-reflecting layer adjacent to the rigid wall is made with a perforation from the sound-reflecting material of the complex profile consisting of evenly distributed hollow tetrahedrons allowing to reflect sound waves incident in all directions, while the perforation on the sound-reflecting layer is performed by analogy with the orifice holes, which are the mouth of Helmholtz resonators, the capacity of which is determined by the volume of the sound-reflecting layer and the rigid wall of the sound-absorbing element adjacent to it.

EFFECT: technical result is an increase in the efficiency of sound deadening and reliability of the structure in whole.

1 cl, 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 №2561394 (прототип).The closest technical solution to the technical nature and the achieved result is a sound-absorbing element used as a lining for industrial premises, known from the RF patent No. 2561394 (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 reliability of the structure as a whole.

Это достигается тем, что в симметричном звукопоглощающем элементе, выполненным в виде двух идентичных конструкций звукопоглощающих элементов, расположенных симметрично относительно вибродемпфирующего слоя, размещенного между жесткими стенками, каждая из идентичных конструкций звукопоглощающих элементов содержит гладкую и перфорированную поверхности, между которыми размещена многослойная звукопоглощающая конструкция в виде жесткой и перфорированной стенок, между которыми расположены два слоя: звукоотражающий слой, прилегающий к жесткой стенке, и звукопоглощающий слой, прилегающий к перфорированной стенке, при этом слой звукоотражающего материала выполнен сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, 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, а в качестве звукопоглощающего материала 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, при этом поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается специальными пористыми красками, пропускающими воздух (например, «Acutex Т») или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например «Лутрасилом», при этом в качестве звукоотражающего материала 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, или звукоизоляционные плиты на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м³, при этом звукоотражающий слой, прилегающий к жесткой стенке, выполнен с перфорацией из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, при этом перфорация на звукоотражающем слое выполнена по аналогии дроссельных отверстий, являющихся горловиной резонаторов Гельмгольца, емкость которых определяется объемом звукоотражающего слоя и прилегающей к нему жесткой стенкой звукопоглощающего элемента.This is achieved by the fact that in a symmetrical sound-absorbing element made in the form of two identical structures of sound-absorbing elements located symmetrically with respect to the vibration-damping layer placed between the hard walls, each of the identical structures of sound-absorbing elements contains a smooth and perforated surface, between which a multilayer sound-absorbing structure in the form of rigid and perforated walls, between which two layers are located: a sound-reflecting layer adjacent to a rigid wall and a sound-absorbing layer adjacent to the perforated wall, while the layer of sound-reflecting material is made of a complex profile, consisting of uniformly distributed hollow tetrahedrons, which allow reflecting sound waves incident in all directions, and the perforated wall has the following perforation parameters: hole diameter - 3 ÷ 7 mm, the percentage of perforation 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, at 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 rockwool type mineral wool, or URSA type mineral wool, or P-75 type basalt wool should be used as sound-absorbing material. or glass wool with glass fiber lining, or foamed polymer, for example polyethylene or polypropylene, while the surface of the fibrous absorbers is treated with special porous air-permeable paints (for example, Acutex T) or covered with breathable fabrics or nonwoven materials, for example Lutrasil, while material based on aluminum-containing alloys was used as a sound-reflecting material, followed by filling them with titanium hydride or air with a density in the range 0.5 ... 0 , 9 kg / m ³ with the following strength properties: compressive strength in the range of 5 ... 10 MPa, the flexural strength in the range of 10 ... 20 MPa, such as foamed aluminum or sound insulating plate on the base glass staple fibers "Shumostop" type with PLO NOSTA material of 60 ÷ 80 kg / m ^3, wherein a reflecting layer adjacent to a rigid wall formed with perforations of a reflecting material complex profile, consisting of uniformly distributed hollow tetrahedrons allowing reflect incident in all directions the sound waves, wherein the perforation on the sound-reflecting layer is made by analogy with throttle holes, which are the neck of Helmholtz resonators, the capacity of which is determined by the volume of the sound-reflecting layer and the sound wall adjacent to it absorbing element.

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

Симметричный звукопоглощающий элемент выполнен в виде двух идентичных конструкций звукопоглощающих элементов, расположенных симметрично относительно вибродемпфирующего слоя 5, размещенного между жесткими 1 стенками.The symmetric sound-absorbing element is made in the form of two identical structures of sound-absorbing elements located symmetrically with respect to the vibration-damping layer 5 located between the rigid 1 walls.

Каждая из идентичных конструкций звукопоглощающих элементов выполнена в виде жесткой 1 и перфорированной 4 стенок, между которыми расположены два слоя: звукоотражающий слой 2, прилегающий к жесткой стенке 1, и звукопоглощающий слой 3, прилегающий к перфорированной стенке 4. При этом слой звукоотражающего материала выполнен сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, 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. В качестве звукопоглощающего материала слоя 3 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 Т») или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например «Лутрасилом».Each of the identical structures of the sound-absorbing elements is made in the form of a rigid 1 and perforated 4 walls, between which two layers are located: a sound-reflecting layer 2 adjacent to the rigid wall 1, and a sound-absorbing layer 3 adjacent to the perforated wall 4. The layer of sound-reflecting material is made of a complex profile, consisting of evenly distributed hollow tetrahedra, allowing to reflect sound waves incident in all directions, and a perforated wall has the following perforation parameters: tr holes - 3 ÷ 7 mm, the perforation percentage of 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, the maximum diameter should be considered diameter of a circle inscribed in a polygon. As the sound-absorbing material of layer 3, 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 can be used. The surface of the fibrous absorbers is treated with special porous paints that allow air to pass through (for example, Acutex T) or coated with breathable fabrics or non-woven materials, such as Lutrasil.

В качестве звукопоглощающего материала может быть использован пористый шумопоглощающий материала, например пеноалюминий или металлокерамика или камень-ракушечник со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30÷5%, 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 Т или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например Лутрасилом.As a sound-absorbing material, a porous sound-absorbing material can be used, for example, foam aluminum or cermets or a shell rock with a porosity degree in the optimal value range: 30–5%, or metal foam, or a material in the form of pressed crumbs from solid vibration-damping materials, for example, an elastomer , polyurethane, or plastic compound such as "Agate", "Anti-Vibrate", "Shvim", moreover, the size of the fractions of the crumbs lies in the optimal range of values: 0.3 ... 2.5 mm, and porous can also be used mineral piece materials, such as 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, for example, like Acutex T or coated with breathable fabrics or non-woven materials, for example Lutrasil.

Перфорированная стенка 4 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 4 can be made of structural materials, with a layer of soft vibration-damping material, for example, VD-17 mastic or “Gerlen-D” type material deposited on their surface on one or two sides, while 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).

Перфорированная стенка 4 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».The perforated wall 4 can be made of solid, decorative vibration-damping materials, for example, agate, anti-vibrate, and shvim plastic compounds, the inner surface of the perforated surface facing the sound-absorbing structure, lined with an acoustically transparent material, for example, fiberglass type EZ- 100 or with a “see-through” polymer, or with non-woven materials, for example, “lutrasil”.

Перфорированная стенка 4 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 4 can be made of stainless steel or galvanized sheet with a thickness of 0.7 mm with a protective and decorative polymer coating such as Pural 50 μm thick or Polyester 25 μm thick, or an 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.

В качестве материала звукоотражающего слоя 2 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 layer 2, 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 within 10 ... 20 MPa, for example foam aluminum.

В качестве материала звукоотражающего слоя 2 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 layer 2, 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.

Симметричный звукопоглощающий элемент работает следующим образом.Symmetric sound-absorbing element operates as follows.

Звуковая энергия от оборудования, находящегося в помещении, или другого, излучающего интенсивный шум, объекта, пройдя через перфорированную стенку 4 попадает на слой 3 из мягкого звукопоглощающего материала, где происходит ее поглощение, а затем на слой 2 из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, снова направляя их на звукопоглощающий материал для вторичного поглощения и рассеяния звуковой энергии. 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. 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 that emits intense noise, passing through the perforated wall 4 enters layer 3 of soft sound-absorbing material, where it is absorbed, and then layer 2 of sound-reflecting material of a complex profile, consisting of uniformly distributed hollow tetrahedra, allowing to reflect sound waves incident in all directions, again directing them to sound-absorbing material for secondary absorption and dispersion of sound energy. 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. 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.

Возможен вариант, когда звукоотражающий слой 2, прилегающий к жесткой стенке 1, выполнен с перфорацией (на чертеже не показана) из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны. При этом перфорация на звукоотражающем слое 2 выполнена по аналогии дроссельных отверстий, являющихся горловиной резонаторов Гельмгольца, емкость которых определяется объемом звукоотражающего слоя 2, и прилегающей к нему жесткой стенкой 1 звукопоглощающего элемента.It is possible that the sound-reflecting layer 2 adjacent to the rigid wall 1 is made with perforation (not shown in the drawing) of a sound-reflecting material of a complex profile, consisting of uniformly distributed hollow tetrahedrons, which allow reflecting sound waves incident in all directions. In this case, the perforation on the sound-reflecting layer 2 is made by analogy with throttle holes, which are the neck of Helmholtz resonators, the capacity of which is determined by the volume of the sound-reflecting layer 2, and the adjacent rigid wall 1 of the sound-absorbing element.

Выполнение перфорации на звукоотражающем слое 2 способствует более эффективному шумоглушению на средних и высоких частотах, так как звуковые волны будут проходить через перфорацию 4 звукопоглощающего элемента и рассеиваться на слое 3 из звукопоглощающего материала, за счет отражающих свойств звукоотражающего слоя 2, а на высоких частотах будет работать резонансный поглотитель Гельмгольца, представленный объемом, заключенным между звукоотражающим слоем 2, и жесткой стенкой 1 звукопоглощающего элемента, и перфорацией в виде дроссельных отверстий, выполняющих функцию горловин резонаторов Гельмгольца.Performing perforation on the sound-reflecting layer 2 contributes to a more efficient sound attenuation at medium and high frequencies, since sound waves will pass through the perforation 4 of the sound-absorbing element and scatter on the layer 3 of sound-absorbing material, due to the reflective properties of the sound-reflecting layer 2, and at high frequencies it will work Helmholtz resonant absorber, represented by the volume enclosed between the sound-reflecting layer 2 and the rigid wall 1 of the sound-absorbing element, and perforation in the form of throttle tversty performing the function of the necks of Helmholtz resonators.

Claims

Symmetric sound-absorbing element made in the form of two identical structures of sound-absorbing elements located symmetrically with respect to the vibration-damping layer located between the rigid walls, characterized in that each of the identical structures of sound-absorbing elements contains a smooth and perforated surface, between which a multilayer sound-absorbing structure in the form of a rigid and perforated walls between which two layers are located: a sound-reflecting layer adjacent to the rigid wall, and a sound-absorbing layer adjacent to the perforated wall, while the layer of sound-reflecting material is made of a complex profile, consisting of evenly distributed hollow tetrahedrons, which allow reflecting sound waves incident in all directions, and the perforated wall has the following perforation parameters: hole diameter - 3 ÷ 7 mm, the percentage of perforation 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, the maximum diameter of the circle inscribed in the polygon should be considered as the conditional diameter, and rockwool type mineral wool, or URSA type mineral wool, or P-75 type basalt wool, or glass wool should be used as sound-absorbing material. with fiberglass lining or foamed polymer, such as polyethylene or polypropylene, while the surface of the fibrous absorbers is treated with special porous air-permeable paints, for example Mer, “Acutex T”, or is covered with breathable fabrics or nonwoven materials, for example, “Lutrasil”, while 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 0.5 ... 0, 9 kg / m ³ with the following strength properties: compressive strength in the range of 5 ... 10 MPa, the flexural strength in the range of 10 ... 20 MPa, such as foamed aluminum or sound insulating plate on the base glass staple fiber type "Shumostop" with densities th material of 60 ÷ 80 kg / m ^3, wherein a reflecting layer adjacent to a rigid wall formed with perforations of a reflecting material complex profile, consisting of uniformly distributed hollow tetrahedrons allowing reflect incident in all directions the sound waves, wherein the perforation on the sound-reflecting layer, made by analogy with throttle holes, which are the neck of Helmholtz resonators, the capacity of which is determined by the volume of the sound-reflecting layer and the rigid wall adjacent to it span element.