ОСЛАБЛЕНИЕ ЗВУКА, ПРОХОДЯЩЕГО ЧЕРЕЗ Парахин Д.В

ОСЛАБЛЕНИЕ ЗВУКА, ПРОХОДЯЩЕГО
ЧЕРЕЗ
Парахин Д.В., Тюрин А.П.
Ижевский государственный технический университет имени М.Т.
Калашникова
[email protected]
Объект исследования данной статьи относится к области исследования
звукоизоляции вакуумированной сотовой конструкции в зависимости от
величины вакууметрического давления внутри нее. Известно, что оценка
этой величины в различных октавных полосах для классических
шумозащитных материалов с плотной внутренней структурой является
обычной инженерной задачей. Но для случая вакуумированных пустотелых
конструкций подобная задача представляет как теоретическую, так и
практическую ценность при разработанной технологии их изготовления.
Один из способов вычисления кривой звукоизоляции материалов в
непрерывном
виде
реализуется
с
использованием
методов
вычислительного
эксперимента
в
мощных
и
дорогостоящих
математических пакетах, как, например, Actran, LMS Acoustic и других.
Существующие в настоящее время методы определения коэффициента
звукоизоляции (коэффициент потери при передаче звука) шумозащитных
материалов в реверберационных камерах основаны на обработке
акустических сигналов, создаваемых с помощью громкоговорителей в
диапазоне частот 100–5000 Гц. Для этой цели используются две смежные
малые реверберационные камеры [1], в каждой из которых существуют
датчики измерения звука, а в одной из камер находится генератор сигналов.
С помощью генератора сигналов через персональный компьютер в течение
определенного времени в испытательной камере возбуждается тестовый
сигнал специальной природы. Это может быть детерминированный
(последовательность максимальной длины, воющий тон) или
недетерминированный
сигналы
(белый
широкополосный
шум).
Постановка задачи в данном исследовании заключается в том, что
многократно возбуждаемый воющий тон проходит через вакуумированную
сотовую конструкцию, вакууметрическое давление в которой постепенно
снижается в течение длительного времени наблюдения. Регистрация
снижения давления, то есть показаний электронного вакуумметра ПРОМАИДМ(В) [2] осуществляется с помощью специальной вебкамеры Genius
Messenger 310 и сохраняется в видео формате .avi. Затем источник
тестового сигнала выключается, и из записанных звуковых и
видеосигналов извлекается необходимая информация по изменению
снижения вакууметрического давления и уровня звукового давления
(некорректированного по шкале «А») точках измерения, по которой
строятся необходимые графики.
Теоретически, при падении звуковых волн с интенсивностью Iпад на
какую-либо перегородку больших размеров по сравнению с длиной
звуковой волны интенсивность их с другой стороны перегородки Iпр в
отсутствие отражения звука в другом помещении будет определяться
только проводимостью перегородки. Эта проводимость характеризуется
коэффициентом звукопроводности [3]:

Iпр/Iпр
пр
.
(1)
или звукоизоляцией перегородки в децибелах:
I
1
пад
Q

10
lg

10
lg

L

L
пер
пад
пр
,

I
пр
пр
(2)
где Lпад и Lпр – уровни интенсивности звуковых волн, падающих на
перегородку и прошедших через нее.
Как показали результаты экспериментов [4, 5] вакуумирование
сотовых конструкций оказывает влияние на их звукопоглощение.
Наибольшая величина звукопоглощения, выше, чем у невакуумированных
конструкций, наблюдается при вакууметрическом давлении 0,65 кПа при
воздействии на них звукового импульса. Данное исследование направлено
на
выяснение
закономерности
изменения
звукоизоляции
при
установленном законе снижения вакууметрического давления внутри
конструкции с течением времени.
Влияние
степени
разреженности
на
звуковую
изоляцию
вакуумированных сотовых конструкций исследовалось с использованием
образца [5, рис. 1], выполненного из полиэтилентерефталатной пленки
толщиной 300 мкм. В качестве внешней оболочки конструкции
используется
полиэтиленовая
пленка
толщиной
150
мкм.
Экспериментальные работы проводились с использованием конструкции,
выполненной в виде пустотелой панели с шестигранными ячейками
толщиной 40 мм. Диаметр окружности, вписанной в ячейку, составляет 21
мм, общие габариты конструкции – 1,5×1,5 м2. Схема экспериментальной
установки изображена на рис. 1. Тестовым сигналом, подаваемый в камеру
через громкоговоритель, являлся воющий тон с диапазонами частот 100 –
4500 Гц. Скорость уменьшения степени разреженности в конструкции
была подобрана таким образом, что общая продолжительность одного
опыта составила 10 ч. На графиках рис. 2 представлены кривые, каждая
точка которых получена как среднеарифметическое результатов трех
значений соответствующей физической величины, полученных из трех
опытов. Относительная ошибка измерения вакууметрического давления
составляла 0,02 кПа, уровня звукового давления – 0,02 дБ.
Вакууметрическое давление уменьшалось в диапазоне 9,61 – 0,13 кПа
непрерывно. Для построения графиков был выбран шаг времени равный
1,5 минутам, то есть график на рис. 2а и 2б построен по четыремстам
точкам. Объем малой реверберационной камеры, выполненной в виде
параллелепипеда с непараллельными стенами и основанием, составляет 2
м3. В качестве излучателя сигналов использовали громкоговоритель с
рабочим диапазоном частот 50-4500 Гц. В качестве воспринимающего
датчика сигнала-отклика использовался конденсаторный измерительный
микрофон РМТ-23, соединенный с переносным аудиоинтерфейсом. Запись
звукового спектра велась в формате .wav с одновременной оценкой уровня
звукового давления. Задача заключалась в том, чтобы оценить значение
вакууметрического давления, при котором наблюдается изменение уровня
звукового давления на левом и правом микрофонах, воспринимающих
падающую и прошедшую волну в соответствии с рис. 1.
а)
б)
Рис. 1. Экспериментальная установка для выполнения измерений:
а) упрощенный внешний вид; б) подробная схема:
1 – источник тестового сигнала и регистратор измерений на базе ЭВМ;
2 – излучатель; 3 – малая испытательная камера; 4 – датчик падающей
волны; 5 – испытуемый образец; 6 – датчик прошедшей волны;
7 – вакуумный насос «Refco» и электронный вакуумметр;
8 – веб-камера; 9 – регистратор показаний камеры.
а)
б)
Рис. 2. Изменение исследуемых величин в конструкции
а) график изменения вакууметрического давления; б) график
снижения уровня звукового давления в конструкции
В таблице представлены величины ослабления звука при
минимальных значениях уровня звукового давления в опытном образце в
падающей и прошедшей волне, соответственно.
Таблица Величина ослабления звука при
уровня звукового давления в опытном
прошедшей волне, соответственно
Среднегеометрически
Минимальное
е частоты 1/3
значение уровня
минимальных значениях
образце в падающей и
Уровень
звукового
Величина
звукоизоляции,
октавных полос
звукового давления в
падающей волне, дБ
31,5
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
56,23
71,57
83,32
93,10
97,68
94,35
89,29
87,15
73,08
давления в
вычисленная
прошедшей
по (2), дБ
волне,
соответствующий
минимальному
его значению в
падающей волне,
дБ
56,09
0,14
70,06
1,51
83,29
0,03
92,08
1,01
96,65
1,03
91,31
3,04
75,80
13,50
70,86
16,29
56,75
16,33
Окончание таблицы
Среднегеометрически Уровень звукового Минимальное
Величина
е частоты 1/3
давления в падающей значение звукоизоляции,
октавных полос
волне,
уровня
вычисленная
соответствующий
звукового
по (2), дБ
минимальному его
давления в
значению в
прошедшей
прошедшей волне, дБ волне, дБ
31,5
56,95
56,51
0,44
63
72,24
70,15
2,09
125
84,12
84,00
0,12
250
94,04
92,77
1,27
500
98,38
95,46
2,92
1000
93,96
90,45
3,50
2000
88,86
75,47
13,39
4000
87,05
70,60
16,44
8000
72,96
56,36
16,61
Заключение
В заключение можно отметить, что общие свойства вакуумированных
сотовых конструкций, связанные с процессами поглощения и пропускания
звука, зависят от материала конструкции. Но при весьма малом давлении
вакуума внутри них, не более 1 кПа, звукопоглощающие свойства
максимальны по сравнению с невакуумированными конструкциями.
Выводы, полученные в ходе проведения эксперимента, основанные на
графическом анализе данных рис. 2, заключаются в следующем:
1. В диапазоне снижения вакууметрического давления 9,61–2,65 кПа
уровень звукового давления падающей волны перед конструкцией
повышается в диапазоне 109,82–110,19 дБ, соответственно, при
относительной ошибке измерения в 0,02 дБ.
2. В диапазоне снижения вакууметрического давления 9,61–1,40 кПа
уровень звукового давления прошедшей волны после конструкции
повышается в диапазоне 86,77–89,25 дБ, соответственно, при
относительной ошибке измерения в 0,02 дБ.
3. Начиная с вакууметрического давления в диапазоне 2,65–0,13 кПа
уровень звукового давления в падающей волне перед конструкцией
уменьшается в диапазоне 110,19–104,69 кПа, соответственно.
4. Начиная с вакууметрического давления в диапазоне 1,40–0,30 кПа
уровень звукового давления в прошедшей волне после конструкции
уменьшается в диапазоне с 89,25–85,68 кПа.
Литература
1. Acoustic transmission – How to evaluate the transmission loss (TL)
index // Actran Training Application: [Электронный ресурс]. URL:
http://www.fft.be/index.php?pageID=8. Режим доступа – по запросу.
Электронный формат .pdf, 2007. – 21 pp.
2. Каталог продукции – многофункциональные приборы:
[Электронный ресурс]. URL: http://www.promav.ru/cgi-bin/go.pl?i=37.
Режим доступа – свободный.
3. Сапожков М.А. Электроакустика. Учебник для вузов. – М.: Изд-во
«Связь», 1978. – 272 с.
4. Тюрин А.П. Исследование звукопоглощения вакуумированных
сотовых конструкций // Вакуумная техника и технология. 2010. Т. 13, № 2.
С. 13–18.
5. Тюрин А.П. Влияние степени разреженности на звукопоглощение
вакуумированных сотовых конструкций // Вакуумная техника и
технология. 2011, № 1. С. 31–33.