В низкочастотном диапазоне
Как следует из изложенного выше, основной областью использования РЗП является глушение так называемого тонального шума. Варьируя геометрические параметры РЗП, можно добиться того, чтобы резонансная частота поглотителя совпадала с основной частотой звука, падающего на его поверхность. При этом достигается высокие значения КЗП и, следовательно, значительное снижение уровня звука при отражении от поверхности РЗП.
Одним из основных недостатков классической конструкции РЗП является невозможность его использования для глушения широкополосного шума.
Для расширения кривой поглощения РЗП было предложено вместо каждого из отверстий в панели размещать группу симметричного расположения отверстий малого диаметра (зону). Такой звукопоглотитель получил название зонального РЗП (рисунок 10.4).
Движение воздуха в отверстиях малого диаметра приводит к увеличению диссипативных потерь и, следовательно, к расширению кривой поглощения. Кроме того изменение размеров зоны и отдельных отверстий дает возможность варьировать акустические характеристики поглотителя.
Основная трудность создания звукопоглотителей для низкочастотного диапазона связана с крайне малым затуханием низкочастотного звука как в воздухе, так и в традиционных поглощающих материалах. Поэтому обычные низкочастотные поглотители весьма громоздки, в то время как РЗП позволяют получить сильное звукопоглощение при сравнительно малом объеме конструкций, хотя и в более узком частотном диапазоне.
Рисунок 10.4 – Вид лицевой панели зонального РЗП
Для снижения резонансной частоты поглотителя без чрезмерного увеличения глубины полости l необходимо увеличить положительную часть реактивной составляющей импеданса Y1, связанную с колебаниями воздуха в окрестности панели. Такая возможность реализуется в РЗП с дифракционным экраном. Дифракционный экран представляет собой круглую пластину радиуса R (R>ro), закрепленную на некотором расстоянии lо за отверстием параллельно плоскости лицевой панели РЗП (рисунок 10.5). Изменение lо сильно влияет на величину Y1 вследствие процессов дифракции. Кроме того, дополнительные вязкие потери, возникающие при движении воздуха в зазоре между лицевой панелью и экраном, приводят к увеличению активной составляющей импеданса R1.
Расчеты и экспериментальные данные показывают, что РЗП с дифракционным экраном является на данный момент наиболее перспективным средством пассивного глушения низкочастотных и инфразвуковых шумов.
Рисунок 10.5 – РЗП с дифракционным экраном
Важной проблемой разработки РЗП для низкочастотного диапазона является учет всех механизмов диссипации энергии звуковых колебаний. Кроме поглощения энергии, связанного с вязкими и тепловыми потерями при движении воздуха в отверстиях панели и в зазоре между панелью и дифракционным экраном, о которых говорилось выше, в РЗП определенную роль играют еще два механизма диссипации.
Один из них связан с влиянием вязкости и теплопроводности воздуха, колеблющегося в полости РЗП. Как показывают расчеты, на низких частотах это влияние может быть существенным.
Другой механизм, связанный с нелинейными процессами в РЗП, также играет существенную роль на низких частотах и может привести к заметному увеличению диссипативных потерь энергии звуковой волны и увеличению коэффициента звукопоглощения.
Таким образом, резонансные звукопоглотители различных модификаций находят широкое применение в практике борьбы с шумом.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Литература к разделу «Физические основы акустики»
1. Трофимова, Т.И. Курс физики: учеб. пособие для вузов / Т.И. Трофимова. – М.: Академия, 2008. – 569 с.
2. Детлаф, А.А. Курс физики: учеб. пособие для втузов / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский. – М.: Высшая школа, 2002. – 718 с.
3. Ржевкин, С.Н. Курс лекций по теории звука/ C.Н.Ржевкин. – М. Изд-во МГУ, 1960, 200 с., ил.
4. Лепендин, Л.Ф. Акустика: Учеб. пособие для втузов/ Л.Ф. Лепендин. – М.: Высшая школа, 1978, 448 с., ил.
5. Исакович, М.А. Общая акустика. Учебное пособие/ М.А. Исакович. – М.: Наука, 1973. – 354с.
6. Морз, Ф. Колебания и звук / Ф.Морз. – М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1949. – 496 с.
7. Красильников, В.А. Звуковые и ультразвуковые волны в воздухе, воде и твердых телах/ В.А.Красильников. – М.: Гос. изд-во физ.-мат. литературы, 1960. – 560 с.
8. Клюкин, И.И. Удивительный мир звука/ И.И.Клюкин. – Л.: Судостроение, 1978. – 186 с.
9. Зарембо, Л.К. Акустические волны вокруг нас / Л.К.Зарембо // Школьникам о современной физике. – М.: Просвещение, 1990. – 175 с.
10. Ультразвук: Маленькая энциклопедия/ Гл.ред. И.П.Голямина. – М.: Советская энциклопедия, 1979. – 400 с.
11. Чедд, Г. Звук/ Грэхем Чедд. – М.: «Мир», 1975. – 206 с., ил.
12. Вартанян, И.А. Звук – слух – мозг/ И.А.Вартанян. – Л.: Наука, 1981. – 176 с.
Литература к разделу «Методы расчета звукового поля в помещении»
1. Ковригин,С.Д., Крышов,С.И. Архитектурно-строительная акустика./ С.Д.Ковригин, С.И.Крышов. – М.: Высшая школа, 1986, 256 с., ил.
2. Лепендин, Л.Ф. Акустика: Учеб. пособие для втузов/ Л.Ф. Лепендин. – М.: Высшая школа, 1978, 448 с., ил.
3. Исакович, М.А. Общая акустика. Учебное пособие/ М.А. Исакович. – М.: Наука, 1973. – 354с.
Литература к разделу «Проблемы борьбы с шумом»
1. Борьба с шумом на производстве: Справочник / Е.Я. Юдин, Л.А. Борисов, И.В. Горенштейн и др. – М.: Машиностроение, 1985.
2. Ковригин,С.Д., Крышов,С.И. Архитектурно-строительная акустика./ С.Д.Ковригин, С.И.Крышов. – М.: Высшая школа, 1986, 256 с., ил.
4. Блази, В. Справочник проектировщика. Строительная физика/В.Блази. – М.: Техносфера, 2004. -480 с., ил.
5. Алексеев,С.П., Казаков, А.М., Колотилов, Н.Н. Борьба с шумом и вибрацией в машиностроении./ С.П.Казаков и др. – М.: Машиностроение, 1970, 208 с., ил.
6. Тэйлор, Р. Шум./ Р. Тэйлор; пер. с англ. Д.И.Арнольда; под ред. М.А.Исаковича. – М.: Мир, 1978. – 308с, ил.
7. Романов, С.И. Биологическое действие вибрации и звука: Парадоксы и проблемы ХХ века./ С.И.Романов. – Л.: Наука, 1991. – 158 с.
8. Крейтан, В.Г. Защита жилища от шума/ В.Г.Крейтан. – М: Знание, 1986. – 61 с.
9. Защита от шума в градостроительстве: справочник проектировщика/ Г.Л. Осипов, В.Е.Коробков, А.А.Климухин и др. Под ред. Г.Л. Осипова. – М.: Стройиздат, 1993.- 96 с.
10. Соловьев, А.К. Физика среды: Учебник/ А.К.Соловьев. – М.: Изд-во АСБ, 2008. – 344 с.
11. Иванов, Н.И. Инженерная акустика: теория и практика борьбы с шумом/ Н.И.Иванов. – М.: Логос, 2008. – 424 с.
ОГЛАВЛЕНИЕСтр.
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………..……... 3
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АКУСТИКИ
1 КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
1.1 Необходимые сведения из математики
1.1.1 Комплексные числа..….………………………………………5
1.1.2 Ряд Фурье. Интеграл Фурье…………………………………. 7
1.2 Колебания и волны: основные понятия …………..……………… 8
1.2.1 Гармонические колебания и их характеристики…………….8
1.2.2 Затухающие колебания………………………………………10
1.2.3 Вынужденные колебания. Резонанс………………………...12
1.2.4 Упругие волны в сплошной среде…………………………..14
2 ЗВУКОВЫЕ ВОЛНЫ В ВОЗДУХЕ
2.1 Основные определения…………………………………………….17
2.2 Основные уравнения гидродинамики в акустическом
приближении
2.2.1 Уравнение неразрывности…………………………………..18
2.2.2 Уравнение движения………………………………………...19
2.2.3 Уравнение состояния………………………………………...19
2.3 Волновое уравнение для звуковых волн в воздухе.
Скорость звука……..……………………………………………….20
2.4 Плоская гармоническая звуковая волна…………………………..21
2.5 Энергия звуковой волны. Интенсивность звука.….……………..23 2.6 Логарифмическая шкала силы звука……………………………...24
3 ВОСПРИЯТИЕ ЗВУКА ЧЕЛОВЕКОМ
3.1 Слух………………………………………………………………….26
3.2 Высота тона………………………………………………………….28
3.3 Громкость звука……………………………………………………..29
3.4 Спектральный состав звука………………………………………...31
4 ИСТОЧНИКИ И ПРИЕМНИКИ ЗВУКА
4.1 Излучение звука колеблющимися телами………………………...34
4.1.1 Колебания струны…………………………………………….34
4.1.2 Колебания мембраны…………………………………………36
4.1.3 Электродинамический громкоговоритель (динамик)………36
4.1.4 Механический шум…………………………………………...37
4.2 Гидродинамические излучатели звука
4.2.1 Сирена…………………………………………………………38
4.2.2 Свисток………………………………………………………..39
4.2.3 Духовые музыкальные инструменты………………………..39
4.2.4 Аэрогидродинамические шумы……………….……………..40
4.3 Приемники звука
4.3.1 Угольный микрофон………………………………………….41
4.3.2 Электромагнитный микрофон……………………………….41
4.3.3 Электродинамические микрофоны…………………………41
4.3.4 Конденсаторный микрофон…………………………………42
4.3.5 Пьезоэлектрический микрофон……………………………..42
5 ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ ЗВУКОВЫХ ВОЛН
5.1 Отражение звуковой волны от плоской границы при нормальном
падении……………………………………………………………...44
5.2 Отражение и преломление при наклонном падении……………..48
5.3 Прохождение звуковой волны через плоский слой материала….51
МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЗВУКОВОГО ПОЛЯ В ПОМЕЩЕНИИ………..54
6 ВОЛНОВОЙ МЕТОД РАСЧЕТА ЗВУКОВОГО ПОЛЯ В
ЗАМКНУТОМ ОБЪЕМЕ
6.1 Постановка задачи…………………………………………………. 55
6.2 Собственные колебания и собственные частоты прямоугольного
объема………………………………………………………………..56
6.3 Классификация собственных колебаний замкнутого объема……57
6.4 Особенности спектра собственных частот колебаний замкнутого
объема……………………………………………………………….59
7 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ СТАТИСТИЧЕСКОЙ АКУСТИКИ
ДЛЯ РАСЧЕТА ЗВУКОВОГО ПОЛЯ В ПОМЕЩЕНИИ
7.1 Диффузное звуковое поле и его основные характеристики……..60
7.2 Решение задачи о расчете плотности энергии звукового поля
в помещении…………………………………………………………61
7.3 Время реверберации как характеристика акустических качеств
помещения.………………………………………………………….64
7.4 Расчет уровня звука в помещении
7.4.1 Учет прямого и отраженного звука………………………….66
7.4.2 Приближенная оценка постоянной помещения…………….67
7.4.3 Учет расположения и характеристики направленности
источника звука……………………………………………….68
ПРОБЛЕМЫ БОРЬБЫ С ШУМОМ
8 ИСТОЧНИКИ ШУМА
8.1 Шум. Классификация шумов………………………………………70
8.2 Источники шума в жилых помещениях……...……………………73
8.3 Производственный шум…………………………………………….74
8.4 Транспорт как источник шума……………………………………..76
9 ДЕЙСТВИЕ ШУМА НА ЧЕЛОВЕКА. НОРМИРОВАНИЕ ШУМА
9.1 Действие шума на организм человека
9.1.1 Общая характеристика шумового воздействия……………..77
9.1.2 Влияние шума на слух………………………………………..78
9.1.3 Воздействие шума на нервную систему…………………….79
…….9.1.4 Психоэмоциальная реакция человека на шум……………79
9.1.5 «Шумовая болезнь» и ее симптомы………...……………….80
9.2 Требования к шумовым характеристикам жилых помещений
и рабочих мест……………………………………………………80
10 МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ШУМА
10.1 Классификация средств и методов защиты от шума…………..83
10.2 Акустические методы защиты от шума………………………...84
10.3 Резонансные звукопоглотители…………………………………85
10.3.1 Основные характеристики резонансных
звукопоглотителей и методы их расчета………………...86
10.3.2 Использование РЗП для снижения уровня шума
в низкочастотном диапазоне……………………………..90
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА……………………………………92
Учебное издание