Файл: Разумовский М.А. Борьба с шумом на тракторах.pdf

где т — масса ограждения, тег; Ѳ— угол между нор­ малью к ограждению и направлением падения звука.

Формула (114) отображает известный в акустике «за­ кон массы», т. е. зависимость звукоизолирующей способ­

ности от массы ограждения. Как видно из формулы, зву­ коизолирующая способность ограждения зависит также от частоты и угла падения звуковой волны: при косом падении волны звукоизолирующая способность уменьша­ ется.

В практике для расчета звукоизолирующей способ­ ности одинарных ограждений ограниченных размеров при равновероятном угле падения звука пользуются по­ луэмпирической зависимостью, полученной на основании формулы (114) и анализа опытных данных:

где G — масса 1 м2 ограждения, кг.

Из формулы (115) следует, что при увеличении мас­ сы или частоты звука в два раза, звукоизолирующая спо­ собность ограждений возрастает на 6 дб. Этот закон практически соблюдается вне резонансных зон. На низ­ ких частотах он нарушается из-за резонансных мембран­ ных колебаний ограждения. Частоты собственных ко­ лебаний в этом случае могут быть определены по форму­

На высоких звуковых частотах уменьшение звукоизо­ лирующей способности ограждений происходит вследст­ вие резонанса совпадения (волновой резонанс). Резо­ нанс совпадения наступает, когда длина изгибной волны в ограждении сравнивается с длиной звуковой волны в воздухе. Частота, на которой возникает резонанс совпа­ дения, называется критической:

186

где с — скорость звука в воздухе; р, Е, ц — соответствен­ но плотность, модуль и коэффициент Пуассона материа­ ла ограждений.

Анализ результатов расчетов по формуле (117) при­ менительно к тонкостенным конструкциям ограждений тракторных кабин показывает, что волновой резонанс лежит обычно за пределами нормируемого диапазона частот шума на рабочем месте (стальное ограждение до

Рис. 91. Расчетные значения звукоизоляции одинарных стенок:

окон), где уровни звукового давления сравнительно не велики. Кроме того, на таких высоких частотах в сталь­ ных тонкостенных конструкциях из-за проявляющегося демпфирования в металле увеличения шума в кабинах на частотах волного резонанса обычно не наблюдается.

На рис. 91 показаны расчетные значения звукоизоли­ рующей способности одинарных ограждений тракторных кабин в диапазоне частот между критическими, выпол­ ненные по формуле (115), а в табл. 12 приведены значе­ ния средней звукоизоляции некоторых материалов в диа­ пазоне частот до 3 кГц [33].

Существенное влияние на звукоизолирующие свойст­ ва ограждения оказывают отверстия и щели. Ориентиро­ вочная оценка уменьшения звукоизолирующей способ­ ности отверстиями может быть произведена по формуле

187

Как видно из формулы (118), чем выше R, тем боль­ шая будет потеря звукоизоляции при одинаковых отвер­ стиях.

Т а б л и ц а 12

Средняя звукоизолирующая способность материалов

Практический интерес представляют следующие ре­ зультаты исследований [33]. При одинаковой площади отверстия и щели потеря звукоизоляции во втором слу­ чае больше, так как импеданс плоской (цилиндрической) волны меньше, чем сферической. Одно отверстие вызыва­ ет большие потери звукоизоляции, чем несколько отвер­ стий с общей площадью, равной одному отверстию. При рассредоточенном расположении отверстий потери звуко­ изоляции меньше, чем при их кучном расположении.

Двойные ограждения с воздушной прослойкой при­ меняются для повышения звукоизолирующей способности без увеличения массы. Такие ограждения имеют провал звукоизоляции вблизи граничной частоты, обусловлен­ ный резонансными колебаниями стенок, соединенных уп­ ругой воздушной прослойкой. Граничная частота

188

где Gi и G2— масса стенок, кг/м2; h — расстояние между стенками, м.

На частотах ниже критической оценка звукоизолирую^ щей способности двойного ограждения может быть про-' изведена по формуле (115), при этом принимается

= GI + G2. На частотах выше критической средняя звуков изолирующая способность

Рис. 92. Звукоизоляция воздушной прослойки между стенками

Здесь AR0— звукоизолирующая способность воздушного промежутка между стенками, определяемая по графику, приведенному на рис. 92 [33].

У двойных ограждений с жесткой связью по контуру,! что характерно для тракторных кабин, дополнительная средняя звукоизоляция не превышает 5 дб по сравнению с однослойным ограждением такого же веса.

Звукоизолирующая способность многослойных сте­ нок типа «сэндвич» (рис. 90, в) с применением промежу­ точных вставок из материалов с большим демпфирова­ нием и стенок с нанесенными покрытиями вне резонанс­ ных зон может быть ориентировочно рассчитана, как для одинарных монолитных стенок, по формуле (115). Наи­ больший акустический эффект таких конструций прояв­ ляется из-за демпфирования при резонансных совпадени-, ях и при передаче структурного шума на сопряженные детали, так как демпфирующие покрытия (вставки). хо­ рошо ослабляют поперечные колебания. Практически применение многослойных конструкций позволяет расши­ рить частотный диапазон действия «закона массы».

Значения коэффициента потерь (рассеивания) энер­ гии при изгибных колебаниях для наиболее распростра-

189

ценных демпфирующих покрытий (мастик) приведены в табл. 13. Оптимальная толщина наносимых вибродемп­ фирующих покрытий составляет порядка (2-=-3)h, где Л — толщина стенки, на которую наносится покрытие. При этом поверхностный вес стальных тонкостенных ог­ раждений увеличивается до 25%.

Т а б л и ц а 13

Коэффициент потерь демпфирующих покрытий

Звукопоглощающие конструкции. Звукопоглощающие свойства материалов и конструкций характеризуются коэффициентом звукопоглощения — отношением интен­ сивности поглощенного звука к интенсивности падающе­ го звука. Значения коэффициента звукопоглощения зави­ сят от частоты и угла падения звуковой волны [33]. Ко­ эффициент поглощения звука при нормальном падении волны больше, чем в условиях диффузного звукового по­ ля. Поэтому при использовании справочных данных о значении коэффициентов звукопоглощения для расчетов (см. параграф 8) необходимо знать, в каких условиях они определялись. Для виброизолированных тракторных ка­ бин обычно интерес представляют поглотители высоко­ частотного шума (октавы 0,5; 1 и 2 кГц) в условиях диф­ фузного звукового поля.

За единицу звукопоглощения в диффузном звуковом поле, называемую часто сэбином, принимается 1 м2 от­ крытого окна (отражение звука отсутствует).

Звукопоглощающие материалы и конструкции, приме­ няющиеся в машиностроении и строительстве, очень раз­ нообразны [9, 10, 24, 33, 67]. На рис. 93 показаны спосо­ бы выполнения конструкций с волокнисто-пористыми ма­ териалами, имеющих широкий спектр поглощения. По­

190

добные конструкции могут быть использованы в трактор­ ных кабинах.

Как видно'из рис. 93, а, поглощающий материал, рас­ положенный на жесткой отражающей стенке, хорошо по­ глощает звук на высоких частотах. Наибольшее звуко­ поглощение в этом случае имеет место вблизи частоты

где с — скорость звука в воздухе, м/с, h — толщина слоя материала, м.

'\

И

______ L

Рис. 93. Схема установки звукопоглотителей из волокнисто-пористых материалов и вид характеристик поглощения

На частотах ниже /у звукопоглощение уменьшается, а на частотах выше f\ остается приблизительно постоян­ ным. Сместить частоту наибольшего поглощения в сторо­ ну низких частот можно за счет увеличения толщины слоя материала или за счет установки поглощающего матери­ ала с зазором между стенкой (рис. 93, б). В конструкции с перфорированным листом из твердого материала, при­ крывающего поглощающий материал (рис. 93, в), поло­ са поглощения также смещается в сторону низких ча­ стот. Такой поглотитель работает как резонансный, и спектр наибольшего поглощения у него сужается.

191