Глушники шуму застосовуються в основному для зниження шуму різних аеродинамічних установок і пристроїв. У практиці боротьби з шумом використовують глушники різних конструкцій. Вибір типу глушника залежить від конкретних умов роботи кожної установки, спектру шуму і необхідного ступеня зниження рівня шуму.
За принципом дії глушники поділяються на абсорбційні, реактивні ікомбінірованние. Абсорбція глушники, які містять звукопоглинальний матеріал, поглинають енергію звукових коливань, а реактивні відображають звукові хвилі назад до джерела. У комбінованих глушники відбувається як поглинання, так і відображення звуку.
Звукоізоляція - це здатність конструкції, що обгороджує (перекриття, перегородки, кожуха, корпуса машини і так далі) послаблювати проходить через неї звук. Ослаблення звукових хвиль при проходженні через шар матеріалу докладно розглядалося в розділі 5.3. Суть використання звукоізоляції для зниження рівня шуму полягає в тому, що приміщення, в якому знаходиться людина, ізолюється від більш галасливого приміщення стіною, перегородкою, шаром щільного матеріалу. Звукоізолюючий ефект забезпечується також встановленням екранів, ковпаків, кожухів на найбільш шумливі вузли машин і механізмів.
Звукопоглинанням називається комплекс явищ, пов'язаних з втратами енергії звукових хвиль при відображенні від деяких матеріалів і конструкцій (звукопоглотителей). Принцип дії звукопоглотителей заснований на перетворенні енергії акустичних коливань в теплову енергію за рахунок явищ внутрішнього тертя і теплопровідності. Втрати на тертя найбільш значні в пористих матеріалах, які широко використовуються в звукопоглинальних облицювання і конструкціях.
Звуковбирні облицювання використовують для так званої акустичної обробки приміщень. Акустична обробка передбачає покриття звукопоглинальним матеріалом стелі та верхньої частини стін. Внаслідок цього знижується інтенсивність відбитих звукових хвиль і зменшується рівень звуку в приміщенні (див. Розділ 7.4).
Слід зазначити, що акустична обробка приміщень дає помітний ефект в приміщеннях невеликого об'єму. У виробничих приміщеннях крім облицювання стелі та стін звукопоглинальними матеріалами використовуються звукопоглинаючі екрани і так звані штучні (об'ємні) звукопоглотители у вигляді куль, конусів, кубів, які розміщуються безпосередньо поруч з джерелами шуму. Для поглинання вузькосмугових і тональних шумів, особливо в низькочастотної області спектра, використовуються так звані резонансні звукопоглотители (див. Розділ 10.3).
Цікавим і принципово новим методом зниження шуму є метод активного глушіння. пов'язаний зі створенням «антізвука», тобто рівного по амплітуді і протилежної по фазі звуку. В результаті інтерференції основного звуку і «антізвука» в деяких місцях шумного приміщення можна створити зони тиші.
У випадках, коли засоби колективного захисту та інші засоби не забезпечують зниження шуму до допустимих рівнів, необхідно застосовувати засоби індивідуального захисту. Засоби індивідуального захисту та вельми різноманітні: навушники, що закривають вушну раковину зовні; протишумні вкладиші, що перекривають зовнішній слуховий прохід; спеціальні захисні шоломи і каски, що захищають не тільки від повітряного шуму, але і від шуму, який може поширюватися по кістках черепа. Для роботи в особливо гучних умовах використовують протишумові костюми.
Засоби індивідуального захисту дозволяють знизити рівень сприйманого звуку на (10-40) дБ, причому найбільш значне глушіння шуму спостерігається в області високих частот, які найбільш небезпечні для людини.
Найбільший ефект дає комплексне використання всіх перерахованих методів боротьби з шумом і захисту від нього.
Одним з найбільш перспективних видів звукопоглинальних конструкцій є резонансні звукопоглотители (РЗП). Такі поглиначі прості у виготовленні, економічні та, що найважливіше, можуть забезпечити гарне звукопоглинання на середніх і низьких частотах, де звичайні поглиначі з пористих матеріалів малоефективні. Крім того, існує добре розроблена і порівняно нескладна методика розрахунку їх акустичних характеристик. При вивченні даного розділу розглядаються наступні питання:
- конструкція найпростішого РЗП,
- фізичні процеси, що відбуваються в РЗП під дією звукової хвилі,
- механізм поглинання енергії звукових коливань,
- метод розрахунку акустичного імпедансу і коефіцієнта звукопоглинання (КЗП),
- вплив основних параметрів РЗП на резонансну частоту і КЗП,
- можливості вдосконалення конструкції РЗП (зональні РЗП, РЗП з дифракційним екраном),
- області можливого застосування РЗП.
Основні характеристики резонансних звукопоглотителей
І методи їх розрахунку
Найпростіший резонансний звукопоглотитель є панель, перфоровану отворами, розташовану на деякій відстані від жорсткої стінки. Простір за панеллю може бути розділене перегородками на окремі відсіки (рисунок 10.2). Вперше поглинач такого типу був запропонований С.Н. Ржевкіним.
Така конструкція являє собою коливальну систему, в якій роль пружного елемента грає повітря, що заповнює простір за панеллю, а в якості інерційного елемента виступають повітряні пробки, що заповнюють отвори панелі. При наближенні частоти звукової хвилі, що падає на лицьову поверхню звукопоглотітеля, до власної частоти резонатора швидкість руху повітря в отворах панелі різко зростає. При цьому збільшуються втрати звукової енергії, зумовлені дією сил в'язкого тертя.
Малюнок 10.2 - Резонансний звукопоглотитель
Акустичні властивості РЗП характеризуються вхідним імпедансом Z і коефіцієнтом звукопоглинання a.
Вхідний імпеданс поверхні звукопоглотітеля дорівнює, за визначенням, стосовно звукового тиску до нормального складової швидкості коливань і, в загальному випадку, є комплексною величиною:
Зазвичай використовують так званий безрозмірний або нормований імпеданс:
де r0с -хвильової опір середовища. Для повітря при нормальних умовах r0с = 420 кг / (м 2 × с) (# 961; 0 = 1,27 кг / м 3. з = 330 м / с).
Коефіцієнт звукопоглинання РЗП дорівнює:
Для отримання максимального коефіцієнта поглинання (a = 1) необхідно, щоб вхідний імпеданс поверхні звукопоглотітеля був узгоджений з хвильовим опором середовища. У разі нормального падіння плоскої звукової хвилі на поверхню поглинача умова узгодження має вигляд:
З фізичної точки зору розгляд процесу відображення звукових хвиль від РЗП зводиться до вирішення задачі про дифракції звуку на періодичній неоднорідній поверхні (лицьовій панелі РЗП) з урахуванням вимушених коливань слабодіссіпатівной середовища (повітря) в обсязі поглинача (за панеллю).
Значення дійсної (активної) складової імпедансу R1 визначається диссипацией енергії звукової хвилі в поглиначі, проте механізми дисипації можуть бути різними.
Якщо вважати, що основні втрати енергії пов'язані з дією в'язкості і теплопровідності при русі повітря в отворах панелі, то для розрахунку імпедансу отвори можна використовувати формулу Крендалла для імпедансу труби:
де - хвильове число в'язкої хвилі, m = 2 × 10 -5 Па × с - коефіцієнт в'язкості повітря (якщо матеріал панелі має високу теплопровідність, то слід використовувати збільшене значення коефіцієнта в'язкості m '= 2m), w = 2pf - циклічна частота коливань в звуковий хвилі, r0 - радіус отвору, t - товщина панелі, 2d - кінцеві поправки, що враховують дифракційні ефекти.
При kв r0 >> 1 формула (10.4) переходить в формулу Гельмгольца:
Використовуючи цю формулу, отримуємо для безрозмірного питомої активного імпедансу РЗП вираз
де h - коефіцієнт перфорації лицьовій панелі, що дорівнює відношенню площі отвору So = pd 2/4 до площі квадратної комірки, що припадає на один отвір, S = a 2.
Для розрахунку кінцевий правки при ro / a ≤ 0,2 використовується формула:
де d = 2ro - діаметр отвору.
З виразу (10.6) видно, що R1 зростає при збільшенні товщини панелі і зменшенні отворів.
Уявна (реактивна) складова імпедансу Y1 визначається пружністю повітря в обсязі РЗП і інерційністю повітря, що коливається в околиці отворів перфорованої панелі:
де l - глибина порожнини РЗП (відстань від внутрішньої поверхні панелі до жорсткої стінки).
При резонансі (f = f рез) Y1 = 0 і коефіцієнт звукопоглинання (КЗП) системи # 945; досягає максимального значення.
Для визначення резонансної частоти fрез слід вирішити рівняння:
У загальному випадку це рівняння вимагає чисельного рішення, однак за умови, що довжина звукової хвилі l >> l (або 2pfl / c <<1), можно считать
З виразу (10.8) видно, що резонансна частота знижується при збільшенні глибини порожнини поглинача l.
Для побудови частотної залежності коефіцієнта звукопоглинання РЗП слід за формулою (10.8) визначити його резонансну частоту, використовуючи вирази (10.6), (10.7) і (10.1), знайти значення R1. Y1 і # 945; при f = fрез. а потім розрахувати R1. Y1 і # 945; для 10-15 значень частоти з інтервалу
Типовий вид залежності # 945; (f) наведено на малюнку 10.3.
Малюнок 10.3 - Крива звукопоглинання резонансного звукопоглотітеля